倒塌的电力线可能意味着数周无电。 美联社照片/马特·斯洛克姆
飓风伊恩 灾难性的风 和洪水可能会给佛罗里达州的大部分地区带来长期停电。 这场风暴是最近几年连续数日导致数百万美国人断电的一系列飓风和极端高温和低温事件中的最新一次。
在许多容易发生灾难和停电的地区，人们开始质疑投资屋顶太阳能和电池存储系统是否可以在电网无法运行的情况下保持照明和空调运行。
当电网出现故障时，大多数没有电池的太阳能系统也将关闭。 但是有了电池，家庭可以断开与电网的连接。 每天，太阳都会为房屋供电并为电池充电，从而在夜间提供电力。
我们的全球洞察力 队在 伯克利 实验室 探索了家庭和商业建筑如何通过太阳能和电池度过三天或更长时间的长时间停电。
太阳能+储能能做多少？
对于 新报告，我们模拟了美国每个县的一般停电情况，测试屋顶太阳能系统与 10 或 30 千瓦时电池相结合是否可以为制冷、照明、互联网服务和井泵等关键负载供电； 如果它可以走得更远，还可以提供暖气和空调； 或者它甚至可以为整个家庭供电。
从这个角度来看，市场上最受欢迎的电池， 特斯拉Powerwall，存储容量刚刚超过 13 kWh。
总的来说，我们发现即使是一个适度的太阳能系统加上一个电池，也可以一次为家庭中的关键负载供电数天，几乎在全国任何地方。
但是， 我们的地图显示 为冷却和加热提供备份可能是一项挑战，尽管并非不可克服的挑战。 东南部和太平洋西北部的家庭经常使用耗电的电阻加热器，在冬季停电期间超过了太阳能和存储的能力。 拥有高效热泵的房屋表现更好。 西南地区的夏季空调负荷可能很重，因此在夏季停电时更难通过太阳能和储能来满足所有制冷需求。
更大的太阳能和电池系统可以提供帮助，但在停电期间满足需求仍然取决于天气、家庭的能源效率和其他因素。 例如，在停电期间进行简单的恒温器调整可减少加热和冷却需求，并允许太阳能与存储在更长的时间内保持备用电源。
在各种情况下，太阳能和带有 10 千瓦时电池的存储可以提供备用电源。 伯克利实验室, CC BY
为商业建筑供电的能力因建筑类型而异。 学校和大型零售商店，相对于建筑电力需求而言，拥有足够的太阳能屋顶空间，比医院等多层能源密集型建筑要好得多。
太阳能将如何处理过去的 10 场灾难
我们还研究了 10 年至 2017 年的 2020 次真实世界停电事件，包括飓风、野火和风暴，并对停电期间和停电后特定位置和真实天气模式的建筑性能进行建模。
我们发现，在其中七次停电中，大多数家庭都能够使用具有 30 kWh 存储容量的太阳能或仅超过两个 Powerwall 来维持关键负载以及供暖和制冷。
但是停电周围的天气会产生很大的影响，尤其是飓风。 后 飓风佛罗伦萨 2018 年北卡罗来纳州停电，多云的天空持续了三天，使太阳能电池板的输出变暗甚至停止。
哈维飓风另一方面，2017 年 XNUMX 月袭击了德克萨斯州海岸，但随后又在德克萨斯州其他地方造成了广泛破坏。 尽管需要一周或更长时间才能恢复供电，但科珀斯克里斯蒂的天空已经放晴了。 在这种情况下，太阳能和储能将是一个很大的帮助，一旦天空晴朗，可以为典型的单户住宅提供几乎所有的电力需求。
在佛罗伦萨和哈维飓风过后，一个典型的家庭如何使用太阳能和 30 千瓦时的储能。 浅蓝色线显示暴风雨过后的短期“未提供负载”或满足电力需求的不足。 充电状态显示电池能够在夜间使用太阳能。 伯克利实验室, CC BY
同样，我们发现太阳能可以在较少多云的事件中表现良好，例如加利福尼亚州的野火预防关闭，或爱荷华州的 2020 年德雷乔风暴之后。
家中的热源也是一个关键因素。 在 10 年俄克拉荷马州冰暴后的 2020 到 30 天停电中，我们发现太阳能加上 XNUMX 千瓦时的电池可以提供几乎所有具有天然气加热器或热泵的家庭所需的关键电力和热量。 但是采用电阻加热的房屋会达不到要求。
在得克萨斯州，超过一半的家庭 用电加热，主要是电阻加热器。 能源之星评级的热泵 - 提供加热和冷却 - 使用 一半的电力 每单位热量输出作为电阻加热器，并且在冷却方面也比普通的新空调更有效。 将旧的电阻加热器转换为新的热泵不仅可以节省资金并减少高峰需求，还可以提高停电期间的恢复能力。
新形式的备份
设置太阳能和存储来为家庭或建筑物提供备用电源需要额外的工作，而且成本更高——只需一个 Powerwall 即可运行 从 12,000 美元到 16,500 美元 在激励和税收之前进行完整的系统安装。 这相当于一个相当大的太阳系。 然而，越来越多的房主正在同时安装这两种设备。
90％以上 2021 年夏威夷的新太阳能装置在法规变更后与电池配对。 现在这些分布式电站 帮助为电网供电 因为燃煤电厂退役了。
加州有 亿元以上1.5 屋顶太阳能系统。 越来越多的客户在他们的系统上改装电池，或者增加新的太阳能和存储，部分原因是公用事业公司采取了“公共安全断电”措施，以降低在干燥多风的日子里电力线引发野火的风险。
新形式的备用电源正在出现，尤其是电动汽车。 福特正与 SunRun 合作，将其新款 F150 Lightning 电动皮卡与太阳能和双向充电器相结合 使用卡车的电池 给房子供电。 标准版卡车配备 98 kWh 电池，相当于超过 XNUMX 个 Tesla Powerwall 固定电池。
关键服务的关键电源
波多黎各的一个消防站让我们一睹太阳能和储能的作用。 在飓风玛丽亚之后 停电数月 2017 年，岛上安装了 40,000 多个太阳能系统，通常与电池存储配对。 其中之一是在 Guánica 镇的消防站，在之前的停电中，该消防站无法接听紧急电话。
2022 年 XNUMX 月，当飓风菲奥娜的风和洪水再次使波多黎各大部分地区断电时，消防站仍在运行。
“太阳系是 工作精美！” 中士Luis Saez 在 Fiona 断电后的第二天告诉 Canary Media。 “在整个飓风期间，我们并没有失去电力。”
作者简介
威尔·戈尔曼，电力市场与政策研究生研究员， 劳伦斯伯克利国家实验室; 边沁保罗（Bentham Paulos），会员，电力市场与政策小组， 劳伦斯伯克利国家实验室及 盖伦巴博斯， 研究科学家， 劳伦斯伯克利国家实验室
