Hurrikan Ian: Könnten Solarenergie und Batterien Ihr Zuhause mit Strom versorgen, wenn das Stromnetz ausfällt?

Die katastrophalen Winde und Überschwemmungen von Hurrikan Ian werden wahrscheinlich zu lang anhaltenden Stromausfällen in weiten Teilen Floridas führen. Der Sturm ist der jüngste in einer Reihe von Hurrikanen und extremen Hitze- und Kälteereignissen, die in den letzten Jahren Millionen Amerikaner tagelang vom Stromnetz abgeschnitten haben.

In vielen katastrophen- und ausfallgefährdeten Gebieten fragen sich die Menschen, ob Investitionen in Solar- und Batteriespeichersysteme auf Dächern das Licht an und die Klimaanlage am Laufen halten können, wenn das Stromnetz dies nicht kann.

Wenn das Netz ausfällt, schalten sich auch die meisten Solaranlagen ohne Batterie ab. Aber mit Batterien kann ein Haus vom Stromnetz getrennt werden. Jeden Tag versorgt die Sonne das Haus mit Strom und lädt die Batterien auf, die die ganze Nacht über Strom liefern.

Unser Team im Berkeley Lab hat untersucht, was Privat- und Geschäftsgebäude mit Solarenergie und Batterien benötigen, um lange Stromausfälle von drei Tagen oder mehr zu überstehen.

Für einen neuen Bericht haben wir einen generischen Stromausfall für jeden Bezirk in den USA modelliert und getestet, ob eine Solaranlage auf dem Dach in Kombination mit einer 10- oder 30-Kilowattstunden-Batterie kritische Lasten wie Kühlung, Beleuchtung, Internetdienste und Brunnen versorgen kann Pumps; wenn es noch weiter gehen und auch Heizung und Klimaanlage betreiben könnte; oder ob es sogar ein ganzes Haus mit Strom versorgen könnte.

Um das ins rechte Licht zu rücken: Die beliebteste Batterie auf dem Markt, die Tesla Powerwall, verfügt über eine Speicherkapazität von knapp über 13 kWh.

Im Allgemeinen haben wir herausgefunden, dass selbst ein bescheidenes Solarsystem plus einer Batterie kritische Verbraucher in einem Haus tagelang praktisch überall im Land mit Strom versorgen kann.

Unsere Karten zeigen jedoch, dass die Bereitstellung von Backups für Kühlung und Wärme eine Herausforderung sein kann, wenn auch nicht unüberwindbar. Häuser im Südosten und pazifischen Nordwesten verfügen oft über stromfressende elektrische Widerstandsheizungen, die bei Ausfällen im Winter die Kapazität von Solar- und Speicheranlagen übersteigen. Häuser mit effizienten Wärmepumpen schnitten besser ab. Die Belastung der Klimaanlage im Sommer kann im Südwesten hoch sein, sodass es bei einem sommerlichen Stromausfall schwieriger wird, den gesamten Kühlbedarf mit Solarenergie und Speicherung zu decken.

Größere Solar- und Batteriesysteme können Abhilfe schaffen, aber die Deckung des Bedarfs bei Ausfällen hängt immer noch vom Wetter, der Energieeffizienz des Hauses und anderen Faktoren ab. Beispielsweise reduzieren einfache Thermostatanpassungen bei Stromausfällen den Heiz- und Kühlbedarf und ermöglichen es Solaranlagen mit Speicher, die Notstromversorgung über längere Zeiträume aufrechtzuerhalten.

Die Fähigkeit, Gewerbegebäude mit Strom zu versorgen, ist je nach Gebäudetyp sehr unterschiedlich. Schulen und große Einzelhandelsgeschäfte, die im Verhältnis zum Strombedarf des Gebäudes über ausreichend Dachfläche für Solarenergie verfügen, schneiden deutlich besser ab als mehrstöckige, energieintensive Gebäude wie Krankenhäuser.

Wir haben uns außerdem zehn reale Ausfallereignisse von 2017 bis 2020 angesehen, darunter Hurrikane, Waldbrände und Stürme, und die Gebäudeleistung für bestimmte Standorte sowie reale Wettermuster während und nach den Ausfällen modelliert.

Wir haben festgestellt, dass die meisten Haushalte bei sieben der Ausfälle in der Lage gewesen wären, kritische Lasten sowie Heizung und Kühlung mithilfe von Solarenergie mit 30 kWh Speicher oder etwas mehr als zwei Powerwalls aufrechtzuerhalten.

Aber das Wetter rund um den Ausfall kann große Auswirkungen haben, insbesondere bei Hurrikanen. Nachdem der Hurrikan Florence im Jahr 2018 in North Carolina den Strom ausfiel, blieb der Himmel drei Tage lang bewölkt und schwächte die Leistung der Solarmodule oder stoppte sie sogar.

Hurrikan Harvey hingegen verwüstete im August 2017 die Küste von Texas, richtete aber auch an anderen Orten in Texas große Schäden an. Der Himmel über Corpus Christi klarte auf, obwohl es eine Woche oder länger dauerte, bis die Stromversorgung wiederhergestellt war. Solarenergie und Speicher wären in diesem Fall eine große Hilfe gewesen und hätten praktisch den gesamten Strombedarf eines typischen Einfamilienhauses gedeckt, sobald der Himmel klar wäre.

Ebenso haben wir herausgefunden, dass Solarenergie bei weniger bewölkten Ereignissen gut funktionieren kann, etwa bei Abschaltungen zur Verhinderung von Waldbränden in Kalifornien oder nach dem Derecho-Sturm 2020 in Iowa.

Auch die Wärmequelle im Haus ist ein entscheidender Faktor. Bei einem fünf- bis zehntägigen Ausfall nach einem Eissturm in Oklahoma im Jahr 2020 stellten wir fest, dass Solarenergie und eine 30-kWh-Batterie fast den gesamten kritischen Strom- und Wärmebedarf für Häuser mit Erdgasheizungen oder Wärmepumpen hätten liefern können. Aber Häuser mit elektrischer Widerstandsheizung wären unzureichend gewesen.

In Texas wird über die Hälfte der Häuser mit Strom beheizt, hauptsächlich mit Widerstandsheizungen. Mit dem Energy Star ausgezeichnete Wärmepumpen, die sowohl heizen als auch kühlen, verbrauchen halb so viel Strom pro Wärmeleistungseinheit wie elektrische Widerstandsheizungen und kühlen zudem effizienter als die durchschnittliche neue Klimaanlage. Der Umbau älterer Widerstandsheizungen auf neue Wärmepumpen kann nicht nur Geld sparen und Spitzenbedarf reduzieren, sondern auch die Widerstandsfähigkeit bei Ausfällen erhöhen.

Die Einrichtung von Solar- und Speicheranlagen zur Bereitstellung von Notstrom in einem Haus oder Gebäude ist mit zusätzlichem Aufwand verbunden und kostet mehr – nur eine Powerwall kann zwischen 12.000 und 16.500 US-Dollar für eine vollständige Systeminstallation kosten, vor Anreizen und Steuern. Das ist so viel wie eine mittelgroße Solaranlage. Dennoch installieren immer mehr Hausbesitzer beides.

Über 90 Prozent der neuen Solaranlagen in Hawaii im Jahr 2021 wurden nach einer Gesetzesänderung mit Batterien gekoppelt. Jetzt helfen diese dezentralen Kraftwerke dabei, das Stromnetz mit Strom zu versorgen, da Kohlekraftwerke stillgelegt werden.

In Kalifornien gibt es über 1,5 Millionen Solaranlagen auf Dächern. Immer mehr Kunden rüsten ihre Systeme mit Batterien nach oder fügen neue Solar- und Speichersysteme hinzu, auch weil die Energieversorger auf „Stromabschaltungen aus öffentlichen Sicherheitsgründen“ zurückgreifen, um das Risiko von Waldbränden zu verringern, die an trockenen, windigen Tagen durch Stromleitungen ausgelöst werden.

Und es entstehen neue Formen der Notstromversorgung, insbesondere durch Elektroautos. Ford arbeitet mit SunRun zusammen, um seinen neuen Elektro-Pickup F150 Lightning mit Solarenergie und einem Zwei-Wege-Ladegerät zu kombinieren, das die Batterie des Lastwagens zur Stromversorgung eines Hauses nutzen kann. Die Standardversion des Lkw ist mit einer 98-kWh-Batterie ausgestattet, was mehr als sieben stationären Tesla Powerwall-Batterien entspricht.

Eine Feuerwache in Puerto Rico bietet einen Einblick in die Möglichkeiten von Solarenergie und Speicherung. Nachdem Hurrikan Maria im Jahr 2017 monatelang den Strom ausfiel, wurden auf der Insel über 40.000 Solaranlagen installiert, oft gepaart mit Batteriespeichern. Eine davon befindet sich in der Feuerwache in der Stadt Guánica, wo bei früheren Ausfällen keine Notrufe entgegengenommen werden konnten.

Als der Wind und die Überschwemmungen des Hurrikans Fiona im September 2022 den größten Teil von Puerto Rico erneut mit Strom versorgten, war die Feuerwache noch in Betrieb.

„Das Sonnensystem funktioniert wunderbar!“ Sergeant. Luis Saez erzählte Canary Media am Tag nach dem Stromausfall bei Fiona. „Wir haben während des gesamten Hurrikans nicht den Strom verloren.“

Dieser Artikel wurde von Will Gorman, Doktorand im Bereich Elektrizitätsmärkte und -politik, Lawrence Berkeley National Laboratory, verfasst. Bentham Paulos, Tochtergesellschaft, Electricity Markets & Policy Group, Lawrence Berkeley National Laboratory; und Galen Barbose, Forschungswissenschaftler, Lawrence Berkeley National Laboratory. Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.