新しいモデルによると、建物の屋上に従来の太陽光発電パネルが広範囲に設置されると、暑い日には気温が上昇し、夜間には気温が低下する可能性があるという。

カルカッタ大学のアンサール・カーン博士が主導し、UNSW シドニー・サイエンシアのマテオス (マット) サンタモリス教授が共著した研究では、メソスケール (気象システム）屋上太陽光発電パネル（RPVSP）が都市規模で地域の気候条件に及ぼす影響をモデル化するための利用可能な観測データが存在しないため、シミュレーションが行われていない。

彼らは、都市内で RPVSP が完全にカバーされているシナリオでは、都市の気温が夏のピーク期間中に日中に最大 1.5 ℃ 上昇し、夜間には最大 0.6 ℃ まで低下する可能性があることを発見しました。

調査結果は、自然都市、化石燃料からの移行において太陽光発電が重要な再生可能エネルギーソリューションではないということを示唆するものではありません。研究者らは、代わりに、次のような RPVSP 向けの統合ソリューションを開発する機会を強調していると述べています。反射材屋上と緑の組み合わせについて、都市環境におけるその多くの利点と潜在的な欠点のバランスを取るために。

「太陽光発電ソーラーパネルは重要な再生可能エネルギー技術ですが、屋上に大規模に設置すると都市の地域状況を変える可能性があります」とUNSWアーツ・デザイン・アーキテクチャーの高性能建築部門アニタ・ローレンス教授のサンタモリス教授は言う。「これらの変化を理解することは、意思決定者市全体の RPVSP の使用状況と、それらを効果的に展開するために必要な戦略を検討しています。」

昼の暖房効果と夜間の冷房効果

この研究のために、研究チームはインドのコルカタにおけるさまざまな適用シナリオの下で RPVSP の影響を分析しました。彼らはまた、他の 4 つの都市 (シドニー、オースティン、アテネ、ブリュッセル) に対して都市固有の RPVSP 感度調査を実施し、その調査結果をコルカタの調査結果と比較しました。

「我々は、温度上昇サンタモーリス教授は、「夏のピーク期間に100%の屋根をカバーする最大シナリオの下では、RPVSPが日中の大幅な温度上昇につながることをデータが示している」と述べた。

サンタモリス教授はこう言います。熱屋上を 100% カバーする太陽光発電の効果は、再生可能エネルギーの恩恵の多くを抑制することになります。推定によると、シドニーでは、太陽光発電の発電量のほぼ 40% が過熱の影響を補うために使用されています。追加の冷却負荷（主に空調）が発生します。

「RPVSPが屋根に設置されると、かなりの量の太陽エネルギーを吸収し、その一部が電気に変換され、その過程で熱が発生します」とサンタモリス教授は言う。「これは主にパネルのアルベド（反射率）が低いことによるものですが、PV の上部と下部を流れる空気の流れによって加熱効果が増幅されることも原因です。

「これは、夏のピーク時には地表が 70 °C にも達する可能性があり、都市の気温を冷却する効果が得られないことを意味します。」

逆に、夜間の輻射による熱伝達により、PV の表面温度が夜間の都市気温よりも低くなり、周囲の気温が低下します。気候温暖化の影響が最も深刻に感じられると予想されるため、これは極めて重要な利点です。夜間は、次の世紀で約 4 °C 気温が上昇する可能性があります平均するとサンタモリス教授は言う。

この研究では、RPVSP が他の局所的な状況にさらに複雑な影響を与える可能性があることも判明しました。特に、惑星境界層（地球の表面状態の影響を受ける大気の最下部）を増やすことで、風速の上昇と汚染物質の希釈につながることで、汚染物質の濃度を減らすことができます。

「RPVSPはまた、沿岸都市への沿岸海風の浸透をさらに促進し、同時に地表レベルでの汚染物質の濃度を減少させます」とサンタモリス教授は言う。「これは、日中の気温上昇による影響をある程度補うことができ、汚染物質の問題が非常に差し迫ったコルカタのような都市にとっては重要です。」

統合ソリューションの約束

サンタモリス教授は、高度な冷却戦略を使用することで、その利点を維持しながら、日中の暖房の影響を軽減する RPVSP を作成することが可能であると述べています。さらに、最先端の材料科学におけるイノベーションと RPVSP を組み合わせることで、より低い温度で動作し、熱の影響を軽減するクールな PV システムを生み出す大きな可能性が秘められています。

特に、サンタモーリス教授は、パネルと水ベースの熱収集システムを統合して、温水生産のための過剰な熱を吸収するハイブリッド PV システムの使用を提唱しています。

「水を循環させることで太陽光発電の表面を冷却することはすでに可能です」とサンタモリス教授は言う。「パネルの後ろに水を流す設計は、過剰な熱を吸収し、動作温度を下げることで太陽光発電の効率を向上させ、同時に過剰な太陽エネルギーを費用効果の高い温水の供給に利用することができます。」

熱を吸収するのではなく熱を跳ね返す、反射性の高いクールな屋根材を使用すると、日中の局所的な都市部の暖房を緩和しながら、近くの RPVSP のエネルギー生産を促進することもできます。屋上緑化などの他のヒートシンクを追加することでも、PV 効率を向上させることができます。

「太陽光発電と屋上緑化を組み合わせたり、涼しい屋根は太陽光発電の容量を増やすことができる最大 6 ～ 7% 減少し、表面温度が大幅に低下します」とサンタモリス教授は言います。

「屋上に太陽光発電を導入し続けたい場合、これらの統合ソリューションは、RPVSP の効率を最大化し、都市熱の課題にも対処することを真剣に検討する必要があります。」