Pin dân dụng thường được quảng bá bằng một con số lớn: 10 kWh, 13.5 kWh, 16 kWh. Con số đó quan trọng, nhưng nó không cho biết hệ thống có hoạt động tốt khi mất điện hay không. Một thiết kế dự phòng hữu ích phải trả lời hai câu hỏi khác nhau. Pin và biến tần có thể cung cấp mức công suất cao nhất mà ngôi nhà có thể cần tại một thời điểm không? Và có đủ năng lượng đã lưu trữ để giữ các tải được chọn vận hành trong số giờ quan trọng hay không? Nói đơn giản, kW cho biết hệ thống có thể gánh tải hay không, còn kWh cho biết hệ thống có thể duy trì việc đó trong bao lâu.
Điểm bắt đầu dễ nhất không phải là catalogue pin. Đó là mục tiêu dự phòng. Hãy quyết định những gì cần tiếp tục hoạt động khi lưới mất điện và bạn muốn các tải đó còn sẵn trong bao lâu. Một hộ gia đình chỉ muốn duy trì tủ lạnh, chiếu sáng, internet và vài ổ cắm sẽ có yêu cầu rất khác với một hộ muốn giữ điều hòa, thiết bị nấu nướng hoặc phần lớn ngôi nhà vận hành như bình thường. Hướng dẫn Battery Storage for Resilience của NREL xác định tải quan trọng và thời lượng mất điện dự kiến là các cân nhắc cốt lõi khi chọn và định cỡ công nghệ dự phòng. (NREL)
Công suất và năng lượng trả lời các câu hỏi khác nhau
Giả sử một nhóm tải thiết yếu trung bình dùng 0.8 kW trong một đợt mất điện qua đêm kéo dài mười giờ. Trong mười giờ đó, các tải cần khoảng 8 kWh năng lượng. Nhưng hãy tưởng tượng máy nén tủ lạnh, đèn chiếu sáng và một thiết bị khác chồng lấn trong thời gian ngắn, đẩy nhu cầu lên 2.6 kW. Hệ thống pin vẫn phải có khả năng cung cấp khoảnh khắc 2.6 kW đó, dù nhu cầu trung bình thấp hơn nhiều.
Đó là lý do mức tiêu thụ trung bình của hộ gia đình không đủ để định cỡ. Sử dụng điện hằng tháng có thể giúp mô tả tổng lượng năng lượng một ngôi nhà tiêu thụ, nhưng không cho thấy những tải nào sẽ vận hành cùng nhau khi mất điện. Một ước tính dự phòng hữu ích tập trung vào các mạch sẽ được duy trì cấp điện và hỏi chúng có thể cần bao nhiêu công suất cùng lúc, cũng như sử dụng bao nhiêu năng lượng trong thời gian mong muốn.
Các loại tải khác nhau có thể đẩy hai yêu cầu đó theo những hướng khác nhau. Một thiết bị công suất cao chỉ dùng trong vài phút có thể ảnh hưởng lớn đến kW yêu cầu nhưng chỉ thêm tương đối ít vào tổng kWh. Một tải nhỏ hơn chạy trong nhiều giờ có thể hầu như không thay đổi đỉnh công suất nhưng tiêu thụ một phần đáng kể năng lượng đã lưu trữ. Loại bỏ một tải công suất cao không thiết yếu vì vậy có thể khiến hệ thống dự phòng dễ thiết kế hơn nhiều, ngay cả khi tổng mức sử dụng điện hằng ngày chỉ thay đổi một chút.
DOE đưa ra cùng sự phân biệt cơ bản khi mô tả lưu trữ bằng pin: công suất là lượng công suất hệ thống có thể cung cấp tại một thời điểm nhất định, trong khi dung lượng năng lượng là lượng năng lượng hệ thống có thể lưu trữ. (DOE) Một bộ pin có kWh lớn nhưng công suất đầu ra không đủ vẫn có thể gặp khó với tải đồng thời lớn, trong khi hệ thống công suất cao nhưng quá ít năng lượng có thể gánh tải dễ dàng nhưng cạn sớm hơn dự kiến.
Yêu cầu tải không giống với nhãn pin
Nếu các tải được chọn cần 8 kWh trong thời gian mất điện dự kiến, điều đó không tự động có nghĩa một bộ pin 8 kWh là đủ. Thông số pin có thể phân biệt giữa năng lượng danh nghĩa và năng lượng sử dụng được. (NREL) Một phần năng lượng cũng bị mất khi điện DC đã lưu trữ được chuyển thành điện AC cho tải hộ gia đình; lưu trữ không hiệu quả 100% vì có tổn thất trong quá trình chuyển đổi và thu hồi. (DOE) Lượng năng lượng sẵn có khi bắt đầu mất điện cũng phụ thuộc vào trạng thái sạc của pin.
Một ví dụ đơn giản cho thấy vì sao nhãn thông số quan trọng. Nếu 90% năng lượng danh nghĩa của pin có thể dùng cho dự phòng và đường xả liên quan có hiệu suất 92%, để cấp 8 kWh cho tải sẽ cần khoảng 9.7 kWh năng lượng lưu trữ danh nghĩa: 8 ÷ (0.90 × 0.92). Các tỷ lệ này chỉ để minh họa, không phải quy tắc phổ quát. Một sản phẩm thực tế có thể đã công bố con số năng lượng sử dụng được, và định nghĩa hiệu suất của nó có thể dùng ranh giới đo khác. Điểm quan trọng là tránh tính cùng một tổn thất hai lần hoặc so sánh trực tiếp yêu cầu phía tải với một con số pin đại diện cho điều khác.
Trạng thái sạc ban đầu cũng quan trọng vì cùng lý do. Một bộ pin gần đầy khi mất điện bắt đầu có nhiều năng lượng dự phòng hơn so với cùng bộ pin bắt đầu ở mức 50%. Phân tích khả năng chống chịu của NREL cho thấy mức đầy của pin khi mất điện bắt đầu có thể ảnh hưởng đáng kể đến thời gian hệ thống tiếp tục phục vụ các tải được bảo vệ. (NREL) Nếu khả năng chống chịu là mục tiêu quan trọng, chiến lược vận hành phải để lại đủ năng lượng cho kịch bản mất điện mà chủ nhà thực sự quan tâm.
Trong một hệ thống có khả năng dự phòng được thiết kế để giữ PV vận hành khi mất điện, điện mặt trời có thể kéo dài thời gian dự phòng, nhưng không phải là nguồn năng lượng hằng ngày được bảo đảm. Điện mặt trời dân dụng cần biến tần và hệ thống lưu trữ được cấu hình phù hợp để tạo điện độc lập với lưới. (DOE) Sản lượng mặt trời cũng thay đổi theo thời điểm trong ngày, thời tiết và mùa. Trong một đợt mất điện ban ngày có nắng, PV có thể cấp một phần tải hộ gia đình và sạc lại pin. Ban đêm hoặc trong giai đoạn nhiều mây, nó có thể đóng góp rất ít. Sản lượng mặt trời thay đổi theo các điều kiện này, trong khi lưu trữ có thể dịch chuyển năng lượng mặt trời sang các giai đoạn khi phát điện thấp hoặc không có. (DOE)
Vì vậy, kích thước pin dân dụng hữu ích là kết quả của một mục tiêu dự phòng cụ thể. Hãy quyết định tải nào quan trọng, ước tính công suất cao nhất mà chúng có thể cần cùng nhau, và ước tính năng lượng chúng sẽ dùng trong thời lượng dự phòng mong muốn. Sau đó tính đến năng lượng pin sử dụng được, trạng thái sạc ban đầu, tổn thất chuyển đổi và mọi đóng góp mặt trời thực tế. Cuối cùng, để lại biên dự phòng hợp lý cho độ bất định của tải thực tế và thời gian mất điện, thay vì định cỡ đúng sát theo ước tính.
Câu trả lời cuối cùng nên trông giống một cặp yêu cầu hơn là một dung lượng tiêu đề duy nhất: đủ kW để gánh đỉnh tải quan trọng và đủ kWh sử dụng được để duy trì các tải đó trong thời gian dự kiến. Khi hai con số này rõ ràng, việc so sánh pin dân dụng trở nên dễ hơn nhiều và có ý nghĩa hơn nhiều so với chỉ chọn sản phẩm có con số kWh lớn nhất.
