當電網停電時,太陽能可以為您的家供電嗎?

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 倒塌的電力線可能意味著數周無電。 美聯社照片/馬特·斯洛克姆

颶風伊恩 災難性的風 和洪水可能會給佛羅里達州的大部分地區帶來長期停電。 這場風暴是最近幾年連續數日導致數百萬美國人斷電的一系列颶風和極端高溫和低溫事件中的最新一次。

在許多容易發生災難和停電的地區,人們開始質疑投資屋頂太陽能和電池存儲系統是否可以在電網無法運行的情況下保持照明和空調運行。

當電網出現故障時,大多數沒有電池的太陽能係統也將關閉。 但是有了電池,家庭可以斷開與電網的連接。 每天,太陽都會為房屋供電並為電池充電,從而在夜間提供電力。

團隊在 伯克利 實驗室 探索了家庭和商業建築如何通過太陽能和電池度過三天或更長時間的長時間停電。

太陽能+儲能能做多少?

對於 新報告,我們模擬了美國每個縣的一般停電情況,測試屋頂太陽能係統與 10 或 30 千瓦時電池相結合是否可以為製冷、照明、互聯網服務和井泵等關鍵負載供電; 如果它可以走得更遠,還可以提供暖氣和空調; 或者它甚至可以為整個家庭供電。

從這個角度來看,市場上最受歡迎的電池, 特斯拉Powerwall,存儲容量剛剛超過 13 kWh。

總的來說,我們發現即使是一個適度的太陽能係統加上一個電池,也可以一次為家庭中的關鍵負載供電數天,幾乎在全國任何地方。

我們的地圖顯示 為冷卻和加熱提供備份可能是一項挑戰,儘管並非不可克服的挑戰。 東南部和太平洋西北部的家庭經常使用耗電的電阻加熱器,在冬季停電期間超過了太陽能和存儲的能力。 擁有高效熱泵的房屋表現更好。 西南地區的夏季空調負荷可能很重,因此在夏季停電時更難通過太陽能和儲能來滿足所有製冷需求。

更大的太陽能和電池系統可以提供幫助,但在停電期間滿足需求仍然取決於天氣、家庭的能源效率和其他因素。 例如,在停電期間進行簡單的恆溫器調整可減少加熱和冷卻需求,並允許太陽能與存儲在更長的時間內保持備用電源。


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家用太陽能係統2 9 30 在各種情況下,太陽能和帶有 10 千瓦時電池的存儲可以提供備用電源。 伯克利實驗室, CC BY

為商業建築供電的能力因建築類型而異。 學校和大型零售商店,相對於建築電力需求而言,擁有足夠的太陽能屋頂空間,比醫院等多層能源密集型建築要好得多。

太陽能將如何處理過去的 10 場災難

我們還研究了 10 年至 2017 年的 2020 次真實世界停電事件,包括颶風、野火和風暴,並對停電期間和停電後特定位置和真實天氣模式的建築性能進行建模。

我們發現,在其中七次停電中,大多數家庭都能夠使用具有 30 kWh 存儲容量的太陽能或僅超過兩個 Powerwall 來維持關鍵負載以及供暖和製冷。

但是停電周圍的天氣會產生很大的影響,尤其是颶風。 後 颶風佛羅倫薩 2018 年北卡羅來納州停電,多雲的天空持續了三天,使太陽能電池板的輸出變暗甚至停止。

哈維颶風另一方面,2017 年 XNUMX 月襲擊了德克薩斯州海岸,但隨後又在德克薩斯州其他地方造成了廣泛破壞。 儘管需要一周或更長時間才能恢復供電,但科珀斯克里斯蒂的天空已經放晴了。 在這種情況下,太陽能和儲能將是一個很大的幫助,一旦天空晴朗,可以為典型的單戶住宅提供幾乎所有的電力需求。

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在佛羅倫薩和哈維颶風過後,一個典型的家庭如何使用太陽能和 30 千瓦時的儲能。 淺藍色線顯示暴風雨過後的短期“未提供負載”或滿足電力需求的不足。 充電狀態顯示電池能夠在夜間使用太陽能。 伯克利實驗室, CC BY

同樣,我們發現太陽能可以在較少多雲的事件中表現良好,例如加利福尼亞州的野火預防關閉,或愛荷華州的 2020 年德雷喬風暴之後。

家中的熱源也是一個關鍵因素。 在 10 年俄克拉荷馬州冰暴後的 2020 到 30 天停電中,我們發現太陽能加上 XNUMX 千瓦時的電池可以提供幾乎所有具有天然氣加熱器或熱泵的家庭所需的關鍵電力和熱量。 但是採用電阻加熱的房屋會達不到要求。

在得克薩斯州,超過一半的家庭 用電加熱,主要是電阻加熱器。 能源之星評級的熱泵 - 提供加熱和冷卻 - 使用 一半的電力 每單位熱量輸出作為電阻加熱器,並且在冷卻方面也比普通的新空調更有效。 將舊的電阻加熱器轉換為新的熱泵不僅可以節省資金並減少高峰需求,還可以提高停電期間的恢復能力。

新形式的備份

設置太陽能和存儲來為家庭或建築物提供備用電源需要額外的工作,而且成本更高——只需一個 Powerwall 即可運行 從 12,000 美元到 16,500 美元 在激勵和稅收之前進行完整的系統安裝。 這相當於一個相當大的太陽系。 然而,越來越多的房主正在同時安裝這兩種設備。

超過90% 2021 年夏威夷的新太陽能裝置在法規變更後與電池配對。 現在這些分佈式電站 幫助為電網供電 因為燃煤電廠退役了。

加利福尼亞有 億元以上1.5 屋頂太陽能係統。 越來越多的客戶在他們的系統上改裝電池,或者增加新的太陽能和存儲,部分原因是公用事業公司採取了“公共安全斷電”措施,以降低在乾燥多風的日子裡電力線引發野火的風險。

新形式的備用電源正在出現,尤其是電動汽車。 福特正與 SunRun 合作,將其新款 F150 Lightning 電動皮卡與太陽能和雙向充電器相結合 使用卡車的電池 給房子供電。 標準版卡車配備 98 kWh 電池,相當於超過 XNUMX 個 Tesla Powerwall 固定電池。

關鍵服務的關鍵電源

波多黎各的一個消防站讓我們一睹太陽能和儲能的作用。 在颶風瑪麗亞之後 停電數月 2017 年,島上安裝了 40,000 多個太陽能係統,通常與電池存儲配對。 其中之一是在 Guánica 鎮的消防站,在之前的停電中,該消防站無法接聽緊急電話。

2022 年 XNUMX 月,當颶風菲奧娜的風和洪水再次使波多黎各大部分地區斷電時,消防站仍在運行。

“太陽係是 工作精美!” 中士Luis Saez 在 Fiona 斷電後的第二天告訴 Canary Media。 “在整個颶風期間,我們並沒有失去電力。”談話

關於作者

威爾·戈爾曼,電力市場與政策研究生研究員, 勞倫斯伯克利國家實驗室; 邊沁保羅(Bentham Paulos),會員,電力市場與政策小組, 勞倫斯伯克利國家實驗室蓋倫巴博斯, 研究科學家, 勞倫斯伯克利國家實驗室

本文重新發表 談話 根據知識共享許可。 閱讀 原創文章.



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