Uitgevallen elektriciteitskabels kunnen weken zonder stroom betekenen. AP Photo / Matt Slocum

Orkaan Ian's catastrofale winden en overstromingen zullen waarschijnlijk leiden tot langdurige stroomuitval in grote delen van Florida. De storm is de laatste in een reeks van orkanen en extreme hitte en koude gebeurtenissen die miljoenen Amerikanen de afgelopen jaren dagenlang van stroom hebben voorzien.

In veel ramp- en storingsgevoelige gebieden beginnen mensen zich af te vragen of investeringen in zonne-energie- en batterijopslagsystemen op het dak de lichten aan kunnen houden en de airconditioner kunnen laten werken wanneer het elektriciteitsnet dat niet kan.

Wanneer het net uitvalt, zullen de meeste zonnestelsels die geen batterij hebben, ook worden uitgeschakeld. Maar met batterijen kan een huis losgekoppeld worden van het net. Elke dag voedt de zon het huis en laadt de batterijen op, die de hele nacht van stroom voorzien.

Onze team bij Berkeley laboratorium onderzocht wat er nodig zou zijn voor huizen en commerciële gebouwen om lange stroomonderbrekingen, van drie dagen of meer, met zonne-energie en batterijen op te lossen.

Hoeveel kan zonne-energie + opslag doen?

Voor een nieuw rapport, we hebben een algemene stroomstoring gemodelleerd voor elke provincie in de VS, waarbij we hebben getest of een zonnestelsel op het dak in combinatie met een batterij van 10 of 30 kilowattuur kritische belastingen kan voeden, zoals koeling, verlichting, internetservice en bronpompen; als het verder zou kunnen gaan en ook verwarming en airconditioning aandrijven; of dat het zelfs een heel huis van stroom zou kunnen voorzien.

Om dat in perspectief te plaatsen, de meest populaire batterij op de markt, de Tesla powerwall, heeft iets meer dan 13 kWh aan opslag.

Over het algemeen ontdekten we dat zelfs een bescheiden systeem van zonne-energie plus één batterij dagenlang kritieke belastingen in een huis kan voeden, praktisch overal in het land.

Maar onze kaarten laten zien dat het bieden van back-up voor koeling en warmte een uitdaging kan zijn, maar niet onoverkomelijk. Huizen in het zuidoosten en het noordwesten van de Stille Oceaan hebben vaak energieverslindende elektrische weerstandsverwarmers, die het vermogen van zonne-energie en opslag tijdens winteruitval overschrijden. Woningen met efficiënte warmtepompen presteerden beter. De belasting van de airconditioning in de zomer kan zwaar zijn in het zuidwesten, waardoor het moeilijker is om aan alle koelbehoeften te voldoen met zonne-energie en opslag in een zomerse black-out.

Grotere zonne- en batterijsystemen kunnen helpen, maar het voldoen aan de vraag tijdens stroomuitval hangt nog steeds af van het weer, hoe energiezuinig het huis is en andere factoren. Eenvoudige thermostaataanpassingen tijdens stroomuitval verminderen bijvoorbeeld de behoefte aan verwarming en koeling en zorgen ervoor dat zonne-energie met opslag de back-upstroom gedurende langere perioden kan behouden.

 Waar zonne-energie en opslag met een 10 kWh-batterij back-upstroom kunnen leveren, in verschillende scenario's. Berkeley Lab, CC BY

Het vermogen om commerciële gebouwen van stroom te voorzien varieert sterk, afhankelijk van het type gebouw. Scholen en grootwinkelbedrijven, met voldoende dakruimte voor zonne-energie in verhouding tot de vraag naar energie, doen het veel beter dan energie-intensieve gebouwen met meerdere verdiepingen, zoals ziekenhuizen.

Hoe zonne-energie 10 rampen uit het verleden zou hebben aangepakt?

We hebben ook gekeken naar 10 echte storingsgebeurtenissen van 2017 tot 2020, waaronder orkanen, bosbranden en stormen, en gemodelleerde bouwprestaties voor specifieke locaties en echte weerpatronen tijdens en na de storingen.

We ontdekten dat bij zeven van de storingen de meeste huizen de kritische belasting plus verwarming en koeling hadden kunnen handhaven met behulp van zonne-energie met 30 kWh opslag, of iets meer dan twee Powerwalls.

Maar het weer rond de storing kan een grote impact hebben, vooral voor orkanen. Na Orkaan Florence in 2018 de stroom uitviel in North Carolina, drie dagen lang bewolkte luchten blijven hangen, waardoor de output van zonnepanelen werd gedimd of zelfs stopte.

Orkaan Harvey, aan de andere kant, sloeg de kust van Texas in augustus 2017 dicht, maar ging verder om elders in Texas wijdverbreide schade aan te richten. De lucht boven Corpus Christi klaarde op, ook al duurde het een week of langer voordat de stroom weer hersteld was. Zonne-energie en opslag zouden in dat geval een grote hulp zijn geweest, en voorzien in vrijwel alle stroombehoeften voor een typische eengezinswoning, zodra de lucht is opgeklaard.

 
Hoe een typisch huis het zou hebben gedaan met zonne-energie en 30 kWh opslag na de orkanen Florence en Harvey. De lichtblauwe lijn toont de korte perioden van 'unserved load', of tekorten in het voldoen aan de vraag naar stroom, direct na de stormen. De laadstatus laat zien dat batterijen de hele nacht door zonne-energie konden rekken. Berkeley Labs, CC BY

Evenzo ontdekten we dat zonne-energie het goed kan doen bij minder bewolkte gebeurtenissen, zoals natuurbrandpreventie in Californië, of na de derecho-storm in 2020 in Iowa.

Ook de warmtebron in een woning is een belangrijke factor. Bij een storing van vijf tot tien dagen na een ijsstorm in Oklahoma in 10, ontdekten we dat zonne-energie plus een 2020 kWh-batterij bijna alle kritieke stroom en warmte had kunnen leveren die nodig was voor huizen met aardgasverwarming of warmtepompen. Maar woningen met elektrische weerstandsverwarming zouden tekort schieten.

In Texas is meer dan de helft van de huizen verwarmd met elektriciteit, voornamelijk weerstandsverwarmers. Energy Star-geclassificeerde warmtepompen – die zowel voor verwarming als voor koeling zorgen – gebruiken half zoveel elektriciteit per eenheid warmteafgifte als elektrische weerstandsverwarmers en zijn ook efficiënter in koeling dan de gemiddelde nieuwe airconditioner. Het ombouwen van oudere weerstandsverwarmers naar nieuwe warmtepompen kan niet alleen geld besparen en de piekvraag verminderen, maar ook de veerkracht vergroten tijdens uitval.

Nieuwe vormen van back-up

Het opzetten van zonne-energie en opslag om back-upstroom te leveren in een huis of gebouw kost extra werk en het kost meer - er kan slechts één Powerwall worden gebruikt van US $ 12,000 tot $ 16,500 voor een volledige systeeminstallatie, vóór premies en belastingen. Dat is net zoveel als een redelijk groot zonnestelsel. Toch installeert een groeiend aantal huiseigenaren beide.

Meer dan 90% van de nieuwe zonne-installaties op Hawaï in 2021 werden gekoppeld aan batterijen na een wijziging van de regelgeving. Nu zijn deze gedistribueerde energiecentrales helpen het net van stroom te voorzien als kolencentrales worden gepensioneerd.

Californië heeft miljoen over 1.5 zonnepanelen op het dak. Een groeiend aantal klanten installeert batterijen in hun systemen of voegt nieuwe zonne-energie plus opslag toe, deels omdat nutsbedrijven hun toevlucht hebben genomen tot "openbare veiligheidsstroomuitschakelingen" om het risico op bosbranden veroorzaakt door hoogspanningsleidingen tijdens droge, winderige dagen te verminderen.

En er ontstaan ​​nieuwe vormen van back-upstroom, vooral van elektrische auto's. Ford werkt samen met SunRun om zijn nieuwe elektrische pick-up F150 Lightning te combineren met zonne-energie en een tweeweglader die kan gebruik de batterij van de vrachtwagen een huis van stroom te voorzien. De standaardversie van de truck wordt geleverd met een batterij van 98 kWh, het equivalent van meer dan zeven Tesla Powerwall stationaire batterijen.

Kritieke kracht voor kritieke services

Een brandweerkazerne in Puerto Rico biedt een glimp van wat zonne-energie en opslag kunnen doen. Na orkaan Maria stroom voor maanden uitgevallen in 2017 werden op het eiland meer dan 40,000 zonnesystemen geïnstalleerd, vaak in combinatie met batterijopslag. Een daarvan is bij de brandweerkazerne in de stad Guánica, die bij eerdere storingen geen noodoproepen kon ontvangen.

Toen de wind en de overstromingen van orkaan Fiona in september 2022 opnieuw de stroom naar het grootste deel van Puerto Rico uitschakelden, was de brandweerkazerne nog in bedrijf.

“Het zonnestelsel is prachtig werken!” Sergeant Luis Saez vertelde Canary Media de dag nadat Fiona de stroom had uitgeschakeld. "We hebben de hele orkaan niet de macht verloren."

Over de Auteurs

Zal Gorman, afgestudeerd studentonderzoeker in elektriciteitsmarkten en -beleid, Lawrence Berkeley National Laboratory; Bentham Paulo, Aangesloten onderneming, elektriciteitsmarkten en beleidsgroep, Lawrence Berkeley National Laboratory en Galen Barbose, Onderzoekwetenschapper, Lawrence Berkeley National Laboratory

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.