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在暴风雨或极端高温和寒冷一次断电几天的地区,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正常运行时保持电灯和空调的运行。

当电网出现故障时,大多数没有电池的太阳能系统也会关闭。但是有了电池,家庭就可以与电网断开连接。每天,太阳能为家庭供电并为电池充电,从而提供整晚的电力。

我们在 BerkeleyLab 的团队探索了如何使用太阳能和电池让住宅和商业建筑安然度过三天或更长时间的长时间停电。

太阳能+储能能做多少?

在一份新报告中,我们模拟了美国每个县的一般停电情况,测试结合 10 或 30 千瓦时电池的屋顶太阳能系统是否可以为制冷、照明、互联网服务等关键负载供电; 如果它能走得更远,还能为暖气和空调供电;或者如果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 Tesla Powerwall 的存储容量刚刚超过 13 kWh。

总的来说,我们发现即使是一个普通的太阳能系统加上一个电池也可以一次为家里的关键负载供电几天。

但我们的地图显示,为冷却和加热提供备用可能是一个挑战,尽管不是无法克服的挑战。东南部和太平洋西北地区的家庭通常有耗电的电阻加热器,在冬季停电期间超出了太阳能和储能的能力。配备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,这使得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,停电期间简单的恒温器调节可减少供暖和制冷需求,并允许带储能的太阳能在更长时间内保持备用电源。

为商业建筑供电的能力因建筑类型而异。相对于建筑电力需求而言,学校和大型零售店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的情况要好得多。

太阳能如何处理过去的 10 次灾难

我们还研究了 2017 年至 2020 年的 10 起真实世界的停电事件,包括飓风、野火和风暴,并针对停电期间和之后的特定位置和真实天气模式对建筑性能进行了建模。

我们发现,在其中 7 次停电中,大多数家庭都能够使用具有 30 千瓦时储能或略多于两个 Powerwall 的太阳能来维持关键负载以及供暖和制冷。

但是停电前后的天气会产生很大的影响,尤其是飓风。2018 年飓风佛罗伦萨摧毁了北卡罗来纳州的电力后,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。

另一方面,飓风哈维于 2017 年 8 月袭击德克萨斯州海岸,但随后继续在德克萨斯州其他地方造成广泛破坏。尽管需要一周或更长时间才能恢复供电,但科珀斯克里斯蒂上空的天空已经放晴。在那种情况下,太阳能和储能将是一个很大的帮助,一旦天空放晴,它们几乎可以为典型的单户住宅提供所有电力需求。

同样,我们发现太阳能在阴天较少的情况下也能发挥很好的作用,例如加利福尼亚州的野火预防措施关闭,或 2020 年爱荷华州的德雷科风暴过后。

家中的热源也是一个关键因素。在 2020 年俄克拉荷马州一场冰暴之后的 5 到 10 天停电中,我们发现太阳能加上 30 千瓦时的电池几乎可以为配备天然气加热器或热泵的家庭提供所需的几乎所有关键电力和热量。但是使用电阻加热的家庭会达不到要求。

得克萨斯州,超过一半的家庭用电供暖,主要是电阻加热器。能源之星评级的热泵——提供加热和冷却——每单位热量输出使用的电力是电阻加热器的一半,而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。

新的备份形式

在家庭或建筑物中设置太阳能和储能系统以提供备用电源需要额外的工作,而且成本更高——仅一个 Powerwall 就可以运行一个完整的系统安装成本 12,000 美元到 16,500 美元,不包括奖励和税收。这相当于一个中等大小的太阳系。尽管如此,越来越多的房主同时安装了这两者。

法规变更后,2021 年夏威夷超过 90% 的新太阳能装置与电池配对。现在,随着燃煤电厂的退役,这些分布式电厂正在帮助为电网供电。

加州拥有超过 150 万个屋顶太阳能系统。越来越多的客户在他们的系统上改装电池,或增加新的太阳能和储能系统,部分原因是公用事业公司已采取“公共安全断电”措施,以降低在干燥多风的日子里电线引发野火的风险。

新形式的备用电源正在出现,尤其是来自电动汽车。福特正与 SunRun 合作,将其新型 F150 Lightning 电动皮卡车与太阳能和双向充电器相结合,该充电器可以使用卡车的电池为房屋供电。卡车的标准版配备了一块 98 千瓦时的电池,相当于七个以上的特斯拉 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得以一窥太阳能和储能的作用。在 2017 年飓风玛丽亚断电数月后,岛上安装了超过 40,000 个太阳能系统,通常与电池存储配对。其中之一位于 Guánica 镇的消防站,该消防站在之前的停电中无法接到紧急呼叫。

2022 年 9 月,当飓风菲奥娜的风和洪水再次导致波多黎各大部分地区断电时,消防站仍在运行。

“太阳系运转得很好!” 中士。菲奥娜 (Fiona) 断电后的第二天,路易斯·赛斯 (Luis Saez) 告诉媒体。“在整个飓风期间,我们并没有断电。”

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