太阳能电池板给建筑物遮凉

你屋顶上的太阳能电池板不只是提供清洁能源；它们也可以冷却你的房子，或你的工作场所，这是根据一个研究小组所说，小组领导是简•克莱斯尔（Jan Kleiss），他是加州大学圣地亚哥分校（UC San Diego）雅各布工程学院（Jacobs School of Engineering）环境工程教授。

倾斜的太阳能电池板（前），产生更强的冷却效果，胜过与屋顶齐平的电池板。 来源：加州大学圣地亚哥分校

有一项研究，就在即将出版的一期《太阳能》杂志上，克莱斯尔和他的团队发表了他们的看法，认为经同行评审，这是第一次测量太阳能光伏板具有的冷却效果。使用热成像技术，研究人员发现，在白天，大楼顶部覆盖太阳能电池板时，温度比裸露的屋顶低5华氏度。到了晚上，电池板有助于保持室内热量，减少冬季取暖成本。

“谈积极的一面，”克莱斯尔说。

克莱斯尔说，太阳能电池板如雨后春笋，越来越多地用在住宅和商用建筑屋顶上，因此，更加重要的是要考虑它们如何影响建筑物的总体能源成本。他的研究小组发现，为建筑物制冷所节省的金额，相当于获得太阳能电池板价格5％的折扣，这是按电池板使用寿命期间计算。或者用另一种方式计算，节省的冷却成本相当于多出售5％的太阳能给电网，这是对比电池板对建筑物产生的实际效益而言，研究人员的研究表明。

研究数据的收集用了三天，是四月份进行是，数据来自鲍威尔结构系统实验室（Powell Structural Systems Laboratory）的屋顶，就在雅各布工程学校，他们采用了一架热红外相机。该大楼安装了倾斜的太阳能电池板，有的太阳能电池板也与屋顶平行。屋顶的某些部分没有覆盖电池板。

这些电池板实际上可以为屋顶遮影，安东尼•多明戈斯（Anthony Dominguez）说，他是领导这一项目的研究生。不是太阳光直接射到屋顶上，那样会导致热量穿透屋顶，进入建筑物天花板内，相反，是太阳能光伏板承受了太阳光的照射。然后，大部分的热量就在电池板和屋顶之间被风吹走了。效果还可以更大，只需要有一个开放的空间，让空气在建设物和太阳能电池板之间流通，因此，倾斜的电池面板可以提供更多的冷却。此外，更有效率的太阳能电池板，就会产生更大的冷却效果，克莱斯尔说。建筑研究人员分析，电池面板使到达屋顶的热量减少约38％。

虽然测量是在一个有限的时间内进行，克莱斯尔说，但是他相信，他的团队开发的模型，使他们能够利用研究结果，预测全年的冷却效果。

例如，在冬季，电池板会阻止太阳烤热建筑物。但到了晚上，它们也会保持室内积聚的任何热量。克莱斯尔说，在像圣地亚哥（San Diego）这样的地区，两方面的影响基本上相互抵消。

左：谷歌地图拍摄的鲍威尔结构实验室，倾斜的太阳能电池板阵列在北侧，平行的太阳能电池板阵列在屋顶中心。右：鲍威尔结构实验室天花板热红外图像，拍摄于2009年4月19日下午5:10，色带显示的温度是开氏度，倾斜太阳能电池板阵列的迹象可以看到是一个凉爽的区域，就在图像中央。来源：加州大学圣地亚哥分校

这项研究的想法产生时，克莱斯尔、多明戈斯和一群本科生正在准备一次即将召开的会议。他们决定，让本科生给鲍威尔实验室的屋顶拍照，就用热红外相机。这些数据证实了小组的怀疑，就是太阳能电池板的确会给屋顶降温，也会给建筑物的天花板降温。

“有更有效的方式被动冷却建筑物，如在屋顶铺上反光膜，”克莱斯尔说。“但是，如果你正在考虑安装太阳能光伏板，根据你屋顶的热性能，你就可以期望大量减少所使用的制冷能量，就是给您的住宅或营业场所降温所使用的能量。”

这项研究的资金来自美国航空航天局（NASA）研究生研究项目奖学金（Graduate Student Research Program fellowship）。克莱斯尔的研究资金来自美国国家科学基金会（National Science Foundation），加州公共事业委员会（California Public Utilities Commission），能源部和加州能源委员会（California Energy Commission）。研究者感谢鲍威尔结构实验室，特别是安德鲁•古萨特（Andrew Gunthardt），使他们的建筑可以用于研究。Kleissl说，如果有更多的资金，他的团队就可以开发一个计算器，人们可以用它来预测自己屋顶的冷却效果，以及在他们自己特定气候区域的情况。为了进一步提高模型的准确性，研究人员还可以比较两个受气候影响的相同的建筑物，在同一街区，一个用太阳能电池板，另一个不用。