新模型显示，传统光伏太阳能电池板广泛覆盖的建筑物屋顶可能会在炎热的日子里升高温度，在夜间降低温度。

这项研究由加尔各答大学的 Ansar Khan 博士领导，与新南威尔士大学悉尼科学中心教授 Mattheos (Mat) Santamouris 共同撰写，使用了中尺度 (天气系统）由于缺乏屋顶光伏太阳能电池板（RPVSP）的可用观测数据来模拟其对城市规模当地气候条件的影响，因此进行了模拟。

他们发现，在城市RPVSP完全覆盖的情况下，夏季高峰时段城市气温白天可能升高1.5℃，夜间下降0.6℃。

研究结果发表于自然城市，这并不是说光伏发电不是摆脱化石燃料转型过程中重要的可再生能源解决方案。相反，研究人员表示，它强调了为 RPVSP 开发集成解决方案的机会，例如反光材料对于屋顶和绿化组合，平衡其在城市环境中的诸多优点和潜在缺点。

“光伏太阳能电池板是一项重要的可再生能源技术，但当大规模安装在屋顶上时，它们可以改变城市的当地条件，”新南威尔士大学艺术、设计与建筑学院高性能建筑安妮塔·劳伦斯主席桑塔莫里斯教授说。“了解这些变化对于决策者考虑全市 RPVSP 的使用情况以及有效部署它们所需的策略。”

白天供暖、夜间制冷效果

在这项研究中，研究团队分析了印度加尔各答不同覆盖场景下 RPVSP 的影响。他们还对其他四个城市（悉尼、奥斯汀、雅典和布鲁塞尔）进行了针对特定城市的 RPVSP 敏感性研究，以将他们的研究结果与加尔各答的研究结果进行比较。

“我们发现两者之间存在线性关联温度升高Santamouris 教授说：“在夏季高峰期 100% 覆盖的最大情况下，我们的数据显示 RPVSP 会导致白天温度显着升高。”

Santamouris 教授说热100%屋顶覆盖率的光伏效应将抑制大部分可再生能源效益。估计表明在悉尼，近 40% 的光伏发电用于补偿过热影响额外的冷负荷——主要是空调。

“当 RPVSP 安装在屋顶上时，它们会吸收大量的太阳能，将其中一些转化为电能并在此过程中产生热量，”桑塔莫里斯教授说。“这主要是由于面板的反照率（反射率）较低，而且光伏板顶部和底部的气流也增强了加热效果。

“这意味着，在夏季高峰期，地表温度可能高达70℃，无法对城市气温产生降温作用。”

反之，夜间通过辐射进行热量传递，导致光伏发电表面温度低于夜间城市温度，从而降低周围空气温度。这是一个至关重要的好处，因为预计气候变暖的影响最为明显下个世纪夜间气温可能升高 4°C 左右桑塔莫里斯教授说，平均而言。

研究还发现 RPVSP 可能对其他当地条件产生额外的复杂影响。特别是，它们可以通过增加行星边界层（受地球表面条件影响的大气最低部分）来降低污染物浓度，从而导致更高的风速和污染物稀释。

“RPVSP 还增强了沿海海风向沿海城市内陆的渗透，同时还降低了地面污染物的浓度，”桑塔莫里斯教授说。“这在一定程度上弥补了白天温度升高的影响，对于像加尔各答这样污染问题非常紧迫的城市来说很重要。”

集成解决方案的承诺

Santamouris 教授表示，使用先进的冷却策略，可以使 RPVSP 减轻白天的供暖影响，同时保持其优势。此外，尖端材料科学的创新与 RPVSP 相结合，在创建可在较低温度下运行并减少热影响的冷光伏系统方面具有巨大潜力。

Santamouris 教授特别提倡使用混合光伏系统，将电池板与水基集热系统集成在一起，以吸收多余的热量来生产热水。

“已经可以通过循环水来冷却光伏电池的表面，”桑塔莫里斯教授说。“在面板后面流水的设计可以吸收多余的热量，并通过降低工作温度来提高光伏效率，同时可以引导多余的太阳能来提供具有成本效益的热水。”

反射热量而不是吸收热量的高反射冷屋顶材料也可用于提高附近 RPVSP 的能源生产，同时缓解当地城市白天的供暖问题。添加屋顶绿化等其他散热器也可以提高光伏效率。

“将光伏发电与绿色屋顶相结合或冷屋顶可以增加光伏发电的容量高达 6% 至 7%，并显着降低表面温度，”Santamouris 教授说。

“如果我们希望继续在屋顶上实施光伏发电，我们必须认真考虑这些集成解决方案，以最大限度地提高 RPVSP 效率并解决城市供热的挑战。”