Energin som produceras under livstiden för typiska solpaneler på taket kompenserar mer än för den energi som krävs för att tillverka, montera och sedan så småningom återvinna dem. Men att lägga till ett hembatteri sänker vanligtvis dessa utdelningar, enligt ny forskning från Stanford University.

Tidigare studier uppskattade energiproduktionen till ungefär nio gånger den energi som investeras i solpaneler. Däremot en ny studie publicerad av Royal Society of Chemistry's Hållbar energi och bränslen undersökte resultatet från ett typiskt taksystem installerat i fem olika amerikanska delstater. Den fann att energiutbetalningsförhållandet sträcker sig från lägsta 14 i Alaska till högsta 27 i soliga Arizona - men bara när husägare kan skicka överskottskraft till nätet.

Dock, när husägare installerar ett batteri och laddar det med överflödig elektricitet innan de skickar rester till elnätet, energiavkastningen på investeringen för hela systemet är 21 procent mindre än enbart solpaneler, fann forskarna Simon Davidsson Kurland och Sally M. Benson. När husägare inte har något batteri och inget nätuttag, extra el är bara bortkastat. Sedan, Systemets avkastning på investerad energi sjunker till sju i Alaska och en högsta på 14 i Florida – i nivå med tidigare studier. Eftersom husägare i det scenariot behöver köpa el under kvällen, Att lägga till ett vanligt litiumjon-hembatteri förbättrar energiåterbetalningen.

"Den övergripande höga avkastningen visar energifördelarna med solceller över ett brett spektrum av amerikanska geografiska regioner och, förmodligen, någon annanstans, sa Benson, meddirektör för Stanfords Precourt Institute for Energy och professor i energiresursteknik. "Men de visar också att om en stat uppmuntrar husägare att investera i taksystem för att nå målen för ren energi, Att sedan låta överskottskraft flöda till nätet gör det mesta av dessa investeringar."

Det mycket studerade måttet "energiavkastning på investeringar" hjälper till att bedöma politik som inte kan mätas enbart i ekonomiska termer, som att uppnå miljömål. Tills vidare, solcellspaneler tillverkas med energi främst från fossila bränslen, så en 14- till 27-faldig utdelning i förnybar elkraftspolitik som stödjer solenergi. Som ett motexempel, huvudargumentet mot majsbaserad etanol är att mer energi går åt till att tillverka och leverera den än vad etanol producerar i en bil.

Ekonomiska utbetalningar för solenergi i USA, dock, är oklara. Nästan alla stater tillåter viss försäljning av överskottsel till elbolag, men hur mycket husägare får betalt och hur mycket de kan sälja varierar. I de flesta stater, konsumenter får samma pris som de betalar när de använder strömmen. När systemet exporterar till nätet, kundens mätare går baklänges. I en handfull stater, fastän, husägare får betalt baserat på hur mycket pengar deras el totalt sparade elverket – ett mycket lägre pris.

Nättillförsel kontra hembatterier

Att lägga till batterier i ett solcellssystem i hemmet minskar energiåterbetalningen av hela systemet med 21 procent i genomsnitt på grund av två faktorer. Först, att lägga till batterier innebär mer energi i form av fossila bränslen som investeras i att göra hela systemet. Andra, mängden el ett batteri laddar ur är 8 procent mindre än mängden el som krävs för att ladda det – en förlust jämfört med att skicka el direkt till ett större elsystem med kunder som kan använda strömmen direkt.

"När det gäller energiavkastning på investeringar, det är svårt att motivera att man lägger till batterier i PV-system i bostäder så länge som överskottsproduktion kan göras tillgänglig för andra användare av nätet, sa Davidsson Kurland, som var postdoktor vid Stanfords Global Climate &Energy Project när han utförde denna forskning. Han är nu postdoktor vid Chalmers tekniska högskola i Sverige.

Det finns hopp om hembatterier ännu, Davidsson Kurland och Benson hittade. När försäljning till nätet inte är ett alternativ, hembatterier skulle hypotetiskt förbättra avkastningen på hemsystemet med 12 till 42 procent i de fem undersökta staterna. Den högre delen av intervallet i studien är för ett klimat som Washingtons, där tidiga eftermiddagar kan se mycket sol men lite elförbrukning i bostäder, skapa en möjlighet för batterier. Den nedre delen är för Floridas klimat, där värme och fukt driver luftkonditioneringssystem medan solen skiner även om ingen är hemma. I verkligheten, konsumenter kan sälja överskottskraft tillbaka till elnätet i Florida och – med begränsningar – i Washington.

Verktyg som ett gratis batteri?

I stater som tillåter solenergiägare att sälja tillbaka till elnätet till samma pris som kraftverken tar ut konsumenterna, verktygen klagar över att de används som ett gratis batteri. Även om den policyn kan uppnå miljömål genom att uppmuntra hemsolpaneler, det kan bli ekonomiskt ohållbart för bolagen. Särskilt Nevada har trasslat med denna fråga. Staten sänkte kraftigt priset som kraftverk betalade för säljare av solcellsförsörjning 2016, vilket orsakade en motreaktion. Två år senare höjde staten taxorna till 95 procent av den detaljhandelspris som konsumenterna betalar.

The current study acknowledges the dilemma. "As rooftop solar and large, photovoltaic power stations grow, electricity grids will not be able to accept more afternoon power, unless new uses of cheap afternoon electrons grow, " Benson said.

The study also highlights the need for new research and development to improve the energy inputs, round-trip efficiency and life expectancy of batteries.