1.城市熱島效應(yīng)和光伏
快速的城市化和工業(yè)化導(dǎo)致城市變暖。城市熱島效應(yīng)(Urban heat island effect - UHIE)定義為人造區(qū)域內(nèi)的溫度升高，UHIE強(qiáng)度是城市供熱的指標(biāo)，是城市和農(nóng)村空氣之間的最大差異。在氣候帶內(nèi)，溫度范圍是5°C至14°C。溫度升高對健康和小氣候造成負(fù)面影響，例如氣溫升高，濕度降低，風(fēng)向變化，地面臭氧的形成，與熱有關(guān)的死亡率等。
在這種日曬高峰中，太陽能光伏裝置可能產(chǎn)生的不利影響被忽略了。此類負(fù)面影響之一是由于安裝光伏而對市區(qū)溫度產(chǎn)生的影響。人們很少研究沙漠和城市地區(qū)光伏與熱島效應(yīng)之間的關(guān)系，得出的結(jié)果參差不齊。
最新的研究報(bào)告調(diào)查了光伏電站生命周期中的32種影響，這些影響大致分為五個(gè)部分：土地使用、人類健康與福祉、野生動(dòng)植物和棲息地、地理水文資源以及氣候和溫室氣體排放。
這些影響被歸類為是有益的還是中性的?除了“局部氣候”影響外，研究者認(rèn)為還需要進(jìn)行研究和觀察。光伏組件的反射率低，轉(zhuǎn)換效率在13%至20%之間變化，這導(dǎo)致大部分入射太陽輻射轉(zhuǎn)換為80%的熱量，從而可以改變組件附近的氣流和溫度分布。這種變化可能會(huì)
在東京，研究人員調(diào)查了大型屋頂光伏裝置對熱島效應(yīng)的影響，發(fā)現(xiàn)如果將光伏系統(tǒng)安裝在黑色屋頂上，則可以忽略不計(jì)。
但是，在該研究中，黑色屋頂是一個(gè)重要因素/假設(shè)，如果考慮使用白色屋頂，則結(jié)果可能會(huì)完全不同。另一項(xiàng)研究表明，PV電站中心的年平均氣溫可以比環(huán)境溫度高出1.9°C，并且這種熱能在5–18 m的高度完全消散。對18個(gè)月的詳細(xì)數(shù)據(jù)的分析表明，在大多數(shù)日子里，太陽能電池板在晚上都完全冷卻，因此不太可能發(fā)生熱島效應(yīng)。
盡管白天的影響也可能對該地區(qū)的小氣候造成一定影響，但這些影響不容忽視。國家大氣研究中心的氣候變化研究科學(xué)家進(jìn)行了一項(xiàng)研究，試圖預(yù)測太陽能光伏陣列的氣候影響。
研究假設(shè)到2100年，在全世界陽光普照地區(qū)，大約40%的城市和沙漠地區(qū)將被分布均勻的太陽能電池板覆蓋。理想化的大規(guī)模光伏安裝可以重新分配入射的太陽輻射并改變局部輻射平衡，從而導(dǎo)致大氣環(huán)流變化，影響區(qū)域和全球氣候。
總體而言，無論其容量如何(大至800 TW或更現(xiàn)實(shí)的預(yù)測為45 TW)，與使用化石燃料導(dǎo)致的預(yù)期氣候變化相比，使用太陽能電池板引起的潛在全球平均氣候變化相對于工業(yè)化前的氣候都較小，到2100年可能會(huì)使全球平均溫度升高幾度。
但是，由太陽能電池板引起的某些區(qū)域性氣候變化可能遠(yuǎn)大于全球平均值。
2.光伏對建筑能耗的影響
在巴黎都會(huì)區(qū)大規(guī)模但實(shí)際部署光伏的情況表明，通過遮蓋屋頂，太陽能電池板會(huì)使家庭冬季取暖的需求略增3%。但是在夏季，太陽能電池板可減少12%空調(diào)所需的能源。
研究區(qū)域的空氣溫度白天也降低了0.2 K，在夜晚降低了0.3K。在這項(xiàng)研究中，太陽能電池板通過遮蔽并減少制冷/制熱的能耗來影響室內(nèi)溫度。
在全球范圍內(nèi)部署太陽能電池板既有利于生產(chǎn)可再生能源(從而限制氣候變暖)，又有利于局部地區(qū)降低城市熱島，尤其是在夏天可能構(gòu)成健康威脅時(shí)。圣迭戈加州大學(xué)的研究人員確定，白天有屋頂太陽能裝置的建筑物天花板溫度比暴露在陽光下的屋頂溫度低2.5°C。在晚上，這些組件有助于保留屋頂材料吸收的熱量，從而降低了冬季的采暖成本。
對于建筑物，研究人員分析說，這些組件使到達(dá)屋頂?shù)臒崃繙p少了約38%。
但目前這些研究缺乏高度多樣化的環(huán)境。根據(jù)上面提到的一些研究項(xiàng)目，在建筑物上安裝光伏會(huì)在一定程度上影響城市的溫度，通常目前所有此類研究都是在日本、韓國、德國、荷蘭、希臘等較冷的氣候下進(jìn)行的，急需討論在熱帶國家(如印度、中東、北非、東南亞)進(jìn)行此類研究的必要性。
【結(jié)語】由于不可再生資源和溫室氣體排放的短缺，轉(zhuǎn)向可再生能源是不可避免的。隨著全球制定雄心勃勃光伏裝機(jī)目標(biāo)，光伏裝置與UHI的關(guān)系變得十分重要。如此大量的太陽能電池板會(huì)重新分配入射的太陽輻射并改變局部輻射平衡，是否會(huì)導(dǎo)致大氣環(huán)流變化，從而影響區(qū)域和全球氣候?光伏作為控制溫室氣體排放的舉措會(huì)不會(huì)引發(fā)另一場氣候?yàn)?zāi)難?
分析緩解氣候變化和全球變暖的兩個(gè)目標(biāo)，即光伏作為清潔能源發(fā)電和對城市熱島效應(yīng)的影響是否兼容已經(jīng)變得至關(guān)重要。作為綠色經(jīng)濟(jì)ECOPV的一部分，期待中國相關(guān)研究機(jī)構(gòu)能夠開展這方面的課題討論。
