Carlo BriganteI pannelli fotovoltaici sono da anni proposti come panacea per mitigare l’emissione di anidride carbonica, soprattutto a livello industriale, ma anche domestico. Causa, secondo la vulgata scientifica ufficiale e propinata dai media mainstream, come causa principale del surriscaldamento globale.
Peccato però che permangano dubbi sul fatto che le centrali fotovoltaiche inducano o meno un effetto “ isola di calore ” (PVHI), proprio come l’aumento delle temperature ambientali rispetto alle terre selvagge genera un effetto Urban Heat Island nelle città.
Le transizioni verso gli impianti fotovoltaici alterano il modo in cui l’energia in entrata viene riflessa nell’atmosfera o assorbita, immagazzinata e irradiata perché gli impianti fotovoltaici cambiano l’albedo, la vegetazione e la struttura del terreno.
I precedenti lavori sul PVHI sono stati per lo più teorici o basati su modelli simulati. Inoltre, il lavoro empirico passato ha avuto una portata limitata a un singolo bioma. Poiché ci sono ancora grandi incertezze che circondano il potenziale per un effetto PHVI, abbiamo esaminato empiricamente il PVHI con esperimenti che hanno attraversato tre biomi.
Si è così scoperto che le temperature su un impianto fotovoltaico erano regolarmente 3 – 4 ° C più calde delle terre selvagge di notte, che è in diretto contrasto con altri studi basati su modelli che suggeriscono che i sistemi fotovoltaici dovrebbero ridurre le temperature ambiente.
La deduzione della causa e della portata sottostanti dell’effetto PVHI e l’identificazione delle strategie di mitigazione sono fondamentali per sostenere il processo decisionale relativo allo sviluppo del fotovoltaico, in particolare nei paesaggi semiaridi, che sono tra i più probabili per installazioni fotovoltaiche su larga scala. Che sono tra i più probabili per installazioni fotovoltaiche su larga scala.
Molto interessante è uno studio pubblicato su Nature, che proponiamo tradotto di seguito. Alla fine dell’articolo, il link alla fonte originale.
Pannelli fotovoltaici e aumenti della temperatura
Una preoccupazione crescente che rimane sottovalutata è se le installazioni fotovoltaiche causano o meno un effetto “ heat island ” (PVHI) che riscalda le aree circostanti, influenzando potenzialmente l’habitat della fauna selvatica, la funzione dell’ecosistema nelle terre selvagge, e la salute umana e persino i valori delle case nelle aree residenziali.
Come per l’effetto Urban Heat Island (UHI), le grandi centrali fotovoltaiche inducono un cambiamento del paesaggio che riduce l’albedo in modo che il paesaggio modificato sia più scuro e, quindi, meno riflessivo. Abbassare l’albedo terrestre da ~ 20% nei deserti naturali a ~ 5% su pannelli fotovoltaici altera il bilancio energetico di assorbimento, stoccaggio e rilascio di radiazioni a onde corte e lunghe.
Tuttavia, diverse differenze tra l’UHI e i potenziali effetti PVHI confondono un semplice confronto e producono ipotesi contrastanti sul fatto che le installazioni fotovoltaiche su larga scala creino o meno un effetto isola di calore. Questi includono:
- Gli impianti fotovoltaici ombreggiano una parte del terreno e quindi potrebbero ridurre l’assorbimento di calore nei suoli superficiali;
- I pannelli fotovoltaici sono sottili e hanno una capacità termica ridotta per unità di area, ma i moduli fotovoltaici emettono radiazioni termiche sia su che giù, e questo è particolarmente significativo durante il giorno in cui i moduli fotovoltaici sono spesso 20 ° C più caldi delle temperature ambiente;
- La vegetazione viene solitamente rimossa dalle centrali fotovoltaiche, riducendo la quantità di raffreddamento dovuta alla traspirazione;
- ‘Lenergia elettrica rimuove energia dalle centrali fotovoltaiche;
- I pannelli fotovoltaici riflettono e assorbono le radiazioni a onde lunghe in salita, e quindi possono impedire al suolo di raffreddarsi il più possibile sotto un cielo scuro di notte.
Le preoccupazioni del pubblico per un effetto PVHI hanno, in alcuni casi, portato alla resistenza allo sviluppo solare su larga scala. Secondo alcune stime, quasi la metà dei progetti energetici proposti di recente è stata ritardata o abbandonata a causa dell’opposizione locale.
Ancora, vi è una notevole mancanza di dati sul fatto che l’effetto PVHI sia reale o semplicemente un problema associato alle percezioni del cambiamento ambientale causate dalle installazioni che portano a “ no nel mio cortile ” (NIMBY) pensando. Alcuni modelli hanno suggerito che i sistemi fotovoltaici possono effettivamente causare un effetto di raffreddamento sull’ambiente locale, a seconda dell’efficienza e del posizionamento dei pannelli fotovoltaici.
Ma questi studi sono limitati nella loro applicabilità quando si valutano installazioni fotovoltaiche su larga scala perché considerano i cambiamenti nello scambio di albedo ed energia all’interno di un ambiente urbano (piuttosto che in un ecosistema naturale) o in Posizioni europee che non sono rappresentative della dinamica energetica semiarida in cui sono concentrate installazioni fotovoltaiche su larga scala.
La maggior parte delle ricerche precedenti, quindi, si basa su teoria non testata e modellazione numerica. Pertanto, il potenziale per un effetto PHVI deve essere esaminato con dati empirici ottenuti attraverso rigorosi termini sperimentali.
Il significato di un effetto PVHI dipende dal bilancio energetico. L’energia solare in arrivo viene in genere riflessa nell’atmosfera o assorbita, immagazzinata e successivamente irradiata sotto forma di calore latente o sensibile.
All’interno degli ecosistemi naturali, la vegetazione riduce il guadagno di calore e lo stoccaggio nei suoli creando ombreggiatura superficiale, sebbene il grado di ombreggiatura vari tra i tipi di piante. L’energia assorbita dalla vegetazione e dai suoli superficiali può essere rilasciata come calore latente nella transizione dell’acqua liquida al vapore acqueo nell’atmosfera attraverso l’evapotraspirazione – la perdita d’acqua combinata dai suoli (evaporazione) e vegetazione (traspirazione).
Questo scambio di energia latente dissipante il calore è drasticamente ridotto in una tipica installazione fotovoltaica, portando potenzialmente ad un maggiore assorbimento di calore da parte dei suoli negli impianti fotovoltaici. Questo aumento dell’assorbimento, a sua volta, potrebbe aumentare le temperature del suolo e portare a un maggiore efflusso di calore sensibile dal suolo sotto forma di radiazioni e convezioni.
Inoltre, le superfici dei pannelli fotovoltaici assorbono una maggiore insolazione solare a causa di una riduzione dell’albedo. I pannelli fotovoltaici ridisegneranno la maggior parte di questa energia come calore sensibile a onde lunghe e convertiranno una quantità minore (~ 20%) di questa energia in elettricità utilizzabile. I pannelli fotovoltaici consentono anche il passaggio di un po ‘di energia leggera, che, ancora una volta, nei suoli svelati porterà a un maggiore assorbimento di calore. Questo maggiore assorbimento potrebbe portare a un maggiore efflusso di calore sensibile dal suolo che potrebbe essere intrappolato sotto i pannelli fotovoltaici.
Un effetto PVHI sarebbe il risultato di un aumento rilevabile del flusso di calore sensibile (riscaldamento atmosferico) derivante da un’alterazione dell’equilibrio dei flussi di energia in entrata e in uscita a causa della trasformazione del paesaggio. Lo sviluppo di un modello termico completo è impegnativo, e ci sono grandi incertezze che circondano termini multipli tra cui variazioni di albedo, copertura nuvolosa, stagionalità nell’advezione ed efficienza del pannello, che a sua volta è dinamica e influenzata dall’ambiente locale.
Queste incertezze sono aggravate dalla mancanza di dati empirici.
La ricerca: cos’è l’effetto PVHI provocata dai pannelli fotovoltaici
Qui subentra la ricerca pubblicata su Nature, seppur un po’ datata, del 2016, la quale affronta la scarsità di quantificazione diretta di un effetto PVHI monitorando contemporaneamente tre siti che rappresentano un ecosistema naturale del deserto, l’ambiente tradizionale costruito (parcheggio circondato da edifici commerciali), e una centrale fotovoltaica.
Definisce un effetto PVHI come la differenza nella temperatura dell’aria ambiente tra la centrale fotovoltaica e il paesaggio desertico. Allo stesso modo, l’UHI è definita come la differenza di temperatura tra l’ambiente costruito e il deserto. Ha ridotto gli effetti confondenti della variabilità dell’energia, della temperatura e delle precipitazioni locali in entrata utilizzando i siti contenuti in un’area di 1 km.
In ogni sito, abbiamo monitorato la temperatura dell’aria in modo continuo per oltre un anno utilizzando sonde di temperatura aspirate a 2,5 m sopra la superficie del suolo. La temperatura media annuale era di 22,7 + 0,5 ° C nell’installazione fotovoltaica, mentre il vicino ecosistema del deserto era solo di 20,3 + 0,5 ° C, indicando un effetto PVHI. Le differenze di temperatura tra le aree variavano significativamente a seconda dell’ora del giorno e del mese dell’anno, ma l’installazione fotovoltaica era sempre maggiore o uguale in temperatura rispetto ad altri siti.
Come nel caso dell’effetto UHI nelle regioni aride, l’effetto PVHI ha ritardato il raffreddamento delle temperature ambientali la sera, producendo la differenza più significativa nelle temperature notturne in tutte le stagioni. Le temperature medie annue di mezzanotte erano 19,3 + 0,6 ° C nell’installazione fotovoltaica, mentre il vicino ecosistema del deserto era solo 15,8 + 0,6 ° C. Questo effetto PVHI è stato più significativo in termini di gradi effettivi di riscaldamento (+ 3,5 ° C) nei mesi caldi (primavera ed estate).
In entrambi gli scenari PVHI e UHI, la maggiore quantità di superfici del terreno esposte rispetto ai sistemi naturali assorbe una percentuale maggiore di radiazioni solari ad alta energia e onde corte durante il giorno. Combinata con tassi minimi di traspirazione dissipante il calore dalla vegetazione, una quantità proporzionalmente più elevata di energia immagazzinata viene irradiata come radiazione a onde lunghe durante la notte sotto forma di calore sensibile.
Poiché le installazioni fotovoltaiche introducono l’ombreggiatura con un materiale che, di per sé, non dovrebbe immagazzinare molte radiazioni in entrata, si potrebbe ipotizzare che l’effetto di un effetto PVHI sarebbe inferiore a quello di un UHI. La ricerca ha scoperto che la differenza nella temperatura dell’aria ambiente serale era costantemente maggiore tra l’installazione fotovoltaica e il sito del deserto rispetto al parcheggio (UHI) e al sito del deserto.
L’effetto PVHI ha indotto la temperatura ambiente ad avvicinarsi regolarmente o ad essere superiore a 4 ° C più calda del deserto naturale la sera, essenzialmente raddoppiando l’aumento di temperatura dovuto all’UHI misurato qui. Questo riscaldamento più significativo sotto il PVHI rispetto all’UHI può essere dovuto all’intrappolamento termico del flusso di calore sensibile ri-radiato sotto gli array fotovoltaici di notte.
Le differenze diurne rispetto all’ecosistema naturale erano simili tra l’installazione fotovoltaica e le aree del parcheggio urbano, ad eccezione dei mesi primaverili ed estivi, quando l’effetto PVHI era significativamente maggiore dell’UHI nel corso della giornata. Durante queste stagioni calde, le temperature medie di mezzanotte sono state di 25,5 + 0,5 ° C nell’installazione fotovoltaica e 23,2 + 0,5 ° C nel parcheggio, mentre il vicino ecosistema del deserto era solo 21,4 + 0,5 ° C.
La necessità di monitorare l’effetto PVHI dei pannelli fotovoltaici su larga scala
I risultati qui presentati dimostrano che l’effetto PVHI è reale e può aumentare significativamente le temperature rispetto alle installazioni di centrali elettriche fotovoltaiche rispetto alle terre selvagge vicine. Misurazioni più dettagliate delle cause sottostanti dell’effetto PVHI, potenziali strategie di mitigazione, e sono necessarie l’influenza relativa di PVHI nel contesto delle compensazioni intrinseche del carbonio dall’uso di questa energia rinnovabile.
Pertanto, la ricerca diverse nuove domande ed evidenziamo incognite critiche che richiedono ricerche future.
Qui è possibile leggere l’articolo completo originale.
Qui invece abbiamo parlato di come realizzare un pannello fotovoltaico in casa.
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