Một pin gia đình có thể được sạc đầy khi lưới điện công cộng gặp sự cố nhưng vẫn chưa sẵn sàng cấp điện ngay cho các mạch được dự phòng. Năng lượng đã lưu trữ chỉ là một phần của bài toán. Trước khi các mạch đó có thể được cấp điện an toàn, hệ thống phải nhận biết rằng điều kiện lưới không còn chấp nhận được, tách phần được bảo vệ của ngôi nhà khỏi lưới công cộng, thiết lập một nguồn điện cục bộ, rồi mới cấp điện cho các phụ tải thực sự nằm trong hệ thống dự phòng. Một transfer switch - hoặc thiết bị thực hiện cùng chức năng chuyển mạch - giúp kiểm soát ranh giới giữa vận hành nối lưới bình thường và dự phòng có chủ ý.Phần được dự phòng của ngôi nhà phải trở thành một đảo có chủ ý
Điện mặt trời và lưu trữ nối lưới thường vận hành cùng lưới công cộng. Khi điện lưới mất, chúng không thể đơn giản tiếp tục cấp điện cho cùng mạng điện như không có gì thay đổi. Phần lắp đặt sẽ tiếp tục có điện trước tiên phải được tách khỏi lưới một cách có chủ ý. Tài liệu dự phòng bằng pin của SMA đưa ra một ví dụ cụ thể: khi lưới gặp sự cố, thiết bị chuyển mạch tự động ngắt hệ thống dự phòng khỏi lưới công cộng trước khi biến tần thiết lập lưới dự phòng cục bộ. Nguyên tắc an toàn phía sau sự tách này là chống đảo ngoài ý muốn. Nguồn phát tương tác với lưới không được vô tình tiếp tục cấp điện cho phần lưới bên ngoài sau khi điện lưới đã mất. (UL) (SMA)
Điều đó tạo ra khác biệt quan trọng giữa đảo ngoài ý muốn và dự phòng có chủ ý. Chống đảo nhằm ngăn nguồn phát cục bộ tiếp tục cấp điện cho phía lưới công cộng sau khi mất điện. Vận hành dự phòng làm điều ngược lại ở phía được bảo vệ của một điểm tách đã xác minh: sau khi được cô lập, biến tần có khả năng dự phòng có thể thiết lập điện áp và tần số cần thiết cho phụ tải cục bộ. U.S. Department of Energy mô tả các hệ thống điện mặt trời + lưu trữ phát hiện mất điện lưới và chuyển sang chế độ đảo trong thời gian mất điện. Hòn đảo trong trường hợp đó là hệ thống phía khách hàng được tách có chủ ý, không phải phần mở rộng tình cờ của lưới bị lỗi. (U.S. Department of Energy)
Trình tự chuyển mạch chính xác phụ thuộc vào thiết bị, vì vậy cần tách chức năng chung khỏi cách triển khai của một nhà sản xuất. Trong thiết kế được SMA ghi nhận, biến tần phát hiện sự cố lưới, tie switch ngắt hệ thống dự phòng khỏi lưới công cộng, và giám sát phản hồi xác nhận trạng thái chuyển mạch trước khi cấp cho các phụ tải dự phòng được kết nối. Hệ thống khác có thể đóng gói các chức năng đó theo cách khác, nhưng yêu cầu nền tảng tương tự: nguồn dự phòng không nên cấp điện cho các mạch được bảo vệ như một đảo có chủ ý cho đến khi việc tách cần thiết khỏi lưới công cộng đã được thiết lập. (SMA)
Chức năng chuyển mạch không phải lúc nào cũng xuất hiện như một hộp độc lập truyền thống ghi nhãn “ATS.” Tesla, chẳng hạn, sử dụng các thiết bị như Backup Gateway, Backup Switch và Gateway 3 để phát hiện mất điện và cho phép dự phòng bằng pin trong các cấu hình Powerwall khác nhau. Bố trí phần cứng vì vậy có thể thay đổi ngay cả khi nhiệm vụ điện vẫn dễ nhận ra: phát hiện điều kiện lưới bất thường, duy trì điểm tách cần thiết và hỗ trợ chuyển sang nguồn cục bộ. (Tesla)
Sự chuyển đổi này cũng giải thích vì sao hệ thống dự phòng bằng pin không nên tự động được xem là UPS. Có thể có một khoảng gián đoạn thực sự trong khi hệ thống phát hiện mất điện, thay đổi trạng thái chuyển mạch và thiết lập nguồn dự phòng. SMA nêu rằng một cấu hình dự phòng dân dụng của họ khiến phụ tải mất nguồn khoảng năm đến bảy giây trong quá trình chuyển mạch và nói rõ cấu hình đó không đáp ứng yêu cầu UPS; các phụ tải không chịu được gián đoạn này cần bảo vệ UPS riêng. Con số năm đến bảy giây thuộc về hệ thống được ghi nhận đó, không phải mọi hệ thống dự phòng nói chung, nhưng nó cho thấy vì sao “có pin” và “có nguồn điện không gián đoạn” là hai tuyên bố khác nhau. (SMA)
Ranh giới dự phòng quyết định phần nào có thể được cấp điện
Sau khi phần được bảo vệ tách khỏi lưới công cộng, vị trí vật lý của ranh giới dự phòng trở nên rõ theo cách thực tế. Cấu hình toàn bộ ngôi nhà có thể đặt tủ phân phối chính ở phía được dự phòng. Thiết kế một phần ngôi nhà có thể dùng một Backup Panel chuyên dụng chỉ chứa các mạch được chọn. Tesla công bố cả hai loại cấu hình Powerwall. Trong cấu hình một phần ngôi nhà, các mạch nằm ngoài Backup Panel không tự nhiên đủ điều kiện nhận điện từ pin chỉ vì pin vẫn còn năng lượng. (Tesla)
Đó là lý do hai ngôi nhà có cùng pin có thể hành xử khác nhau trong cùng một lần mất điện. Một lắp đặt có thể đặt phần lớn mạch hộ gia đình phía sau thiết bị dự phòng, trong khi lắp đặt khác chỉ bảo vệ tủ lạnh, chiếu sáng, liên lạc hoặc các phụ tải được chọn khác. Kiến trúc chuyển mạch quyết định mạch nào được kết nối điện với hệ thống dự phòng cục bộ. Liệu pin và biến tần có thật sự hỗ trợ được tất cả các phụ tải đó cùng lúc và trong bao lâu là một câu hỏi riêng về công suất và năng lượng.
Ở cấp chức năng, quá trình chuyển đổi khi mất điện có thể được hiểu mà không giả định mọi sản phẩm dùng cùng một máy trạng thái nội bộ. Điều kiện lưới trở nên không chấp nhận được, phần được bảo vệ của hệ thống lắp đặt được tách khỏi lưới công cộng, một nguồn cục bộ được thiết lập, và các mạch phía sau ranh giới đó sau đó có thể được cấp điện. Điều quan trọng không phải là mọi hệ thống thực hiện hành động relay giống hệt nhau trong cùng số mili giây, mà là dự phòng có chủ ý phụ thuộc vào một ranh giới điện đã xác minh chứ không chỉ vào việc pin bắt đầu xả.
Việc điện lưới trở lại cũng phải được kiểm soát. Hệ thống dự phòng không nên kết nối lại phần được bảo vệ chỉ vì điện áp chấp nhận được xuất hiện trong chốc lát. SMA ghi nhận một giai đoạn giám sát lưới sau khi điện lưới trở lại; khi giám sát đó hoàn tất thành công, vận hành dự phòng kết thúc và hệ thống kết nối lại với lưới công cộng. Thời gian chờ cần thiết phụ thuộc vào cài đặt và yêu cầu áp dụng tại từng quốc gia. (SMA)
Tình huống mở đầu giờ đã khác. Một pin đầy tự nó không làm ngôi nhà sẵn sàng dự phòng ngay khi lưới biến mất. Hệ thống trước tiên phải tạo ranh giới điện an toàn, thiết lập nguồn cục bộ và chỉ phục vụ các mạch nằm trong ranh giới đó. Transfer switch quan trọng vì nó giúp sự thay đổi trạng thái điện này diễn ra có chủ ý. Pin cung cấp năng lượng đã lưu trữ; kiến trúc chuyển mạch quyết định khi nào và ở đâu năng lượng đó có thể được sử dụng trong thời gian mất điện.
