Два будинки можуть мати подібні сонячні панелі й батареї, але поводитися дуже по-різному, коли комунальна мережа виходить з ладу. Один залишається без світла. Інший підтримує роботу кількох основних електричних кіл. На віддаленому об’єкті без підключення до комунальної мережі така сама подія не має значення, бо майданчик уже працює на власній електричній мережі.
Різниця полягає не просто в розмірі батареї. On-grid, off-grid і hybrid описують різні відносини з комунальною мережею. Щоб їх зрозуміти, поставте три запитання: чи присутня мережа під час нормальної роботи? Що встановлює напругу й частоту, коли вона відсутня? Які джерела енергії можуть підтримувати живлення навантажень?
On-grid накопичення працює разом із комунальною мережею
On-grid, або grid-connected, система працює паралельно з публічною електричною мережею. Мережа забезпечує встановлені AC напругу й частоту, з якими синхронізується grid-following обладнання. Вона також покриває різницю між локальним постачанням і попитом: об’єкт може імпортувати електроенергію, коли сонячної генерації та виходу батареї недостатньо, і може експортувати надлишок енергії, якщо це дозволяють місцеві правила.
On-grid батарея може зберігати надлишкову сонячну енергію, переносити споживання на інший час або реагувати на операційний графік. Тому “On-grid” не означає “сонячна система без батареї”. Це означає, що система накопичення спроєктована для взаємодії з доступною комунальною мережею під час нормальної роботи.
Таке підключення не забезпечує резервне живлення автоматично. U.S. Department of Energy пояснює, що традиційні grid-following інвертори використовують мережу як опорну форму хвилі та відключаються, коли порушення виходять достатньо далеко за їхній дозволений діапазон. UL’s application guide for inverter systems також розрізняє utility-interactive обладнання, stand-alone та multimode обладнання, а також описує anti-islanding захист, який запобігає продовженню експорту після відключення комунальної мережі.
У результаті заряджена батарея може фізично бути на місці, тоді як будівля все одно втрачає електропостачання. Продовження живлення локальних навантажень потребує системи, спроєктованої для відокремлення від аварійної мережі та роботи як intentional island. Ємність батареї відповідає на запитання, скільки енергії доступно; вона не доводить, що установка може використати цю енергію під час відключення.
Off-grid робота потребує локального електричного опорного сигналу
Off-grid система не має публічної мережі, на яку можна спертися. Там, де об’єкт живить AC навантаження, обладнання всередині системи має встановлювати локальну напругу й частоту, водночас підтримуючи баланс генерації, накопичення та попиту в кожен момент. В інверторній системі цю роль зазвичай виконує grid-forming або stand-alone-capable обладнання, а не звичайний grid-following інвертор.
Батарея та інвертор разом допомагають керувати як короткими, так і довгими дисбалансами. Вони можуть реагувати, коли запускається двигун або хмара зменшує PV виробіток, а потім підтримувати навантаження після заходу сонця. Вони все одно є лише частиною системи постачання. Сонячна, вітрова, гідроенергія або паливний генератор можуть додавати енергію, а система керування має координувати заряджання, розряджання, генерацію, рівні резерву та — якщо конструкція це дозволяє — відключення необов’язкових навантажень.
Саме тому off-grid проєктування є вимогливішим, ніж додавання великої батареї. Проєкт має покривати найвище одночасне навантаження серед навантажень, які він має обслуговувати, і підтримувати ці навантаження протягом очікуваних прогалин у відновлюваній генерації, використовуючи накопичену енергію та будь-яке dispatchable локальне джерело. Сезонна генерація, мінливість погоди, зростання навантаження, втрати обладнання та резервні запаси — усе це впливає на результат.
Зовнішній генератор не робить систему “on-grid”. Вона залишається off-grid доти, доки не підключена до публічної комунальної мережі. IEA Photovoltaic Power Systems Programme документує off-grid системи, що поєднують PV, батареї та генераторні установки, тоді як документація SMA щодо stand-alone system надає конкретний приклад батарейного інвертора, який формує локальну мережу та координує батареї, генератори й навантаження. У цьому контексті генератор є ще одним локальним джерелом енергії, яке часто залишають на періоди, коли відновлюваної генерації та накопиченої енергії недостатньо.
“Hybrid” описує здатність, а не гарантований результат
Для цього порівняння hybrid означає grid-connected систему накопичення, призначену для підтримки більш ніж одного режиму роботи. Коли комунальна мережа доступна, вона може імпортувати, експортувати, заряджати та розряджати відповідно до цілей об’єкта й місцевих правил. Коли виявлено відключення, конфігурація з можливістю резервного живлення може ізолювати захищені кола й встановити локальне постачання. Рекомендації DOE щодо стійкості описують, як системи solar-plus-storage переходять в islanded mode після втрати мережевого живлення й повторно підключаються, коли сервіс повертається.
Однак слово “hybrid” використовується вільно. Звіт IEA PVPS, наприклад, також використовує “PV hybrid system” для off-grid поєднань PV, батарей і дизельної генерації. На практиці цей ярлик залишає кілька запитань без відповіді: які кола залишаються під напругою, як швидко відбувається перемикання та чи може інвертор запустити й підтримувати острів без комунальної мережі.
Ці функції потрібно перевіряти на рівні системи. Працююча резервна установка потребує відповідної здатності перетворення потужності, обладнання ізоляції або перемикання, сумісних батарей і систем керування, а також визначеної межі резервних навантажень. Деякі системи підтримують лише виділений вихід для essential-load; інші можуть бути спроєктовані для більшої частини будівлі. Доступна енергія батареї впливає на тривалість роботи, тоді як потужність інвертора та проєкт резервованих кіл визначають, які навантаження можуть працювати одночасно.
З цієї точки зору три категорії описують робочі схеми, а не класи продуктів. Grid-connected система може бути достатньою там, де комунальне електропостачання надійне й резервне живлення не потрібне. Об’єкт без комунальної мережі потребує автономної електромережі. Об’єкт, який має нормально використовувати мережу й підтримувати вибрані навантаження під час відключень, потребує перевіреної multimode конфігурації. Її islanding, transfer, load-support і control capabilities є інформативнішими, ніж категорія, надрукована на інверторі.
