Um grupo internacional de cientistas criou um novo modelo para a avaliação de painéis solares fotovoltaicos em telhados (RPVSPs) em microclimas urbanos. O modelo utiliza o mais recente modelo de pesquisa e previsão meteorológica (WRF), integrando o modelo de energia do edifício (BEM) e a parametrização do efeito do edifício (BEP) nele. O modelo foi validado em dez estações de observação em Calcutá, Índia, usando modelos validados experimentalmente.
“Embora a literatura existente relate o impacto do RPVSP no ambiente urbano, a maioria é baseada em experimentos de campo in situ ou simulações em escala de construção, sem uma análise abrangente em escala de várias cidades. Esses estudos também negligenciam a transferência de calor por convecção entre a superfície do telhado e a parte traseira dos painéis solares”, disseram os acadêmicos. “Nosso estudo aborda essas lacunas incorporando novas parametrizações para RPVSPs, incluindo transferência de calor por convecção, resultando em resultados mais alinhados com outros estudos que incorporam considerações semelhantes.”
Impactos dos painéis no microclima de cinco grandes cidades
A abordagem combinada, denominada modelo WRF/BEP + BEM, pode calcular a troca de calor, o momento linear, a umidade e o fluxo de energia cinética turbulenta entre os edifícios e o ambiente externo sob condições atmosféricas estáveis. Foi inicialmente testada na cidade indiana de Calcutá e depois validado em Sydney, Austrália; Austin, EUA; Atenas, Grécia; e Bruxelas, na Bélgica, para garantir que as descobertas não se limitem a uma zona climática específica.
“Cinco experimentos foram conduzidos para avaliar o impacto regional da implantação extensiva de RPVSPs durante o mês de onda de calor em Calcutá. A simulação de controle usou um albedo do telhado de 0,15 e nenhum RPVSPs”, explicou o grupo. “Os experimentos exploraram cenários de RPVSPs com frações de cobertura de 0,25, 0,50, 0,75 e 1,0 em telhados de cidades. Os parâmetros padrão do RPVSP, incluindo albedo, eficiência de conversão e emissividade, foram definidos como 0,11, 0,19 e 0,95, respectivamente.”
De acordo com os dados coletados em Calcutá, os RPVSPs podem aumentar as temperaturas diurnas do ar próximo à superfície em até 1,5 °C, pois absorvem aproximadamente 90% da energia solar, convertendo até aproximadamente 20% dela em eletricidade, enquanto o restante contribui para o aquecimento. À noite, por outro lado, a cobertura fotovoltaica total da cidade pode reduzir as temperaturas máximas noturnas do ar próximo à superfície em até 0,6 °C. Nos horários de pico de calor, a temperatura da superfície do telhado aumentaria em até 3,2 °C e teria um resfriamento médio de 1,4 à noite.
As temperaturas do ar próximas à superfície foram semelhantes em todos os aspectos. Sydney experimentou um resfriamento de 0,8 °C à noite e um aumento de 1,9 °C durante o dia; Austin mostrou um resfriamento de 0,7 °C e um aumento de 1,8 °C, enquanto Atenas teve 0,4 °C e 1,2 °C, respectivamente. Os resultados de Bruxelas mostraram um resfriamento noturno de 0,3 °C e um aumento diurno de 1,1 °C.
O estudo também revela que os painéis solares fotovoltaicos no telhado alteram significativamente os campos meteorológicos próximos à superfície e as circulações da brisa do mar.
“As temperaturas urbanas elevadas devido à instalação de RPVSPs aumentam a mistura atmosférica mais baixa e aumentam a altura da camada limite planetária (PBL) em até 615,6 m, reduzindo a poluição ao nível do solo”, acrescentou o grupo. PBL representa a parte mais baixa da atmosfera, que é diretamente influenciada pela superfície da Terra.
Os resultados foram apresentados no estudo “Rooftop photovoltaic solar panels warm up and cool down cities” publicado na Natural Cities. A pesquisa foi conduzida por pesquisadores da Universidade de Calcutá, na Índia, pelo Instituto Indiano de Tecnologia Kharagpur, e pela Universidade de Jadavpur, dos EUA, o Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) e a Universidade do Texas em Austin, da China, a Academia Chinesa de Ciências, e da Austrália, a Universidade de Nova Gales do Sul.
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