Bão Ian: Khi mất điện lưới, năng lượng mặt trời và pin có thể cung cấp năng lượng cho ngôi nhà của bạn không?
Nơi năng lượng mặt trời và bộ lưu trữ với pin 10 kWh có thể cung cấp năng lượng dự phòng, trong các tình huống khác nhau. Ảnh: Berkeley Lab, CC BY
Những cơn gió và lũ lụt thảm khốc của cơn bão Ian có khả năng gây mất điện kéo dài cho các khu vực rộng lớn của Florida. Cơn bão là cơn bão mới nhất trong một loạt các cơn bão và các hiện tượng nóng và lạnh khắc nghiệt đã cướp đi sức mạnh của hàng triệu người Mỹ trong những năm gần đây trong nhiều ngày.
Tại nhiều khu vực thường xuyên xảy ra thiên tai và mất điện, mọi người bắt đầu đặt câu hỏi liệu việc đầu tư vào hệ thống lưu trữ pin và năng lượng mặt trời trên mái nhà có thể giữ cho đèn sáng và máy điều hòa không khí hoạt động khi lưới điện không.
Khi lưới điện gặp sự cố, hầu hết các hệ thống năng lượng mặt trời thiếu pin cũng sẽ ngừng hoạt động. Nhưng với pin, một ngôi nhà có thể ngắt kết nối với điện lưới. Mỗi ngày, mặt trời cung cấp năng lượng cho ngôi nhà và sạc pin, cung cấp năng lượng suốt đêm.
Nhóm của chúng tôi tại Phòng thí nghiệm Berkeley đã khám phá xem những ngôi nhà và tòa nhà thương mại sẽ mất những gì khi mất điện kéo dài, từ ba ngày trở lên, với năng lượng mặt trời và pin.
Năng lượng mặt trời + lưu trữ có thể làm được bao nhiêu?
Đối với một báo cáo mới, chúng tôi đã lập mô hình tình trạng mất điện chung cho mọi quận ở Hoa Kỳ, kiểm tra xem hệ thống năng lượng mặt trời trên mái nhà kết hợp với pin 10 hoặc 30 kilowatt giờ có thể cung cấp năng lượng cho các phụ tải quan trọng, như điện lạnh, chiếu sáng, dịch vụ internet và tốt hay không máy bơm; nếu nó có thể đi xa hơn và cũng cấp điện cho hệ thống sưởi và điều hòa không khí; hoặc nếu nó thậm chí có thể cung cấp năng lượng cho cả một ngôi nhà.
Để thực hiện điều đó, loại pin phổ biến nhất trên thị trường, Tesla Powerwall, chỉ có hơn 13 kWh lưu trữ.
Nhìn chung, chúng tôi nhận thấy rằng ngay cả một hệ thống năng lượng mặt trời khiêm tốn cộng với một pin cũng có thể cung cấp năng lượng cho các tải trọng quan trọng trong nhà trong nhiều ngày tại một thời điểm, thực tế ở mọi nơi trên đất nước.
Nhưng bản đồ của chúng tôi cho thấy rằng việc cung cấp dự phòng để làm mát và sưởi ấm có thể là một thách thức, mặc dù không phải là một thách thức không thể vượt qua. Các ngôi nhà ở Đông Nam và Tây Bắc Thái Bình Dương thường có máy sưởi điện trở gây mất điện, vượt quá khả năng của năng lượng mặt trời và lưu trữ khi cúp điện vào mùa đông. Những ngôi nhà có máy bơm nhiệt hiệu quả hoạt động tốt hơn. Tải điều hòa không khí vào mùa hè có thể nặng ở phía Tây Nam, khiến việc đáp ứng tất cả các nhu cầu làm mát bằng năng lượng mặt trời và lưu trữ trong mùa hè mất điện trở nên khó khăn hơn.
Các hệ thống pin và năng lượng mặt trời lớn hơn có thể hữu ích, nhưng việc đáp ứng nhu cầu trong thời gian cúp điện vẫn phụ thuộc vào thời tiết, mức độ tiết kiệm năng lượng của ngôi nhà và các yếu tố khác. Ví dụ, các điều chỉnh nhiệt đơn giản trong thời gian mất điện làm giảm nhu cầu sưởi ấm và làm mát, đồng thời cho phép năng lượng mặt trời có bộ lưu trữ duy trì nguồn điện dự phòng trong thời gian dài hơn.
Khả năng cấp điện cho các tòa nhà thương mại rất khác nhau, tùy thuộc vào loại tòa nhà. Các trường học và cửa hàng bán lẻ hộp lớn, có đủ không gian trên mái nhà để sử dụng năng lượng mặt trời so với nhu cầu điện của tòa nhà, giá vé tốt hơn nhiều so với các tòa nhà nhiều tầng, sử dụng nhiều năng lượng như bệnh viện.
Làm thế nào năng lượng mặt trời sẽ xử lý 10 thảm họa trong quá khứ
Chúng tôi cũng đã xem xét 10 sự kiện mất điện trong thế giới thực từ năm 2017 đến năm 2020, bao gồm bão, cháy rừng và bão, và hiệu suất xây dựng được mô hình hóa cho các vị trí cụ thể và các kiểu thời tiết thực trong và sau khi mất điện.
Chúng tôi nhận thấy rằng trong bảy trường hợp mất điện, hầu hết các ngôi nhà sẽ có thể duy trì tải trọng quan trọng cộng với hệ thống sưởi và làm mát bằng năng lượng mặt trời với 30 kWh lưu trữ, hoặc chỉ hơn hai Powerwall.
Một ngôi nhà điển hình sẽ hoạt động như thế nào với năng lượng mặt trời và 30 kWh dự trữ sau các cơn bão Florence và Harvey. Đường màu xanh lam nhạt hiển thị thời gian ngắn của 'phụ tải không được bảo đảm,' hoặc sự thiếu hụt trong việc đáp ứng nhu cầu điện năng, ngay sau các cơn bão. Trạng thái sạc cho thấy pin có thể sử dụng năng lượng mặt trời suốt đêm. Tín dụng: Berkeley Labs, CC BY
Nhưng thời tiết xung quanh sự cố mất điện có thể có tác động lớn, đặc biệt là đối với các trận cuồng phong. Sau khi cơn bão Florence làm mất điện ở Bắc Carolina vào năm 2018, bầu trời nhiều mây lơ lửng trong ba ngày, làm mờ hoặc thậm chí ngừng sản xuất của các tấm pin mặt trời.
Mặt khác, cơn bão Harvey đã đổ bộ vào bờ biển Texas vào tháng 8 năm 2017 nhưng đã di chuyển để gây ra thiệt hại trên diện rộng ở những nơi khác ở Texas. Bầu trời trên Corpus Christi đã quang đãng ngay cả khi phải mất một tuần trở lên để có điện trở lại. Năng lượng mặt trời và bộ lưu trữ sẽ là một trợ giúp lớn trong trường hợp đó, cung cấp hầu như tất cả các nhu cầu điện năng cho một ngôi nhà một gia đình điển hình, một khi bầu trời quang đãng.
Tương tự như vậy, chúng tôi nhận thấy năng lượng mặt trời có thể hoạt động tốt trong các sự kiện ít mây hơn, chẳng hạn như việc đóng cửa phòng chống cháy rừng ở California hoặc sau trận bão gió derecho năm 2020 ở Iowa.
Nguồn nhiệt trong nhà cũng là một yếu tố quan trọng. Trong thời gian ngừng hoạt động từ 5 đến 10 ngày sau trận bão băng ở Oklahoma vào năm 2020, chúng tôi nhận thấy rằng năng lượng mặt trời cộng với pin 30 kWh có thể cung cấp gần như tất cả năng lượng và nhiệt lượng quan trọng cần thiết cho những ngôi nhà có máy sưởi khí tự nhiên hoặc máy bơm nhiệt. Nhưng những ngôi nhà có hệ thống sưởi bằng điện trở sẽ không còn nhiều.
Ở Texas, hơn một nửa số nhà được sưởi ấm bằng điện, chủ yếu là lò sưởi điện trở. Máy bơm nhiệt được xếp hạng Energy Star — cung cấp cả hệ thống sưởi và làm mát
sử dụng một nửa lượng điện trên một đơn vị nhiệt lượng so với máy sưởi điện trở và cũng làm mát hiệu quả hơn so với máy điều hòa không khí mới thông thường. Chuyển đổi máy sưởi điện trở cũ sang máy bơm nhiệt mới không chỉ có thể tiết kiệm tiền và giảm nhu cầu cao điểm mà còn tăng khả năng phục hồi trong thời gian mất điện.
Các hình thức sao lưu mới
Việc thiết lập năng lượng mặt trời và bộ lưu trữ để cung cấp nguồn điện dự phòng trong nhà hoặc tòa nhà sẽ tốn thêm công sức và chi phí cao hơn — chỉ cần một Powerwall có thể chạy từ 12.000 đô la Mỹ đến 16.500 đô la Mỹ để lắp đặt toàn bộ hệ thống, chưa bao gồm các khoản ưu đãi và thuế. Đó là nhiều như một hệ thống năng lượng mặt trời có kích thước tương đối. Tuy nhiên, ngày càng có nhiều chủ nhà lắp đặt cả hai.
Hơn 90% các cơ sở lắp đặt năng lượng mặt trời mới ở Hawaii vào năm 2021 được ghép nối với pin sau khi thay đổi quy định. Giờ đây, các nhà máy điện phân tán này đang giúp cung cấp điện cho lưới điện khi các nhà máy than đã ngừng hoạt động.
California có hơn 1,5 triệu hệ thống năng lượng mặt trời trên mái nhà. Ngày càng có nhiều khách hàng trang bị thêm pin trên hệ thống của họ hoặc bổ sung thêm bộ lưu trữ năng lượng mặt trời mới, một phần vì các tiện ích đã sử dụng "ngắt nguồn điện an toàn công cộng" để giảm nguy cơ cháy rừng do đường dây điện gây ra trong những ngày khô, gió.
Và các hình thức mới của nguồn điện dự phòng đang xuất hiện, đặc biệt là từ ô tô điện. Ford đang hợp tác với SunRun để kết hợp chiếc xe bán tải chạy điện F150 Lightning mới của mình với năng lượng mặt trời và bộ sạc hai chiều có thể sử dụng pin của xe tải để cung cấp năng lượng cho một ngôi nhà. Phiên bản tiêu chuẩn của chiếc xe tải này đi kèm với bộ pin 98 kWh, tương đương với hơn bảy bộ pin cố định của Tesla Powerwall.
Quyền lực quan trọng cho các dịch vụ quan trọng
Một trạm cứu hỏa ở Puerto Rico cung cấp cái nhìn sơ lược về những gì năng lượng mặt trời và bộ lưu trữ có thể làm. Sau khi cơn bão Maria cắt điện trong nhiều tháng vào năm 2017, hơn 40.000 hệ thống năng lượng mặt trời đã được lắp đặt trên đảo, thường được kết hợp với bộ lưu trữ pin. Một trong số đó là tại trạm cứu hỏa ở thị trấn Guánica, nơi không thể nhận các cuộc gọi khẩn cấp trong những lần mất điện trước đó.
Khi gió và lũ lụt của Bão Fiona một lần nữa làm mất điện hầu hết Puerto Rico vào tháng 9 năm 2022, trạm cứu hỏa vẫn đang hoạt động.
"Hệ mặt trời đang hoạt động rất đẹp!" Sgt. Luis Saez nói với Canary Media một ngày sau khi Fiona cắt điện. "Chúng tôi đã không bị mất điện trong suốt cơn bão."
