Побутову батарею зазвичай рекламують одним великим числом: 10 kWh, 13.5 kWh, 16 kWh. Це число важливе, але воно не показує, чи добре система працюватиме під час відключення електроенергії. Практичний проєкт резервного живлення має відповісти на два різні запитання. Чи можуть батарея та інвертор забезпечити найвищу потужність, яка може знадобитися будинку в окремий момент? І чи достатньо накопиченої енергії, щоб підтримувати вибрані навантаження протягом потрібної кількості годин? Простими словами, kW показує, чи здатна система нести навантаження, а kWh показує, як довго вона може це робити.
Найпростіше почати не з каталогу батарей. Варто почати з мети резервного живлення. Визначте, що має залишатися ввімкненим, коли мережа зникає, і як довго ці навантаження мають бути доступними. Домогосподарство, якому потрібні лише холодильник, освітлення, інтернет і кілька розеток, має зовсім інші вимоги, ніж будинок, де очікують нормальної роботи кондиціонування, кухонного обладнання або більшої частини оселі. У рекомендаціях NREL Battery Storage for Resilience критичне навантаження та очікувана тривалість відключення визначені як ключові чинники під час вибору й розрахунку технологій резервного живлення. (NREL)
Потужність і енергія відповідають на різні запитання
Припустімо, група основних навантажень у середньому споживає 0.8 kW протягом десятигодинного нічного відключення. За ці десять годин навантаженням потрібно приблизно 8 kWh енергії. Але уявімо, що компресор холодильника, освітлення та ще один прилад ненадовго працюють одночасно й піднімають попит до 2.6 kW. Батарейна система все одно має бути здатна забезпечити цей момент 2.6 kW, навіть якщо середній попит значно нижчий.
Саме тому середнього споживання домогосподарства недостатньо для розрахунку. Місячне споживання електроенергії може допомогти описати, скільки енергії будинок споживає загалом, але воно не показує, які навантаження працюватимуть одночасно під час відключення. Корисна оцінка резервного живлення зосереджується на колах, які залишаться під напругою, і запитує, скільки потужності їм може знадобитися одночасно та скільки енергії вони використають за бажаний період.
Різні навантаження можуть по-різному впливати на ці дві вимоги. Прилад високої потужності, який працює лише кілька хвилин, може суттєво збільшити потрібні kW, але додати відносно мало до загальних kWh. Менше навантаження, яке працює багато годин, може майже не змінити пікову потужність, але спожити помітну частку накопиченої енергії. Тому вилучення одного необов’язкового високопотужного навантаження може значно спростити проєктування системи резервного живлення, навіть якщо загальне добове споживання електроенергії зміниться лише трохи.
DOE проводить таке саме базове розмежування, описуючи накопичення енергії в батареях: power capacity — це обсяг потужності, який система може віддати в певний момент, тоді як energy capacity — це обсяг енергії, який вона може зберігати. (DOE) Батарея з великою кількістю kWh, але недостатньою вихідною потужністю, все одно може мати труднощі з великим одночасним навантаженням, тоді як система з високою потужністю, але замалою енергією, може легко нести навантаження, проте розрядитися раніше, ніж очікувалося.
Вимога до навантаження не тотожна маркуванню батареї
Якщо вибраним навантаженням потрібно 8 kWh протягом запланованого відключення, це не означає автоматично, що батареї на 8 kWh достатньо. У специфікаціях батареї можуть розрізняти номінальну та корисну енергію. (NREL) Частина енергії також втрачається, коли накопичена DC енергія перетворюється на AC живлення для домашніх навантажень; накопичення не є ефективним на 100%, оскільки енергія втрачається під час перетворення та повернення. (DOE) Обсяг, доступний на початку відключення, також залежить від стану заряду батареї.
Простий приклад показує, чому маркування має значення. Якщо 90% номінальної енергії батареї доступно для резервного живлення, а відповідний шлях розряду має ефективність 92%, то для подачі 8 kWh до навантажень потрібно приблизно 9.7 kWh номінальної накопиченої енергії: 8 ÷ (0.90 × 0.92). Ці відсотки є лише ілюстрацією, а не універсальним правилом. Реальний продукт може вже публікувати показник корисної енергії, а його визначення ефективності може використовувати інші межі вимірювання. Головне — не рахувати одну й ту саму втрату двічі та не порівнювати вимогу на стороні навантаження безпосередньо з числом батареї, яке означає щось інше.
Початковий стан заряду важливий з тієї самої причини. Батарея, яка майже повна на початку відключення, має більше доступної резервної енергії, ніж та сама батарея, що стартує з 50%. Аналіз стійкості NREL показав, що рівень заряду батареї на момент початку відключення може суттєво впливати на те, як довго система здатна обслуговувати захищені навантаження. (NREL) Якщо стійкість є важливою метою, робоча стратегія має залишати достатньо енергії для сценарію відключення, який справді важливий для власника будинку.
У системі з можливістю резервного живлення, спроєктованій так, щоб PV продовжувала працювати під час відключення, сонячна генерація може продовжити резерв, але вона не є гарантованою щоденною енергією. Побутова сонячна система потребує належно налаштованого інвертора та системи накопичення, щоб виробляти електроенергію незалежно від мережі. (DOE) Виробіток сонячної енергії також змінюється залежно від часу доби, погоди та сезону. Під час сонячного денного відключення PV може забезпечувати частину побутового навантаження й заряджати батарею. Уночі або в хмарний період її внесок може бути дуже малим. Сонячна генерація змінюється за цих умов, тоді як накопичення може переносити сонячну енергію на періоди, коли генерація низька або недоступна. (DOE)
Отже, практичний розмір побутової батареї є результатом конкретної мети резервного живлення. Визначте, які навантаження важливі, оцініть найвищу потужність, яка може знадобитися їм разом, і оцініть енергію, яку вони використають за бажану тривалість резерву. Потім врахуйте корисну енергію батареї, початковий стан заряду, втрати перетворення та будь-який реалістичний внесок сонячної генерації. Нарешті, залиште розумний запас на невизначеність фактичного навантаження й тривалості відключення, а не підбирайте систему точно під оцінку.
Фінальна відповідь має виглядати як пара вимог, а не одна headline capacity: достатньо kW, щоб витримати пік критичного навантаження, і достатньо корисних kWh, щоб підтримувати ці навантаження протягом запланованого періоду. Коли ці два числа зрозумілі, порівнювати побутові батареї стає значно легше — і значно змістовніше, ніж просто обирати продукт із найбільшим показником kWh.
