خطوط برق قطع شده می تواند به معنای هفته های بدون برق باشد. AP Photo / Matt Slocum

طوفان ایان بادهای فاجعه بار و سیل احتمالاً باعث قطعی طولانی مدت برق در بخش های وسیعی از فلوریدا می شود. این طوفان جدیدترین طوفان از سلسله طوفان‌ها و رویدادهای شدید گرما و سرما است که در سال‌های اخیر برای روزها برق میلیون‌ها آمریکایی را قطع کرده است.

در بسیاری از مناطق مستعد بلایا و قطع، مردم شروع به این سوال کرده‌اند که آیا سرمایه‌گذاری در سیستم‌های ذخیره‌سازی خورشیدی و باتری پشت بام می‌تواند چراغ‌ها را روشن نگه دارد و تهویه مطبوع را در زمانی که شبکه برق نمی‌تواند روشن نگه دارد؟

هنگامی که شبکه خاموش می شود، اکثر سیستم های خورشیدی که فاقد باتری هستند نیز خاموش می شوند. اما با باتری ها، خانه می تواند از شبکه جدا شود. هر روز، خورشید انرژی خانه را تامین می کند و باتری ها را شارژ می کند، که برق را در طول شب تامین می کند.

ما تیم در برکلی پنیر مایه بررسی کرد که برای خانه‌ها و ساختمان‌های تجاری چه چیزی لازم است تا با استفاده از انرژی خورشیدی و باتری‌ها، قطعی برق طولانی مدت سه روز یا بیشتر را برطرف کنند.

انرژی خورشیدی + ذخیره سازی چقدر می تواند انجام دهد؟

برای گزارش جدیدما یک قطع برق عمومی را برای هر شهرستان در ایالات متحده مدل کردیم و آزمایش کردیم که آیا یک سیستم خورشیدی روی پشت بام همراه با یک باتری 10 یا 30 کیلووات ساعتی می تواند بارهای حیاتی مانند تبرید، روشنایی، سرویس اینترنت و پمپ های چاه را تامین کند یا خیر. اگر می‌توانست جلوتر برود و همچنین برق گرمایش و تهویه مطبوع. یا حتی اگر می تواند یک خانه کامل را تامین کند.

برای درک این موضوع، محبوب ترین باتری موجود در بازار است تسلا Powerwall، کمی بیش از 13 کیلووات ساعت ذخیره سازی دارد.

به طور کلی، ما متوجه شدیم که حتی یک سیستم متوسط ​​از باتری خورشیدی به علاوه یک می‌تواند بارهای حیاتی یک خانه را برای روزها در هر زمان، عملاً در هر نقطه از کشور تامین کند.

اما نقشه های ما نشان می دهد که ارائه پشتیبان برای سرمایش و گرما می تواند یک چالش باشد، هرچند غیرقابل حل نیست. خانه‌ها در جنوب شرقی و شمال غربی اقیانوس آرام اغلب دارای بخاری‌های مقاومت الکتریکی هستند که از قابلیت خورشیدی و ذخیره‌سازی در طول قطعی زمستانی فراتر می‌رود. خانه هایی با پمپ های حرارتی کارآمد عملکرد بهتری داشتند. بار تابستانی تهویه مطبوع می‌تواند در جنوب غربی سنگین باشد، و رفع تمام نیازهای سرمایشی با خورشید و ذخیره‌سازی در خاموشی تابستانی را دشوارتر می‌کند.

سیستم‌های خورشیدی و باتری بزرگ‌تر می‌توانند کمک کنند، اما پاسخگویی به تقاضا در هنگام قطع برق همچنان به آب و هوا، میزان مصرف انرژی خانه و عوامل دیگر بستگی دارد. برای مثال، تنظیمات ساده ترموستات در هنگام قطع برق، نیازهای گرمایشی و سرمایشی را کاهش می‌دهد و به انرژی خورشیدی با ذخیره‌سازی اجازه می‌دهد تا توان پشتیبان را در دوره‌های طولانی‌تری حفظ کند.

 جایی که خورشیدی و ذخیره سازی با باتری 10 کیلووات ساعتی می توانند در سناریوهای مختلف نیروی پشتیبان را تامین کنند. آزمایشگاه برکلی, CC BY

توانایی برق رسانی به ساختمان های تجاری بسته به نوع ساختمان بسیار متفاوت است. مدارس و فروشگاه‌های خرده‌فروشی بزرگ، با فضای سقف کافی برای انرژی خورشیدی نسبت به تقاضای برق ساختمان، بسیار بهتر از ساختمان‌های چند طبقه و پر انرژی مانند بیمارستان‌ها هستند.

چگونه خورشید می توانست 10 فاجعه گذشته را مدیریت کند؟

ما همچنین به 10 رویداد خاموشی در دنیای واقعی از 2017 تا 2020 نگاه کردیم، از جمله طوفان، آتش‌سوزی و طوفان، و مدل‌سازی عملکرد ساختمان برای مکان‌های خاص و الگوهای آب و هوای واقعی در طول و پس از قطع‌ها.

ما متوجه شدیم که در هفت مورد از قطعی‌ها، اکثر خانه‌ها می‌توانستند بارهای حیاتی به اضافه گرمایش و سرمایش را با استفاده از خورشیدی با 30 کیلووات ساعت ذخیره‌سازی یا کمی بیش از دو پاوروال حفظ کنند.

اما آب و هوای اطراف قطع می تواند تأثیر زیادی داشته باشد، به ویژه برای طوفان ها. بعد از طوفان فلورانس با قطع برق در کارولینای شمالی در سال 2018، آسمان ابری به مدت سه روز در اطراف بود و باعث کاهش یا حتی توقف خروجی پنل های خورشیدی شد.

طوفان هارویاز سوی دیگر، سواحل تگزاس را در آگوست 2017 به شدت مورد حمله قرار داد اما به سمت ایجاد خسارات گسترده در سایر نقاط تگزاس حرکت کرد. آسمان بر فراز کورپوس کریستی صاف شد حتی زمانی که یک هفته یا بیشتر طول کشید تا دوباره برق گرفت. خورشیدی و ذخیره‌سازی کمک بزرگی در این مورد می‌کردند و تقریباً تمام نیازهای برق را برای یک خانه معمولی یک‌خانواری، پس از پاک شدن آسمان، تأمین می‌کردند.

 
پس از طوفان‌های فلورانس و هاروی، یک خانه معمولی با انرژی خورشیدی و 30 کیلووات ساعت ذخیره‌سازی چگونه عمل می‌کرد. خط آبی روشن، دوره‌های کوتاه «بار خدمت‌نشده» یا کمبود در برآوردن تقاضای برق را بلافاصله پس از طوفان نشان می‌دهد. وضعیت شارژ نشان می‌دهد که باتری‌ها می‌توانند انرژی خورشیدی را در طول شب افزایش دهند. آزمایشگاه های برکلی, CC BY

به طور مشابه، ما دریافتیم که انرژی خورشیدی می تواند در رویدادهای کمتر ابری، مانند خاموشی های جلوگیری از آتش سوزی در کالیفرنیا، یا پس از طوفان بادی در سال 2020 در آیووا، عملکرد خوبی داشته باشد.

منبع گرما در خانه نیز یک عامل کلیدی است. در یک قطع پنج تا ۱۰ روزه پس از طوفان یخ در اوکلاهاما در سال ۲۰۲۰، متوجه شدیم که انرژی خورشیدی به علاوه یک باتری ۳۰ کیلووات ساعتی می‌تواند تقریباً تمام انرژی و گرمای حیاتی مورد نیاز خانه‌های دارای بخاری گاز طبیعی یا پمپ حرارتی را تامین کند. اما خانه‌هایی که دارای گرمایش با مقاومت الکتریکی هستند کوتاهی می‌کردند.

در تگزاس، بیش از نیمی از خانه ها هستند با برق گرم می شود، در درجه اول بخاری های مقاومتی. از پمپ های حرارتی دارای رتبه ستاره انرژی – که هم گرمایش و هم سرمایش را فراهم می کنند – استفاده می شود نصف برق در هر واحد گرما خروجی به عنوان بخاری های مقاومت الکتریکی و همچنین در خنک سازی کارآمدتر از متوسط ​​​​کولر گازی جدید هستند. تبدیل بخاری های مقاوم قدیمی به پمپ های حرارتی جدید نه تنها می تواند باعث صرفه جویی در هزینه و کاهش پیک تقاضا شود، بلکه انعطاف پذیری را در هنگام قطع برق افزایش می دهد.

اشکال جدید پشتیبان گیری

راه‌اندازی انرژی خورشیدی و ذخیره‌سازی برای تأمین برق پشتیبان در یک خانه یا ساختمان کار اضافی می‌طلبد و هزینه بیشتری هم دارد - فقط یک پاوروال می‌تواند کار کند. از 12,000 دلار آمریکا تا 16,500 دلار برای نصب کامل سیستم، قبل از مشوق و مالیات. این به اندازه یک منظومه شمسی با اندازه منصفانه است. با این وجود، تعداد فزاینده ای از صاحبان خانه در حال نصب هر دو هستند.

بیش از 90٪ تاسیسات جدید خورشیدی در هاوایی در سال 2021 پس از تغییر مقررات با باتری ها جفت شدند. اکنون این نیروگاه های توزیع شده هستند کمک به برق رسانی به شبکه چون کارخانه های زغال سنگ بازنشسته شده اند.

کالیفرنیا دارد میلیون بیش 1.5 سیستم های خورشیدی پشت بام تعداد فزاینده‌ای از مشتریان در حال مقاوم‌سازی باتری‌ها در سیستم‌های خود یا اضافه کردن ذخیره‌سازی خورشیدی به علاوه جدید هستند، تا حدی به این دلیل که شرکت‌های برق به «قطع برق ایمنی عمومی» متوسل شده‌اند تا خطر آتش‌سوزی‌های ناشی از خطوط برق در روزهای خشک و باد را کاهش دهند.

و اشکال جدیدی از قدرت پشتیبان، به ویژه از خودروهای الکتریکی در حال ظهور است. فورد با SunRun همکاری می کند تا وانت برقی جدید F150 Lightning خود را با انرژی خورشیدی و شارژر دو طرفه ترکیب کند. از باتری کامیون استفاده کنید برای برق رسانی به یک خانه نسخه استاندارد این کامیون دارای باتری 98 کیلووات ساعتی است که معادل بیش از هفت باتری ثابت پاوروال تسلا است.

قدرت حیاتی برای خدمات حیاتی

یک ایستگاه آتش نشانی در پورتوریکو نگاهی اجمالی به آنچه انرژی خورشیدی و ذخیره سازی می تواند انجام دهد را ارائه می دهد. پس از طوفان ماریا قطع برق برای ماه ها در سال 2017، بیش از 40,000 سیستم خورشیدی در جزیره نصب شد که اغلب با ذخیره باتری همراه بودند. یکی از آنها در ایستگاه آتش نشانی در شهر گوانیکا است که در قطعی های قبلی قادر به دریافت تماس های اضطراری نبوده است.

هنگامی که طوفان و سیل طوفان فیونا بار دیگر در سپتامبر 2022 برق اکثر مناطق پورتوریکو را قطع کرد، ایستگاه آتش نشانی همچنان در حال کار بود.

«منظومه شمسی است به زیبایی کار می کند!» گروهبان لوئیس سائز یک روز پس از اینکه فیونا قدرت را حذف کرد به رسانه های قناری گفت. ما در تمام طول طوفان قدرت را از دست ندادیم.»

درباره نویسنده

ویل گورمنمحقق دانشجوی تحصیلات تکمیلی در بازار و سیاست برق، آزمایشگاه ملی لارنس برکلی; بنتام پائولوس، شرکت های وابسته ، بازارهای برق و گروه سیاست ، آزمایشگاه ملی لارنس برکلیو گالن باربوز، دانشيار پژوهشي، آزمایشگاه ملی لارنس برکلی

این مقاله از مجله منتشر شده است گفتگو تحت مجوز Creative Commons دفعات بازدید: مقاله.