Cuando se corta la red eléctrica, ¿podrían la energía solar y las baterías alimentar su hogar?

Por Will Gorman, Bentham Paulos y Galen Barbose

Es probable que los catastróficos vientos y las inundaciones del huracán Ian provoquen cortes de energía duraderos en gran parte de Florida. La tormenta es la última de una serie de huracanes y eventos de calor y frío extremos que han dejado sin electricidad a millones de estadounidenses en los últimos años durante días.

En muchas zonas propensas a sufrir desastres y apagones, la gente está empezando a preguntarse si invertir en sistemas de almacenamiento de baterías y energía solar en los tejados puede mantener las luces encendidas y el aire acondicionado funcionando cuando la red eléctrica no puede hacerlo.

Cuando la red se corta, la mayoría de los sistemas solares que carecen de batería también se apagarán. Pero con las baterías, una casa puede desconectarse de la red. Cada día, el sol alimenta la casa y carga las baterías, que proporcionan energía durante la noche.

Nuestro equipo en Berkeley Lab exploró lo que se necesitaría para que las casas y los edificios comerciales resistan cortes de energía prolongados, de tres días o más, con energía solar y baterías.

¿Cuánto puede hacer la energía solar + almacenamiento?

Para un nuevo informe, modelamos un corte de energía genérico para cada condado de EE. UU., probando si un sistema solar en el techo combinado con una batería de 10 o 30 kilovatios hora podría alimentar cargas críticas, como refrigeración, iluminación, servicio de Internet y pozos. zapatillas; si pudiera ir más allá y también alimentar la calefacción y el aire acondicionado; o si incluso podría alimentar una casa entera.

Para poner esto en perspectiva, la batería más popular del mercado, la Tesla Solar Powerwall, tiene poco más de 13 kWh de almacenamiento.

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En general, descubrimos que incluso un sistema modesto de energía solar más una batería puede alimentar cargas críticas en un hogar durante días seguidos, prácticamente en cualquier parte del país.

Pero nuestros mapas muestran que proporcionar respaldo para la refrigeración y la calefacción puede ser un desafío, aunque no insuperable. Las casas en el sudeste y el noroeste del Pacífico a menudo tienen calentadores de resistencia eléctrica que acaparan la energía, excediendo la capacidad de energía solar y de almacenamiento durante los apagones invernales. Las casas con bombas de calor eficientes obtuvieron mejores resultados. La carga de aire acondicionado en verano puede ser pesada en el suroeste, lo que dificulta satisfacer todas las necesidades de refrigeración con energía solar y almacenamiento en un apagón de verano.

Los sistemas solares y de baterías más grandes pueden ayudar, pero satisfacer la demanda durante los apagones aún depende del clima, la eficiencia energética de la casa y otros factores. Por ejemplo, ajustes simples del termostato durante cortes de energía reducen las necesidades de calefacción y refrigeración y permiten que la energía solar con almacenamiento mantenga la energía de respaldo durante períodos más largos.

Los mapas muestran que la mayor parte del país puede funcionar con energía solar y almacenamiento para usos
Donde la energía solar y el almacenamiento con una batería de 10 kWh pueden suministrar energía de respaldo, en varios escenarios. Laboratorio de Berkeley, CC BY

La capacidad de alimentar edificios comerciales varía ampliamente, según el tipo de edificio. Las escuelas y las grandes tiendas minoristas, con suficiente espacio en el techo para la energía solar en relación con la demanda de energía del edificio, obtienen mejores resultados que los edificios de varios pisos que consumen mucha energía, como los hospitales.

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Cómo la energía solar habría manejado 10 desastres pasados

También analizamos 10 eventos de apagones del mundo real entre 2017 y 2020, incluidos huracanes, incendios forestales y tormentas, y modelamos el rendimiento de los edificios para ubicaciones específicas y patrones climáticos reales durante y después de los apagones.

Descubrimos que en siete de los apagones, la mayoría de los hogares habrían podido mantener cargas críticas además de calefacción y refrigeración utilizando energía solar con 30 kWh de almacenamiento, o poco más de dos Powerwalls.

Pero el clima en torno al apagón puede tener un gran impacto, especialmente en el caso de los huracanes. Después de que el huracán Florence cortara la electricidad en Carolina del Norte en 2018, los cielos nublados permanecieron durante tres días, atenuando o incluso deteniendo la producción de los paneles solares.

El huracán Harvey, por otro lado, azotó la costa de Texas en agosto de 2017, pero luego causó daños generalizados en otras partes de Texas. Los cielos sobre Corpus Christi se despejaron incluso cuando tomó una semana o más restablecer el suministro eléctrico. La energía solar y el almacenamiento habrían sido de gran ayuda en ese caso, ya que cubrirían prácticamente todas las necesidades de energía de una vivienda unifamiliar típica, una vez que el cielo se despejara.

Los gráficos de líneas muestran el potencial de energía procedente del almacenamiento y la demanda durante dos tormentas importantes.  Comienzan con un nivel bajo cuando llega la tormenta, pero luego mejoran rápidamente.
Cómo le habría ido a una casa típica con energía solar y 30 kWh de almacenamiento después de los huracanes Florence y Harvey. La línea azul claro muestra los cortos períodos de ‘carga sin servicio’, o déficit en la satisfacción de la demanda de energía, justo después de las tormentas. El estado de carga muestra que las baterías pudieron prolongar la energía solar durante la noche. Laboratorios Berkeley, CC BY

De manera similar, descubrimos que la energía solar puede funcionar bien en eventos menos nublados, como los cortes de prevención de incendios forestales en California o después de la tormenta de viento derecho de 2020 en Iowa.

La fuente de calor de una vivienda también es un factor clave. En un apagón de cinco a 10 días después de una tormenta de hielo en Oklahoma en 2020, descubrimos que la energía solar más una batería de 30 kWh podría haber suministrado casi toda la energía y el calor críticos necesarios para los hogares con calentadores de gas natural o bombas de calor. Pero las casas con calefacción por resistencia eléctrica se habrían quedado cortas.

En Texas, más de la mitad de los hogares se calientan con electricidad, principalmente calentadores de resistencia. Las bombas de calor con calificación Energy Star, que proporcionan calefacción y refrigeración, utilizan la mitad de electricidad por unidad de producción de calor que los calentadores de resistencia eléctrica y también son más eficientes en refrigeración que el aire acondicionado nuevo promedio. La conversión de calentadores de resistencia antiguos en nuevas bombas de calor no solo puede ahorrar dinero y reducir la demanda máxima, sino también aumentar la resiliencia durante los cortes.

Nuevas formas de copia de seguridad

Instalar energía solar y de almacenamiento para proporcionar energía de respaldo en una casa o edificio requiere trabajo adicional y cuesta más: un solo Powerwall puede costar entre $12,000 y $16,500 para la instalación de un sistema completo, antes de incentivos e impuestos. Eso es tanto como un sistema solar de tamaño razonable. Sin embargo, un número creciente de propietarios están instalando ambos.

Más del 90% de las nuevas instalaciones solares en Hawái en 2021 se combinaron con baterías después de un cambio de regulación. Ahora estas plantas de energía distribuida están ayudando a alimentar la red a medida que se retiran las plantas de carbón.

California tiene más de 1,5 millones de sistemas solares en tejados. Un número cada vez mayor de clientes está actualizando baterías en sus sistemas o agregando nueva energía solar y almacenamiento, en parte porque las empresas de servicios públicos han recurrido a “cortes de energía por seguridad pública” para reducir el riesgo de incendios forestales provocados por líneas eléctricas durante los días secos y ventosos.

Y están surgiendo nuevas formas de energía de respaldo, especialmente de los autos eléctricos. Ford se está asociando con SunRun para combinar su nueva camioneta eléctrica F150 Lightning con energía solar y un cargador bidireccional que puede usar la batería de la camioneta para alimentar una casa. La versión estándar del camión viene con una batería de 98 kWh, el equivalente a más de siete baterías estacionarias Tesla Powerwall.

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Energía crítica para servicios críticos

Una estación de bomberos en Puerto Rico ofrece una idea de lo que pueden hacer la energía solar y el almacenamiento. Después de que el huracán María cortara el suministro eléctrico durante meses en 2017, se instalaron más de 40.000 sistemas solares en la isla, a menudo combinados con almacenamiento de baterías. Uno de ellos es el de la estación de bomberos del pueblo de Guánica, que no había podido recibir llamadas de emergencia en apagones anteriores.

Cuando los vientos y las inundaciones del huracán Fiona volvieron a dejar sin electricidad a la mayor parte de Puerto Rico en septiembre de 2022, la estación de bomberos todavía estaba operativa.

«¡El sistema solar está funcionando maravillosamente!» Sargento. Luis Sáez dijo a Canary Media el día después de que Fiona se quedara sin electricidad. «No nos quedamos sin electricidad durante todo el huracán».

Will Gorman es un estudiante de posgrado investigador en políticas y mercados de electricidad en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.

Bentham Paulos es afiliado del Grupo de Políticas y Mercados de Electricidad del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.

Galen Barbose es científico investigador del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.

Declaración de divulgación: Will Gorman recibe financiación del Departamento de Energía de EE. UU. Bentham Paulos recibe financiación del Departamento de Energía de Estados Unidos para este trabajo. Galen Barbose recibe financiación del Departamento de Energía de Estados Unidos.

Este artículo se vuelve a publicar desde The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original.