Έρευνα ανάλυσης του θερμικού περιβάλλοντος φωτοβολταϊκών εγκαταστάσεων βάσει τηλεπισκοπικών εικόνων
Από RemoteSensing Wiki
Έρευνα ανάλυσης του θερμικού περιβάλλοντος φωτοβολταϊκών εγκαταστάσεων βάσει τηλεπισκοπικών εικόνων
Research on thermal environment analysis of photovoltaic power plants based on remote sensing images
Συγγραφείς: HongLiang Cheng, He Huang, Junxing Yang, Ran Pang, JunYang Bian
Έτος δημοσίευσης: 2023
Πηγή: [ https://isprs-archives.copernicus.org/articles/XLVIII-1-W2-2023/1343/2023/ ]
Αντικείμενο
Το άρθρο εξετάζει συστηματικά τις θερμικές επιπτώσεις μεγάλων φωτοβολταϊκών σταθμών στο φυσικό περιβάλλον, αξιοποιώντας συνδυασμό δορυφορικών δεδομένων τηλεπισκόπησης από τον κινεζικό δορυφόρο Gaofen-1 (GF-1) και τον αμερικανικό Landsat-8. Βασικός στόχος της μελέτης είναι να διερευνηθεί κατά πόσο η εγκατάσταση φωτοβολταϊκών πάρκων προκαλεί μετρήσιμες αυξήσεις της θερμοκρασίας επιφάνειας εδάφους (Land Surface Temperature – LST) και πώς αυτές σχετίζονται με αλλαγές στη χρήση/κάλυψη γης.
Η εργασία λαμβάνει ως περιοχή έρευνας την περιοχή όπου βρίσκονται φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις στην κομητεία Quyang, στην επαρχία Hebei της Κίνας, καθώς και τα γύρω βουνά, σε μια περίοδο 8 ετών από το 2013 έως το 2020, πριν και μετά την κατασκευή τους.
Η περιοχή μελέτης περιλαμβάνει πεδινές ημιάνυδρες αλλά και ορεινές εκτάσεις, στις οποίες αναπτύχθηκαν μεγάλης κλίμακας φωτοβολταϊκοί σταθμοί. Οι περιοχές αυτές χαρακτηρίζονται από σχετικά αραιή φυσική βλάστηση, γεωργικές εκτάσεις, έντονη ηλιακή ακτινοβολία και σημαντικές μεταβολές χρήσης γης κατά την περίοδο ανάπτυξης των φωτοβολταϊκών έργων.
Το χρονικό εύρος της μελέτης είναι κρίσιμο, καθώς μειώνει την επίδραση της διακύμανσης του καιρού και επιτρέπει την απομόνωση της επίδρασης των φωτοβολταϊκών εγκαταστάσεων από τις φυσικές κλιματικές τάσεις.
Μεθοδολογία
Όσον αφορά τα δορυφορικά δεδομένα, η μελέτη βασίζεται σε συνδυασμό δεδομένων διαφορετικής χωρικής και φασματικής ανάλυσης. Από τον Gaofen-1 (GF-1) εκμεταλλεύεται την υψηλή χωρική ανάλυση (έως ~2m στα παγχρωματικά κανάλια), ώστε να χαρτογραφηθούν οι χρήσεις/καλύψεις γης, να οριοθετηθούν τα φωτοβολταϊκά πάρκα και να ανιχνευθούν οι αλλαγές στη βλάστηση και το έδαφος. Από τον Landsat-8, αξιοποιεί τα οπτικά και θερμικά κανάλια ώστε να υπολογιστούν οι δείκτες βλάστησης (NVDI) και οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας επιφάνειας εδάφους (LST).
Η LST υπολογίζεται από τα θερμικά κανάλια του Landsat-8 μέσω αλγορίθμων τηλεπισκόπησης, οι οποίοι περιλαμβάνουν μετατροπή της ψηφιακής τιμής (DN) σε ακτινοβολία, υπολογισμό θερμοκρασίας φωτεινότητας (brightness temperature) και διόρθωση της εκπομπής (emissivity correction) βάσει των δεικτών βλάστησης (NDVI), λαμβάνοντας υπόψη τον τύπο χρήσης/κάλυψης γης. Oι ερευνητές λαμβάνουν υπόψιν την έκταση των φωτοβολταϊκών πάρκων, τις περιμετρικές ζώνες γύρω από αυτά και κάποιες ευρύτερες περιοχές αναφοράς φυσικού ενδιαφέροντος, συναρτήσει του χρονικού εύρους της μελέτης. Χρησιμοποιούν αναλυτικά στατιστικά μεγέθη (μέσες τιμές, διαφορές, χωρική κατανομή) για την ποσοτικοποίηση των αλλαγών της LST και τη συσχέτισή τους με την αλλαγή χρήσης/κάλυψης γης.
Αποτελέσματα
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι, μετά την εγκατάσταση των φωτοβολταϊκών πάρκων, η μέση θερμοκρασία εδάφους (LST) εντός των πάρκων αυξήθηκε αισθητά σε σύγκριση με την προγενέστερη κατάσταση, καθώς και ότι η LST είναι υψηλότερη εντός των φωτοβολταϊκών εκτάσεων σε σχέση με τις γύρω περιοχές. Οι αυξήσεις της LST αποδίδονται κυρίως στην αντικατάσταση της φυσικής βλάστησης από τεχνητές επιφάνειες λόγω της μειωμένης ανακλαστικότητας που παρουσιάζουν τα ηλιακά πάνελ σε σχέση με τη βλάστηση, καθώς και στη μειωμένη εξατμισοδιαπνοή λόγω απώλειας βλάστησης.
Η αύξηση της LST δεν είναι ομοιόμορφη, εμφανίζει σαφή χωρική αύξηση εντός των ορίων των πάρκων και μειώνεται σταδιακά με την απόσταση από τις εγκαταστάσεις. Αυτό υποδηλώνει ότι το θερμικό αποτύπωμα των φωτοβολταϊκών είναι κυρίως τοπικό, αλλά με σαφή ανιχνεύσιμη ένταση από δορυφορικά δεδομένα.
Η ανάλυση των χρήσεων γης δείχνει ότι οι περιοχές όπου αφαιρέθηκε φυσική βλάστηση και εγκαταστάθηκαν πάνελ παρουσιάζουν τη μεγαλύτερη αύξηση LST, ενώ οι περιοχές με μερική διατήρηση βλάστησης εμφανίζουν μικρότερες μεταβολές. Αυτό ενισχύει το συμπέρασμα ότι η αλλαγή χρήσης/κάλυψης γης αποτελεί τον βασικό μηχανισμό αύξησης της θερμοκρασίας.
Συμπεράσματα
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι υπάρχει σημαντική θετική συσχέτιση μεταξύ της εγκατάστασης φωτοβολταϊκών σταθμών και της αύξησης της μέσης θερμοκρασίας της επιφάνειας του εδάφους (LST) υπό συγκεκριμένες γεωγραφικές και χρονικές συνθήκες. Οι φωτοβολταϊκοί σταθμοί αναγνωρίζονται ως ένας από τους παράγοντες που συμβάλλουν στην αύξηση της θερμοκρασίας, ειδικά σε ορεινές περιοχές, παρουσιάζοντας χαρακτηριστικά κλασσικού φαινομένου θερμικής νησίδας. Οι ερευνητές τονίζουν ότι η τηλεπισκόπηση επιτρέπει αντικειμενική, διηνεκή και χωρικά εκτενή αξιολόγηση των χωρικών και θερμικών δεδομένων, είναι ιδιαίτερα κατάλληλη για μεγάλες και δυσπρόσιτες περιοχές, καθώς και συμπληρώνει τις επιτόπιες μετρήσεις του εκάστοτε μικροκλίματος. Ακόμη και μέτριες αυξήσεις της LST μπορούν να ανιχνευθούν αξιόπιστα από δορυφόρους, εφόσον χρησιμοποιούνται πολυχρονικά δεδομένα και κατάλληλες τεχνικές. Τέλος, προτείνονται ενδεικτικά μέτρα πρόληψης αύξησης της LST στην περιοχή μιας φωτοβολταϊκής εγκατάστασης, όπως η αύξηση της απόστασης μεταξύ των επιμέρους φωτοβολταϊκών πάνελς, ώστε να αυξηθεί η ανακλαστικότητα της ηλιακής ακτινοβολίας στην περιοχή της εγκατάστασης, αλλά και η μείωση της απόστασης της φωτοβολταϊκής εγκατάστασης από την πέριξ φυσική βλάστηση ή την αρτοτραία γη, ώστε να αντισταθμιστεί η αυξημένη LST του σταθμού με την μειωμένη LST της περιοχής με βλάστηση.
