แบตเตอรี่สำหรับที่พักอาศัยมักถูกสื่อสารด้วยตัวเลขขนาดใหญ่เพียงค่าเดียว เช่น 10 kWh, 13.5 kWh หรือ 16 kWh ตัวเลขนี้สำคัญ แต่ไม่ได้บอกว่าระบบจะทำงานได้ดีเพียงใดในช่วงไฟดับ การออกแบบระบบสำรองไฟที่ใช้งานได้จริงต้องตอบคำถามสองข้อที่ต่างกัน แบตเตอรี่และอินเวอร์เตอร์สามารถจ่ายกำลังสูงสุดที่บ้านอาจต้องการ ณ ช่วงเวลาใดช่วงเวลาหนึ่งได้หรือไม่ และมีพลังงานที่กักเก็บเพียงพอสำหรับให้โหลดที่เลือกทำงานต่อเนื่องตามจำนวนชั่วโมงที่สำคัญหรือไม่ พูดอย่างง่าย kW บอกว่าระบบรับโหลดได้หรือไม่ ส่วน kWh บอกว่าระบบรับโหลดนั้นได้นานเท่าใด
จุดเริ่มต้นที่ง่ายที่สุดไม่ใช่แคตตาล็อกแบตเตอรี่ แต่คือเป้าหมายของไฟสำรอง ให้ตัดสินใจก่อนว่าเมื่อโครงข่ายไฟฟ้าดับ สิ่งใดควรยังทำงานอยู่ และต้องการให้โหลดเหล่านั้นพร้อมใช้งานนานเท่าใด บ้านที่ต้องการเพียงตู้เย็น ไฟส่องสว่าง อินเทอร์เน็ต และเต้ารับบางจุด มีความต้องการต่างจากบ้านที่คาดหวังให้เครื่องปรับอากาศ อุปกรณ์ทำอาหาร หรือพื้นที่ส่วนใหญ่ของบ้านทำงานได้ตามปกติอย่างมาก แนวทาง Battery Storage for Resilience ของ NREL ระบุว่าโหลดสำคัญและระยะเวลาไฟดับที่คาดการณ์ไว้เป็นข้อพิจารณาหลักเมื่อเลือกและกำหนดขนาดเทคโนโลยีสำรองไฟ (NREL)
กำลังไฟฟ้าและพลังงานตอบคนละคำถาม
สมมติว่าโหลดจำเป็นกลุ่มหนึ่งใช้กำลังเฉลี่ย 0.8 kW ตลอดช่วงไฟดับตอนกลางคืน 10 ชั่วโมง ในช่วง 10 ชั่วโมงนั้น โหลดต้องการพลังงานประมาณ 8 kWh แต่หากคอมเพรสเซอร์ตู้เย็น ไฟส่องสว่าง และเครื่องใช้ไฟฟ้าอีกหนึ่งชนิดทำงานซ้อนกันชั่วครู่จนดันความต้องการขึ้นเป็น 2.6 kW ระบบแบตเตอรี่ก็ยังต้องจ่ายช่วง 2.6 kW นั้นได้ แม้ว่าความต้องการเฉลี่ยจะต่ำกว่ามาก
นี่คือเหตุผลที่การใช้ไฟฟ้าเฉลี่ยของครัวเรือนไม่เพียงพอสำหรับการกำหนดขนาด การใช้ไฟฟ้ารายเดือนช่วยอธิบายว่าบ้านใช้พลังงานโดยรวมเท่าใด แต่ไม่แสดงว่าโหลดใดจะทำงานพร้อมกันระหว่างไฟดับ การประเมินไฟสำรองที่มีประโยชน์จึงเน้นวงจรที่จะยังได้รับไฟ และถามว่าโหลดเหล่านั้นอาจต้องใช้กำลังพร้อมกันมากเท่าใด รวมถึงใช้พลังงานเท่าใดในช่วงเวลาที่ต้องการ
โหลดต่างชนิดสามารถผลักข้อกำหนดทั้งสองไปคนละทิศทาง เครื่องใช้ไฟฟ้ากำลังสูงที่ใช้เพียงไม่กี่นาทีอาจส่งผลมากต่อ kW ที่ต้องการ แต่เพิ่ม kWh รวมไม่มากนัก ส่วนโหลดขนาดเล็กที่ทำงานหลายชั่วโมงอาจแทบไม่เปลี่ยนค่าพีก แต่ใช้พลังงานที่กักเก็บไปในสัดส่วนที่มีนัยสำคัญ ดังนั้น การตัดโหลดกำลังสูงที่ไม่จำเป็นออกหนึ่งรายการอาจทำให้ระบบสำรองไฟออกแบบง่ายขึ้นมาก แม้ว่าการใช้ไฟฟ้ารวมรายวันจะเปลี่ยนเพียงเล็กน้อย
DOE อธิบายความแตกต่างพื้นฐานเดียวกันนี้เมื่อกล่าวถึงระบบกักเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่: ความสามารถด้านกำลังไฟฟ้าคือปริมาณกำลังที่ระบบสามารถจ่ายได้ ณ ช่วงเวลาหนึ่ง ส่วนความสามารถด้านพลังงานคือปริมาณพลังงานที่ระบบสามารถกักเก็บได้ (DOE) แบตเตอรี่ที่มี kWh สูงแต่กำลังจ่ายไม่พออาจยังรับโหลดพร้อมกันที่หนักไม่ได้ ขณะที่ระบบกำลังสูงแต่มีพลังงานน้อยเกินไปอาจรับโหลดได้สบายแต่หมดเร็วกว่าที่คาด
ความต้องการโหลดไม่เหมือนกับตัวเลขบนฉลากแบตเตอรี่
หากโหลดที่เลือกต้องการ 8 kWh ตลอดช่วงไฟดับที่วางแผนไว้ ไม่ได้แปลโดยอัตโนมัติว่าแบตเตอรี่ 8 kWh จะเพียงพอ สเปกแบตเตอรี่อาจแยกระหว่างพลังงานตามชื่อและพลังงานที่ใช้งานได้ (NREL) พลังงานบางส่วนยังสูญเสียไปเมื่อพลังงาน DC ที่กักเก็บถูกแปลงเป็นไฟ AC สำหรับโหลดภายในบ้าน ระบบกักเก็บพลังงานไม่ได้มีประสิทธิภาพ 100% เพราะมีการสูญเสียระหว่างการแปลงและการดึงพลังงานกลับมาใช้ (DOE) ปริมาณที่พร้อมใช้งานเมื่อไฟดับเริ่มต้นยังขึ้นอยู่กับสถานะประจุของแบตเตอรี่ด้วย
ตัวอย่างง่าย ๆ แสดงให้เห็นว่าฉลากมีความสำคัญอย่างไร หาก 90% ของพลังงานตามชื่อของแบตเตอรี่พร้อมใช้สำหรับไฟสำรอง และเส้นทางคายประจุที่เกี่ยวข้องมีประสิทธิภาพ 92% การส่งพลังงาน 8 kWh ไปยังโหลดจะต้องใช้พลังงานกักเก็บตามชื่อประมาณ 9.7 kWh: 8 ÷ (0.90 × 0.92) เปอร์เซ็นต์เหล่านี้เป็นเพียงตัวอย่าง ไม่ใช่กฎทั่วไป ผลิตภัณฑ์จริงอาจเผยแพร่ค่าพลังงานที่ใช้งานได้อยู่แล้ว และนิยามประสิทธิภาพอาจใช้ขอบเขตการวัดที่ต่างกัน ประเด็นสำคัญคืออย่านับความสูญเสียซ้ำ หรือเปรียบเทียบความต้องการฝั่งโหลดโดยตรงกับตัวเลขแบตเตอรี่ที่แทนสิ่งอื่น
สถานะประจุเริ่มต้นสำคัญด้วยเหตุผลเดียวกัน แบตเตอรี่ที่เกือบเต็มเมื่อไฟดับเริ่มขึ้นมีพลังงานสำรองพร้อมใช้มากกว่าแบตเตอรี่เดียวกันที่เริ่มต้นที่ 50% การวิเคราะห์ความยืดหยุ่นของ NREL แสดงให้เห็นว่าระดับความเต็มของแบตเตอรี่เมื่อไฟดับเริ่มต้นสามารถส่งผลอย่างมีนัยสำคัญต่อระยะเวลาที่ระบบยังจ่ายไฟให้โหลดที่ได้รับการป้องกันได้ (NREL) หากความยืดหยุ่นของระบบเป็นเป้าหมายสำคัญ กลยุทธ์การเดินระบบต้องเหลือพลังงานให้เพียงพอสำหรับสถานการณ์ไฟดับที่เจ้าของบ้านให้ความสำคัญจริง
ในระบบที่รองรับไฟสำรองและออกแบบให้ PV ยังทำงานได้ระหว่างไฟดับ โซลาร์สามารถยืดเวลาสำรองไฟได้ แต่ไม่ใช่พลังงานรายวันที่รับประกันได้ ระบบโซลาร์สำหรับที่พักอาศัยต้องใช้อินเวอร์เตอร์และระบบกักเก็บพลังงานที่กำหนดค่าอย่างเหมาะสมเพื่อผลิตไฟฟ้าได้โดยอิสระจากโครงข่าย (DOE) ผลผลิตโซลาร์ยังเปลี่ยนไปตามช่วงเวลาของวัน สภาพอากาศ และฤดูกาล ระหว่างไฟดับในเวลากลางวันที่มีแดด PV อาจจ่ายโหลดภายในบ้านบางส่วนและชาร์จแบตเตอรี่ได้ แต่ในเวลากลางคืนหรือช่วงมีเมฆมาก อาจมีส่วนช่วยน้อยมาก การผลิตไฟฟ้าจากโซลาร์เปลี่ยนแปลงตามเงื่อนไขเหล่านี้ ขณะที่ระบบกักเก็บพลังงานสามารถย้ายพลังงานโซลาร์ไปใช้ในช่วงที่การผลิตต่ำหรือไม่มีการผลิตได้ (DOE)
ดังนั้น ขนาดแบตเตอรี่สำหรับที่พักอาศัยที่เหมาะสมจึงเป็นผลจากเป้าหมายไฟสำรองที่เฉพาะเจาะจง ตัดสินใจว่าโหลดใดสำคัญ ประเมินกำลังสูงสุดที่โหลดเหล่านั้นอาจต้องใช้พร้อมกัน และประเมินพลังงานที่จะใช้ตลอดระยะเวลาสำรองไฟที่ต้องการ จากนั้นคำนึงถึงพลังงานแบตเตอรี่ที่ใช้งานได้ สถานะประจุเริ่มต้น การสูญเสียจากการแปลงพลังงาน และส่วนช่วยจากโซลาร์ที่สมเหตุสมผล สุดท้าย ควรเผื่อระยะสำหรับความไม่แน่นอนของโหลดจริงและระยะเวลาไฟดับ แทนที่จะกำหนดขนาดให้พอดีกับค่าประมาณแบบไม่มีส่วนเผื่อ
คำตอบสุดท้ายควรดูเหมือนข้อกำหนดสองค่า ไม่ใช่ความจุพาดหัวค่าเดียว นั่นคือ kW ที่เพียงพอสำหรับรับพีกของโหลดสำคัญ และ kWh ที่ใช้งานได้เพียงพอสำหรับให้โหลดเหล่านั้นทำงานตลอดช่วงเวลาที่ต้องการ เมื่อสองตัวเลขนี้ชัดเจน การเปรียบเทียบแบตเตอรี่สำหรับที่พักอาศัยจะง่ายขึ้นมาก และมีความหมายมากกว่าการเลือกผลิตภัณฑ์ที่มีตัวเลข kWh สูงที่สุดเพียงอย่างเดียว
