La cobertura generalizada de los tejados de los edificios con paneles solares fotovoltaicos convencionales puede aumentar las temperaturas en los días calurosos y bajarlas por la noche, según nuevos modelos.

La investigación dirigida por el Dr. Ansar Khan de la Universidad de Calcuta y en coautoría con el profesor Mattheos (Mat) Santamouris de UNSW Sydney Scientia utilizó mesoescala (sistema meteorológico) simulaciones debido a la ausencia de datos de observación disponibles para paneles solares fotovoltaicos en tejados (RPVSP) para modelar su impacto en las condiciones climáticas locales a escala de ciudad.

Descubrieron que en un escenario con cobertura completa de RPVSP en una ciudad, la temperatura urbana podría aumentar durante el día hasta 1,5°C durante los períodos pico de verano y disminuir durante la noche hasta 0,6°C.

Los hallazgos, publicados enCiudades Naturales, no sugieren que los fotovoltaicos no sean una solución importante de energía renovable en la transición hacia los combustibles fósiles.En cambio, los investigadores dicen que resalta la oportunidad de desarrollar soluciones integradas para RPVSP, comomateriales reflectantespara tejados y combinaciones de vegetación, para equilibrar sus numerosos beneficios con sus posibles inconvenientes en entornos urbanos.

"Los paneles solares fotovoltaicos son una importante tecnología de energía renovable, pero pueden cambiar las condiciones locales de las ciudades cuando se instalan en tejados a escala", dice el profesor Santamouris, catedrático Anita Lawrence de Arquitectura de alto rendimiento en Arte, Diseño y Arquitectura de la UNSW."Comprender estos cambios es crucial paratomadores de decisionesconsiderando el uso de RPVSP en toda la ciudad y las estrategias necesarias para implementarlos de manera efectiva".

Efectos de calefacción diurna y refrigeración nocturna

Para el estudio, el equipo de investigación analizó el impacto de los RPVSP en diferentes escenarios de cobertura en Calcuta, India.También realizaron estudios de sensibilidad del RPVSP específicos de otras cuatro ciudades (Sydney, Austin, Atenas y Bruselas) para comparar sus hallazgos con los de Calcuta.

"Encontramos que existe una asociación lineal entre laaumento de temperaturay el porcentaje de tejados cubiertos con energía fotovoltaica", afirma el profesor Santamouris. "En el escenario máximo de cobertura del 100 % durante el período pico del verano, nuestros datos muestran que los RPVSP provocan un aumento significativo de la temperatura durante el día".

El profesor Santamouris dice quecalorEl efecto de la energía fotovoltaica con una cobertura del 100% en los tejados limitaría gran parte del beneficio de la energía renovable.Las estimaciones muestran queEn Sydney, casi el 40% de la electricidad que producen las plantas fotovoltaicas se utiliza para compensar el impacto del sobrecalentamiento.en carga de refrigeración adicional, principalmente aire acondicionado.

"Cuando los RPVSP se instalan en los tejados, absorben una cantidad significativa de energía solar, convirtiendo parte de ella en electricidad y generando calor en el proceso", afirma el profesor Santamouris."Esto se debe principalmente al menor albedo (reflectancia) de los paneles, pero también al flujo de aire sobre la parte superior e inferior de los fotovoltaicos, lo que amplifica el efecto de calentamiento.

"Esto significa que, durante el período pico del verano, la superficie puede alcanzar temperaturas de hasta 70°C, lo que hace imposible tener un efecto refrescante sobre la temperatura urbana".

Por el contrario, la transferencia de calor a través de la radiación durante la noche hace que la temperatura de la superficie de los fotovoltaicos sea más baja que la temperatura urbana durante la noche, lo que reduce la temperatura del aire circundante.Este es un beneficio crucial ya que se espera que el impacto del calentamiento climático se sienta más agudamente.durante las noches, que podrían calentarse alrededor de 4°C durante el próximo sigloen promedio, afirma el profesor Santamouris.

El estudio también encontró que los RPVSP pueden tener efectos complejos adicionales en otras condiciones locales.En particular, pueden reducir las concentraciones de contaminantes al aumentar la capa límite planetaria (la parte más baja de la atmósfera que está influenciada por las condiciones de la superficie de la Tierra), lo que lleva a mayores velocidades del viento y dilución de los contaminantes.

"Los RPVSP también mejoran la penetración de la brisa marina costera hacia el interior de las ciudades costeras, al tiempo que reducen la concentración de contaminantes a nivel del suelo", afirma el profesor Santamouris."Esto compensa de alguna manera el efecto del aumento de temperatura durante el día y es importante para ciudades como Calcuta, donde el problema de los contaminantes es muy acuciante".

La promesa de soluciones integradas

El profesor Santamouris dice que es posible fabricar RPVSP que mitiguen los impactos del calentamiento diurno y al mismo tiempo mantengan sus beneficios utilizando estrategias de enfriamiento avanzadas.Además, las innovaciones en la ciencia de materiales de vanguardia combinadas con los RPVSP tienen un potencial significativo para crear sistemas fotovoltaicos fríos que funcionen a temperaturas más bajas y reduzcan los impactos del calor.

En particular, el profesor Santamouris aboga por el uso de sistemas fotovoltaicos híbridos que integren paneles con un sistema de captación térmica a base de agua para absorber el exceso de calor para la producción de agua caliente.

"Ya es posible enfriar la superficie de las instalaciones fotovoltaicas haciendo circular agua", afirma el profesor Santamouris."Los diseños que hacen correr agua detrás de los paneles absorben el exceso de calor y mejoran la eficiencia fotovoltaica al reducir las temperaturas de funcionamiento, mientras que el exceso de energía solar se puede canalizar para proporcionar agua caliente rentable".

Los materiales para techos fríos altamente reflectantes que rebotan el calor en lugar de absorberlo también podrían usarse para aumentar la producción de energía de los RPVSP cercanos y al mismo tiempo mitigar el calentamiento urbano local durante el día.Agregar otros disipadores de calor, como vegetación en los tejados, también puede mejorar la eficiencia fotovoltaica.

"La combinación de energía fotovoltaica con tejados verdes oLos tejados fríos pueden aumentar la capacidad de los fotovoltaicos.entre un 6% y un 7% y reducir significativamente las temperaturas de la superficie", afirma el profesor Santamouris.

"Si queremos seguir implementando energía fotovoltaica en los tejados, debemos considerar seriamente estas soluciones integradas para maximizar la eficiencia de RPVSP y también abordar los desafíos del calor urbano".