Κατά την πιο πρόσφατη ολική ηλιακή έκλειψη που ήταν ορατή στις ΗΠΑ, στις 21 Αυγούστου 2017, ο ουρανός σκοτείνιασε καθώς η Σελήνη πέρασε μπροστά από τον Ήλιο. Έκλεισε όλο το ηλιακό φως – εκτός από αυτό που προέρχεται από έναν χρυσό δακτύλιο ορατό γύρω από το σχήμα της Σελήνης, που ονομάζεται στέμμα. Δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι η παραγωγή ηλιακής ενέργειας σε ολόκληρη τη Βόρεια Αμερική έπεσε κατακόρυφα για αρκετές ώρες, από την πρώτη στιγμή που η Σελήνη άρχισε να καλύπτει τον Ήλιο μέχρι τη στιγμή που ο δίσκος του Ήλιου ήταν και πάλι καθαρός.
Στις 8 Απριλίου 2024, μια άλλη ολική έκλειψη ηλίου θα διατρέξει τις ΗΠΑ, προκαλώντας ίσως ακόμη μεγαλύτερη απώλεια παραγωγής ηλιακής ενέργειας. Αν και αυτή θα είναι η δεύτερη ολική έκλειψη ηλίου που θα είναι ορατή στις ΗΠΑ σε λιγότερο από επτά χρόνια, αυτά τα γεγονότα είναι σπάνια. Παρ’ όλα αυτά, αποτελούν μοναδική πρόκληση για τους διαχειριστές του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας.
Όταν η σκιά της Σελήνης εμποδίζει τον Ήλιο
Κατά τη διάρκεια μιας ηλιακής έκλειψης, η Σελήνη εμποδίζει μερικώς ή πλήρως τη θέα του Ήλιου. Δεδομένου ότι η Σελήνη είναι σχεδόν 400 φορές μικρότερη από τον Ήλιο και σχεδόν 400 φορές πιο κοντά, η σκιά της Σελήνης, ορατή από τη Γη, συρρικνώνεται σε πλάτος 70 έως 100 μίλια (112 έως 161 χιλιόμετρα).
Μέσα σε αυτή την περιοχή, που ονομάζεται διαδρομή ολότητας, οι παρατηρητές βλέπουν μια ολική έκλειψη ηλίου. Οι παρατηρητές που βρίσκονται κοντά αλλά εκτός αυτής της διαδρομής βλέπουν μια μερική έκλειψη του Ήλιου, όπου η Σελήνη καλύπτει ένα μέρος του δίσκου του Ήλιου.
Κατά τη διάρκεια της ολικής έκλειψης ηλίου στις 8 Απριλίου 2024, η διαδρομή ολικότητας στις ηπειρωτικές ΗΠΑ θα εκτείνεται από το Τέξας στα νότια έως το Μέιν στα βορειοανατολικά. Σε άλλα μέρη των ΗΠΑ, το Μαϊάμι θα δει μια μερική έκλειψη κατά την οποία θα καλύπτεται το 46% του δίσκου του Ήλιου. Στο Σιάτλ, μακριά από το μονοπάτι της ολικότητας, η Σελήνη θα καλύψει μόνο ένα μέγιστο 20% του Ήλιου. Στο νότιο Τέξας, όπου το μονοπάτι της ολικότητας περνά για πρώτη φορά στις ΗΠΑ, η έκλειψη θα διαρκέσει λίγο λιγότερο από τρεις ώρες, με την ολικότητα να είναι μόλις 4 λεπτά και 27 δευτερόλεπτα.
Αυξανόμενη εξάρτηση από την ηλιακή ενέργεια
Η παγκόσμια τάση προς τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας έχει οδηγήσει σε σημαντική αύξηση της ηλιακής ή φωτοβολταϊκής παραγωγής ενέργειας την τελευταία δεκαετία. Η ικανότητα παραγωγής ηλιακής ενέργειας πρόκειται να διπλασιαστεί παγκοσμίως μεταξύ 2022 και 2028, και οι ΗΠΑ έχουν τώρα τη δυνατότητα να παράγουν τρεις φορές περισσότερη ηλιακή ενέργεια από ό,τι κατά τη διάρκεια της ολικής έκλειψης ηλίου του 2017.
Το πιο προφανές εμπόδιο για την παραγωγή ηλιακής ενέργειας είναι η νεφοκάλυψη. Σε μια συννεφιασμένη ημέρα, η ενέργεια που παράγεται από τους ηλιακούς συλλέκτες πέφτει στο 10% έως 25% της παραγωγής της σε μια ηλιόλουστη ημέρα.
Το δίκτυο μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας της Βόρειας Αμερικής χωρίζεται σε έξι μεγάλες περιοχές και περισσότερα από 150 τοπικά και περιφερειακά υποδίκτυα. Οι διαχειριστές ηλεκτρικών συστημάτων σε κάθε τοπικό δίκτυο εξισορροπούν συνεχώς την ποσότητα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με το “φορτίο” ή τη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας από τους καταναλωτές.
Οι διαχειριστές του συστήματος μπορούν να αξιοποιήσουν ενέργεια από διάφορους μηχανισμούς παραγωγής ενέργειας, όπως ηλιακή, αιολική, υδροηλεκτρική, φυσικό αέριο και άνθρακα. Τα τοπικά δίκτυα μπορούν επίσης να εισάγουν και να εξάγουν ηλεκτρική ενέργεια από και προς το δίκτυό τους, ανάλογα με τις ανάγκες.
Οι διαχειριστές συστημάτων διαθέτουν ακριβή μοντέλα για την ποσότητα της ηλιακής ενέργειας που παράγεται σε καθημερινή βάση σε όλες τις ΗΠΑ, και τα μοντέλα αυτά λαμβάνουν υπόψη τα τμήματα των ηπειρωτικών ΗΠΑ που μπορεί να έχουν συννεφιασμένο ουρανό. Συνδυάζοντας την παραγωγή ηλιακής ενέργειας με την αποθήκευση μπαταριών, μπορούν να έχουν πρόσβαση στην ηλεκτρική ενέργεια από την ηλιακή ενέργεια ακόμη και όταν ο ήλιος δεν λάμπει – τις συννεφιασμένες ημέρες ή τη νύχτα.
Για να σχεδιάσουν μια έκλειψη, οι διαχειριστές ηλεκτρικών συστημάτων πρέπει να υπολογίσουν πόσο θα πέσει η παραγωγή ενέργειας και πόση ενέργεια θα αντλήσουν οι άνθρωποι από τα αποθέματα. Την ημέρα της ολικής έκλειψης ηλίου του 2017, για παράδειγμα, η παραγωγή ηλιακής ενέργειας στις ΗΠΑ έπεσε κατά 25% κάτω από το μέσο όρο.
Επειδή η παραγωγή ηλιακής ενέργειας μειώνεται γρήγορα κατά τη διάρκεια της αιχμής της έκλειψης, οι διαχειριστές του δικτύου μπορεί να χρειαστεί να αξιοποιήσουν τα αποθέματα με ρυθμό που μπορεί να επιβαρύνει τις γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Για να προσπαθήσουν να διατηρήσουν την ομαλή λειτουργία των πραγμάτων, οι διαχειριστές του δικτύου θα βασίζονται σε τοπικές εφεδρείες και θα ελαχιστοποιήσουν τη μεταφορά ισχύος μεταξύ των δικτύων κατά τη διάρκεια του συμβάντος. Αυτό θα πρέπει να μειώσει την επιβάρυνση των γραμμών μεταφοράς στα τοπικά δίκτυα και να αποτρέψει τις προσωρινές διακοπές ρεύματος.