Điện mặt trời mái nhà đang trở thành xu hướng tất yếu trên thế giới, được hàng trăm triệu hộ dân triển khai. Giá điện tăng và áp lực lớn lên hệ thống điện quốc gia khiến điện mặt trời mái nhà trở thành giải pháp tất yếu, không chỉ mang lại lợi ích kinh tế trực tiếp cho các hộ gia đình mà còn góp phần bảo vệ môi trường, thúc đẩy chuyển dịch năng lượng bền vững.
Trước sự bùng nổ của điện mặt trời mái nhà, một nhóm nghiên cứu - do các nhà khoa học từ Đại học New South Wales (UNSW) ở Úc dẫn đầu, đã nghiên cứu tác động của các tấm pin năng lượng mặt trời quang điện trên mái nhà đối với nhiệt độ đô thị, cân bằng năng lượng và nhu cầu làm mát.
Nghiên cứu được thực hiện tại thành phố Lyon (Pháp), sử dụng mô phỏng độ phân giải cao với mô hình Nghiên cứu và Dự báo Thời tiết (WRF).
“Trước những kết quả đa dạng và đôi khi mâu thuẫn trong các nghiên cứu trước đây, có thể thấy rằng tác động môi trường của các hệ thống pin năng lượng mặt trời quang điện trên mái nhà trong khu vực đô thị mang tính đa chiều và phụ thuộc sâu sắc vào từng bối cảnh cụ thể”, các nhà nghiên cứu nhận định.
Từ mô hình đô thị thực tế của thành phố Lyon, nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu cách việc lắp đặt pin năng lượng mặt trời trên mái nhà ảnh hưởng đến sự thay đổi nhiệt và cân bằng năng lượng trong suốt chu kỳ ngày - đêm.
Nhóm đã sử dụng mô hình Nghiên cứu và Dự báo Thời tiết, với các chiến lược miền lồng nhau gồm: một miền ngoài có độ phân giải 3,5 km; miền thứ hai 1,17 km và miền đô thị trong cùng khoảng 390 m. Dữ liệu về lớp phủ đất được kết hợp từ bộ dữ liệu Copernicus Global Land Cover với phân loại vùng khí hậu đô thị.
Các kịch bản đã xem xét các mức độ bao phủ mái nhà là 25%, 60% và 100%. Trong mọi kịch bản, các tấm pin PV được giả định có suất phản chiếu 0,11, độ phát xạ mặt trên là 0,79, độ phát xạ mặt dưới là 0,95 và hiệu suất chuyển đổi là 0,19. Độ dày tế bào được đặt là 6,55 mm, với hệ số nhiệt độ 0,0045°C.
Các mô phỏng này được chạy cho hai giai đoạn: từ 26-31/3/2023 và từ 14-20/8/2023.
Kết quả cho thấy, khi các mái nhà được lắp đặt hệ thống PV với mức bao phủ 100%, hiện tượng ấm lên cục bộ xảy ra vào ban ngày, làm nhiệt độ không khí gần bề mặt tăng tới 0,72 độ C. Ở các mức bao phủ 25% và 60%, nhiệt độ không khí ở độ cao 2m lần lượt tăng 0,2 độ C và 0,48 độ C.
Tuy nhiên, vào ban đêm, các tấm pin tạo ra hiệu ứng làm mát. Theo đó, nhiệt độ không khí gần bề mặt giảm đến 0,42 độ C khi bao phủ hoàn toàn, giảm 0,3 độ C ở mức 60%, và giảm 0,27 °C ở mức 25%.
“Về hiệu suất tòa nhà, các hệ thống PV trên mái làm giảm nhiệt độ bề mặt mái nhà ban ngày trung bình 2,09 độ C khi bao phủ hoàn toàn, điều này dẫn đến giảm gần 5% nhu cầu sử dụng điều hòa không khí ban ngày”, các nhà khoa học giải thích.
Song, do khả năng tỏa nhiệt vào ban đêm giảm, nhiệt độ bề mặt mái nhà tăng thêm khoảng 1,61 độ C, khiến nhu cầu làm mát ban đêm nhích nhẹ.
Điều quan trọng, điện năng được tạo ra bởi các tấm pin bù đắp đáng kể cho mức tiêu thụ điện. Cụ thể, ở mức bao phủ 100%, các tấm pin tạo ra trung bình 227,7 Wh/m2, bù đắp 85,9% tổng nhu cầu điện hàng ngày cho điều hòa không khí là 265,1 Wh/m2.
Những phát hiện trên được công bố trên tạp chí Solar Energy. Các nhà nghiên cứu từ Đại học New South Wales (Úc), Đại học Savoie Mont Blanc (Pháp) và Đại học Calcutta (Ấn Độ) đã tham gia nghiên cứu.
Kết quả này cũng phù hợp với các nghiên cứu quốc tế được công bố trong giai đoạn 2024-2025.
Theo PV
