科研進(jìn)展
屋頂光伏有效緩解城市熱浪的研究獲新進(jìn)展
在全球變暖與城市化進(jìn)程加速背景下，極端熱浪事件頻發(fā)，城市熱島效應(yīng)日益凸顯，對(duì)能源安全、公共健康及城市可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成挑戰(zhàn)。屋頂光伏（RPVPs）因其在能源轉(zhuǎn)型與減排方面的巨大潛力備受矚目。然而，其對(duì)局地氣候究竟產(chǎn)生冷卻還是增溫效應(yīng)，學(xué)界尚存爭(zhēng)議。
中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院高曉清研究員團(tuán)隊(duì)聚焦我國(guó)典型復(fù)雜地形城市——蘭州，在熱浪事件背景下，利用國(guó)際先進(jìn)的中尺度氣象模型（WRF）并耦合城市建筑效應(yīng)參數(shù)化與建筑能耗模型（BEP+BEM），精細(xì)模擬了不同覆蓋率（25%、50%、75%、100%）下的屋頂光伏對(duì)城市熱環(huán)境的多維度影響。
研究發(fā)現(xiàn)，屋頂光伏在白天和夜間均能有效降低城市氣溫，降溫幅度在0.1K至0.8K之間。白天降溫效果在城區(qū)東部更為顯著，而夜間則集中在中心區(qū)域。此外，光伏覆蓋率的提升能顯著緩解城市熱島強(qiáng)度（UHII），尤其在午后（16:00-17:00BJT）效果最為突出。在100%覆蓋情景下，熱島強(qiáng)度最大可降低0.71K。
研究表明，屋頂光伏能夠有效調(diào)節(jié)空氣濕度，緩解熱浪期間的“城市干島”效應(yīng)（UDI），改善城市空氣干燥狀況，這一效果在14:00-18:00BJT之間尤為明顯。此外，屋頂光伏通過降低熱指數(shù)（HI），改善人體熱舒適感。在最炎熱的16:00-18:00BJT時(shí)段，熱指數(shù)最大可降低約0.51K，且城區(qū)東部和南部的改善效益最佳。
該研究指出，屋頂光伏通過其遮陽效應(yīng)和低熱容特性，阻止了建筑屋頂吸收過量太陽輻射，是產(chǎn)生上述冷卻效益的關(guān)鍵物理機(jī)制。這使其成為一種集“節(jié)能”（發(fā)電）與“宜居”（降溫）于一體的高效城市氣候減緩策略。
本研究揭示了在復(fù)雜地形城市部署屋頂光伏（RPVPs）對(duì)熱浪的減緩效應(yīng)和機(jī)制，為干旱半干旱地區(qū)城市的可持續(xù)發(fā)展提供了新的科學(xué)視角，并為更廣泛區(qū)域的城鄉(xiāng)規(guī)劃與能源政策提供了精準(zhǔn)的科學(xué)依據(jù)。
相關(guān)研究成果以Influence of urban rooftop photovoltaic deployment on thermal environment during a heatwave event in complex terrain為題，發(fā)表在Solar Energy期刊上。該研究得到中國(guó)科學(xué)院“西部之光”課題和國(guó)家自然科學(xué)基金等資助。
論文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.solener.2025.113932
在WRF/BEP+BEM模型中用于太陽能板屋頂模擬的城市網(wǎng)格單元示意圖
不同RPVPs部署情景下，平均2米氣溫差值（減去CTL）的空間分布
