Новое исследование подтверждает, что солнечные батареи на крышах влияют на температуру в городах и потребность в охлаждении

Аккумулятор FIAMM 12FGH36

На примере Лиона международная исследовательская группа смоделировала влияние фотоэлектрических (PV) панелей на крышах зданий в городской местности на трёх уровнях: 25%, 60% и 100%. Результаты показали, что солнечные панели могут повышать дневную температуру на 0,72 °C, а ночью снижать её на 0,42 °C. Кроме того, потребность в кондиционировании воздуха в дневное время снизилась примерно на 5%.

Исследовательская группа под руководством учёных из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) в Австралии изучила влияние фотоэлектрических солнечных панелей на крышах зданий на температуру в городах, энергетический баланс и потребность в охлаждении. Их исследование было сосредоточено на Лионе, Франция, и проводилось с использованием моделирования с высоким разрешением с помощью модели Weather Research and Forecasting (WRF).

«Учитывая разнообразие, а иногда и противоречивость результатов, представленных в литературе, становится ясно, что воздействие RPVSP на окружающую среду в городских условиях многогранно и сильно зависит от контекста, — отметили исследователи. — Используя реалистичную городскую модель Лиона, мы стремимся лучше понять, как интеграция RPVSP влияет на динамику тепла и энергии в дневное и ночное время».

Команда использовала WRF с вложенной стратегией доменов, состоящей из трёх доменов: внешнего домена с разрешением 3,5 км, второго домена с разрешением 1,17 км и самого внутреннего городского домена с разрешением примерно 390 м. Данные о почвенно-растительном покрове объединили точки из набора данных Copernicus Global Land Cover (CGLC) с классификацией местных климатических зон (LCZ).

В сценариях рассматривались уровни покрытия крыш: 25 %, 60 % и 100 %. Во всех случаях фотоэлектрические панели моделировались с альбедо 0,11, коэффициентом излучения верхней поверхности 0,79, коэффициентом излучения нижней поверхности 0,95 и эффективностью преобразования 0,19. Глубина ячейки была установлена на уровне 6,55 мм с температурным коэффициентом 0,0045 °C. Моделирование проводилось для двух периодов: с 14 по 20 августа 2023 года и с 26 по 31 марта 2023 года.

Результаты показали, что при 100-процентном покрытии крыши фотоэлектрические системы вызывают локальное дневное потепление, повышая температуру воздуха у поверхности земли на 0,72 °C. При 25-процентном и 60-процентном покрытии температура воздуха на высоте 2 метров повышалась на 0,2 °C и 0,48 °C соответственно. Однако ночью панели оказывали охлаждающее воздействие: температура воздуха у поверхности земли снижалась на 0,42 °C при полном покрытии, на 0,3 °C при покрытии 60 % и на 0,27 °C при покрытии 25 %.

«Что касается эксплуатационных характеристик зданий, то фотоэлектрические системы на крышах снизили дневную температуру поверхности крыши в среднем на 2,09 °C при полном покрытии, что привело к снижению потребности в кондиционировании воздуха в дневное время почти на 5 %», — объяснили учёные. «Однако снижение ночного радиационного охлаждения привело к небольшому повышению температуры поверхности крыши на 1,61 °C, что незначительно увеличило нагрузку на систему охлаждения в ночное время. Важно отметить, что электроэнергия, вырабатываемая фотоэлектрическими панелями, значительно компенсирует потребление: при 100-процентном покрытии панели вырабатывали в среднем 227,7 Вт·ч/м2, что компенсировало 85,9 % от общей суточной потребности в кондиционировании воздуха, составляющей 265,1 Вт·ч/м2.

Результаты исследования были опубликованы в статье «Городские фотоэлектрические системы меняют радиационно-конвективные потоки и потребность в энергии для охлаждения в городах», опубликованной в Solar Energy. В исследовании приняли участие учёные из австралийского Университета Нового Южного Уэльса, французского Университета Савойя-Монблан и индийского Калькуттского университета.

Это исследование подтверждает выводы других учёных, сделанные в 2024 и 2025 годах.