Підбираючи домашній акумулятор, потрібно врахувати дві вимоги: достатню потужність у кіловатах для найбільшого одночасного критичного навантаження та достатню корисну енергію в кіловат-годинах, щоб підтримувати ці навантаження потрібний час.
Домашній акумулятор зазвичай рекламують одним великим числом: 10, 13,5 або 16 кВт·год. Воно важливе, але не показує, чи добре працюватиме система під час відключення. Для корисного резервного рішення потрібно відповісти на два різні запитання. Чи здатні акумулятор та інвертор забезпечити найвищу потужність, яку будинок може потребувати в один момент? І чи вистачить накопиченої енергії для обраних навантажень на потрібну кількість годин? Простіше кажучи, кВт показують, чи витримає система навантаження, а кВт·год — як довго вона зможе його підтримувати.
Найпростіше починати не з каталогу акумуляторів, а з мети резервування. Визначте, що має залишатися ввімкненим за відключення мережі та як довго ці навантаження потрібно живити. Домогосподарство, якому потрібні лише холодильник, освітлення, інтернет і кілька розеток, має зовсім інші вимоги, ніж будинок, де очікують звичайної роботи кондиціонера, кухонного обладнання або майже всіх приладів. У рекомендаціях NREL щодо акумуляторів для стійкості критичне навантаження та очікувану тривалість відключення визначено основними чинниками вибору й розрахунку резервної технології. (NREL)
Потужність і енергія відповідають на різні запитання
Припустімо, група важливих навантажень у середньому споживає 0,8 кВт протягом десятигодинного нічного відключення. За десять годин їм потрібно приблизно 8 кВт·год енергії. Але уявімо, що компресор холодильника, освітлення та інший прилад на короткий час працюють одночасно й підвищують попит до 2,6 кВт. Система все одно має забезпечити ці 2,6 кВт у відповідний момент, хоча середня потужність значно нижча.
Тому для підбору системи недостатньо середнього споживання будинку. Місячний рахунок допомагає оцінити загальний обсяг енергії, але не показує, які прилади працюватимуть одночасно під час відключення. Практичний розрахунок резервування зосереджується на колах, що залишатимуться під напругою, та оцінює одночасну потужність і споживання енергії за бажаний час.
Різні навантаження по-різному впливають на ці дві вимоги. Потужний прилад, який працює лише кілька хвилин, може суттєво збільшити потрібні кВт, але майже не змінити сумарні кВт·год. Менше навантаження, яке працює багато годин, може майже не впливати на пік, але витратити значну частку енергії. Тому відключення одного необов’язкового потужного приладу може значно спростити проєктування резервної системи, навіть якщо добове споживання зміниться несуттєво.
Міністерство енергетики США (DOE) проводить те саме базове розмежування: потужність системи — це обсяг енергії, який вона може віддати в певний момент, а енергетична ємність — кількість енергії, яку вона може накопичити. (DOE) Акумулятор із великими кВт·год, але недостатньою вихідною потужністю може не впоратися з високим одночасним навантаженням. Система з високою потужністю, але замалим запасом енергії, навпаки, легко підтримає навантаження, проте розрядиться раніше, ніж очікувалося.
Потреба навантаження — не те саме, що число на етикетці акумулятора
Якщо обраним навантаженням потрібно 8 кВт·год за запланований час відключення, це не означає автоматично, що акумулятора на 8 кВт·год достатньо. У характеристиках можуть розрізняти номінальну та корисну енергію. (NREL) Частина енергії втрачається й під час перетворення накопиченої енергії постійного струму на змінний струм для домашніх приладів; накопичення не має стовідсоткової ефективності через втрати під час перетворення й віддачі. (DOE) Доступний на початку відключення запас також залежить від рівня заряду акумулятора.
Простий приклад показує, чому потрібно розуміти, яке саме число наведено. Якщо для резервування доступно 90% номінальної енергії акумулятора, а ефективність відповідного шляху розряджання становить 92%, то для передавання навантаженням 8 кВт·год знадобиться приблизно 9,7 кВт·год номінальної накопиченої енергії: 8 ÷ (0,90 × 0,92). Ці відсотки лише ілюстративні, а не універсальне правило. Реальний продукт може вже вказувати корисну енергію, а його визначення ефективності може спиратися на інші межі вимірювання. Головне — не враховувати ту саму втрату двічі й не порівнювати потребу навантаження безпосередньо з показником акумулятора, який описує іншу величину.
Початковий рівень заряду важливий з тієї самої причини. Майже повний акумулятор має більше енергії для резервування, ніж той самий акумулятор із зарядом 50% на початку відключення. Аналіз стійкості NREL показав, що початковий рівень заряду може істотно впливати на тривалість живлення захищених навантажень. (NREL) Якщо стійкість — важлива мета, стратегія роботи має залишати достатньо енергії для сценарію відключення, який справді турбує власника.
У системі, здатній до резервної роботи й спроєктованій так, щоб сонячна генерація діяла під час відключення, сонце може продовжити автономність, але не гарантує щоденного виробітку. Домашній сонячній системі потрібні правильно налаштовані інвертор і накопичувач, щоб виробляти електроенергію незалежно від мережі. (DOE) Сонячний виробіток також залежить від часу доби, погоди й сезону. Під час сонячного денного відключення фотоелектрична установка може живити частину навантажень і заряджати акумулятор. Уночі або за хмарності її внесок може бути дуже малим. Виробіток змінюється залежно від цих умов, а накопичувач переносить сонячну енергію на періоди низької або відсутньої генерації. (DOE)
Отже, корисний розмір домашнього акумулятора випливає з конкретної мети резервування. Визначте важливі навантаження, оцініть їхню найбільшу одночасну потужність та енергію за бажану тривалість. Потім врахуйте корисну енергію акумулятора, початковий заряд, втрати перетворення й реалістичний внесок сонячної генерації. Нарешті, залиште розумний запас на невизначеність фактичного навантаження й тривалості відключення, замість того щоб підбирати систему точно під розрахункове значення.
Кінцева відповідь має складатися з двох вимог, а не однієї рекламної ємності: достатніх кВт для піка критичних навантажень і достатніх корисних кВт·год для їхньої роботи протягом потрібного часу. Коли ці два показники зрозумілі, порівнювати домашні акумулятори набагато легше — і значно корисніше, ніж просто обирати продукт із найбільшою кількістю кВт·год.
