¿Qué cambios suceden cuando la mayoría de los hogares en los Estados Unidos generan su propia energía a través de la energía solar?

Bueno, solo será una minoría de techos con energía solar y no podrán generar toda la electricidad que necesitarán los hogares, pero tendrá un impacto significativo en las ganancias de los servicios públicos. Y reduciría las emisiones de carbono de EE. UU. Anualmente en aproximadamente un 2%.


Comencemos por discutir con ‘la mayoría’. Los mejores datos que he visto indican que aproximadamente el 25% de los edificios en áreas urbanas (que es la gran mayoría de los edificios) son capaces de instalar energía solar en cantidades similares. Esto se debe a la mala inclinación de los techos, otras cosas en los techos, las sombras en los techos de otros edificios y similares. El NREL tiene un excelente estudio actualizado que vale la pena revisar sobre este tema.

Pero supongamos un 25%. ¿Qué porcentaje de su electricidad anual podría generar ese 25% de los hogares? Por suerte, he calculado esto hace un tiempo:

Como puede ver, comparé Boston, Alemania y Arizona en tres geografías con resultados diferentes. Los supuestos que utilicé se pueden encontrar en los cálculos vinculados, pero son bastante sólidos.

Lo que se puede inferir de esto es que en las regiones del sur de los EE. UU. Donde hay más expansión, es posible que el hogar promedio sea un vendedor neto de electricidad. En las regiones del norte, mucho más pobladas, donde predominan las casas pequeñas de varios pisos, no es posible que las casas sean vendedores netos de electricidad, pero pueden generar la mayoría de sus necesidades de electricidad.

Se deben hacer dos condiciones para esto:

  1. Cuando digo que posiblemente arriba, eso se debe a que la medición neta actualmente no brinda la capacidad para que las personas obtengan ingresos con la energía solar en el hogar, solo llegan a los billetes de $ 0. Si generan más de lo que necesitan, no pueden girar dinero directamente. Sin embargo, organizaciones como SolarCity tienen contratos de arrendamiento y acuerdos de compra de energía con los propietarios individuales, pero mantienen la propiedad de los paneles y venden la electricidad a las empresas de servicios públicos, consolidando efectivamente un grupo de pequeñas instalaciones en una granja solar a gran escala. En general, las personas no tienen incentivos para colocar más paneles solares en sus techos de lo que necesitan para llegar a cero con las regulaciones actuales.
  2. Una parte sustancial del uso de energía de los hogares actuales ingresa a través de combustibles fósiles entre los hornos de gas o petróleo y la gasolina para automóviles. Eso significa que la familia de Arizona, cuando cambie a los hornos eléctricos y los autos, ya que se les exigirá que alcancen la neutralidad de carbono, no podrá generar casi tanto por encima de sus necesidades netas de electricidad cada año y aún deberá ser dependiente de la red para obtener electricidad adicional. No solo servicios auxiliares. Y el hogar urbano del norte promedio no podrá generar la mayoría de sus necesidades de electricidad, sino que se reducirá a entre un 20% y un 30% (sin hacer las cuentas).

Entonces, en general, los hogares en promedio no generarán el 100% de sus necesidades eléctricas, sino que generarán una parte sustancial de las mismas. Y los agregadores solares como SolarCity consolidarán los generadores para esas personas porque la gran mayoría de las personas solo quieren facturas de electricidad más baratas, no la molestia de la instalación, el mantenimiento y la negociación con los servicios públicos.

Vamos a hacer algunas matemáticas simples. Supongamos que en 20 años, en promedio, el 25% de los hogares genera el 50% de su propia electricidad. Y supongamos que la utilidad promedio obtiene el 50% de su demanda de los hogares y que las tasas comerciales frente a las del consumidor son las mismas (no es una buena suposición, sino un buen simplificador). Finalmente, supongamos un aumento del 20% en la demanda eléctrica debido a los hornos eléctricos y los automóviles.

Eso significaría que la utilidad promedio en los EE. UU. Vería solo un aumento de aproximadamente el 5% en los ingresos totales por ventas familiares en lugar de un aumento del 20%. Y los hogares con energía solar seguirían recibiendo todos los servicios de red de los que dependen para que la electricidad sea estable y confiable, como respaldo, almacenamiento (de manera efectiva, cuando tienen exceso de generación, simplemente la bombean a la red), frecuencia Regulación y regulación de tensión. La empresa de servicios públicos todavía tendría los costos de todos esos servicios en sus libros para esos hogares, pero no obtendría los ingresos de compensación para ellos.

Esto ya está sucediendo en algunas jurisdicciones en menor medida, con California como ejemplo principal. Los servicios públicos ya están siendo golpeados por mayores porcentajes de energía solar debido a las políticas existentes y no están obteniendo los aumentos suficientes debido a los autos y hornos eléctricos para aumentar los ingresos generales. Es por eso que las empresas de servicios públicos están luchando para cambiar las reglas de la medición neta, que es un poco miope por su parte pero comprensible, y la sociedad en general es negativa, razón por la cual están perdiendo esas peleas.

Y, como señala el estudio de NREL, los edificios comerciales solo están incrementando el interés por los servicios públicos porque tienden a ser más grandes y más planos, por lo que son más adecuados para la energía solar, aunque ese segmento ha estado languideciendo recientemente por razones que me parecen opacas en la actualidad.


En cuanto al carbono, utilizando la mediana de 10,000 KWH por año para los EE. UU. Por encima del 20% acumulado hasta 12,000 KWH y el supuesto de 125 millones de hogares y el promedio de la red de EE. UU. De 1.363 libras de CO2e por KWH, podemos ver que 25 El% de hogares que generan el 50% de su electricidad a un promedio de 0.2 libras de CO2e por KWH evitaría aproximadamente 100 millones de toneladas de CO2e anualmente. Dado que los EE. UU. Emitieron aproximadamente 5,400 toneladas de CO2e en 2014, eso es cerca del 2%. Esa es una cuña que vale la pena.


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Una cosa es cierta: la estructura del sistema de facturación de servicios públicos tendrá que cambiar.

¿Por qué?

Actualmente, la mayoría de las empresas de servicios públicos agrupan los costos de generación y distribución en la factura de servicios públicos, como una tarifa única por kWh. Hasta cierto punto, la energía solar en las horas pico ayuda, pero los costos de capital y mantenimiento de la infraestructura de generación y distribución no desaparecen.

Lo que sucede cuando los clientes usan menos energía pero aún necesitan la infraestructura es que todavía tendrán que pagar por ella. Esto significa que las tarifas de la potencia, si se dejan agrupadas, se dispararán. Por supuesto, esto no sería justo para aquellos que no suministran parte de su propia energía.

Por lo tanto, el sistema de facturación cobraría una tarifa mensual por infraestructura, más un componente basado en la generación basado en el uso eléctrico real.

Un hogar típico de los EE. UU. Requeriría una gran cantidad de baterías para funcionar únicamente con energía solar sin que el servicio público proporcione energía durante la noche. En general, estamos hablando de $ 20,000 a $ 60,000 fácilmente (dependiendo de varios factores) solo para pasar por cada ciclo diario, sin realizar ajustes significativos en el estilo de vida.

Además, las baterías se deben cambiar cada cierto tiempo (según el tipo de batería y la química). Esto puede ser cada 5 años, por lo que desde alrededor de $ 300 a $ 1000 por mes cuando se incluye el ciclo de reemplazo.

Aquellos que elijan usar la energía solar y también desean tener la conexión de servicios públicos deben considerar una tarifa de infraestructura desagregada como un acuerdo razonable, a menos que sea más del 100% fuera de la red.

Antes de llegar a un lugar cercano a la mayoría de los hogares en la red (o fuera de la red), nos encontraremos con un problema / oportunidad interesante. Tendremos demasiada energía cuando el sol brille, no lo suficiente cuando no lo sea, y muchas fallas en la red.

Esto es realmente todo porque la red se diseñó en torno a la suposición de que la energía siempre se suministraría y controlaría de manera central, y que los nodos de la red son receptores pasivos. ¿Almacenamiento? Es más barato construir y mantener que quemar combustible extra. ¿Demasiado poder? No sucedería en un sistema de control central.

En algún momento, habrá una oportunidad para que los operadores de servicios públicos o conectados a la red capturen el excedente de energía y lo vendan a los productores cuando está oscuro, y necesitan administrar la energía de muchas fuentes. Podríamos ver que el modelo de negocio de la utilidad cambia de ser proveedor / controlador a creador / mediador de mercado.

También veremos que surgen problemas relacionados con los costos de mantenimiento / construcción de los componentes de la red ‘inteligente’, algunos rechazarán y no querrán pagar por eso si es en beneficio de hogares con capacidad productiva. Los servicios públicos dejarán de cobrar por la energía que no proveen, en lugar de eso, tendrán que cambiar al cobro por el mantenimiento / mantenimiento de la red, y probablemente lo hagan a través de transacciones de energía entre productores y consumidores en diferentes compensaciones de tiempo.

Solo solar no va a hacer mucho. La potencia generada va a variar regionalmente. Las latitudes del sur obtendrán más energía que los lugares del norte. Los lugares con clima extremo tendrán problemas para proteger los paneles contra daños. Los texanos tendrán que preocuparse por el daño del granizo. Las personas que viven fuera de la zona habitable donde el agua permanece líquida deberán preocuparse por el peso de toda la nieve en los paneles.

Lo que necesitamos para crear una revolución es el almacenamiento de energía. Tanto local como basado en la red. Solar City está trabajando en ambos extremos de esto. La mayoría de las personas trabajan fuera de casa durante el día. Esa energía solar va a la red. Mientras que los consumidores obtienen algo de dinero de esto, también sacan dinero de la red por la noche. Al usar el almacenamiento local, pueden usar la energía que generan durante la noche. Con el almacenamiento en la red, entonces la energía se puede desviar cuando sea necesario. Proporciona resistencia al sistema y permite más tiempo para aumentar y disminuir la producción.

Las compañías de energía odiarían esto, ya que obtendrían menos valor por sus inversiones en plantas de energía. Seguirán siendo necesarios, pero la sociedad tendrá que encontrar la mejor manera de equilibrar todas estas necesidades.

Habrá una serie de cambios necesarios en la red eléctrica antes de que eso pueda suceder. Nuestra red está diseñada para el control central de la producción de energía centralizada. Habrá un límite a la cantidad de generación de energía distribuida intermitente (como la energía solar) que las redes eléctricas pueden absorber a medida que se operan en la actualidad. Lo que ese límite es, es una cuestión de debate, y he escuchado números que oscilan entre el 5% y el 85% de penetración como un límite práctico.

Pero, en realidad no es ciencia espacial agregar flexibilidad a la red para permitir más energía solar. Requerirá nuevo software, comunicaciones y controles para administrarlo. Nada más complejo de lo que todos interactuamos hoy en Internet. Ahí es donde están algunas de las oportunidades más interesantes hoy en día, y hay muchas compañías trabajando en ello, desde grandes como GE y Siemens hasta numerosas empresas nuevas. Los servicios públicos tendrán que ser arrastrados pateando y gritando en este nuevo mundo.

Hoy en día, alrededor del 1% de los hogares en los Estados Unidos tienen energía solar en el lugar. Ese número puede crecer bastante antes de que se necesiten estas nuevas soluciones, y estarán listas cuando las necesite.

Mi amigo acaba de poner paneles solares, eran 25,000. Suponiendo que 100 millones de hogares en el país estaríamos hablando de 2,5 billones de dólares. Presupuesto federal de un año: supongo que gastamos dinero en algo peor.

¡Lo que necesitamos es una tecnología solar que sea tan barata como las tejas y el agua! Instálalas siempre que necesites un techo nuevo.

Solamente el solar es probablemente un no arrancador. Incluso en un día soleado, creo que seríamos productores de energía neta solo de 10 a 12 horas por día. Y si todo el mundo tiene energía solar, ¿a quién vamos a vender nuestros kw en exceso? Entonces, supongo que las personas estarían haciendo funcionar sus acondicionadores de aire a baja temperatura, usando más energía para enfriar sus casas tanto como sea posible mientras que su energía esté libre.

Entonces, un efecto de que todos tengan energía solar es que la gente usaría más electricidad.

Podríamos llenar nuestros sótanos con agua y luego enfriar el agua durante el día. ¿Luego usar el agua fría por la noche para refrescar la casa aún más? Al menos en climas muy cálidos. (Más equipamiento encima de los $ 25,000).

La potencia de las empresas eléctricas aumentaría de precio. Sus centrales eléctricas estarían allí sentadas a menudo, no generando energía, la red no suministraría energía, por lo que los costos de capital se distribuirían en menos kw-horas. Algunas personas pagarían más por una conexión a la red que por la energía que obtienen de la red. Las facturas totales de la gente bajarán, por supuesto, aunque dudo que en un mundo completamente solar los paneles se paguen por sí mismos. Incluso ahora el reembolso es bastante largo y eso incluye subsidios considerables que desaparecerán si demasiadas personas intentan usarlos.