印度的一项新研究表明，屋顶光伏系统可能会对城市环境温度产生“意想不到的”影响。例如，屋顶阵列可能会使夜间温度最高降低0.6摄氏度。
气流从光伏系统顶部表面转移到组件和屋顶之间，热量被捕获到周围环境中。图片来源：加尔各答大学，自然城市，通用许可CC BY 4.0
一个国际科学家小组创建了一个新的模型，用于评估城市微气候下屋顶光伏太阳能电池板（RPVSPs）的性能。
该模块采用最新的天气研究与预报（WRF）模型，并集成了建筑能源模型（BEM）和建筑效果参数化（BEP）模型。该模块采用经实验验证的模型，并经过了印度加尔各答10个观测站的验证。
“虽然现有文献报道了RPVSP对城市环境的影响，但大多数都是基于现场实验或建筑尺度的模拟，缺乏全面的多城市尺度分析。这些研究也忽略了屋顶表面和太阳能电池板背面之间的对流热传递，”学者们表示，“我们的研究通过纳入RPVSPs的新参数化指标来解决这些差距，包括对流传热，从而使结果与其他考虑类似因素的研究更加一致。”
该组合方法被称为WRF/BEP + BEM模型，可以计算稳定大气条件下建筑物与室外环境之间的热交换、动量、湿度和湍流动能通量。该模型最初在印度加尔各答市进行了测试，随后又在澳大利亚悉尼市、美国德克萨斯州奥斯汀市、希腊雅典和比利时布鲁塞尔进行了验证，以确保研究结果不局限于特定的气候带。
“我们进行了五项实验，以评估在加尔各答当前热浪月份广泛部署RPVSPs的区域影响。控制模拟使用了0.15的屋顶反照率，没有RPVSPs，”该小组人员解释道，“实验探索了RPVSPs在城市屋顶上的覆盖率分别为0.25、0.50、0.75和1.0的情景。包括反照率、转换效率和发射率在内的标准RPVSP参数分别设置为0.11、0.19和0.95。”
根据在加尔各答收集的数据，RPVSPs可以将白天的近地表气温最高提升1.5摄氏度，因为它们吸收了大约90%的太阳能，将最多约20%的太阳能转化为电能，而其余的能量则使自身变暖。另一方面，在夜间，全城市光伏覆盖可以使夜间最高近地表气温最多降低0.6℃。在高峰时段，屋顶表面温度将最高提升3.2℃，夜间平均降温1.4℃。
所有地区近地表的空气温度是相似的。悉尼夜间气温下降0.8摄氏度，日间气温上升1.9摄氏度；奥斯汀的夜间气温下降0.7摄氏度，日间气温上升1.8摄氏度，雅典的夜间和日间气温则分别上升0.4摄氏度和下降1.2摄氏度。布鲁塞尔的结果显示，其夜间气温下降0.3摄氏度，日间气温上升1.1摄氏度。
“我们的研究还表明，屋顶光伏太阳能电池板显著改变了城市地表能量收支、近地表气象场、城市边界层动力学和海风环流，”该小组人员补充说，“由于RPVSPs的安装，城市温度升高，增强了低层大气的混合，并将行星边界层（PBL）的高度最多提升了615.6米，减少了地面污染。”PBL是大气的最底层，直接受到地球表面的影响。
该发现发表在《自然城市》杂志上的一项名为“屋顶光伏太阳能电池板使城市升温和降温”的研究中。这项研究由来自印度加尔各答大学、卡拉格普尔理工学院、贾达夫普尔大学、美国麻省理工学院 （MIT）、德克萨斯大学奥斯汀分校、中国的中国科学院和澳大利亚新南威尔士大学的研究人员们进行。
作者：Lior Kahana
出品：pv magazine group
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