Tak fotowoltaika wpływa na temperaturę dachu

Najnowsze badania przeprowadzone w Indiach wykazały, że dachowe instalacje fotowoltaiczne mogą wywoływać nieoczekiwane skutki w miejskim środowisku. Z jednej strony, panele mogą obniżać temperatury nocą nawet o 0,6°C, z drugiej jednak strony mogą przyczyniać się do wzrostu temperatur w ciągu dnia o maksymalnie 1,5°C.

Podziel się
Potrzebne badania
Upalne dni to dla mieszkańców zabetonowanych miast ciężki okres. Miejskie wyspy absorbują dużo więcej promieniowania słonecznego niż zielone tereny. Wieczorami, kiedy powinno już być chłodniej, miejska zabudowa oddaje ciepło zgromadzone za dnia i nie daje odetchnąć mieszkańcom. Jak bardzo do efektu miejskiej wyspy przyczyniają się moduły fotowoltaiczne? Zbadali to naukowcy w Indiach.
Międzynarodowy zespół naukowców opracował nowy model oceny wpływu modułów fotowoltaicznych montowanych na dachach na miejskie mikroklimaty. Model ten bazuje na najnowszych technikach prognozowania pogody (WRF), które połączono z systemem zarządzania energią w budynków (BEM) oraz parametryzacją efektów budynków (BEP). Model został zweryfikowany na podstawie pomiarów z dziesięciu stacji obserwacyjnych w Kolkacie, w Indiach, przy wykorzystaniu eksperymentalnie potwierdzonych danych.
Nowa metoda analizy miejskich instalacji fotowoltaicznych
Naukowcy zauważyli, że wcześniejsze badania dotyczące wpływu fotowoltaiki na miejskie środowisko opierały się głównie na lokalnych eksperymentach terenowych lub symulacjach w skali pojedynczych budynków. Brakowało jednak pełnej analizy w skali miejskiej oraz uwzględnienia wymiany ciepła między dachem a tylną stroną modułów. Nowy model eliminuje te braki, uwzględniając dodatkowo konwekcyjną wymianę ciepła, co pozwala uzyskać bardziej wiarygodne wyniki.
Model WRF/BEP+BEM umożliwia precyzyjne obliczanie wymiany ciepła, wilgotności oraz przepływu energii kinetycznej pomiędzy budynkami a otoczeniem. Początkowo przetestowano go w Kolkacie, a następnie sprawdzono jego skuteczność w Sydney, Austin, Atenach i Brukseli, aby upewnić się, że wyniki nie ograniczają się do jednego klimatu.
Eksperymenty w Kolkacie
W ramach badań przeprowadzono pięć eksperymentów, które miały na celu ocenę wpływu masowej instalacji fotowoltaiki na dachach w trakcie fali upałów w Kolkacie. W symulacji kontrolnej przyjęto albedo dachu na poziomie 0,15 i brak paneli PV. W pozostałych scenariuszach analizowano różne poziomy pokrycia dachów panelami – od 25% do 100%. Standardowe parametry paneli PV obejmowały albedo 0,11, wydajność konwersji energii 0,19 oraz emisyjność 0,95.
Dane z Kolkaty wskazują, że panele fotowoltaiczne mogą podnieść temperaturę powietrza blisko powierzchni ziemi w ciągu dnia o maksymalnie 1,5°C. Panele pochłaniają około 90% energii słonecznej, z czego jedynie 20% przekształcają w energię elektryczną, podczas gdy reszta przyczynia się do ich nagrzewania. Z kolei nocą pełne pokrycie dachów panelami może obniżyć maksymalne nocne temperatury przy powierzchni o 0,6°C. W ciągu dnia temperatura dachów wzrastała nawet o 3,2°C, a nocą następowało ochłodzenie o średnio 1,4°C.
Wyniki z innych miast
Podobne obserwacje poczyniono w innych miastach. W Sydney zaobserwowano nocne ochłodzenie o 0,8°C oraz wzrost temperatury w ciągu dnia o 1,9°C. W Austin nocne temperatury spadły o 0,7°C, a dzienne wzrosły o 1,8°C. W Atenach różnice wynosiły odpowiednio 0,4°C i 1,2°C, natomiast w Brukseli – 0,3°C ochłodzenia w nocy i 1,1°C wzrostu temperatury w dzień.
Badania dowodzą również, że instalacje fotowoltaiczne znacząco wpływają na bilanse energetyczne miast. Zmienione zostają miejskie pola meteorologiczne, dynamika warstwy granicznej atmosfery oraz cyrkulacja bryzy morskiej. Wzrost temperatur wynikający z instalacji modułów zwiększa mieszanie w niższych partiach atmosfery oraz podnosi wysokość planetarnej warstwy granicznej (PBL) nawet o 615,6 m, co sprzyja redukcji zanieczyszczeń przy powierzchni gruntu.
Źródło: pv-magazine