Uuring näitas, et lisaks linnaruumi kütmisele võivad päikesepaneelid mõjutada päikeseelementidel (PV) põhinevate süsteemide enda tööd. Töörühm eesotsas professor David Sailoriga osutab, et edasistes uuringutes tuleks pöörata praegusest enam tähelepanu sellele, kuidas peegeldada neilt tagasi need päikesevalguse lainepikkused, mida praegu elektriks ei muundata, vahendab Physics World.

Sailori sõnul avastas ta enda meelehärmiks, et mõned varasemad uuringud kirjeldavad linnas asuvate PV-de energiabilanssi valesti. Seetõttu esineb neis päikesepaneelide kohta väiteid, nagu võiks viimased linnaruumi jahutada. Tegelikult on päikesepaneelide energeetiline tasakaal Sailori sõnul palju keerulisem ja samavõrd mitmetahulisem on ka selle mõju linnakeskkonnale.

Mõju toimib kahtepidi

Uue uuringu autorid soovisid saada päikesepaneelid mõjust keskkonnale tervikpilti.  Neid ei huvitanud üksnes linnaruumi paigutatud PV-süsteemide mõju hoonetele ja linna õhutemperatuurile, vaid ka mündi teine külg: kuidas mõjutab linnaruum omakorda nende tööd.

David Sailori sõnul jõudis töörühm mitme olulise järelduseni. Esiteks said nad aimu PV-de suhtest linna energiabilansiga. Nad leidsid, et päikesepaneelid võivad päevasel ajal linnaruumi märkimisväärselt soojemaks muuta, ent öösel seda jällegi jahutada. Teiseks täheldasid uurijad, et päikeseelemendid ei tööta linnakeskkonnas sama hästi kui mujal, näiteks maal või eeslinnas.

Päikesepaneelidede soojendav mõju sõltub Sailori sõnul sellest, millega neid parasjagu võrrelda. Kui näiteks paigaldada paneel linnas musta värvi katusele, on selle soovimatu kõrvalmõju linna õhutemperatuurile väiksem, kui valgele katusele pandud päikesepaneelil. Nimelt peegeldab valge katus reeglina iseenesest suurema osa sellele langevast energiast tagasi atmosfääri.

Päikesepaneelides neeldub seevastu tavaliselt 90 protsenti päikeseenergiast. Kuigi paneelid muundavad osa sellest elektriks, jääb enamiku praeguste paneelide tõhusus vaid 16–20 protsendi kanti. Ülejäänu kütabki Sailori sõnul paneelid kuumaks.

Niisiis võivad olla päikesepaneelid võrreldes neid ümbritsevaga keskkonnaga üsna kuumad. Pea alati on need seejuures paigaldatud oma aluspinnast kõrgemale: olgu selleks katus või põld. Selle tulemusel tekib Sailori sõnul keskkonnas kaks kuuma pinda: paneeli pealispind ja ka paneelide alla jääv aluspind. Paneelidest mööduv õhk haarab sel juhul endaga kaasa kaks korda rohkem soojust, kui see haaraks üksnes soojalt katuselt või maapinnalt.

Varasemad vaatlused said kinnitust

Päikesepaneelide mõju linnaruumile on David Sailori sõnul varem uuritud nii mudelite kui ka vaatlustega. Ta ise on osalenud uuringus, kus töörühm mõõtis temperatuure kõrbesse rajatud päikesepargis ja selle ümbruses ning võrdles sarnast kõrbeala päikesepargist veidi eemal.

Tookord selgus, et keskmine päevane temperatuur maapinnast 1,5 meetri kõrgusel oli päikesepargis umbes 1,3 °C kõrgem kui võrdlusalal. Öisel ajal polnud kahel alal peaaegu mingit erinevust. Vaatlusest sai järeldada et päikesepaneelid soojendavad keskkonda selgelt just päevasel ajal, kuid öösel kaduvväikesel määral.

Varasemad mudeluuringud osutavad samas, nagu võiksid päikesepaneelid päevasel ajal keskkonda jahutada. Sailori hinnangul kirjeldati neis töödes aga päikesepaneele valesti ja vaadati läbi sõrmede tõdemusele, et paneelid võivad kütta ümbritsevat keskkonda  nii oma pealis- kui ka aluspinnaga.

Tulemus mõjutab Sailori sõnul mitmel moel sedagi, kuidas linnainimesed oma maju jahutavad. Varasemad tööd on tema sõnul näidanud, et kui panna päikesepaneelid maja katusele, saab vähendada hoones aasta jooksul konditsioneerile kuluvat energiakulu. 

Sailori sõnul on tulemus loogiline, sest paneelid pakuvad otsese päikesevalguse eest varju ja katusepinnani ei jõua eelneval hulgal päikeseenergiat. Talvel teeks sama efekt majale karuteene, sest päikesekiirgus ei pääseks maja pinda soojendama.

Sailori sõnul selgus, et sooja kliimaga paigus, nagu Phoenixi linnas USA Arizona osariigis, mõjuvad päikesepaneelid elamutele veel kehvemini. Kuigi need varjavad maju päevase otsese kiirguse eest, takistavad need öisel ajal katusel neeldunud energial ilmaruumi hajumast ega lase katusel öösel jahtuda. Nii kulub elamul öisel ajal konditsioneeri tööks hoopis rohkem energiat.

Sailori sõnul võib kõrgem õhutemperatuur mõjutada ka paneele endid. Tüüpilisel ränipõhisel PV-l on oma temperatuurikoefitsient ehk nende tõhusus sõltub paneeli pinnatemperatuurist. Mida soojem on paneeli pind, seda väiksem on selle tõhusus.

Tüüpiliselt langeb temperatuuri tõustes päikeseelemendi tõhusus iga kraadi kohta umbes neli protsenti. Sailori sõnul tähendab see, et kui päikesepaneele testitakse tavaliselt 25 °C juures, siis linnakeskkonnas küündib nende pinnatemperatuur sageli 60–65 °C-ni või kõrgemale. Niisiis muundab linnas kasutatav paneel üldiselt päikeseenergiat elektriks umbes 10–15 protsenti vähem tõhusalt kui võiks.

Sailori sõnul ei taha ta oma töö tulemuste valguses öelda, nagu oleks päikesepaneelid halvad. Võitluses kliimasoojenemisega on need tema sõnul olulised. Just seepärast võiks uurija sõnul disainida paneelid edaspidi nii, et need peegeldaks kasutut päikeseenergiat praegusega võrreldes tõhusamalt.

Näiteks võiks Sailori sõnul energiaks muutmata jääva kiirgusspektri osale mõeldes luua päikesepaneelide pinnakatted, mis just neid lainepikkusi hästi peegeldaks või kiirgaks paremini neisse talletunud soojusenergiat. Sailor osutab materjaliteaduse viimase aja saavutustele ehk passiivse kiiirgusjahutuse tehnoloogiatele. Näiteks 13-mikromeetrise lainepikkusega infravalgust kiirgavad pinnad võimaldaksid saata soojusenergia otse kosmosesse.

Materjaliteaduse saavutusi ja uut tüüpi päikesepaneele omavahel ühendades saaks Sailori sõnul luua uue põlvkonna ehk nii-öelda jahedad päikesepaneelid. Need töötaks küll ehk ainult sama hästi kui praegused paneelid, kuid teeks seda tõhusamalt, jäädes ise seejuures jahedamaks.

Ülevaade ilmus ajakirjas Energy and Buildings.