Het wordt warmer door zonneakkers

In mijn bericht van 31 mei j.l. heb ik de opwarmingseffecten van zonneakkers aan de orde gesteld. Een drietal recente veldonderzoeken in de USA en China laat zien dat dergelijke zonne-akkers een niet te verwaarlozen opwarmingseffect hebben op de lucht direct boven de panelen.

Bron: Wikimedia

Merkwaardig genoeg is er niet veel veldonderzoek gedaan naar de invloed van zonneakkers op het lokale klimaat, andersom is gangbaarder.  En de onderzoeken die wél de invloed van zonneakkers op het lokale klimaat beschrijven zijn over het algemeen ‘desktopstudies’  waarbij gebruikt wordt gemaakt van modellen; empirisch onderzoek is veel minder gedaan. Logisch wellicht, want studies op basis van modellen zijn goedkoper en makkelijker te doen. In de klimatologie zijn modelstudies aan de orde van de dag. Ik ben wat ouderwetser en zweer bij ‘meten is weten’.

In het vorige bericht over dit onderwerp heb ik getracht aan te tonen dat  een zonneakker in Nederland het zonlicht dat  het aardoppervlak bereikt, met ongeveer 100 kWh/m2 per jaar doet toenemen, ondanks het feit dat zo’n 15% van het invallend zonlicht in elektriciteit wordt omgezet. Dat is het gevolg van het verschil in albedo tussen zonnepanelen en akkerland/grasland dat moet wijken voor zonnepanelen. Dat 100 kWh/m2 per jaar heel erg veel is wordt duidelijk als je bedenkt dat de gemiddelde hoeveelheid invallend zonlicht in ons land zo’n 1000 kWh/m2  per jaar is. De coating van moderne zonnepanelen zorgt ervoor dat de reflectiewaarde zelfs onder een grote hoek heel laag is. Alleen bij een laagstaande zon neemt de albedo toe, maar dan is de instraling al laag.

Een van de aangehaalde publicaties in het vorige bericht, die van Barron-Gafford et al uit 2016, is getiteld “The Photovoltaic Heat Island Effect: Larger solar power plants increase local temperatures”.  De titel geeft ook meteen het resultaat weer van het onderzoek, namelijk dat zonneakkers de plaatselijke luchttemperatuur verhogen. Dat ‘Photovoltaic Heat Island Effect ’ is naar analogie van het begrip ‘Urban Heat Island effect’, het verschijnsel dat steden warmer zijn dan de omgeving van de stad. In Rotterdam zijn temperatuurverschillen tussen de stad en de omgeving gemeten tot meer dan 8° C. Over die ‘stadsklimaten’  heb ik al eens het een en ander geschreven, zie hier.

Bron: Barron-Gafford et al

In dit bericht ga ik wat dieper in op het warmte-onderzoek dat Barron-Gafford et al hebben verricht in de Solar Zone van de University of Arizona’s Science and Technology Park nabij Tuscon, Arizona USA. Het park is gelegen in een semi-aride landschap zoals te zien is op de foto hierboven. De onderzoekers hebben gedurende een jaar metingen verricht op drie plaatsen: het gebied met semi-aride vegetatie (1), de zonneakker (2) en een geasfalteerde parkeerplaats (3).

Doel van het onderzoek was om vast te stellen of er bij een zonneakker sprake is van een PVHI (Photo Voltaic Heat Island), naar analogie van het UHI (Urban Heat Island) in steden en dorpen. Op voorhand zijn al wat energetische verschillen aan te wijzen tussen zonneakker en stad. Afgezien van de productie van elektriciteit leveren zonnepanelen schaduw wat afkoelend werkt richting ondergrond, hun geringe dikte zorgt voor een lagere warmtecapaciteit en  warmtestraling is zowel naar boven als naar beneden gericht. Dat laatste is m.n. overdag van belang als de panelen vaak veel warmer zijn dan hun omgeving. Ook verhinderen zonnepanelen de warmtestraling van de grond, zowel overdag als ’s nachts.

Bij het onderzoek werd gedurende een jaar de luchttemperatuur op elk van de drie locaties op 2,5m hoogte gemeten. Er waren significante verschillen voor wat betreft het tijdstip van de dag en van de maand, maar altijd was de luchttemperatuur boven de zonneakker hoger of minimaal gelijk aan die van de natuurlijke vegetatie en zelfs boven de parkeerplaats. Er was dus duidelijk sprake van een PVHI.

Bron: Barron-Gafford et al

Nu is de vergelijking tussen zonneakker en het semi-aride landschap voor ons in Nederland niet zo interessant, maar de vergelijking met de geasfalteerde parkeerplaats wel. In bovenstaande figuur is gemiddeld per maand de temperatuurgang weergegeven van de zonneakker en de parkeerplaats ten opzichte van de temperatuur van het natuurlijke landschap. Die laatste is dus de nullijn in de grafieken. September heeft geen parkeerplaatsdata vanwege een probleem met de stroomvoorziening (sic!) van de datalogger.

Wat opvalt is dat de temperatuur van de zonneakker en die van de parkeerplaats vrijwel altijd hoger zijn dan die van het onbebuwde gebied. Parallellen met de Nederlandse situatie zijn moeilijk te trekken vanwege de afwijkende begroeiing en waterhuishouding in het natuurlijke gebied van het onderzoek vergeleken met de Nederlandse situatie. Maar wat wel van belang is, is dat de temperatuur van de zonneakker vrijwel constant hoger is dan die van de parkeerplaats. De kleinste verschillen worden overdag gemeten, de grootste temperatuurverschillen ontstaan zodra de zon ondergaat. De verschillen tussen zonneakker en parkeerplaats lopen dan op tot bijna 3° C. Dat wijst er op dat het Heat Island Effect van een zonneakker vergelijkbaar of zelfs groter kan zijn dat van stedelijk gebied, uiteraard afhankelijk o.a. van de omvang van zonneakker en stad. Bedenk dat een dorp of stad slechts gedeeltelijk uit asfalt bestaat, altijd groen heeft en vaak ook afkoelende waterpartijen.

De auteurs roepen vanwege de PVHI op tot meer empirisch onderzoek aan zonneakkers:

To fully contextualize these findings in terms of global warming, one needs to consider the relative significance of the (globally averaged) decrease in albedo due to PV power plants and their associated warming from the PVHI against the carbon dioxide emission reductions associated with PV power plants. The data presented here represents the first experimental and empirical examination of the presence of a heat island effect associated with PV power plants.

De bevindingen wijzen op een toename van de opwarming door het aanleggen van zonne-akkers. De auteurs roepen daarom op om het belang van de opwarmingseffecten van zonneakkers af te wegen tegen de reductie van CO2-uitstoot. Bij mijn weten is dat nog nergens gedaan. Zonne-akkers zijn politiek ‘hot’ in Nederland. Tegelijkertijd zijn overheden druk in de weer om de UHI opwarming in steden en dorpen tegen te gaan door het aanplanten van meer groen en het aanleggen van waterpartijen. Een bizarre tegenstrijdigheid.

Ik hoop dat de Nederlandse overheden zich dan wellicht de laatste opmerking van de onderzoekers ter harte nemen bij de ontwikkeling van zonneakkers:”An integrated approach to the physical and social dimensions of the PVHI is key in supporting decision-making regarding PV development.” Ik heb daar tot nu toe weinig van gemerkt. Integendeel zelfs: alle rapporten die gemaakt zijn door en voor overheden brengen louter hallelujaverhalen over zonneakkers.  Van een geïntegreerde benadering van de fysische en sociale gevolgen van het ontstaan van zonneakker warmte-eilanden, zoals de onderzoekers aanraden, is vooralsnog geen sprake.  

De volgende keer zoom ik in op een zonne-akker in Nederland die een opmerkelijk warmteprobleem veroorzaakt.