การเปลี่ยนแปลงจากการพึ่งพากริดไปสู่พลังงานที่จัดการด้วยตนเอง
เจ้าของบ้านทั่วเขตภูมิอากาศกำลังคิดใหม่ว่าไฟฟ้าจะเข้าถึงปลั๊กไฟของตนได้อย่างไร ความผันผวนของอัตรา การไฟฟ้าดับที่ขยายออกไปในช่วงที่เกิดพายุ และต้นทุนการผลิตไฟฟ้าบนหลังคาที่ลดลง ส่งผลให้ครัวเรือนต่างๆ ต้องเผชิญกับคำถามง่ายๆ: บ้านสามารถผลิต จัดเก็บ และจัดการพลังงานไฟฟ้าเองได้โดยไม่ต้องพึ่งระบบไฟฟ้าทุกชั่วโมงของวันหรือไม่ คำตอบเกี่ยวข้องกับสององค์ประกอบที่ทำงานร่วมกันมากขึ้นเรื่อยๆ แทนที่จะแยกออกจากกัน นั่นคือ แผงโซลาร์เซลล์ที่เก็บเกี่ยวแสงกลางวัน และแบตเตอรีแบตเตอรีที่เก็บไว้เพื่อใช้หลังพระอาทิตย์ตกดิน
ความเป็นอิสระด้านพลังงานไม่ได้เกี่ยวกับการตัดการเชื่อมต่อจากโครงข่ายโดยสิ้นเชิง แม้ว่าจะยังคงเป็นทางเลือกสำหรับพื้นที่ชนบทบางแห่งก็ตาม สำหรับครัวเรือนส่วนใหญ่ หมายถึงการเปลี่ยนสมดุลของพลังงาน: การสร้างส่วนแบ่งการบริโภคในแต่ละวันที่ไซต์งาน การจัดเก็บส่วนเกิน และการใช้กำลังการผลิตที่เก็บไว้ในช่วงราคาสูงสุดหรือไฟฟ้าดับ แทนที่จะจ่ายอัตราค่าสาธารณูปโภคแบบพรีเมียม
สิ่งที่ระบบกักเก็บพลังงานทำได้จริงในการตั้งค่าที่บ้าน
เป็นที่อยู่อาศัย ระบบกักเก็บพลังงาน ตั้งอยู่ระหว่างแผงโซลาร์เซลล์ แผงไฟฟ้าในครัวเรือน และจุดเชื่อมต่อสาธารณูปโภค หน้าที่ของมันคือสามเท่า: จับการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ส่วนเกินที่บ้านไม่ได้ใช้แบบเรียลไทม์ รักษากำลังการผลิตนั้นอย่างปลอดภัย และปล่อยตามความต้องการเมื่อพระอาทิตย์ตกดิน เมื่อเมฆเคลื่อนผ่านเหนือศีรษะ หรือเมื่อโครงข่ายไฟฟ้าทำงานล้มเหลว
หากไม่มีการจัดเก็บ แผงโซลาร์เซลล์จะชดเชยการบริโภคในช่วงเวลากลางวันเท่านั้น รุ่นที่ไม่ได้ใช้จะถูกส่งกลับไปยังกริดเพื่อรับเครดิต (ในกรณีที่นโยบายการวัดปริมาณสุทธิอนุญาต) หรือสูญหาย การเพิ่มที่เก็บข้อมูลจะแปลงส่วนเกินนั้นให้เป็นไฟที่ใช้งานได้ในช่วงเย็นและกลางคืน ซึ่งโดยทั่วไปจะเป็นช่วงที่ความต้องการในครัวเรือนถึงจุดสูงสุด - การเตรียมอาหารเย็น แสงสว่าง ระบบความบันเทิง และระบบควบคุมสภาพอากาศ ล้วนดึงเข้ามาอย่างหนักหลัง 17.00 น. ในโปรไฟล์ภาระงานที่อยู่อาศัยส่วนใหญ่
| ส่วนประกอบของระบบ | ฟังก์ชั่นหลัก | หน้าต่างการทำงานทั่วไป |
| อาร์เรย์แสงอาทิตย์ | Converts sunlight into DC electricity | เวลากลางวันเท่านั้น |
| Inverter/Charge Controller | Converts and regulates power flow | Continuous during active load or charge cycles |
| ธนาคารแบตเตอรี่ | Stores surplus energy for later use | เรียกเก็บเงินตามวัน ปล่อยตอนเย็น/คืน หรือในระหว่างที่ไฟฟ้าดับ |
| Energy Management Controller | ตัดสินใจว่าจะชาร์จ คายประจุ หรือดึงออกจากกริดเมื่อใด | ต่อเนื่องอัตโนมัติ |
เหตุใดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจึงครองพื้นที่จัดเก็บข้อมูลที่อยู่อาศัย
ตัวเลือกเคมีของแบตเตอรี่เป็นตัวกำหนดว่าระบบจัดเก็บข้อมูลทำงานอย่างไรตลอดอายุการใช้งาน แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน และโดยเฉพาะรุ่น LiFePO4 (ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต) ที่ใช้ในชั้นวางในที่พักอาศัยที่ทันสมัยที่สุด ได้กลายเป็นคำแนะนำเริ่มต้นสำหรับการติดตั้งที่บ้านด้วยเหตุผลเชิงปฏิบัติผสมผสานกันมากกว่าความพึงพอใจทางการตลาด
- ความทนทานต่อการปล่อยประจุได้ลึก - ชุด LiFePO4 ส่วนใหญ่สามารถหมุนเวียนไปที่ระดับความลึกการปล่อยประจุ 80 ถึง 90 เปอร์เซ็นต์ซ้ำ ๆ โดยไม่เกิดการย่อยสลายแบบเร่ง
- ความคงตัวทางความร้อน - โครงสร้างแคโทดของเหล็กฟอสเฟตมีความทนทานต่อการเคลื่อนตัวของความร้อนได้ดีกว่าสารเคมีลิเธียมโคบอลต์รุ่นเก่ามาก
- อายุการใช้งานของวงจร - ชั้นวางลิเธียมไอออนสำหรับที่พักอาศัยทั่วไปได้รับการจัดอันดับสำหรับรอบการทำงานเต็ม 4,000 ถึง 6,000 ที่ระดับความลึกของการคายประจุ ซึ่งหมายความว่ามีการใช้งานในแต่ละวันมากกว่าหนึ่งทศวรรษ
- ขนาดกะทัดรัด - ความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้นต่อปริมาตรของหน่วยหมายความว่ายูนิตแบบติดผนังหรือแบบแร็คสามารถจุความจุได้มากโดยไม่ต้องใช้ช่องโรงรถ
- การบำรุงรักษาน้อยที่สุด - ระบบจัดการแบตเตอรี่แบบปิดผนึกและตรวจสอบตัวเองจะขจัดขั้นตอนการรดน้ำและการปรับสมดุลที่ธนาคารกรดตะกั่วแบบเก่าต้องการ
ครัวเรือนที่เปรียบเทียบสารเคมีควรชั่งน้ำหนักด้วย แบตเตอรี่แร็ค LiFePO4 เทียบกับธนาคารตะกั่วกรดหรือลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์รุ่นเก่าด้วยต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของมากกว่าราคาสติกเกอร์เพียงอย่างเดียว ธนาคารกรดตะกั่วที่ถูกเปลี่ยนทุกสามถึงห้าปีมักจะมีค่าใช้จ่ายมากกว่าระยะเวลาสิบห้าปีมากกว่าการติดตั้งลิเธียมไอออนเพียงครั้งเดียว
Comparing Storage Chemistries for Home Use
ตารางด้านล่างนี้จะสรุปว่าสารเคมีทั้งสามชนิดที่มีการกล่าวถึงกันโดยทั่วไปสำหรับการจัดเก็บในที่พักอาศัยแตกต่างกันอย่างไรตามปัจจัยที่สำคัญสำหรับเจ้าของบ้านที่วางแผนระบบ
| ปัจจัย | LiFePO4 (ลิเธียมไอออน) | กรดตะกั่ว (น้ำท่วม/AGM) | NMC (ลิเธียมไอออน) |
| วงจรชีวิตทั่วไป | 4,000 ถึง 6,000 รอบ | 500 ถึง 1,200 รอบ | 2,000 ถึง 3,000 รอบ |
| Usable Depth of Discharge | 80 ถึง 90 เปอร์เซ็นต์ | 40 ถึง 50 เปอร์เซ็นต์ | 80 ถึง 90 เปอร์เซ็นต์ |
| โปรไฟล์ความเสี่ยงจากความร้อน | ต่ำ | ต่ำ, but off-gassing risk | ปานกลาง |
| ความต้องการการบำรุงรักษา | น้อยที่สุด | Regular for flooded types | น้อยที่สุด |
| รอยเท้าต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง | กะทัดรัด | ใหญ่ | กะทัดรัด |
เคมีของ NMC ให้ความหนาแน่นของพลังงานที่สูงกว่า LiFePO4 เล็กน้อย แต่ข้อเสียของการระบายความร้อนและอายุการใช้งานของวงจรจึงเป็นเหตุผลว่าทำไมระบบชั้นวางระดับที่อยู่อาศัยส่วนใหญ่ที่สร้างขึ้นในปัจจุบันจึงสร้างมาตรฐานให้กับเซลล์เหล็กฟอสเฟตแทน
แผงโซลาร์เซลล์และที่เก็บแบตเตอรี่ทำงานร่วมกันได้อย่างไรในหนึ่งวัน
ค่าของการสร้างการจับคู่กับที่เก็บข้อมูลจะชัดเจนเมื่อแม็ปกับกราฟโหลดรายวันตามจริง แผนภาพด้านล่างแสดงวัฏจักรที่อยู่อาศัยโดยทั่วไปตั้งแต่พระอาทิตย์ขึ้นจนถึงพระอาทิตย์ขึ้นถัดไป โดยแสดงตำแหน่งที่ชาร์จแบตเตอรี่ ตำแหน่งที่แบตเตอรี่อยู่ และตำแหน่งที่คายประจุเพื่อให้ครอบคลุมบ้าน
- เช้า: อาร์เรย์เริ่มสร้างเมื่อรังสีเพิ่มขึ้น early output covers baseline loads first.
- เที่ยงวัน: โดยทั่วไปแล้วรุ่นจะมีมากกว่าความต้องการของครัวเรือน เส้นทางส่วนเกินไปยังแบตเตอรีแบตเตอรีจนกว่าจะถึงสถานะการชาร์จเต็ม
- ช่วงบ่ายถึงเย็น: เนื่องจากการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ลดลง บ้านจึงดึงเอาความจุที่เก็บไว้มาใช้แทนกริด
- ข้ามคืน: แบตเตอรี่ยังคงจ่ายโหลดพื้นฐานต่อไปจนกว่าสถานะการชาร์จจะถึงระดับสำรองที่กำหนดไว้ล่วงหน้า ซึ่ง ณ จุดนี้ระบบสามารถถอยกลับไปเป็นพลังงานกริดได้หากกำหนดค่าด้วยวิธีนั้น
การกำหนดขนาดระบบเพื่อความเป็นอิสระด้านพลังงานในบ้านที่สมจริง
Oversizing wastes capital; การลดขนาดจะทำให้มีช่องว่างระหว่างช่วงที่มีเมฆมากหรือไฟฟ้าดับ การกำหนดขนาดควรเริ่มจากข้อมูลการบริโภคจริงมากกว่าสมมติฐาน โดยดึงมาจากการเรียกเก็บเงินค่าสาธารณูปโภคเป็นเวลา 12 เดือนเพื่อบันทึกการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลในด้านความร้อน ความเย็น และในเวลากลางวัน
| โปรไฟล์ครัวเรือน | การใช้งานเฉลี่ยต่อวัน | ช่วงการจัดเก็บที่แนะนำ | ขนาดอาร์เรย์ที่แนะนำ |
| Small household, efficient appliances | 10 ถึง 15 กิโลวัตต์ชั่วโมง | 10 ถึง 13 กิโลวัตต์ชั่วโมง | 4 ถึง 6 กิโลวัตต์ |
| บ้านของครอบครัวโดยเฉลี่ย | 20 ถึง 30 กิโลวัตต์ชั่วโมง | 13 ถึง 20 กิโลวัตต์ชั่วโมง | 6 ถึง 9 กิโลวัตต์ |
| ใหญ่r home with EV charging | 35 ถึง 50 กิโลวัตต์ชั่วโมง | 20 ถึง 30 กิโลวัตต์ชั่วโมง | 9 ถึง 13 กิโลวัตต์ |
เป้าหมายทั่วไปสำหรับความเป็นอิสระบางส่วนคือการปรับขนาดพื้นที่จัดเก็บข้อมูลให้ครอบคลุมช่วงเย็นและช่วงโหลดข้ามคืน - โดยทั่วไปคือหกถึงสิบชั่วโมง - ในขณะที่ปรับขนาดอาเรย์เพื่อชาร์จความจุนั้นให้เต็มบวกกับการบริโภคในเวลากลางวันในวันที่มีแสงแดดเฉลี่ยสำหรับเขตภูมิอากาศในท้องถิ่น
การสำรองข้อมูลแบบตารางผูกกับการกำหนดค่านอกตารางแบบเต็ม
ไม่ใช่ทุกครัวเรือนที่ต้องการหรือต้องการออกจากโครงข่ายสาธารณูปโภคโดยสิ้นเชิง การกำหนดค่าสองแบบมีส่วนสำคัญในการวางแผนที่อยู่อาศัย และตัวเลือกที่เหมาะสมจะขึ้นอยู่กับความถี่ไฟฟ้าดับ กฎการวัดแสงสุทธิในพื้นที่ และงบประมาณ
Grid-Tied With Battery Backup
อาร์เรย์และแบตเตอรี่ยังคงเชื่อมต่อกับยูทิลิตี้นี้ ระบบจะดึงข้อมูลจากที่เก็บข้อมูลก่อน จากนั้นจึงดึงกริด และสามารถเชื่อมโยงบ้านได้โดยอัตโนมัติในระหว่างที่ไฟฟ้าดับ นี่คือโครงร่างที่พักอาศัยที่พบบ่อยที่สุด เนื่องจากต้นทุนสมดุลกับความยืดหยุ่น
Off-Grid Energy Storage Solutions
บ้านตัดการเชื่อมต่อจากสาธารณูปโภคโดยสิ้นเชิง โดยอาศัยอาเรย์และแบตเตอรีแบตเพื่อการบริโภคหนึ่งร้อยเปอร์เซ็นต์ ซึ่งมักจะเสริมด้วยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรองสำหรับช่วงที่มีแสงแดดน้อยเป็นเวลานาน เส้นทางนี้ต้องการพื้นที่จัดเก็บข้อมูลที่ใหญ่ขึ้นและการจัดการโหลดที่ระมัดระวังมากขึ้น แต่จะไม่รวมค่าสาธารณูปโภครายเดือนทั้งหมด
การตั้งค่าการสำรองข้อมูลแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์สำหรับที่อยู่อาศัยที่ผูกกับกริดโดยทั่วไปจะกู้คืนการลงทุนได้เร็วกว่า เนื่องจากหลีกเลี่ยงการสร้างขนาดใหญ่และอัตรากำไรในการจัดเก็บข้อมูลที่ระบบนอกกริดล้วนต้องการเพื่อให้สามารถอยู่รอดในเหตุการณ์ที่มีแสงแดดน้อยเป็นเวลาหลายวัน
การรักษาระบบรวมที่เชื่อถือได้ตลอดอายุการใช้งาน
ระบบที่มีการกำหนดไว้อย่างดียังคงต้องการการดูแลเป็นระยะเพื่อให้ถึงอายุการใช้งานที่กำหนด รายการตรวจสอบต่อไปนี้ครอบคลุมรายการที่ส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการทำงานในระยะยาวมากที่สุด
- ยืนยันว่าเฟิร์มแวร์ระบบการจัดการแบตเตอรี่ยังคงเป็นปัจจุบัน เนื่องจากการอัพเดตมักจะปรับปรุงประสิทธิภาพของอัลกอริทึมการชาร์จ
- ตรวจสอบพื้นผิวแผงตามฤดูกาลเพื่อดูเศษซาก การสะสมของฝุ่น หรือร่มเงาจากการเติบโตของต้นไม้ใหม่
- ตรวจสอบว่าช่องระบายความร้อนของอินเวอร์เตอร์ไม่มีสิ่งกีดขวาง โดยเฉพาะในห้องเอนกประสงค์ที่ปิดสนิท
- ตรวจสอบบันทึกสถานะการชาร์จที่ผ่านมาทุกปีเพื่อให้ความจุค่อยๆ ลดลงก่อนที่จะส่งผลต่อระยะเวลาการสำรองข้อมูล
- ทดสอบฟังก์ชันการเกาะอัตโนมัติอย่างน้อยปีละครั้ง แทนที่จะรอให้ไฟฟ้าดับจริงเพื่อดูว่าใช้งานได้หรือไม่
คำถามที่พบบ่อย
คำถามที่ 1: ธนาคารแบตเตอรี่สำหรับบ้านสามารถจ่ายไฟให้กับบ้านได้นานแค่ไหนในระหว่างที่ไฟฟ้าดับ
ระยะเวลาขึ้นอยู่กับความจุที่เก็บไว้เทียบกับปริมาณงานที่ใช้งานอยู่ทั้งหมด ธนาคารที่อยู่อาศัยขนาดกลางซึ่งครอบคลุมวงจรที่จำเป็นเท่านั้น เช่น เครื่องทำความเย็น แสงสว่าง และอุปกรณ์เครือข่าย มักจะสามารถทำงานได้หนึ่งถึงสามวัน การเปิดบ้านทั้งหลังรวมถึง HVAC จะทำให้ธนาคารเดียวกันหมดภายในเวลาไม่กี่ชั่วโมง
คำถามที่ 2: แผงโซลาร์เซลล์ยังคงผลิตพลังงานได้โดยไม่ต้องติดตั้งแบตเตอรี่หรือไม่
ใช่. แผงสามารถทำงานบนอินเวอร์เตอร์ที่ผูกกับกริดเพียงอย่างเดียว โดยส่งออกการสร้างส่วนเกินไปยังยูทิลิตี้เพื่อขอสินเชื่อ แบตเตอรี่เป็นส่วนเสริมที่รวบรวมส่วนเกินในพื้นที่แทนที่จะส่งออก ซึ่งจะมีประโยชน์เมื่อไฟฟ้าดับบ่อยครั้งหรือสินเชื่อการส่งออกมีจำกัด
คำถามที่ 3: จำเป็นต้องใช้พื้นที่หลังคาเท่าใดเพื่อชดเชยการใช้ไฟฟ้าของบ้านอย่างมีความหมาย
สิ่งนี้จะแตกต่างกันไปตามประสิทธิภาพของแผงและการฉายรังสีในท้องถิ่น แต่ตามการอ้างอิงทั่วไป โดยทั่วไปแล้ว การบริโภคครัวเรือนโดยเฉลี่ยจะครอบคลุม 60 ถึง 80 เปอร์เซ็นต์ ต้องใช้พื้นที่หลังคาที่ไม่มีร่มเงาและใช้งานได้ระหว่าง 300 ถึง 500 ตารางฟุต
คำถามที่ 4: การติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีอยู่สามารถดัดแปลงด้วยที่เก็บแบตเตอรี่ในภายหลังได้หรือไม่
ในกรณีส่วนใหญ่ใช่ โดยมีเงื่อนไขว่าอินเวอร์เตอร์ที่มีอยู่เข้ากันได้กับการรวมแบตเตอรี่ หรือมีการเพิ่มอินเวอร์เตอร์ที่พร้อมใช้แบตเตอรี่ที่ใช้ร่วมกันได้ควบคู่ไปด้วย ผู้ติดตั้งที่ผ่านการรับรองควรประเมินประเภทอินเวอร์เตอร์ของระบบที่มีอยู่ก่อนที่จะระบุหน่วยจัดเก็บข้อมูลที่เข้ากันได้
คำถามที่ 5: อายุการใช้งานที่แท้จริงของแบตเตอรีลิเธียมไอออนสำหรับที่อยู่อาศัยคือเท่าใด
โดยทั่วไประบบที่ใช้ LiFePO4 จะได้รับการจัดอันดับเป็นเวลาสิบถึงสิบห้าปีของการหมุนเวียนในแต่ละวัน ก่อนที่ความจุจะลดลงต่ำกว่าเกณฑ์ที่มีประโยชน์ แม้ว่าอายุการใช้งานจริงจะขึ้นอยู่กับความลึกของพฤติกรรมการปล่อยประจุและอุณหภูมิในการทำงานโดยรอบเป็นอย่างมาก
คำถามที่ 6: ความเป็นอิสระแบบนอกระบบเต็มรูปแบบเป็นไปได้จริงสำหรับบ้านส่วนใหญ่หรือไม่
สามารถทำได้แต่ต้องใช้พื้นที่จัดเก็บและความสามารถในการสร้างที่ใหญ่กว่าระบบสำรองข้อมูลแบบกริดอย่างมาก ควบคู่ไปกับการจัดการโหลดแบบอนุรักษ์นิยมในช่วงระยะเวลาที่มีแสงแดดน้อยเป็นเวลานาน ครัวเรือนส่วนใหญ่พบว่าการกำหนดค่าการสำรองข้อมูลแบบผูกตารางมอบความยืดหยุ่นในแต่ละวันที่คล้ายคลึงกันโดยมีต้นทุนล่วงหน้าที่ต่ำกว่า
