Оваа студија обезбедува клучни резултати за финансиско и урбанистичко планирање, формулирање политики за идни енергетски проекти и, исто така, овозможува да се анализираат различни механизми за промовирање на фотоволтаични инсталации на јавно достапни покриви. Идејата зад предложената методологија е да се изработи веб ГИС систем во кој ќе биде опфатена секоја општина во Македонија и со тоа ќе му се овозможи на секој граѓанин информација од слободен пристап за енергетскиот фотоволтаичен потенцијал кој го има покривот на неговиот објект
Автор: Доц. д-р Ванчо Аџиски, Факултет за природни и технички науки, Универзитет „Гоце Делчев“ - Штип
Важноста на сончевата енергија како глобален извор на енергија се очекува забрзано да расте во наредниов период. Иднината на сончевата енергија изгледа доста светла, особено со застарената и влошена енергетска мрежа и зголемените цени на фосилните горива. Трендот за користење на ваквиот вид енергија генерира и нови потреби за развој на попрецизни методи за процена на сончевиот капацитет кој го апсорбираат покривните конструкции, бидејќи сѐ повеќе домови и компании ја истражуваат можноста за инсталација на мали фотоволтаични (PV) системи на нивните објекти.
Доц. д-р Ванчо Аџиски
Според Обединетите нации (ОН), половина од светското население веќе живее во градови и се предвидува дека истото ќе се зголеми на 60 % до 2050 година. Како резултат на тоа, развојот на урбанистички планови кои обезбедуваат долгорочно проширување на градовите треба да биде приоритет на секоја држава. Енергетските политики на сите земји треба да имаат приоритет на промовирање на транзицијата кон нов енергетски модел базиран на ефикасно користење на електричната енергија и обновливите извори на енергија. Одржливиот развој се однесува на задоволување на сегашните потреби без да се загрози способноста на идните генерации да ги задоволат своите, па поради ова треба да постои напор да се усогласат еколошките, економските и социјалните грижи во рамките на одржливиот развој на заедницата.
За разлика од необновливите извори на енергија, како што се фосилните горива, користењето на обновливите извори на енергија, како што е сончевата енергија, не придонесува за влошување на животната средина.
Повеќе земји се свртуваат кон користење на сончевата енергија за да ги задоволат своите енергетски потреби, искористувајќи го овој извор на енергија со висок потенцијал преку фотоволтаични системи, кои го претвораат сончевото електромагнетно зрачење во електрична енергија. Европската Унија (ЕУ) препорача реформа на енергетскиот систем за да се приспособи на оваа ситуација, па според Директивата 2009/28/ЕC, ЕУ треба да постигне минимум 25 % удел на обновлива енергија во нејзините енергетски производствени капацитети по 2025 година.
За какво истражување се работи?
Во овој научен труд е предложена методологија за процена на соларниот енергетски потенцијал на покривите која се базира на LiDAR технологија (анг. Light Detection and Ranging ) и ГИС софтвер (анг. Geographic Information System-GIS). Предложената методологија е аплицирана на мала територија во Град Скопје и резултатите од студијата се претставени на мапа во која се прикажани покривите кои се најпогодни (оптимални) за инсталирање фотоволтаични (PV) системи. Од оваа мапа беа избрани три случајни покриви за да се извршат мануелни пресметки на бројот на панели што може да се вклопат на нив и потенцијалната излезна електрична енергија на инсталираните PV системи. Оваа студија обезбедува клучни резултати за финансиско и урбанистичко планирање, формулирање политики за идни енергетски проекти и исто така овозможува да се анализираат различни механизми за промовирање на фотоволтаични инсталации на јавно достапни покриви. Идејата зад предложената методологија е да се изработи веб ГИС систем во кој ќе биде опфатена секоја општина во Македонија и со тоа ќе му се овозможи на секој граѓанин информација од слободен пристап за енергетскиот фотоволтаичен потенцијал кој го има покривот на неговиот објект.
Предложената методологија се базира на LiDAR податоци кои се добиени од Агенцијата за катастар на недвижности која од неодамна спроведе проект за целосно снимање на Македонија со помош на LiDAR технологија, со што се добиени детални податоци со висока резолуција кои вклучуваат дигитален теренски модел (анг. Digital Terrain Model-DTM) и дигитален површински модел (анг. Digital Surface Model -DSM) како и point cloud од кој може да се изработат детални 3Д-модели. За потребите на оваа методологија се искористени DTM и DSM моделите кои имаат резолуција од 1 m (што значи дека секој пиксел од моделот во реалноста претставува 1 m2).
За да се направи предложената методологија како инпут во ГИС софтверот (QGIS софтвер со слободна лиценца за користење) покрај претходно споменатите модели, потребно е да се внесе и метеоролошката датотека од анализираната област. EU JRC (European Union Joint Research Centre) ги обезбеди овие податоци преку нивната онлајн услуга TMY (Typical Meteorological Year) која исто така има слободен пристап за користење.
Слика 1. а) Point cloud од анализираната област b) Дигитален теренски модел (DTM) c) Дигитален површински модел (DSM)
Со обработка на DSM и DEM моделите во QGIS софтверот се прави сегментација само на покривите кои се и цел на оваа анализа.
Слика 2. Обработена растерска датотека (лево) која содржи податоци поврзани за покривите (локација, висина, наклон, ориентација итн.). Комбинација на обработената растерска датотека и сателитска снимка (десно) од анализираната област.
Нареден чекор е категоризација во класи на растерската датотека што ќе ни овозможи да ги групираме податоците поврзани за покривите. Овој чекор ја претставува оптимизацијата на предложената методологија, со што ни нуди да ги селектираме само оние покриви што имаат најсоодветна ориентација кон сонцето и наклон за инсталација на фотоволтаичните системи (Слика 3.).
Слика 3. а) Класификација на секој пиксел од растерската датотека во 4 класи (север, исток, југ, запад). б) Класификација на секој пиксел од растерската датотека во 3 класи според наклонот (0-20 степени, 20-40 степени, 40-60 степени)
За зголемување на точноста во лоцирање на овие оптимални области е вклучена и анализата за падот на сенката врз овие покриви, со што се земени предвид и можните сенки кои ги генерираат повисоките објекти врз пониските, со што значително би се намалила ефикасноста на фотоволтаичните системи (Слика 4).
Слика 4. Анализа на падот на сенката во секоја годишна сезона. а) Пролет b) Лето c) Есен d) Зима
Нареден чекор е комбинација на сите обработени растери во QGIS софтверот со што се добива датотека која ги содржи сите потребни податоци (наклон, ориентација, површина, локација, пад на сенка итн.) кои понатаму можеме да ги филтрираме за да ги издвоиме и селектираме само оптималните покриви кои ги задоволуваат потребните критериуми. Главни критериуми што се вметнати во алгоритамот за филтрирање на податоците се: површини кои се над 10 m2, покриви со ориентација од 67.5° до 292.5° и исклучување на покривите со наклон поголем од 600. Од филтрираните податоци се добива финален растер кој ги прикажува само оптималните покриви кои ги задоволуваат претходно споменатите критериуми (Слика 5).
Слика 5. Идентификувани покриви кои се оптимални за инсталирање на фотоволтаични системи
Нареден чекор е изработка на растер датотека во QGIS софтверот за годишната сончева ирадијација на анализираната област со помош на метеоролошката датотека од анализираната област добиена од EU JRC (Слика 6).
Слика 6. Годишната сончева ирадијација на анализираната област
Како последен чекор во QGIS софтверот е правење пресек помеѓу датотеката во која се селектирани само оптималните покриви и годишната сончева ирадијација на анализираната област, со што се добива финален растер со кој може да се направи пресметка за можната потенцијална излезна енергија на инсталираните фотоволтаични системи (Слика 7).
Слика 7. Финален растер за пресметка на потенцијална излезна енергија на инсталираните фотоволтаични системи
Дали има можност предложената методологија да се прошири или да се подобри во некој сегмент?
Секако дека има сегменти кои можат да се подобрат и да се автоматизираат за да бидеме во можност да анализираме поголеми површини како, на пример, цели општини. Во овој момент за да се направи процена на потенцијална излезна енергија на инсталираните фотоволтаични системи, треба да се процени бројот на PV панели што може да се вклопат во секој од селектираните покриви. Оваа операција одзема многу време затоа што треба да се направи рачно. Идното истражување ќе вклучи проширување на методологијата за да се справи со овој процес. Идејата зад овој чекор ќе биде да се развие алгоритам кој ќе може да го пронајде максималниот број на правоаголници (PV панели) што ќе можат да се вклопат во која било дадена форма. Исто така, законската регулатива што го ограничува бројот на инсталирана моќност на приватните и деловните објекти не е обработена бидејќи целта на оваа студија беше да се пресмета целокупниот неискористен потенцијал на покривите врз кои може да се инсталираат овие PV системи за производство на електрична енергија.
Ова на некој начин претставува „соларен катастар“. Каков бенефит би имале граѓаните од информациите што ги нуди оваа студија?
Оваа студија може да биде аплицирана на поголема површина, на пример, цела општина. Бидејќи методологијата се базира на ГИС систем, таа може да биде поставена и на веб-платформа. Со оваа интерактивна веб-платформа секој граѓанин ќе може да го селектира својот покрив и да добие информации за потенцијалот и оптималната површина за инсталација на овие PV системи. Во делот на излезните информации од оваа веб-платформа, во соработка со енергетски експерти, таа може да се прошири во повеќе сегменти. На пример законската регулатива, технички параметри (електрични броила, PV панели, батерии и сл.), времетраење за поврат на инвестицијата итн.
ТУКА можете да ја видите студијата.