Исследование: солнечные батареи влияют на погоду в городах

Последние научные работы показывают, что массовая установка панелей повышает дневную температуру. Также это изменяет динамику микроклимата.

Верхний ряд показывает ситуацию в 14:00, нижний ряд - в 02:00. Колонки a, b, c, d отражают разные сценарии, где солнечные панели покрывают 25%, 50%, 75% и 100% крыш соответственно. Цветовая шкала показывает изменение теплового баланса (ΔQnet) - разницу между сценарием с солнечными панелями и без них. Более тёмный цвет означает большее изменение. Чем больше площадь панелей, тем сильнее эффект

Основной эффект, который оказывают солнечные панели на городскую погоду, связан с изменением баланса тепла. Традиционные крыши отражают часть света, но солнечные панели поглощают больше энергии, преобразуя ее не только в электричество, но и в тепло. Это приводит к нагреву воздуха вокруг панелей, что повышает общую температуру на уровне крыши. Исследования в таких городах, как Калькутта и Сидней, показывают, что массовая установка солнечных батарей может увеличить дневную температуру в городах до 1,5°C, особенно во время жары.

Кроме того, ночью солнечные панели могут немного снижать температуру — в среднем до 0,6°C — за счет охлаждения. Изменения затрагивают не только температуру воздуха, но и такие показатели, как влажность и скорость ветра, особенно в плотной городской среде. Например, установка солнечных панелей в крупных городах может усиливать циркуляцию морских бризов и увеличивать вертикальные потоки воздуха, что также изменяет распределение тепла в пределах городской среды.

Вверху слева: вид города с солнечными панелями на крышах. Вверху справа: технический чертеж установки панели. Внизу слева: показано как солнечное излучение (SW) и тепловое излучение (LW) взаимодействует с панелью. Внизу справа: показано как воздух циркулирует между панелью и крышей, отводя тепло.

Почему это происходит

Все дело в физике солнечных панелей. Они поглощают около 90% солнечной энергии, и только 20% этой энергии превращается в электричество. Остальная часть аккумулируется в виде тепла, которое выделяется в атмосферу. Панели, установленные на крыше, создают два горячих слоя — верхний и нижний, что увеличивает нагрев воздуха. В результате даже при небольшой площади покрытия общий эффект от батарей весьма значительный.

Однако стоит учитывать, что влияние солнечных панелей на городскую погоду неоднозначно. В некоторых случаях, например в Лос-Анджелесе и Париже, панели снижают тепловой эффект в ночное время и помогают городам оставаться прохладнее. Это связано с тем, что панели частично препятствуют нагреву крыши днем, а ночью способствуют быстрому охлаждению. Но в дневное время, особенно в жаркие периоды, они усугубляют проблему перегрева.

Для городов, таких как Калькутта, Сидней и Афины, установка солнечных панелей на крышах зданий уже стала важной частью городской инфраструктуры. Эти города демонстрируют различные эффекты от применения солнечных батарей: от локального увеличения температуры до улучшения энергетической эффективности зданий. Но есть и проблемы, которые нельзя игнорировать. В некоторых регионах, особенно в тропиках, панели могут усиливать нагрев воздуха и ухудшать условия для жизни, особенно во время жары.

Что можно сделать

Чтобы уменьшить негативное влияние солнечных панелей на городскую погоду, ученые предлагают несколько решений. Например, разработать более эффективные «холодные» панели, которые смогут лучше контролировать температуру. Или располагать батареи в водоеме, как это сейчас делают в Китае.

Кстати, в октябре 2024 года в России разработали солнечную панель, которая может накапливать энергию в пасмурную погоду