Моделирование интеграции солнечных панелей в масштабе крупного города провели специалисты ARC Centre of Excellence

Специалисты центра передовых исследований ARC при Университете Монаша (Monash University) провели исследование, в ходе которого они моделировали всестороннее внедрение фотоэлектрических панелей в различные здания крупного города. Они выполняли моделирование в масштабе отдельных структур, кварталов и всего города на примере австралийского Мельбурна. Им удалось показать, что если фотоэлектрические панели интегрировать в крыши, стены и окна, то здания в Мельбурне смогут обеспечить 74% потребностей города на электроэнергии.

Результаты исследования показали, что всестороннее внедрение фотоэлектрических технологий на зданиях всего города может радикально снизить «углеродный след» Мельбурна, значительно уменьшить зависимость города от электроэнергии, которая вырабатывается за счёт сжигания ископаемого топлива. Исследователи говорят, что более высокую эффективность при внедрении фотоэлектрических технологий на фасадах и крышах зданий можно получить за счёт использования новейших высокоэффективных «солнечных окон».

Специалисты надеются, что проведённое имя моделирование, позволит строительным компаниям, владельцам зданий, поставщиками энергии, политикам начать использовать фотоэлектрический потенциал новых и уже существующих зданий.

Исследователи сравнивали потребление электроэнергии в Мельбурне за 2018 год с употреблением, которое потенциально может быть достигнуто за счёт широко интегрированной солнечной инфраструктуры в здания по всему городу. Информация об энергопотреблении центрального делового района Мельбурна за 2018 год была получена от дистрибьюторских компаний Jemena, CitiPower, Powercor, а также независимого исследовательского органа штата Виктория — Центр новых энергетических технологий (C4NET).

При проведении моделирования в масштабах всего города, специалисты обнаружили, что фотоэлектрические панели смогут обеспечить 74% всех потребностей в электроэнергии зданий Мельбурна. Солнечные панели на крышах обеспечат 88% вырабатываемой энергии, а интегрированные в стены и окна обеспечат 8 и 4%, соответственно.

Исследователи также показали, что фотоэлектрические панели, интегрированные в окна и стены меньше страдают от снижения  эффективности в зимние месяцы по сравнению с панелями, расположенными на крыше. То есть, они обеспечивают более стабильную выработку в течение года.

При моделировании в масштабах квартала потенциальный вклад солнечной энергии, от панелей, интегрированных в окна, возрастает до 18%. Это говорит о большой высоте зданий и соотношению площади окна к стене. Исследователи рассчитали годовую солнечную радиацию на поверхностях зданий в Мельбурне, чтобы определить подходящие места для установки фотоэлектрических модулей. При этом они принимали во внимание имеющиеся технические ограничения и фактор стоимости.

В результате моделирования удалось оценить падающую солнечную радиацию и фотоэлектрический потенциал городской территории Мельбурна. В расчётах учитывалось множество факторов. Например, влияние теней, которые отбрасываются системами затенения и балконами, а также рабочие характеристики различных солнечных панелей.

Среди прочих методов оценки использовались корреляционный и линейный регрессионный анализы. Их применяли для выявления взаимозависимости между годовым потенциалом PV и индикаторами городской формы. Площадь, которая представлена в исследовании составила 37,4 км² в центре Мельбурна. Из них площадь 35,1 км² застроена в основном коммерческими и жилыми зданиями.

Потенциалом выработки фотоэлектрической энергии в Мельбурне определяется в основном возможностью добавления дополнительных солнечных панелей на крыши зданий. Модули с высоким потенциалом для выработки солнечной энергии на крышах и стенах зданий можно установить по всему городу. Но наибольший потенциал для получения энергии сосредоточен в зданиях, которые расположены в городском центре с высокой плотностью застройки. Например, в центральном деловом районе.

Ведущий автор исследования — профессор Яцек Ясеняк (Jacek Jasieniak) сказал, что использование коммерчески доступных фотоэлектрических технологий и ожидаемых разработок в сфере солнечной энергетики в ближайшие 10 лет можно с уверенностью говорить о том, что подобный проект интеграции солнечных панелей в масштабах города скоро сможет полностью обеспечить его потребности в электроэнергии.

Он также упомянул, что в 1920 годах Мельбурн начал импортировать электроэнергию, вырабатываемую на угле из долины Латроб. Тогда это помогло положить конец практике сжигания угольных брикетов на том месте, где сейчас находится центральный деловой район. Теперь, говорит Ясеняк, в центральном деловом районе может быть возобновлено местное производство электроэнергии, но с использованием чистых и безопасных технологий.

Соавтор исследования — доктор Дженни Чжоу (Jenny Zhou) сказал, что, несмотря на наличие множества стандартов энергоэффективности для новых зданий, пока в реальности нет существенного движения в сторону модернизации существующих зданий. Поэтому одной из целей данного исследования является стимулирование людей, принимающих решения, двигаться вперёд в деле внедрение фотоэлектрических технологий. Это поможет уменьшить зависимость городов от ископаемого топлива.

Ещё один автор исследования — Мария Панагиотиду (Maria Panagiotidou) считает, что проникновение на рынок и развертывание высокоэффективных солнечных панелей при строительстве высотных зданий может внести серьёзный вклад в снижение выбросов углекислого газа. Эти локальные энергетические решения будут играть всё большую роль при переходе городской среды к нулевым выбросам.