Θα μπορούσαν τα φωτοβολταϊκά στις στέγες να επηρεάσουν το μικροκλίμα των πόλεων και ακούσια να επιτείνουν το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας; Κι όμως, σύμφωνα με έρευνα από το Πανεπιστήμιο του Χονκ Κογκ.
Για το πείραμά τους χρησιμοποιήθηκε η πανεπιστημιούπολη, όπου έχουν εγκατασταθεί αρκετά φωτοβολταϊκά συστήματα από το 2020. Η πρωτοβουλία περιελάμβανε την τοποθέτηση άνω των 8.000 ηλιακών πάνελ σε 50 τοποθεσίες του πανεπιστημίου, παράγοντας έως και 3 εκατομμύρια kWh ηλεκτρικής ενέργειας. Κατά τις αυτοψίες στις ταράτσες οι ερευνητές παρατήρησαν ότι τα πάνελ πάνελ ήταν εξαιρετικά ζεστά—αρκετά ώστε να μπορείς, φαινομενικά, ακόμα και να μαγειρέψεις. όπως ανέφεραν οι ερευνητές Γι αυτό και η ομάδα εγκατέστησε περιβαλλοντικούς αισθητήρες σε διάφορες στέγες για να παρακολουθήσουν τις θερμοκρασίες αέρα και επιφανειών και να διερευνήσουν τις πιθανές θερμικές επιπτώσεις των φωτοβολταϊκών συστημάτων στις οροφές.
Τα ευρήματα αποκάλυψαν ότι οι στέγες με φωτοβολταϊκά συστήματα παρουσίαζαν υψηλότερες θερμοκρασίες περιβάλλοντος σε σύγκριση με τις συμβατικές στέγες. Κατά τον πιο ζεστό μήνα, τον Ιούλιο, η θερμοκρασία του αέρα πάνω από τις στέγες με φωτοβολταϊκά ήταν κατά μέσο όρο 1,3 °C υψηλότερη σε σχέση με στέγες χωρίς μονάδες κλιματισμού και 0,7 °C υψηλότερη σε σχέση με στέγες με μονάδες κλιματισμού. Για διαστήματα μέτρησης 15 λεπτών, η διαφορά θερμοκρασίας έφτανε έως και τους 5,2 °C το μεσημέρι.
Οι επιστήμονες μελέτησαν επίσης τη θερμική συμπεριφορά των ίδιων των πάνελ, διαπιστώνοντας ότι κάτω από έντονη ηλιακή ακτινοβολία κατά τη διάρκεια καυσώνων, οι επιφάνειες των πάνελ μπορούσαν να φτάσουν έως και τους 65,8 °C, με μηνιαίους μέσους όρους θερμοκρασίας 9,7 °C υψηλότερους από τις επιφάνειες από σκυρόδεμα. Η αύξηση αυτή αποδόθηκε στην υψηλή απορροφητικότητα ηλιακής ακτινοβολίας και στη χαμηλή θερμική αδράνεια των πάνελ. Η θερμότητα διαχεόταν στον περιβάλλοντα αέρα μέσω συναγωγής. Τη νύχτα, τα πάνελ ψύχονταν πιο γρήγορα από τις συμβατικές στέγες, μειώνοντας ελαφρώς τη θερμοκρασία του αέρα κατά λιγότερο από 1 °C.
Για να κατανοήσουν καλύτερα πώς οι μικροκλιματικές αλλαγές που προκαλούνται από τα φωτοβολταϊκά επηρεάζουν τη ζήτηση ενέργειας των κτιρίων, οι ερευνητές πραγματοποίησαν προσομοιώσεις για γραφείο στον τελευταίο όροφο κάτω από στέγη με φωτοβολταϊκά. Παρόλο που η κάλυψη 50% με φωτοβολταϊκά μπορούσε να αντισταθμίσει το 71% της ενεργειακής χρήσης του κτιρίου μέσω παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, η θερμική επιβάρυνση λόγω αύξησης της θερμοκρασίας περιβάλλοντος αντιστάθμιζε τα οφέλη της σκίασης. Τον Ιούλιο, αυτό είχε ως αποτέλεσμα καθαρή αύξηση της ενεργειακής ζήτησης για ψύξη κατά 1,5%.
Πέρα από τις ενεργειακές επιπτώσεις, η μελέτη ανέδειξε σημαντικούς κινδύνους για την υγεία λόγω θερμότητας σε περιόδους διακοπής ρεύματος. Η επιπλέον θέρμανση από τα ΦΒ αύξανε τη διάρκεια της έκθεσης σε «Ακραίο Κίνδυνο» θερμότητας κατά 29,8%, εντείνοντας τον κίνδυνο για τους ενοίκους των κτιρίων κατά τη διάρκεια καυσώνων. Οι ερευνητές τόνισαν ότι η στοχευμένη χρήση της παραγόμενης από ΦΒ ενέργειας για ψύξη κατά τις πιο επικίνδυνες ώρες θα μπορούσε να μετατρέψει τα συστήματα από παθητικούς ενισχυτές θερμότητας σε ενεργά εργαλεία ανθεκτικότητας.
Τον Οκτώβριο, μια άλλη διεθνής ομάδα επιστημόνων παρουσίασε ένα νέο μοντέλο για την αξιολόγηση των ΦΒ συστημάτων στις οροφές σε αστικά μικροκλίματα. Το μοντέλο έδειξε ότι τα φωτοβολταϊκά στις στέγες ενδέχεται να έχουν «ακούσιες» συνέπειες στις θερμοκρασίες των αστικών περιοχών.
Σύμφωνα με δεδομένα που συλλέχθηκαν στην Ινδία, τα συστήματα αυτά μπορούν να αυξήσουν τη θερμοκρασία αέρα κοντά στην επιφάνεια κατά έως και 1,5 °C κατά τη διάρκεια της ημέρας, καθώς απορροφούν περίπου το 90% της ηλιακής ενέργειας, μετατρέποντας μόλις το 20% περίπου σε ηλεκτρισμό, ενώ το υπόλοιπο συμβάλλει στη θέρμανσή τους. Τη νύχτα, αντίθετα, πλήρης κάλυψη της πόλης με φωτοβολταϊκά μπορεί να μειώσει τις μέγιστες θερμοκρασίες του αέρα κατά έως και 0,6 °C. Κατά τις ώρες αιχμής της θερμότητας, η θερμοκρασία της επιφάνειας της στέγης μπορεί να αυξηθεί έως και κατά 3,2 °C, ενώ τη νύχτα η μέση μείωση φτάνει στους 1,4 °C.
