D’après pv magazine International
Un groupe international de scientifiques a créé un nouveau modèle pour l’évaluation des panneaux solaires photovoltaïques sur les toits (RPVSP) dans les microclimats urbains. Les résultats ont été présentés dans l’étude « Les panneaux solaires photovoltaïques sur les toits réchauffent et refroidissent les villes », publiée dans Nature Cities. La recherche a été menée par des chercheurs de l’Université de Calcutta en Inde, de l’Institut indien de technologie de Kharagpur, de l’Université Jadavpur, du Massachusetts Institute of Technology (MIT) aux États-Unis, de l’Université du Texas à Austin, de l’Académie chinoise des sciences et de l’Université de Nouvelle-Galles du Sud en Australie.
Le module utilise le dernier modèle de recherche et de prévision météorologique (WRF), intégrant le modèle énergétique du bâtiment (BEM) et la paramétrisation de l’effet bâtiment (BEP). Le modèle a été validé par rapport à dix stations d’observation à Kolkata, en Inde, en utilisant des modèles validés expérimentalement.
« Bien que la littérature existante fasse état de l’impact des RPVSP sur l’environnement urbain, la plupart des études reposent sur des expériences de terrain in situ ou des simulations à l’échelle du bâtiment, manquant d’une analyse complète à l’échelle de plusieurs villes. Ces études négligent également le transfert de chaleur convective entre la surface du toit et l’arrière des panneaux solaires », ont déclaré les chercheurs. « Notre étude aborde ces lacunes en incorporant de nouvelles paramétrisations pour les RPVSP, y compris le transfert de chaleur convective, ce qui permet d’obtenir des résultats plus alignés avec d’autres études prenant en compte des considérations similaires. »
L’approche combinée, nommée modèle WRF/BEP + BEM, peut calculer les échanges de chaleur, de moment, d’humidité et de flux d’énergie cinétique turbulente entre les bâtiments et l’environnement extérieur dans des conditions atmosphériques stables. Elle a d’abord été testée dans la ville indienne de Kolkata puis validée à Sydney, en Australie ; Austin, au Texas, États-Unis ; Athènes, en Grèce ; et Bruxelles, en Belgique, pour s’assurer que les résultats ne sont pas limités à une zone climatique spécifique.
« Cinq expériences ont été menées pour évaluer l’impact régional du déploiement étendu des RPVSP pendant le mois de canicule actuel à Kolkata. La simulation de contrôle a utilisé un albédo de toit de 0,15 et aucune RPVSP », a expliqué le groupe. « Les expériences ont exploré des scénarios de RPVSP avec des fractions de couverture de 0,25, 0,50, 0,75 et 1,0 sur les toits de la ville. Les paramètres standards des RPVSP, y compris l’albédo, l’efficacité de conversion et l’émissivité, ont été fixés à 0,11, 0,19 et 0,95, respectivement. »
Selon les données recueillies à Kolkata, les RPVSP peuvent augmenter les températures de l’air près de la surface pendant la journée de jusqu’à 1,5 °C, car elles absorbent environ 90 % de l’énergie solaire, convertissant jusqu’à environ 20 % en électricité, tandis que le reste contribue à leur réchauffement. La nuit, en revanche, une couverture photovoltaïque complète de la ville peut réduire les températures maximales nocturnes près de la surface de jusqu’à 0,6 °C. Pendant les heures de chaleur maximale, la température de surface du toit pourrait augmenter de jusqu’à 3,2 °C, avec un refroidissement moyen de 1,4 °C la nuit.
Les températures de l’air près de la surface étaient similaires dans tous les cas. Sydney a connu un refroidissement de 0,8 °C la nuit et une hausse de 1,9 °C pendant la journée ; Austin a montré un refroidissement de 0,7 °C et une hausse de 1,8 °C, tandis qu’Athènes a enregistré 0,4 °C et 1,2 °C, respectivement. Les résultats de Bruxelles ont montré un refroidissement nocturne de 0,3 °C et une hausse diurne de 1,1 °C. « Les températures urbaines élevées dues à l’installation des RPVSP augmentent le mélange atmosphérique inférieur et élèvent la hauteur de la couche limite planétaire (PBL) jusqu’à 615,6 m, réduisant la pollution au niveau du sol », indiquent les chercheurs. La PBL représente la partie inférieure de l’atmosphère, directement influencée par la surface de la Terre.
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