บ้านสองหลังอาจมีแผงโซลาร์และแบตเตอรี่คล้ายกัน แต่ทำงานต่างกันมากเมื่อไฟฟ้าจากสาธารณูปโภคขัดข้อง หลังหนึ่งดับสนิท อีกหลังยังจ่ายไฟให้วงจรจำเป็นบางส่วนได้ สำหรับพื้นที่ห่างไกลที่ไม่มีการเชื่อมต่อกับสาธารณูปโภค เหตุการณ์เดียวกันไม่ใช่ประเด็น เพราะไซต์นั้นเดินระบบอยู่บนโครงข่ายไฟฟ้าของตนเองอยู่แล้ว
ความแตกต่างไม่ได้อยู่ที่ขนาดแบตเตอรี่เพียงอย่างเดียว On-grid, off-grid และ hybrid อธิบายความสัมพันธ์ที่แตกต่างกันกับโครงข่ายไฟฟ้าสาธารณะ หากต้องการเข้าใจ ให้ถามสามคำถาม: มีโครงข่ายอยู่ในการทำงานปกติหรือไม่ อะไรเป็นตัวกำหนดแรงดันและความถี่เมื่อโครงข่ายหายไป และแหล่งพลังงานใดสามารถจ่ายโหลดต่อได้
ระบบกักเก็บพลังงาน on-grid ทำงานร่วมกับสาธารณูปโภค
ระบบ on-grid หรือ grid-connected ทำงานขนานกับโครงข่ายไฟฟ้าสาธารณะ โครงข่ายให้แรงดันและความถี่ AC ที่ตั้งไว้แล้วเพื่อให้อุปกรณ์แบบ grid-following จับตาม นอกจากนี้ยังชดเชยส่วนต่างระหว่างอุปทานและความต้องการในพื้นที่: ไซต์สามารถนำเข้าไฟฟ้าเมื่อกำลังผลิตโซลาร์และแบตเตอรี่ไม่เพียงพอ และอาจส่งออกพลังงานส่วนเกินได้เมื่อกฎท้องถิ่นอนุญาต
แบตเตอรี่ on-grid อาจกักเก็บโซลาร์ส่วนเกิน เลื่อนการใช้พลังงานไปอีกช่วงเวลา หรือทำตามตารางการเดินระบบ ดังนั้น “on-grid” ไม่ได้หมายถึง “โซลาร์ที่ไม่มีแบตเตอรี่” แต่หมายถึงระบบกักเก็บพลังงานถูกออกแบบให้มีปฏิสัมพันธ์กับโครงข่ายสาธารณะที่พร้อมใช้งานในระหว่างการทำงานปกติ
การเชื่อมต่อนั้นไม่ได้ให้ไฟสำรองโดยอัตโนมัติ U.S. Department of Energy อธิบายว่าอินเวอร์เตอร์แบบ grid-following ดั้งเดิมใช้โครงข่ายเป็น waveform reference และจะตัดการเชื่อมต่อเมื่อความผิดปกติออกนอกช่วงที่อนุญาตเพียงพอ คู่มือการประยุกต์ใช้ระบบอินเวอร์เตอร์ของ UL ก็แยกความแตกต่างระหว่างอุปกรณ์ utility-interactive กับอุปกรณ์ stand-alone และ multimode และอธิบายการป้องกัน anti-islanding ที่ป้องกันการส่งออกไฟฟ้าต่อหลังไฟฟ้าสาธารณูปโภคดับ
ด้วยเหตุนี้ แบตเตอรี่ที่ชาร์จเต็มอาจมีอยู่จริง แต่ตัวอาคารยังคงดับไฟ การจ่ายโหลดในพื้นที่ต่อไปต้องใช้ระบบที่ออกแบบให้แยกตัวจากโครงข่ายที่ล้มเหลวและทำงานเป็น island ที่ตั้งใจไว้ ความจุแบตเตอรี่ตอบว่ามีพลังงานอยู่เท่าใด แต่ไม่ได้พิสูจน์ว่าการติดตั้งนั้นใช้พลังงานดังกล่าวระหว่างไฟดับได้
การทำงาน off-grid ต้องมี reference ไฟฟ้าในพื้นที่
ระบบ off-grid ไม่มีโครงข่ายสาธารณะให้พึ่งพา เมื่อไซต์ต้องจ่ายโหลด AC อุปกรณ์ภายในระบบต้องสร้างแรงดันและความถี่ท้องถิ่น ขณะที่การผลิต ระบบกักเก็บ และความต้องการต้องสมดุลทุกขณะ ในระบบที่ใช้อินเวอร์เตอร์ บทบาทนี้โดยปกติดำเนินการโดยอุปกรณ์แบบ grid-forming หรืออุปกรณ์ที่รองรับ stand-alone ไม่ใช่อินเวอร์เตอร์ grid-following แบบทั่วไป
แบตเตอรี่และอินเวอร์เตอร์ร่วมกันช่วยจัดการความไม่สมดุลทั้งระยะสั้นและระยะยาว พวกมันตอบสนองได้เมื่อมอเตอร์เริ่มทำงานหรือเมฆลดกำลัง PV แล้วรับโหลดต่อหลังพระอาทิตย์ตก แต่ยังเป็นเพียงส่วนหนึ่งของระบบจ่ายไฟ โซลาร์ ลม พลังน้ำ หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้เชื้อเพลิงอาจช่วยจ่ายพลังงาน และระบบควบคุมต้องประสานการชาร์จ การคายประจุ การผลิต ระดับ reserve และเมื่อการออกแบบอนุญาต การตัดโหลดที่ไม่จำเป็น
นี่คือเหตุผลที่การออกแบบ off-grid demanding กว่าการเพิ่มแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ การออกแบบต้องครอบคลุมความต้องการพร้อมกันสูงสุดของโหลดที่ตั้งใจให้รองรับ และพาโหลดเหล่านั้นผ่านช่วงคาดการณ์ที่พลังงานหมุนเวียนผลิตไม่พอ โดยใช้พลังงานที่กักเก็บและแหล่งพลังงานท้องถิ่นที่ dispatch ได้ ปัจจัยอย่างการผลิตตามฤดูกาล ความแปรปรวนของสภาพอากาศ การเติบโตของโหลด การสูญเสียของอุปกรณ์ และ reserve margin ล้วนส่งผลต่อผลลัพธ์
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าภายนอกไม่ได้ทำให้ระบบกลายเป็น “on-grid” ระบบยังคงเป็น off-grid ตราบใดที่ไม่ได้เชื่อมต่อกับสาธารณูปโภค IEA Photovoltaic Power Systems Programme จัดทำเอกสารระบบ off-grid ที่รวม PV แบตเตอรี่ และ generator sets ขณะที่ เอกสารระบบ stand-alone ของ SMA ให้ตัวอย่างที่เป็นรูปธรรมของ battery inverter ที่สร้างโครงข่ายท้องถิ่นและประสานแบตเตอรี่ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า และโหลด ในบริบทนี้ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเป็นอีกแหล่งพลังงานท้องถิ่นหนึ่ง ซึ่งมักเก็บไว้สำหรับช่วงที่พลังงานหมุนเวียนและพลังงานที่กักเก็บไม่เพียงพอ
“Hybrid” อธิบายความสามารถ ไม่ใช่ผลลัพธ์ที่รับประกัน
สำหรับการเปรียบเทียบนี้ hybrid หมายถึงระบบกักเก็บพลังงานที่เชื่อมต่อโครงข่ายและตั้งใจรองรับมากกว่าหนึ่งโหมดการทำงาน เมื่อสาธารณูปโภคพร้อมใช้งาน ระบบสามารถนำเข้า ส่งออก ชาร์จ และคายประจุตามเป้าหมายของไซต์และกฎท้องถิ่น เมื่อระบบตรวจพบไฟดับ configuration ที่รองรับ backup สามารถแยกวงจรที่ป้องกันไว้และสร้างแหล่งจ่ายในพื้นที่ได้ แนวทาง resilience ของ DOE อธิบายระบบ solar-plus-storage ที่สลับเข้าสู่โหมด islanded หลังสูญเสียไฟฟ้าจากโครงข่าย และเชื่อมต่อกลับเมื่อบริการกลับมา
อย่างไรก็ตาม คำว่า “hybrid” ถูกใช้ค่อนข้างหลวม ตัวอย่างเช่น รายงาน IEA PVPS ก็ใช้คำว่า “PV hybrid system” สำหรับการผสมผสาน off-grid ระหว่าง PV แบตเตอรี่ และการผลิตดีเซล ในทางปฏิบัติ label นี้ยังทิ้งคำถามหลายข้อไว้: วงจรใดจะยังมีไฟ การโอนย้ายเกิดเร็วเพียงใด และอินเวอร์เตอร์สามารถเริ่มและรองรับ island โดยไม่มีสาธารณูปโภคได้หรือไม่
ฟังก์ชันเหล่านั้นต้องตรวจสอบในระดับระบบ การติดตั้ง backup ที่ทำงานได้ต้องมีความสามารถ power conversion ที่เหมาะสม อุปกรณ์ isolation หรือ transfer แบตเตอรี่และระบบควบคุมที่เข้ากันได้ และขอบเขตโหลดสำรองที่นิยามชัดเจน บางระบบรองรับเฉพาะ output สำหรับ essential load โดยเฉพาะ ขณะที่บางระบบสามารถออกแบบให้รองรับส่วนที่ใหญ่กว่าของอาคาร พลังงานแบตเตอรี่ที่มีอยู่ส่งผลต่อ runtime ส่วนกำลังอินเวอร์เตอร์และการออกแบบวงจรที่สำรองจะกำหนดว่าโหลดใดทำงานพร้อมกันได้
เมื่อมองแบบนี้ ทั้งสามหมวดอธิบายรูปแบบการทำงานมากกว่าระดับชั้นของผลิตภัณฑ์ ระบบ grid-connected อาจเพียงพอเมื่อไฟฟ้าสาธารณูปโภคเชื่อถือได้และไม่ต้องการไฟสำรอง ไซต์ที่ไม่มีสาธารณูปโภคต้องการโครงข่ายไฟฟ้าแบบพึ่งพาตนเอง ไซต์ที่คาดว่าจะใช้โครงข่ายตามปกติและยังคงให้โหลดบางส่วนทำงานระหว่างไฟดับ ต้องการ configuration multimode ที่ตรวจสอบแล้ว ความสามารถด้าน islanding, transfer, load-support และ control ให้ข้อมูลมากกว่าหมวดหมู่ที่พิมพ์อยู่บนอินเวอร์เตอร์
