عندما تنقطع شبكة الطاقة ، هل يمكن للطاقة الشمسية والبطاريات تشغيل منزلك؟

من المحتمل أن يتسبب إعصار إيان والرياح الكارثية والفيضانات في انقطاع التيار الكهربائي طويل الأمد في أجزاء كبيرة من فلوريدا. العاصفة هي الأحدث في سلسلة من الأعاصير والحرارة الشديدة والظواهر الباردة التي قطعت الكهرباء عن ملايين الأمريكيين في السنوات الأخيرة لعدة أيام في كل مرة.

في العديد من المناطق المعرضة للكوارث وانقطاع التيار ، بدأ الناس في التساؤل عما إذا كان الاستثمار في أنظمة تخزين الطاقة الشمسية والبطارية على الأسطح يمكن أن يحافظ على الإضاءة وتشغيل مكيف الهواء عندما لا تستطيع شبكة الطاقة.

عندما تتعطل الشبكة ، سيتم أيضًا إغلاق معظم أنظمة الطاقة الشمسية التي تفتقر إلى بطارية. لكن مع البطاريات ، يمكن أن ينفصل المنزل عن الشبكة. كل يوم ، تعمل الشمس على تزويد المنزل بالطاقة وشحن البطاريات التي توفر الطاقة خلال الليل.

استكشف فريقنا في Berkeley Lab ما الذي ستستغرقه المنازل والمباني التجارية لإنهاء انقطاع التيار الكهربائي لمدة ثلاثة أيام أو أكثر باستخدام الطاقة الشمسية والبطاريات.

كم يمكن أن يفعل التخزين الشمسي +؟

بالنسبة لتقرير جديد ، صممنا نموذجًا لانقطاع التيار الكهربائي العام لكل مقاطعة في الولايات المتحدة ، واختبرنا ما إذا كان النظام الشمسي على السطح جنبًا إلى جنب مع بطارية بقدرة 10 أو 30 كيلو واط في الساعة يمكنه تشغيل الأحمال الحرجة ، مثل التبريد والإضاءة وخدمة الإنترنت والبئر. مضخات؛ إذا كان يمكن أن يذهب أبعد من ذلك وكذلك التدفئة وتكييف الهواء ؛ أو حتى لو كان بإمكانه تشغيل منزل كامل.

لوضع ذلك في المنظور الصحيح ، فإن البطارية الأكثر شيوعًا في السوق ، Tesla Powerwall ، لديها ما يزيد قليلاً عن 13 كيلو وات في الساعة من التخزين.

بشكل عام ، وجدنا أنه حتى نظام متواضع من الطاقة الشمسية بالإضافة إلى بطارية واحدة يمكنه تشغيل الأحمال الحرجة في المنزل لعدة أيام في كل مرة ، عمليًا في أي مكان في البلاد.

لكن خرائطنا تُظهر أن توفير الدعم للتبريد والتدفئة يمكن أن يمثل تحديًا ، على الرغم من أنه ليس بالأمر الصعب التغلب عليه. غالبًا ما تحتوي المنازل في جنوب شرق وشمال غرب المحيط الهادئ على سخانات مقاومة كهربائية تعمل بالطاقة ، مما يتجاوز قدرة الطاقة الشمسية والتخزين أثناء انقطاع الشتاء. كان أداء المنازل ذات المضخات الحرارية الفعالة أفضل. يمكن أن يكون حمل تكييف الهواء الصيفي ثقيلًا في الجنوب الغربي ، مما يجعل من الصعب تلبية جميع احتياجات التبريد باستخدام الطاقة الشمسية والتخزين في التعتيم الصيفي.

يمكن أن تساعد أنظمة الطاقة الشمسية وأنظمة البطاريات الأكبر حجمًا ، ولكن تلبية الطلب أثناء فترات الانقطاع لا تزال تعتمد على الطقس ومدى كفاءة المنزل في استخدام الطاقة وعوامل أخرى. على سبيل المثال ، تؤدي التعديلات البسيطة في منظم الحرارة أثناء انقطاع التيار الكهربائي إلى تقليل احتياجات التدفئة والتبريد وتسمح للطاقة الشمسية مع التخزين بالحفاظ على الطاقة الاحتياطية لفترات أطول.

تختلف القدرة على تشغيل المباني التجارية بشكل كبير ، اعتمادًا على نوع المبنى. المدارس ومحلات البيع بالتجزئة الكبيرة ، مع مساحة سقف كافية للطاقة الشمسية مقارنةً ببناء الطلب على الطاقة ، أفضل بكثير من المباني متعددة الطوابق ، كثيفة الاستهلاك للطاقة مثل المستشفيات.

كيف يمكن للطاقة الشمسية أن تتعامل مع 10 كوارث سابقة

نظرنا أيضًا في 10 أحداث انقطاع في العالم الحقيقي من 2017 إلى 2020 ، بما في ذلك الأعاصير وحرائق الغابات والعواصف ، وأداء البناء النموذجي لمواقع محددة وأنماط الطقس الحقيقية أثناء الانقطاعات وبعدها.

وجدنا أنه في سبعة من حالات الانقطاع ، كانت معظم المنازل قادرة على الحفاظ على الأحمال الحرجة بالإضافة إلى التدفئة والتبريد باستخدام الطاقة الشمسية مع تخزين 30 كيلو وات في الساعة ، أو ما يزيد قليلاً عن جدارين للطاقة.

لكن الطقس حول الانقطاع يمكن أن يكون له تأثير كبير ، خاصة بالنسبة للأعاصير. بعد أن تسبب إعصار فلورنس في انقطاع التيار الكهربائي عن ولاية كارولينا الشمالية في عام 2018 ، بقيت السماء الملبدة بالغيوم معلقة لمدة ثلاثة أيام ، مما أدى إلى تعتيم أو حتى إيقاف إنتاج الألواح الشمسية.

من ناحية أخرى ، ضرب إعصار هارفي ساحل تكساس في أغسطس 2017 ، لكنه انتقل لإحداث أضرار واسعة النطاق في أماكن أخرى في تكساس. صقلت السماء فوق كوربوس كريستي حتى مع مرور أسبوع أو أكثر لاستعادة الطاقة. كان من الممكن أن تكون الطاقة الشمسية والتخزين بمثابة مساعدة كبيرة في هذه الحالة ، حيث توفر فعليًا جميع احتياجات الطاقة لمنزل نموذجي لعائلة واحدة ، بمجرد أن تنظف السماء.

وبالمثل ، وجدنا أن الطاقة الشمسية يمكن أن تعمل بشكل جيد في الأحداث الأقل غائمة ، مثل إغلاق منع حرائق الغابات في كاليفورنيا ، أو بعد عاصفة رياح ديريتشو 2020 في ولاية أيوا.

مصدر الحرارة في المنزل هو أيضًا عامل رئيسي. في انقطاع دام خمسة إلى 10 أيام بعد عاصفة ثلجية في أوكلاهوما في عام 2020 ، وجدنا أن الطاقة الشمسية بالإضافة إلى بطارية 30 كيلووات في الساعة يمكن أن توفر تقريبًا كل الطاقة والحرارة اللازمة للمنازل التي تحتوي على سخانات تعمل بالغاز الطبيعي أو مضخات حرارية. لكن المنازل ذات التدفئة بالمقاومة الكهربائية كانت ستقصر.

في تكساس ، يتم تدفئة أكثر من نصف المنازل بالكهرباء ، ولا سيما السخانات المقاومة. تستخدم المضخات الحرارية المصنفة من فئة Energy Star – والتي توفر كلاً من التدفئة والتبريد – نصف كمية الكهرباء لكل وحدة من ناتج الحرارة مثل سخانات المقاومة الكهربائية كما أنها أكثر كفاءة في التبريد من متوسط ​​مكيف الهواء الجديد. لا يمكن أن يؤدي تحويل السخانات المقاومة القديمة إلى مضخات حرارية جديدة إلى توفير المال وتقليل ذروة الطلب فحسب ، بل يؤدي أيضًا إلى زيادة المرونة أثناء الانقطاعات.

أشكال جديدة من النسخ الاحتياطي

يتطلب إعداد الطاقة الشمسية والتخزين لتوفير الطاقة الاحتياطية في المنزل أو المبنى عملاً إضافيًا ويكلف أكثر – يمكن تشغيل Powerwall واحد فقط من 12000 دولار أمريكي إلى 16500 دولار أمريكي لتثبيت النظام بالكامل ، قبل الحوافز والضرائب. وهذا يعادل حجم النظام الشمسي العادل. ومع ذلك ، يقوم عدد متزايد من مالكي المنازل بتركيب كليهما.

تم إقران أكثر من 90٪ من منشآت الطاقة الشمسية الجديدة في هاواي في عام 2021 بالبطاريات بعد تغيير التنظيم. الآن تساعد محطات الطاقة الموزعة هذه في تشغيل الشبكة مع توقف محطات الفحم.

تمتلك كاليفورنيا أكثر من 1.5 مليون نظام شمسي على الأسطح. يقوم عدد متزايد من العملاء بتعديل البطاريات على أنظمتهم ، أو إضافة وحدات تخزين جديدة تعمل بالطاقة الشمسية ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن المرافق قد لجأت إلى “انقطاع التيار الكهربائي للسلامة العامة” لتقليل مخاطر اندلاع حرائق الغابات التي تسببها خطوط الكهرباء خلال الأيام الجافة والرياح.

وتظهر أشكال جديدة من الطاقة الاحتياطية ، خاصة من السيارات الكهربائية. تتعاون فورد مع SunRun لدمج شاحنتها الكهربائية الجديدة F150 Lightning مع شاحن يعمل بالطاقة الشمسية وشاحن ثنائي الاتجاه يمكنه استخدام بطارية الشاحنة لتشغيل منزل. يأتي الإصدار القياسي من الشاحنة مع بطارية بقوة 98 كيلو وات في الساعة ، أي ما يعادل أكثر من سبع بطاريات ثابتة من Tesla Powerwall.

القوة الحرجة للخدمات الحيوية

تقدم محطة الإطفاء في بورتوريكو لمحة عما يمكن أن تفعله الطاقة الشمسية والتخزين. بعد أن قطع إعصار ماريا الطاقة لأشهر في عام 2017 ، تم تركيب أكثر من 40 ألف نظام شمسي في الجزيرة ، وغالبًا ما يتم إقرانها بتخزين البطارية. أحد هؤلاء موجود في محطة الإطفاء في بلدة Guánica ، والتي لم تتمكن من تلقي مكالمات الطوارئ في حالات الانقطاع السابقة.

عندما تسببت الرياح والفيضانات في إعصار فيونا في انقطاع التيار الكهربائي مرة أخرى عن معظم بورتوريكو في سبتمبر 2022 ، كانت محطة الإطفاء لا تزال تعمل.

“النظام الشمسي يعمل بشكل جميل!” الرقيب. قال لويس سايز لـ Canary Media في اليوم التالي لخروج فيونا من السلطة. “لم نفقد قوتنا طوال الإعصار.”