新模型顯示，傳統光伏太陽能板廣泛覆蓋的建築物屋頂可能會在炎熱的日子裡升高溫度，在夜間降低溫度。

這項研究由加爾各答大學的 Ansar Khan 博士領導，與新南威爾斯大學雪梨科學中心教授 Mattheos (Mat) Santamouris 共同撰寫，使用了中尺度 (天氣系統）由於缺乏屋頂光伏太陽能電池板（RPVSP）的可用觀測數據來模擬其對城市規模當地氣候條件的影響，因此進行了模擬。

他們發現，在城市RPVSP完全覆蓋的情況下，夏季尖峰時段城市氣溫白天可能升高1.5℃，夜間下降0.6℃。

研究結果發表於自然城市，這並不是說光電發電不是擺脫化石燃料轉型過程中重要的再生能源解決方案。相反，研究人員表示，它強調了為 RPVSP 開發整合解決方案的機會，例如反光材料對於屋頂和綠化組合，平衡其在城市環境中的許多優點和潛在缺點。

「光伏太陽能板是一項重要的可再生能源技術，但當大規模安裝在屋頂上時，它們可以改變城市的當地條件，」新南威爾斯大學藝術、設計與建築學院高性能建築安妮塔·勞倫斯主席桑塔莫里斯教授說。「了解這些變化對於決策者考慮全市 RPVSP 的使用情況以及有效部署它們所需的策略。

白天暖氣、夜間冷氣效果

在這項研究中，研究團隊分析了印度加爾各答不同覆蓋場景下 RPVSP 的影響。他們還對其他四個城市（雪梨、奧斯汀、雅典和布魯塞爾）進行了針對特定城市的 RPVSP 敏感性研究，以將他們的研究結果與加爾各答的研究結果進行比較。

“我們發現兩者之間存在線性關聯溫度升高Santamouris 教授說：“在夏季高峰期 100% 覆蓋的最大情況下，我們的數據顯示 RPVSP 會導致白天溫度顯著升高。”

Santamouris 教授說熱100%屋頂覆蓋率的光電效應將抑制大部分再生能源效益。估計表明在悉尼，近 40% 的光伏發電用於補償過熱影響額外的冷負荷—主要是空調。

「當 RPVSP 安裝在屋頂上時，它們會吸收大量的太陽能，將其中一些轉化為電能並在此過程中產生熱量，」桑塔莫里斯教授說。「這主要是由於面板的反照率（反射率）較低，而且光伏板頂部和底部的氣流也增強了加熱效果。

“這意味著，在夏季高峰期，地表溫度可能高達70℃，無法對城市氣溫產生降溫作用。”

反之，夜間透過輻射進行熱量傳遞，導致光伏發電表面溫度低於夜間城市溫度，從而降低周圍空氣溫度。這是一個至關重要的好處，因為預計氣候變暖的影響最為明顯下個世紀夜間氣溫可能上升 4°C 左右桑塔莫里斯教授說，平均而言。

研究還發現 RPVSP 可能對其他當地條件產生額外的複雜影響。特別是，它們可以透過增加行星邊界層（受地球表麵條件影響的大氣最低部分）來降低污染物濃度，從而導致更高的風速和污染物稀釋。

「RPVSP 也增強了沿海海風向沿海城市內陸的滲透，同時也降低了地面污染物的濃度，」桑塔莫里斯教授說。“這在一定程度上彌補了白天溫度升高的影響，對於像加爾各答這樣污染問題非常緊迫的城市來說很重要。”

整合解決方案的承諾

Santamouris 教授表示，使用先進的冷卻策略，可以使 RPVSP 減輕白天的加熱影響，同時保持其優勢。此外，尖端材料科學的創新與 RPVSP 相結合，在創建可在較低溫度下運行並減少熱影響的冷光伏系統方面具有巨大潛力。

Santamouris 教授特別提倡使用混合光伏系統，將電池板與水基集熱系統整合在一起，以吸收多餘的熱量來生產熱水。

「已經可以透過循環水來冷卻光伏電池的表面，」桑塔莫里斯教授說。“在面板後面流水的設計可以吸收多餘的熱量，並通過降低工作溫度來提高光伏效率，同時可以引導多餘的太陽能來提供具有成本效益的熱水。”

反射熱量而不是吸收熱量的高反射冷屋頂材料也可用於提高附近 RPVSP 的能源生產，同時緩解當地城市白天的加熱問題。添加屋頂綠化等其他散熱器也可以提高光伏效率。

「將光電發電與綠屋頂結合或冷屋頂可以增加光電發電的容量高達 6% 至 7%，並顯著降低表面溫度，」Santamouris 教授說。

“如果我們希望繼續在屋頂上實施光伏發電，我們必須認真考慮這些整合解決方案，以最大限度地提高 RPVSP 效率並解決城市供熱的挑戰。”