Khi hai ngôi nhà lắp cùng một pin 10 kWh, rất dễ kỳ vọng kết quả giống nhau. Tuy nhiên, hệ thống thứ nhất có thể bắt đầu xả ngay khi sản lượng mặt trời thấp hơn nhu cầu hộ gia đình, trong khi hệ thống thứ hai giữ lại một phần năng lượng cho khung giá cao hơn muộn trong ngày. Nếu được thiết kế và cấu hình cho nguồn dự phòng, nó cũng có thể giữ một mức dự trữ cho mất điện.
Đến đầu buổi tối, một pin có thể gần mức dự trữ trong khi pin kia vẫn còn năng lượng khả dụng. Không có gì khác về dung lượng vật lý của chúng. Chúng chỉ đơn giản đã làm theo các chỉ dẫn khác nhau.
Dung lượng không phải là lịch vận hành
Dung lượng, đo bằng kWh, mô tả lượng năng lượng pin có thể lưu trữ. Công suất, đo bằng kW, mô tả tốc độ pin có thể cung cấp năng lượng đó. U.S. Department of Energy xem đây là hai thông số riêng vì chúng trả lời các câu hỏi khác nhau. Pin có thể chứa đủ năng lượng để chạy nhiều thiết bị theo thời gian nhưng vẫn không thể hỗ trợ tất cả cùng lúc nếu tổng nhu cầu vượt quá định mức công suất.
Con số dung lượng nào đang được trích dẫn cũng quan trọng. Dung lượng danh định, dung lượng khả dụng và năng lượng cung cấp sau chuyển đổi không mô tả chính xác cùng một ranh giới. Hướng dẫn về pin của Australian Government lưu ý rằng dung lượng khả dụng thấp hơn tổng dung lượng và một phần năng lượng bị mất trong quá trình sạc và xả. Các con số về pin cần được đặt trên cùng cơ sở trước khi so sánh.
Khi các con số đó rõ ràng, câu hỏi còn lại là vận hành: hệ thống nên làm gì với năng lượng nó có?
Vì sao thời điểm làm thay đổi kết quả
Một trong những nhiệm vụ cơ bản của pin gia đình là làm điện trở nên khả dụng vào thời điểm khác. Hệ thống điện mặt trời có thể tạo nhiều năng lượng hơn nhu cầu ngôi nhà vào giữa trưa, rồi tạo ít hoặc không tạo gì sau hoàng hôn. Pin mang một phần dư thừa ban ngày đó sang buổi tối.
Chế độ tự tiêu thụ cơ bản thường đi theo điều đang xảy ra hiện tại. Khi sản lượng mặt trời vượt nhu cầu hộ gia đình, pin sạc. Khi nhu cầu cao hơn sản lượng mặt trời, pin xả. Điều này có thể giảm nhập điện lưới, nhưng cũng có thể dùng năng lượng lưu trữ trước khi giai đoạn biểu giá đắt hơn bắt đầu.
Chiến lược theo thời gian có thể giữ pin cho các giờ muộn hơn đó. Điều này không làm mọi kWh có giá trị hơn trong mọi thị trường; kết quả phụ thuộc vào biểu giá và mô hình phụ tải của hộ gia đình. Nó thay đổi lịch vận hành để năng lượng lưu trữ khả dụng cho một mục đích khác.
Dự phòng tạo ra một đánh đổi khác. Trong hệ thống có khả năng dự phòng được cấu hình để vận hành khi mất điện, mức dự trữ cao hơn để lại nhiều năng lượng hơn nếu lưới gặp sự cố. Cùng mức dự trữ đó để lại ít dung lượng hơn cho tự tiêu thụ hằng ngày hoặc quản lý biểu giá. Hướng dẫn của Australian Government nêu rõ ranh giới này: không phải mọi hệ thống pin đều có thể cung cấp nguồn dự phòng, và những hệ thống có thể phải được cấu hình cho việc đó.
Những lựa chọn này thường được mô tả là điều độ pin. Chúng không tách khỏi dung lượng, vì mọi quyết định đều rút từ cùng một kho năng lượng hữu hạn. Năng lượng dùng vào buổi chiều không thể vẫn chờ trong pin vào tối hôm đó.
“Điều khiển thông minh” nghĩa là gì trong thực tế
“Điều khiển thông minh” không nhất thiết có nghĩa là trí tuệ nhân tạo. Một bộ điều khiển có thể áp dụng một tập quy tắc cho thông tin như sản lượng mặt trời, nhu cầu hộ gia đình, SOC của pin, thiết lập dự trữ và giá điện, rồi quyết định sạc, xả hoặc chờ.
Một số bộ điều khiển cũng dùng dự báo. Nếu dự kiến ngày hôm sau có sản lượng mặt trời mạnh, hệ thống có thể cho phép dùng nhiều năng lượng hơn qua đêm vì khả năng sạc lại cao. Với dự báo kém, quyết định đó có thể khiến pin rỗng hơn dự kiến.
Nghiên cứu của Mirletz và Guittet đã thử nghiệm một phương pháp điều độ phản hồi giá sử dụng dự báo mặt trời và phụ tải, dữ liệu suy giảm pin và biểu giá điện. Các biểu giá, kích thước hệ thống, hồ sơ phát điện và phụ tải khác nhau đòi hỏi các chiến lược điều độ khác nhau. Một lịch được thiết kế cho một biểu giá hoặc hộ gia đình không thể tự động được giả định là phù hợp với biểu giá hoặc hộ khác.
Trong một hệ thống năng lượng gia đình tích hợp hơn, EMS có thể điều phối quyết định giữa nguồn mặt trời, phụ tải hộ gia đình, pin, biến tần và kết nối lưới. Một nghiên cứu dân dụng của Merrington, Khezri và Mahmoudi đưa ra một ví dụ: hệ thống quản lý năng lượng gia đình của nghiên cứu sử dụng giá điện, ràng buộc lưới, phụ tải hộ gia đình và dữ liệu thời tiết để định hướng vận hành. Hệ thống thực tế dùng các tổ hợp thông tin khác nhau, nhưng mục đích tương tự - biến nhiều đầu vào thành một kế hoạch vận hành.
EMS không thay thế các chức năng bảo vệ của pin. BMS giám sát điều kiện pin và cung cấp hoặc thực thi giới hạn vận hành cấp pin, trong khi biến tần hoặc PCS thực hiện chuyển đổi điện cần thiết cho sạc và xả. Yêu cầu từ EMS chỉ có thể được thực hiện khi pin và thiết bị chuyển đổi công suất hỗ trợ được.
Ở cấp phần cứng, đơn vị quản lý pin điện áp cao của NXP cung cấp giám sát interlock và điều khiển contactor, cùng các giao diện truyền thông với EMS. Đây là minh họa hữu ích cho việc điều phối cấp địa điểm không thay thế bảo vệ pin: lớp pin vẫn cần hạn chế hoặc ngắt vận hành khi điều kiện yêu cầu. Giải thích chi tiết hơn có trong BMS thực sự làm gì?.
Khi điều khiển thông minh ngừng hữu ích
Nếu pin quá nhỏ cho nhiệm vụ dự định, thay đổi lịch vận hành sẽ không loại bỏ thiếu hụt năng lượng. Điều tương tự áp dụng cho công suất: phần mềm điều khiển không thể khiến thiết bị cung cấp vượt định mức đầu ra.
Điều khiển phức tạp hơn không tự động tốt hơn. Một đánh giá hệ thống của Azuatalam và cộng sự cho thấy việc tăng mức độ tinh vi của chiến lược quản lý năng lượng không nhất thiết cải thiện hiệu năng hoặc tính khả thi kinh tế của hệ PV-pin. Giả định mô hình, dữ liệu đầu vào bất định và cách xử lý suy giảm pin có thể thay đổi kết quả.
Các giới hạn tương tự xuất hiện trong vận hành hằng ngày. Lịch biểu giá lỗi thời có thể chuyển sạc sang sai giờ. Mức dự trữ đặt quá cao có thể để dung lượng hữu ích không được dùng mỗi ngày, trong khi mức đặt quá thấp có thể không phản ánh ưu tiên dự phòng của chủ sở hữu. Dự báo và thói quen hộ gia đình cũng có thể thay đổi, nên các thiết lập từng hợp lý có thể cần được xem xét lại.
Khi buổi tối đến, pin hữu ích là pin vẫn còn đủ năng lượng cho nhiệm vụ mà hộ gia đình đã chọn. Để đạt được điều đó cần phần cứng đủ phù hợp, thiết lập hợp lý và chiến lược vận hành phản ánh cách ngôi nhà thực sự sử dụng điện.
