هل يمكن للطاقة الشمسية والبطاريات تشغيل منزلك عند انقطاع شبكة الكهرباء؟

في المناطق التي تؤدي فيها العواصف أو الحرارة الشديدة والبرد إلى انقطاع التيار الكهربائي لعدة أيام في كل مرة، بدأ الناس يتساءلون عما إذا كان الاستثمار في أنظمة الطاقة الشمسية وتخزين البطاريات على الأسطح يمكن أن يحافظ على تشغيل الأضواء وتشغيل مكيفات الهواء عندما تكون شبكة الكهرباء قادرة على ذلك. ر.

عندما تتعطل الشبكة، فإن معظم أنظمة الطاقة الشمسية التي تفتقر إلى البطارية ستتوقف عن العمل أيضًا.ولكن مع البطاريات، يمكن للمنزل أن ينفصل عن الشبكة.كل يوم، تزود الشمس المنزل بالطاقة وتشحن البطاريات التي توفر الطاقة طوال الليل.

ملكنا فريق في بيركلي مختبر استكشفت ما قد يتطلبه الأمر بالنسبة للمنازل والمباني التجارية للتغلب على انقطاعات التيار الكهربائي الطويلة، لمدة ثلاثة أيام أو أكثر، باستخدام الطاقة الشمسية والبطاريات.

ما مقدار ما يمكن أن تفعله الطاقة الشمسية + التخزين؟

ل تقرير 2022, ، قمنا بتصميم نموذج لانقطاع التيار الكهربائي بشكل عام لكل مقاطعة في الولايات المتحدة، لاختبار ما إذا كان النظام الشمسي الموجود على السطح مع بطارية بقدرة 10 أو 30 كيلووات في الساعة يمكنه تشغيل الأحمال الحيوية، مثل التبريد والإضاءة وخدمة الإنترنت ومضخات الآبار؛إذا كان من الممكن أن تذهب إلى أبعد من ذلك، وكذلك التدفئة وتكييف الهواء؛أو إذا كان بإمكانها حتى توفير الطاقة لمنزل بأكمله.

لوضع ذلك في الاعتبار، البطارية الأكثر شعبية في السوق، تسلا باور وول, ، لديها ما يزيد قليلاً عن 13 كيلووات 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 المرة الواحدة، عمليًا في أي مكان في البلاد.

لكن تظهر خرائطنا أن توفير الدعم للتبريد والحرارة يمكن أن يشكل تحديًا، ولكنه ليس تحديًا لا يمكن التغلب عليه.غالبًا ما تحتوي المنازل في جنوب شرق وشمال غرب المحيط الهادئ على سخانات مقاومة كهربائية تستهلك الطاقة، مما يتجاوز قدرة الطاقة الشمسية والتخزين أثناء انقطاع التيار الكهربائي في فصل الشتاء.وكان أداء المنازل التي تحتوي على مضخات حرارية فعالة أفضل.يمكن أن يكون حمل تكييف الهواء في الصيف ثقيلًا في الجنوب الغربي، مما يجعل من الصعب تلبية جميع احتياجات التبريد باستخدام الطاقة الشمسية والتخزين في ظل انقطاع التيار الكهربائي في الصيف.

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

تختلف القدرة على تشغيل المباني التجارية بشكل كبير، اعتمادًا على نوع المبنى.إن المدارس ومتاجر البيع بالتجزئة الكبيرة، التي تتمتع بمساحة كافية على الأسطح للطاقة الشمسية نسبة إلى الطلب على الطاقة في المباني، أفضل كثيراً من المباني المتعددة الطوابق التي تستهلك الطاقة بكثافة مثل المستشفيات.

كيف كانت الطاقة الشمسية ستتعامل مع 10 كوارث سابقة؟

لقد نظرنا أيضًا في 10 أحداث انقطاع التيار الكهربائي في العالم الحقيقي من عام 2017 إلى عام 2020، بما في ذلك الأعاصير وحرائق الغابات والعواصف، وقمنا بتصميم أداء المباني لمواقع محددة وأنماط الطقس الحقيقية أثناء وبعد انقطاع التيار الكهربائي.

لقد وجدنا أنه في سبعة من حالات الانقطاع، كانت معظم المنازل قادرة على الحفاظ على الأحمال الحرجة بالإضافة إلى التدفئة والتبريد باستخدام الطاقة الشمسية بسعة تخزين تبلغ 30 كيلووات في الساعة، أو ما يزيد قليلاً عن جدارين كهربائيين.

لكن الطقس المحيط بالانقطاع يمكن أن يكون له تأثير كبير، خاصة بالنسبة للأعاصير.بعد إعصار فلورنسا بعد انقطاع التيار الكهربائي عن ولاية كارولينا الشمالية في عام 2018، ظلت السماء ملبدة بالغيوم لمدة ثلاثة أيام، مما أدى إلى تعتيم أو حتى إيقاف إنتاج الألواح الشمسية.

إعصار هارفي, من ناحية أخرى، ضرب الإعصار ساحل تكساس في أغسطس 2017 لكنه انتقل ليسبب أضرارًا واسعة النطاق في أماكن أخرى في تكساس.صافيت السماء فوق كوربوس كريستي حتى بعد أن استغرق الأمر أسبوعًا أو أكثر لاستعادة الطاقة.وكان من الممكن أن تكون الطاقة الشمسية والتخزين بمثابة مساعدة كبيرة في هذه الحالة، حيث توفر جميع احتياجات الطاقة تقريبًا لمنزل نموذجي لأسرة واحدة، بمجرد صفاء السماء.

وبالمثل، وجدنا أن الطاقة الشمسية يمكن أن تعمل بشكل جيد في الأحداث الأقل غيومًا، مثل عمليات الإغلاق لمنع حرائق الغابات في كاليفورنيا، أو بعد عاصفة الرياح في ولاية أيوا عام 2020.

مصدر الحرارة في المنزل هو أيضا عامل رئيسي.في انقطاع دام من خمسة إلى عشرة أيام في أعقاب عاصفة جليدية في أوكلاهوما في عام 2020، وجدنا أن الطاقة الشمسية بالإضافة إلى بطارية بقدرة 30 كيلووات في الساعة كان من الممكن أن توفر تقريبًا كل الطاقة والحرارة الحرجة اللازمة للمنازل التي تحتوي على سخانات الغاز الطبيعي أو المضخات الحرارية.لكن المنازل التي تحتوي على تدفئة بالمقاومة الكهربائية كانت ستفشل.

في ولاية تكساس، أكثر من نصف المنازل يسخن بالكهرباء, ، في المقام الأول سخانات المقاومة.تستخدم المضخات الحرارية الحاصلة على تصنيف Energy Star - والتي توفر التدفئة والتبريد نصف كمية الكهرباء لكل وحدة من خرج الحرارة مثل سخانات المقاومة الكهربائية، كما أنها أكثر كفاءة في التبريد من مكيف الهواء الجديد العادي.إن تحويل سخانات المقاومة القديمة إلى مضخات حرارية جديدة لا يمكن أن يوفر المال ويقلل الطلب في أوقات الذروة فحسب، بل يزيد أيضًا من المرونة أثناء انقطاع التيار الكهربائي.

أشكال جديدة للنسخ الاحتياطي

يتطلب إعداد الطاقة الشمسية والتخزين لتوفير الطاقة الاحتياطية في المنزل أو المبنى عملاً إضافيًا ويكلف أكثر - يمكن تشغيل Powerwall واحد فقط من 12,000 دولار أمريكي إلى 16,500 دولار أمريكي لتثبيت النظام بالكامل، قبل الحوافز والضرائب.وهذا يعادل نظامًا شمسيًا ذو حجم معقول.ومع ذلك، يقوم عدد متزايد من أصحاب المنازل بتركيب كليهما.

أكثر من 90% من منشآت الطاقة الشمسية الجديدة في هاواي في عام 2021 تم إقرانها بالبطاريات بعد تغيير اللائحة.الآن محطات الطاقة الموزعة هي المساعدة في تشغيل الشبكة كما تقاعد محطات الفحم.

كاليفورنيا لديها أكثر من 1.5 مليون أنظمة الطاقة الشمسية على السطح.يقوم عدد متزايد من العملاء بتعديل البطاريات في أنظمتهم، أو إضافة وحدات تخزين جديدة للطاقة الشمسية بالإضافة إلى ذلك، ويرجع ذلك جزئيًا إلى لجأت المرافق إلى "قطع التيار الكهربائي للسلامة العامة" لتقليل مخاطر حرائق الغابات التي تشعلها خطوط الكهرباء خلال الأيام الجافة والرياح.

وتظهر أشكال جديدة من الطاقة الاحتياطية، وخاصة من السيارات الكهربائية.تتعاون شركة Ford مع SunRun لدمج شاحنتها الصغيرة الكهربائية F150 Lightning مع الطاقة الشمسية وشاحن ثنائي الاتجاه يمكنه استخدم بطارية الشاحنة لتشغيل المنزل.ويأتي الإصدار القياسي من الشاحنة مزودًا ببطارية بقدرة 98 كيلووات في الساعة، أي ما يعادل أكثر من سبع بطاريات ثابتة من طراز Tesla Powerwall.

القوة الحرجة للخدمات الحيوية

تقدم محطة إطفاء في بورتوريكو لمحة عما يمكن أن تفعله الطاقة الشمسية والتخزين.بعد إعصار ماريا قطع الكهرباء لأشهر وفي عام 2017، تم تركيب أكثر من 40 ألف نظام شمسي في الجزيرة، وغالبًا ما تكون مقترنة ببطاريات تخزين.إحداها موجودة في محطة الإطفاء في بلدة جوانيكا، والتي لم تتمكن من تلقي مكالمات الطوارئ في انقطاعات الكهرباء السابقة.

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

"النظام الشمسي هو تعمل بشكل جميل!" الرقيب.صرح لويس سايز لـ Canary Media في اليوم التالي لانقطاع التيار الكهربائي عن فيونا."لم نفقد الطاقة طوال فترة الإعصار."