Le linee elettriche interrotte possono significare settimane senza alimentazione. AP Photo / Matt Slocum

L'uragano Ian venti catastrofici ed è probabile che le inondazioni provochino interruzioni di corrente di lunga durata in gran parte della Florida. La tempesta è l'ultima di una serie di uragani ed eventi di caldo e freddo estremi che hanno tolto energia a milioni di americani negli ultimi anni per giorni alla volta.

In molte aree soggette a disastri e interruzioni, le persone stanno iniziando a chiedersi se investire in sistemi di accumulo solare e batteria sui tetti possa mantenere le luci accese e il condizionatore d'aria acceso quando la rete elettrica non può.

Quando la rete si interrompe, anche la maggior parte dei sistemi solari privi di batteria si spegne. Ma con le batterie, una casa può disconnettersi dalla rete. Ogni giorno, il sole alimenta la casa e carica le batterie, che forniscono energia durante la notte.

Il nostro squadra a Berkeley Laboratorio ha esplorato cosa ci vorrebbe per case ed edifici commerciali per superare lunghe interruzioni di corrente, di tre giorni o più, con solare e batterie.

Quanto possono fare solare + accumulo?

Per un nuovo rapporto, abbiamo modellato un'interruzione di corrente generica per ogni contea degli Stati Uniti, testando se un sistema solare sul tetto combinato con una batteria da 10 o 30 kilowattora potesse alimentare carichi critici, come refrigerazione, illuminazione, servizi Internet e pompe per pozzi; se potesse andare oltre e anche riscaldamento elettrico e aria condizionata; o se potesse anche alimentare un'intera casa.

Per metterlo in prospettiva, la batteria più popolare sul mercato, la Tesla Powerwall, dispone di poco più di 13 kWh di stoccaggio.

In generale, abbiamo scoperto che anche un modesto sistema solare più una batteria può alimentare carichi critici in una casa per giorni, praticamente ovunque nel paese.

Ma le nostre mappe mostrano che fornire backup per il raffreddamento e il riscaldamento può essere una sfida, anche se non insormontabile. Le case nel sud-est e nel nord-ovest del Pacifico hanno spesso riscaldatori a resistenza elettrica ad alto consumo di energia, che superano la capacità del solare e dell'accumulo durante le interruzioni invernali. Le case con pompe di calore efficienti hanno ottenuto risultati migliori. Il carico dell'aria condizionata estiva può essere pesante nel sud-ovest, rendendo più difficile soddisfare tutte le esigenze di raffreddamento con l'energia solare e l'accumulo in un blackout estivo.

Sistemi solari e batterie più grandi possono aiutare, ma soddisfare la domanda durante le interruzioni dipende ancora dal tempo, dall'efficienza energetica della casa e da altri fattori. Ad esempio, le semplici regolazioni del termostato durante le interruzioni di corrente riducono le esigenze di riscaldamento e raffreddamento e consentono al solare con accumulo di mantenere l'alimentazione di backup per periodi più lunghi.

 Dove il solare e l'accumulo con una batteria da 10 kWh possono fornire energia di backup, in vari scenari. Berkeley Lab, CC BY

La capacità di alimentare edifici commerciali varia ampiamente, a seconda del tipo di edificio. Le scuole e i negozi al dettaglio di grandi dimensioni, con spazio sul tetto sufficiente per l'energia solare rispetto alla domanda di energia degli edifici, se la cavano molto meglio degli edifici a più piani e ad alta intensità energetica come gli ospedali.

Come il solare avrebbe gestito 10 disastri passati

Abbiamo anche esaminato 10 eventi di interruzione del mondo reale dal 2017 al 2020, inclusi uragani, incendi e tempeste, e modellato le prestazioni degli edifici per luoghi specifici e modelli meteorologici reali durante e dopo le interruzioni.

Abbiamo scoperto che in sette delle interruzioni, la maggior parte delle case sarebbe stata in grado di mantenere carichi critici oltre a riscaldamento e raffreddamento utilizzando l'energia solare con 30 kWh di accumulo, o poco più di due Powerwall.

Ma il tempo intorno all'interruzione può avere un grande impatto, soprattutto per gli uragani. Dopo Uragano Firenze ha interrotto l'elettricità nella Carolina del Nord nel 2018, i cieli nuvolosi sono rimasti per tre giorni, attenuando o addirittura interrompendo la produzione dei pannelli solari.

Hurricane Harvey, d'altra parte, ha colpito la costa del Texas nell'agosto 2017, ma è passato a causare danni diffusi altrove in Texas. I cieli sopra Corpus Domini si sono schiariti anche se ci sono volute una settimana o più per ripristinare l'energia. Il solare e lo stoccaggio sarebbero stati di grande aiuto in quel caso, fornendo praticamente tutto il fabbisogno energetico per una tipica casa unifamiliare, una volta che il cielo si fosse schiarito.

 
Come avrebbe fatto una casa tipica con il solare e 30 kWh di accumulo dopo gli uragani Florence e Harvey. La linea azzurra mostra i brevi periodi di "carico non servito" o carenze nel soddisfare la domanda di energia, subito dopo le tempeste. Lo stato di carica mostra che le batterie sono state in grado di prolungare l'energia solare durante la notte. Berkeley Labsley, CC BY

Allo stesso modo, abbiamo scoperto che il solare può funzionare bene in eventi meno nuvolosi, come le chiusure per la prevenzione degli incendi in California o dopo la tempesta di derecho del 2020 in Iowa.

Anche la fonte di calore in una casa è un fattore chiave. In un'interruzione di 10-2020 giorni a seguito di una tempesta di ghiaccio in Oklahoma nel 30, abbiamo scoperto che il solare più una batteria da XNUMX kWh avrebbero potuto fornire quasi tutta la potenza e il calore critici necessari per le case con stufe a gas naturale o pompe di calore. Ma le case con riscaldamento a resistenza elettrica non sarebbero state all'altezza.

In Texas, più della metà delle case lo sono riscaldato con elettricità, principalmente riscaldatori a resistenza. Le pompe di calore classificate Energy Star, che forniscono sia riscaldamento che raffrescamento, utilizzano la metà di elettricità per unità di potenza termica come riscaldatori a resistenza elettrica e sono anche più efficienti nel raffreddamento rispetto al nuovo condizionatore d'aria medio. La conversione di vecchi riscaldatori a resistenza in nuove pompe di calore non solo può far risparmiare denaro e ridurre i picchi di domanda, ma anche aumentare la resilienza durante le interruzioni.

Nuove forme di backup

La configurazione del solare e dell'accumulo per fornire energia di backup in una casa o in un edificio richiede lavoro extra e costa di più: può funzionare solo un Powerwall da $ 12,000 a $ 16,500 per un impianto completo, al lordo di incentivi e tasse. Questo è quanto un sistema solare di discrete dimensioni. Tuttavia, un numero crescente di proprietari di case sta installando entrambi.

Oltre 90% delle nuove installazioni solari alle Hawaii nel 2021 sono state abbinate a batterie dopo una modifica del regolamento. Ora queste centrali elettriche distribuite lo sono aiutare ad alimentare la rete poiché le centrali a carbone sono in pensione.

La California ha sopra 1.5 milioni impianti solari sui tetti. Un numero crescente di clienti sta installando le batterie sui propri sistemi o aggiungendo un nuovo impianto solare più accumulo, in parte perché le utility hanno fatto ricorso a "interruzioni dell'alimentazione di pubblica sicurezza" per ridurre il rischio di incendi provocati dalle linee elettriche durante le giornate secche e ventose.

E stanno emergendo nuove forme di alimentazione di riserva, soprattutto dalle auto elettriche. Ford sta collaborando con SunRun per combinare il suo nuovo camioncino elettrico F150 Lightning con solare e un caricatore a due vie in grado di utilizzare la batteria del camion per alimentare una casa. La versione standard del camion viene fornita con una batteria da 98 kWh, l'equivalente di più di sette batterie stazionarie Tesla Powerwall.

Potenza critica per servizi critici

Una caserma dei pompieri a Porto Rico offre un assaggio di ciò che il solare e lo stoccaggio possono fare. Dopo l'uragano Maria tagliare la corrente per mesi nel 2017 sull'isola sono stati installati oltre 40,000 sistemi solari, spesso abbinati a batterie di accumulo. Uno di questi è presso la caserma dei pompieri nella città di Guánica, che non era stata in grado di ricevere chiamate di emergenza in precedenti interruzioni.

Quando il vento e le inondazioni dell'uragano Fiona hanno nuovamente interrotto l'alimentazione alla maggior parte di Porto Rico nel settembre 2022, la caserma dei vigili del fuoco era ancora in funzione.

“Il sistema solare lo è lavorando magnificamente!” Il sergente Luis Saez ha detto a Canary Media il giorno dopo che Fiona ha interrotto l'alimentazione. "Non abbiamo perso potenza per tutto l'uragano".

Riguardo agli Autori

Will Gormann, Dottorando Ricercatore in Mercati e Politiche dell'Energia Elettrica, Lawrence Berkeley National Laboratory; Bentham Paulo, Affiliato, mercati elettrici e gruppo di politiche, Lawrence Berkeley National Laboratorye Galeno Barbose, Ricercatore, Lawrence Berkeley National Laboratory

Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.