Gdzie najlepiej montować panele solarne? Nowe badania naukowców z WAT

Naukowcy z Wojskowej Akademii Technicznej wykorzystali dane LiDAR i obrazy z dronów do precyzyjnego określenia, gdzie naprawdę opłaca się montować panele fotowoltaiczne. 

Badacze z Wydziału Inżynierii Lądowej i Geodezji WAT: dr inż. Paulina Jaczewska, mgr inż. Hubert Sybilski i mgr Marlena Tywonek, przyjrzeli się panelom działającym w konkretnych lokalizacjach oraz sposobom pomiaru ich wydajności. Na podstawie autorskich badań i obserwacji opracowali efektywną metodę oceny potencjału solarnego budynków. Wykorzystali do tego obrazy z Bezzałogowych Statków Powietrznych (BSP), czyli drony, oraz dane uzyskane z lotniczego skanowania laserowego ALS, znanego jako LiDAR.

Wysoką skuteczność autorskiej metody potwierdziły testy, które zespół przeprowadził na terenie wysoce zurbanizowanym, reprezentowanym w badaniach przez rozbudowany kampus Wojskowej Akademii Technicznej, oraz w terenie o niskim zagęszczeniu budynków – w mazowieckiej wsi Wodziczna. Na tej podstawie badacze z WAT przygotowali szczegółowe mapy, które jasno pokazują potencjalną produkcję energii elektrycznej. Zastosowana metoda pozwoliła na precyzyjne określenie parametrów dachów, takich jak nachylenie i orientacja, a także dokładne oszacowanie ilości promieniowania słonecznego padającego na powierzchnie w ciągu roku.

Uzyskane dane pozwoliły na identyfikację dachów o największym potencjale instalacji paneli fotowoltaicznych. Naukowcy teorię postanowili zestawić z praktyką. W tym celu skorzystali z możliwości sztucznej inteligencji. Wykorzystali techniki głębokiego uczenia w profesjonalnym oprogramowaniu ArcGIS Pro, aby system automatycznie wykrywał na uzyskanych zdjęciach już istniejące instalacje fotowoltaiczne.

Zastosowanie deep learningu umożliwiło sprawną ocenę efektywności tych instalacji – badacze porównali wyniki z map potencjału produkcji energii elektrycznej, czyli z szacunkami, ile prądu wygenerują w danym miejscu systemy PV, z rzeczywistymi wynikami produkcji prądu w poszczególnych budynkach, które brały udział w badaniu.

Zgodnie z wnioskami z badań przeprowadzonych przez zespół z WAT dla wybranych lokalizacji i budynków możliwa jest produkcja prądu, która pokrywa – a często nawet przewyższa – roczne zapotrzebowanie typowego gospodarstwa domowego. Podczas gdy średnie zużycie energii przez polską rodzinę (3–4 osoby) wynosi od 2 do 3,5 MWh rocznie, analiza najbardziej precyzyjnych danych z drona wykazała, że potencjał badanych dachów w Wodzicznej zaczynał się od 3,7 MWh. Oznacza to, że dach domu jednorodzinnego to w rzeczywistości mała elektrownia, która nawet przy minimalnych parametrach oferuje zapas mocy wystarczający do zaspokojenia podstawowych potrzeb energetycznych mieszkańców.

Co ciekawe, opracowana mapa nie tylko wskazuje miejsca, w których opłaca się budować nowe instalacje fotowoltaiczne, ale także pokazuje duży, niewykorzystany potencjał już istniejących budynków. Jego zagospodarowanie mogłoby przyczynić się do znacznego obniżenia rachunków za prąd.

Autorzy udostępnili dodatkowo kod w języku Python, który służy do automatyzacji obliczeń mocy pojedynczego panelu oraz rocznej produkcji energii.

Wyniki wypracowane przez zespół z Wojskowej Akademii Technicznej mogą być wykorzystane zarówno przez każdego posiadacza domu i wspólnoty mieszkaniowe, jak i przez samorządy, deweloperów i inwestorów do lepszego zaplanowania instalacji solarnych, na przykład na budynkach użyteczności publicznej. Rozsądne wykorzystanie zasobów może nam wszystkim zapewnić niezależność energetyczną.

Badanie  opublikowano w artykul „Assessment of the Solar Potential of Buildings Based on Photogrammetric Data” w jednym z renomowanych czasopism z zakresu energii odnawialnej.

Źródło: WAT