허리케인 이안: 전력망이 꺼지면 태양열과 배터리로 집에 전력을 공급할 수 있나요?

허리케인 이안(Hurricane Ian)의 치명적인 바람과 홍수로 인해 플로리다의 많은 지역에 장기간 정전이 발생할 가능성이 높습니다. 이번 폭풍은 최근 몇 년간 수백만 명의 미국인에게 며칠 동안 전력 공급을 중단한 허리케인과 폭염 및 한파 중 가장 최근에 발생한 사건입니다.

많은 재해 및 정전이 발생하기 쉬운 지역에서 사람들은 옥상 태양열 및 배터리 저장 시스템에 투자하면 전력망이 작동하지 않을 때 조명을 켜고 에어컨을 계속 작동시킬 수 있는지 묻기 시작했습니다.

전력망이 다운되면 배터리가 부족한 대부분의 태양광 시스템도 종료됩니다. 그러나 배터리를 사용하면 집의 전력망 연결을 끊을 수 있습니다. 매일 태양은 집에 전력을 공급하고 배터리를 충전하여 밤새도록 전력을 공급합니다.

Berkeley Lab의 우리 팀은 태양열과 배터리를 사용하여 주택과 상업용 건물에서 3일 이상의 장기간 정전을 극복하는 데 무엇이 필요한지 조사했습니다.

새로운 보고서를 위해 우리는 미국 내 모든 카운티의 일반적인 정전을 모델링하여 10~30kW 배터리와 결합된 옥상 태양광 시스템이 냉장, 조명, 인터넷 서비스 및 우물과 같은 중요한 부하에 전력을 공급할 수 있는지 테스트했습니다. 슬리퍼; 더 나아가 난방과 에어컨에 전력을 공급할 수 있다면; 아니면 집 전체에 전력을 공급할 수도 있을지도 모릅니다.

이를 고려하면, 시장에서 가장 인기 있는 배터리인 Tesla Powerwall의 저장 용량은 13kWh가 조금 넘습니다.

일반적으로 우리는 태양광 시스템과 배터리 1개로 구성된 적당한 시스템이라도 전국 어느 곳에서나 한 번에 며칠 동안 가정의 중요한 부하에 전력을 공급할 수 있다는 사실을 발견했습니다.

그러나 우리의 지도는 냉각 및 열에 대한 백업을 제공하는 것이 극복할 수 없는 문제는 아니지만 어려울 수 있음을 보여줍니다. 남동부 및 태평양 북서부의 주택에는 겨울철 정전 시 태양열 및 저장 용량을 초과하는 전력 소모가 큰 전기 저항 히터가 있는 경우가 많습니다. 효율적인 열 펌프를 갖춘 주택의 성능이 더 좋습니다. 여름 에어컨 부하는 남서부 지역에서 무거울 수 있으므로 여름 정전 시 태양열 및 저장 장치로 모든 냉각 요구를 충족하기가 더 어려워집니다.

더 큰 태양광 및 배터리 시스템이 도움이 될 수 있지만 정전 시 수요를 충족하는 것은 여전히 ​​날씨, 주택의 에너지 효율성 및 기타 요인에 따라 달라집니다. 예를 들어, 정전 중에 간단한 온도 조절 장치를 조정하면 난방 및 냉방 요구 사항이 줄어들고 태양열 저장 장치를 사용하여 장기간 백업 전력을 유지할 수 있습니다.

상업용 건물에 전력을 공급하는 능력은 건물 유형에 따라 크게 다릅니다. 건물의 전력 수요에 비해 태양광 발전을 위한 충분한 지붕 공간을 갖춘 학교와 대형 소매점은 병원과 같은 다층 에너지 집약적 건물보다 훨씬 더 나은 성능을 발휘합니다.

또한 허리케인, 산불, 폭풍 등 2017년부터 2020년까지 발생한 10가지 실제 정전 사건을 살펴보고, 정전 도중과 정전 이후의 특정 위치와 실제 날씨 패턴에 대한 모델링된 건물 성능을 살펴보았습니다.

우리는 7번의 정전에서 대부분의 가정이 30kWh의 저장 용량 또는 2개 이상의 Powerwall을 갖춘 태양열을 사용하여 중요한 부하와 난방 및 냉방을 유지할 수 있다는 것을 발견했습니다.

그러나 정전 주변의 날씨는 특히 허리케인의 경우 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 2018년 허리케인 플로렌스가 노스캐롤라이나에서 전력을 끊은 후 흐린 하늘이 3일 동안 지속되어 태양광 패널의 출력이 어두워지거나 심지어 중단되었습니다.

반면, 허리케인 하비는 2017년 8월 텍사스 해안을 강타했지만 텍사스의 다른 지역에도 광범위한 피해를 입혔습니다. 전력이 복구되기까지 일주일 이상이 걸렸음에도 불구하고 코퍼스 크리스티(Corpus Christi) 상공의 하늘은 맑아졌습니다. 이 경우 태양열 및 저장 장치는 큰 도움이 되었을 것이며 하늘이 맑아지면 일반적인 단독 주택에 필요한 거의 모든 전력을 공급할 수 있었을 것입니다.

마찬가지로, 우리는 캘리포니아의 산불 예방 차단이나 2020년 아이오와의 데레코 폭풍 이후와 같이 구름이 덜 낀 상황에서 태양광이 잘 작동할 수 있다는 것을 발견했습니다.

가정의 열원도 중요한 요소입니다. 2020년 오클라호마에서 발생한 얼음 폭풍 이후 5~10일간의 정전 사태에서 우리는 태양열과 30kWh 배터리를 추가하면 천연가스 히터나 열 펌프가 있는 가정에 필요한 거의 모든 핵심 전력과 열을 공급할 수 있다는 사실을 발견했습니다. 그러나 전기 저항 난방 장치를 갖춘 주택은 부족했을 것입니다.