När två hem installerar samma 10 kWh-batteri är det frestande att förvänta sig samma resultat. Det första systemet kan ändå börja ladda ur så snart solproduktionen understiger hushållets efterfrågan, medan det andra behåller viss energi till en period med högre pris senare under dagen. Om det är utformat och konfigurerat för reservkraft kan det också behålla en reserv för ett avbrott.
Tidigt på kvällen kan det ena batteriet ligga nära sin reservnivå medan det andra fortfarande har energi tillgänglig. Deras fysiska kapacitet skiljer sig inte åt. De har bara följt olika instruktioner.
Kapacitet är inte ett schema
Kapacitet, mätt i kilowattimmar, beskriver hur mycket energi ett batteri kan lagra. Effekt, mätt i kilowatt, beskriver hur snabbt det kan leverera den energin. Den USA:s energidepartement behandlar dessa som separata specifikationer eftersom de besvarar olika frågor. Ett batteri kan lagra tillräckligt med energi för att driva flera apparater över tid men ändå inte kunna stödja dem alla samtidigt om deras sammanlagda efterfrågan överstiger dess effektklassning.
Det spelar också roll vilken kapacitetssiffra som anges. Nominell kapacitet, användbar kapacitet och energi som levereras efter omvandling beskriver inte exakt samma gräns. Den den australiska regeringens vägledning om batterier anger att användbar kapacitet är lägre än total kapacitet och att viss energi går förlorad vid laddning och urladdning. Batterivärden måste anges på samma grund innan de jämförs.
När dessa siffror är tydliga återstår en driftsfråga: vad ska systemet göra med den energi det har?
Varför tidpunkten förändrar resultatet
En av de grundläggande uppgifterna för ett hembatteri är att göra el tillgänglig vid en annan tidpunkt. Ett solsystem kan producera mer energi än hemmet behöver runt mitt på dagen och sedan lite eller ingen efter solnedgången. Batteriet för en del av detta överskott från dagen till kvällen.
Ett grundläggande läge för egenanvändning följer vanligtvis det som händer just nu. När solproduktionen överstiger hushållets efterfrågan laddas batteriet. När efterfrågan stiger över solproduktionen laddas det ur. Detta kan minska inköpen från elnätet, men kan också använda lagrad energi innan en dyrare tariffperiod börjar.
En tidsbaserad strategi kan spara batteriet till de senare timmarna. Det gör inte varje kilowattimme mer värdefull på varje marknad; resultatet beror på tariffen och hushållets belastningsmönster. Det ändrar schemat så att den lagrade energin finns tillgänglig för ett annat syfte.
Reservkraft skapar en annan avvägning. I ett reservkraftskapabelt system som är konfigurerat för drift vid avbrott innebär en högre reserv att mer energi finns tillgänglig om elnätet fallerar. Samma reserv lämnar mindre kapacitet för daglig egenanvändning eller tariffhantering. Den den australiska regeringens vägledning gör denna gräns tydlig: inte alla batterisystem kan ge reservkraft, och de som kan måste konfigureras för det.
Dessa val beskrivs ofta som batteristyrning. De är inte skilda från kapaciteten, eftersom varje beslut använder samma begränsade energilager. Energi som används på eftermiddagen kan inte fortfarande vänta i batteriet samma kväll.
Vad ”smart” styrning innebär i praktiken
”Smart styrning” betyder inte nödvändigtvis artificiell intelligens. En styrenhet kan tillämpa en uppsättning regler på information såsom solproduktion, hushållets efterfrågan, batteriets laddningsnivå, reservinställningar och elpriser och sedan avgöra om den ska ladda, ladda ur eller vänta.
Vissa styrenheter använder också prognoser. Om stark solproduktion väntas nästa dag kan ett system tillåta att mer energi används över natten eftersom ytterligare laddning är sannolik. Vid en svag prognos kan det beslutet lämna batteriet mer urladdat än avsett.
Forskning av Mirletz och Guittet testade en prisresponsiv styrmetod med sol- och belastningsprognoser, data om batterinedbrytning och elnätsavgifter. Olika avgifter, systemstorlekar, produktions- och belastningsprofiler krävde olika styrstrategier. Ett schema som utformats för en tariff eller ett hushåll kan inte utan vidare antas passa ett annat.
I ett mer integrerat hemenergisystem kan ett energiledningssystem, eller EMS, samordna beslut mellan solproduktion, hushållslaster, batteriet, växelriktaren och nätanslutningen. En bostadsstudie av Merrington, Khezri och Mahmoudi ger ett exempel: dess energiledningssystem för hemmet använde elpriser, nätbegränsningar, hushållslast och väderdata för att styra driften. Verkliga system använder olika kombinationer av information, men syftet är liknande – att omvandla flera indata till en driftsplan.
EMS tar inte över batteriets skyddsfunktioner. BMS övervakar batteriets förhållanden och tillhandahåller eller upprätthåller driftgränser på batterinivå, medan växelriktaren eller PCS utför den elektriska omvandling som krävs för laddning och urladdning. En EMS-begäran kan endast genomföras när batteriet och kraftomvandlingsutrustningen kan stödja den.
På hårdvarunivå, NXP:s högspänningsenhet för batterihantering tillhandahåller övervakning av förregling och kontaktorstyrning, tillsammans med gränssnitt för kommunikation med en EMS. Det illustrerar väl varför samordning på platsnivå inte ersätter batteriskyddet: batterilagret behöver fortfarande begränsa eller avbryta driften när förhållandena kräver det. En mer detaljerad förklaring finns i Vad gör egentligen en BMS?.
När smart styrning slutar hjälpa
Om ett batteri är för litet för den avsedda uppgiften kommer en ändring av dess schema inte att undanröja energiunderskottet. Detsamma gäller effekt: styrprogramvara kan inte få utrustningen att leverera mer än sin märkta uteffekt.
Mer komplicerad styrning är inte automatiskt bättre. En systematisk översikt av Azuatalam och kollegor visade att ökad sofistikering i en energiledningsstrategi inte nödvändigtvis förbättrade PV-batteriets prestanda eller ekonomiska bärkraft. Modelleringsantaganden, osäkra indata och hanteringen av batterinedbrytning kunde ändra resultatet.
Liknande begränsningar uppstår i den dagliga driften. Ett inaktuellt tariffschema kan flytta laddningen till fel timmar. En för högt inställd reserv kan lämna användbar kapacitet orörd varje dag, medan en för lågt inställd reserv kanske inte återspeglar ägarens prioriteringar för reservkraft. Prognoser och hushållsrutiner kan också ändras, så inställningar som en gång var rimliga kan behöva ses över.
När kvällen kommer är det användbara batteriet det som fortfarande har tillräckligt med energi för den uppgift som hushållet har valt. Att nå dit beror på tillräcklig hårdvara, förnuftiga inställningar och en driftsstrategi som återspeglar hur hemmet faktiskt använder el.
