Un grupo internacional de científicos ha creado un nuevo modelo para la evaluación de paneles solares fotovoltaicos en tejados (RPVSP, por sus iniciales en inglés) en microclimas urbanos.
El módulo utiliza el último modelo de investigación y predicción meteorológica (WRF), integrando en él el modelo energético de edificios (BEM) y la parametrización del efecto edificio (BEP). El modelo se ha validado en diez estaciones de observación de Calcuta (India) con modelos validados experimentalmente.
«Aunque la bibliografía existente informa sobre el impacto del RPVSP en el entorno urbano, la mayoría se basa en experimentos de campo in situ o en simulaciones a escala de edificios, careciendo de un análisis exhaustivo a escala multiciudad. Estos estudios tampoco tienen en cuenta la transferencia de calor por convección entre la superficie del tejado y la parte posterior de los paneles solares», explican los académicos. «Nuestro estudio aborda estas lagunas incorporando nuevas parametrizaciones para los RPVSP, incluida la transferencia de calor convectiva, lo que da lugar a resultados más alineados con otros estudios que incorporan consideraciones similares».
El enfoque combinado, denominado modelo WRF/BEP + BEM, puede calcular el intercambio de calor, el momento, la humedad y el flujo de energía cinética turbulenta entre los edificios y el entorno exterior en condiciones atmosféricas estables. Inicialmente se probó en la ciudad india de Calcuta y después se validó en Sidney (Australia), Austin (Texas, EE.UU.), Atenas (Grecia) y Bruselas (Bélgica), para garantizar que los resultados no se limitan a una zona climática concreta.
«Se realizaron cinco experimentos para evaluar el impacto regional del despliegue extensivo de RPVSP durante el actual mes de ola de calor en Calcuta. En la simulación de control se utilizó un albedo del tejado de 0,15 y ningún RPVSP», explica el grupo. «Los experimentos exploraron escenarios de RPVSP con fracciones de cobertura de 0,25, 0,50, 0,75 y 1,0 en tejados urbanos. Los parámetros estándar de los RPVSP, como el albedo, la eficiencia de conversión y la emisividad, se fijaron en 0,11, 0,19 y 0,95, respectivamente».
Según los datos recogidos en Calcuta, los RPVSP pueden aumentar la temperatura del aire cerca de la superficie durante el día hasta 1,5 ºC, ya que absorben aproximadamente el 90% de la energía solar, convirtiendo hasta aproximadamente el 20% en electricidad, mientras que el resto contribuye a su calentamiento. Por la noche, en cambio, la cobertura fotovoltaica total de la ciudad puede reducir las temperaturas máximas nocturnas del aire cercano a la superficie hasta 0,6 ºC. En las horas de máximo calor, la temperatura de la superficie del tejado aumentaría hasta 3,2 ºC y tendría un enfriamiento medio de 1,4 por la noche.
Las temperaturas del aire cerca de la superficie fueron similares en todos los casos. Sydney experimentó un enfriamiento de 0,8 ºC por la noche y un aumento de 1,9 ºC durante el día; Austin mostró un enfriamiento de 0,7 ºC y un aumento de 1,8 ºC, mientras que Atenas tuvo 0,4 ºC y 1,2 ºC, respectivamente. Los resultados de Bruselas mostraron un enfriamiento nocturno de 0,3 ºC y un aumento diurno de 1,1 ºC.
«Nuestro estudio también revela que los paneles solares fotovoltaicos en los tejados alteran significativamente los balances energéticos de la superficie urbana, los campos meteorológicos cercanos a la superficie, la dinámica de la capa límite urbana y las circulaciones de la brisa marina», añade el grupo. «Las elevadas temperaturas urbanas debidas a la instalación de RPVSP mejoran la mezcla atmosférica inferior y elevan la altura de la capa límite planetaria (PBL) hasta 615,6 m, reduciendo la contaminación a nivel del suelo». La PBL representa la parte más baja de la atmósfera, en la que influye directamente la superficie terrestre.
Los resultados se presentan en el estudio «Rooftop photovoltaic solar panels warm up and cool down cities», publicado en Nature Cities. La investigación fue llevada a cabo por investigadores de la Universidad de Calcuta (India), el Instituto Indio de Tecnología de Kharagpur, la Universidad de Jadavpur, el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) (EE.UU.), la Universidad de Texas en Austin, la Academia China de Ciencias y la Universidad de Nueva Gales del Sur (Australia).
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