1.城市熱島效應和光伏
快速的城市化和工業(yè)化導致城市變暖。城市熱島效應(Urban heat island effect - UHIE)定義為人造區域內的溫度升高，UHIE強度是城市供熱的指標，是城市和農村空氣之間的最大差異。在氣候帶內，溫度范圍是5°C至14°C。溫度升高對健康和小氣候造成負面影響，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(yáng)能光伏裝置可能產(chǎn)生的不利影響被忽略了。此類(lèi)負面影響之一是由于安裝光伏而對市區溫度產(chǎn)生的影響。人們很少研究沙漠和城市地區光伏與熱島效應之間的關(guān)系，得出的結果參差不齊。
最新的研究報告調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(lèi)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(lèi)為是有益的還是中性的?除了“局部氣候”影響外，研究者認為還需要進(jìn)行研究和觀(guān)察。光伏組件的反射率低，轉換效率在13%至20%之間變化，這導致大部分入射太陽(yáng)輻射轉換為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，研究人員調查了大型屋頂光伏裝置對熱島效應的影響，發(fā)現如果將光伏系統安裝在黑色屋頂上，則可以忽略不計。
但是，在該研究中，黑色屋頂是一個(gè)重要因素/假設，如果考慮使用白色屋頂，則結果可能會(huì )完全不同。另一項研究表明，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)月的詳細數據的分析表明，在大多數日子里，太陽(yáng)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。
盡管白天的影響也可能對該地區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)行了一項研究，試圖預測太陽(yáng)能光伏陣列的氣候影響。
研究假設到2100年，在全世界陽(yáng)光普照地區，大約40%的城市和沙漠地區將被分布均勻的太陽(yáng)能電池板覆蓋。理想化的大規模光伏安裝可以重新分配入射的太陽(yáng)輻射并改變局部輻射平衡，從而導致大氣環(huán)流變化，影響區域和全球氣候。
總體而言，無(wú)論其容量如何(大至800 TW或更現實(shí)的預測為45 TW)，與使用化石燃料導致的預期氣候變化相比，使用太陽(yáng)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(yáng)能電池板引起的某些區域性氣候變化可能遠大于全球平均值。
2.光伏對建筑能耗的影響
在巴黎都會(huì )區大規模但實(shí)際部署光伏的情況表明，通過(guò)遮蓋屋頂，太陽(yáng)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(yáng)能電池板可減少12%空調所需的能源。
研究區域的空氣溫度白天也降低了0.2 K，在夜晚降低了0.3K。在這項研究中，太陽(yáng)能電池板通過(guò)遮蔽并減少制冷/制熱的能耗來(lái)影響室內溫度。
在全球范圍內部署太陽(yáng)能電池板既有利于生產(chǎn)可再生能源(從而限制氣候變暖)，又有利于局部地區降低城市熱島，尤其是在夏天可能構成健康威脅時(shí)。圣迭戈加州大學(xué)的研究人員確定，白天有屋頂太陽(yáng)能裝置的建筑物天花板溫度比暴露在陽(yáng)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(shuō)，這些組件使到達屋頂的熱量減少了約38%。
但目前這些研究缺乏高度多樣化的環(huán)境。根據上面提到的一些研究項目，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(lèi)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(lèi)研究的必要性。
【結語(yǔ)】由于不可再生資源和溫室氣體排放的短缺，轉向可再生能源是不可避免的。隨著(zhù)全球制定雄心勃勃光伏裝機目標，光伏裝置與UHI的關(guān)系變得十分重要。如此大量的太陽(yáng)能電池板會(huì )重新分配入射的太陽(yáng)輻射并改變局部輻射平衡，是否會(huì )導致大氣環(huán)流變化，從而影響區域和全球氣候?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(chǎng)氣候災難?
分析緩解氣候變化和全球變暖的兩個(gè)目標，即光伏作為清潔能源發(fā)電和對城市熱島效應的影響是否兼容已經(jīng)變得至關(guān)重要。作為綠色經(jīng)濟ECOPV的一部分，期待中國相關(guān)研究機構能夠開(kāi)展這方面的課題討論。
