ΧΡΗΣΗ GIS ΚΑΙ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗΣ ΓΙΑ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ...
Από RemoteSensing Wiki
Τίτλος: ΧΡΗΣΗ GIS ΚΑΙ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗΣ ΓΙΑ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΤΟ ΘΙΡΟΥ ΝΑΓΚΑΡ, ΠΕΡΙΟΧΗ DINDIGUL, ΝΟΤΙΑ ΙΝΔΙΑ
Πρωτότυπος τίτλος: USING GIS AND REMOTE SENSING TECHNIQUES FOR SOLAR HOTSPOTS INSTALLATION IN THIRU NAGAR, DINDIGUL DISTRICT
Συγγραφείς: N.D.Mani και Penmaya Ningshen
Δημοσιεύθηκε: Φεβρουάριος 2016
Πηγή: https://cutt.ly/MShANHw
1. Εισαγωγή
Η ηλιακή ενέργεια αξιοποιείται ευρέως σε όλο τον κόσμο και σταδιακά αντικαθιστά τις συμβατικές μη ανανεώσιμες πηγές ενέργεια. Επί του παρόντος, ένα από τα πιο απαιτητικά προβλήματα είναι η μεγιστοποίηση της παραγόμενης ενέργειας με πηγή τον ήλιο. Πριν από την εγκατάσταση, η απόφαση για το πού θα τοποθετηθούν οι ηλιακοί συλλέκτες διαδραματίζει κύριο ρόλο στην απόδοση του πάνελ. Αυτή η μελέτη στοχεύει στη διεξαγωγή ανάλυσης της επιλογής τοποθεσίας για εγκατάσταση ηλιακών πάνελ με χρήση Συστημάτων Γεωγραφικών Πληροφοριών (GIS). Η μελέτη εστιάζει στην εγκατάσταση φωτοβολταϊκών (Φ/Β) πάνελ στην οροφή κτιρίων. Στη μελέτη αυτή, χρησιμοποιήθηκαν εικόνες Google Earth για την ψηφιοποίηση των οροφών που είναι δυνητικές θέσεις για τα ηλιακά πάνελ και εξάγονται οι περιοχές καταλληλότητας χρησιμοποιώντας το λογισμικό ArcGIS.
2. Ανασκόπηση Βιβλιογραφίας
Γενικά
Τα τελευταία χρόνια, με την ταχεία πληθυσμιακή αύξηση και τον εκσυγχρονισμό, το μέγεθος των παγκόσμιων ενεργειακών απαιτήσεων έχουν αυξηθεί σε ένα άνευ προηγουμένου επίπεδο. Από τη Βιομηχανική Επανάσταση του 18ου αιώνα, καταναλώνονται κυρίως συμβατικά ορυκτά καύσιμα και, κατά συνέπεια, διάφορα αέρια θερμοκηπίου (π.χ. Co2, CH4, κ.λπ.) εκπέμπονται στην ατμόσφαιρα βλάπτοντας το περιβάλλον. Έτσι οι ανανεώσιμες μορφές ενέργειας προτάσσονται ως το βασικό υποκατάστατο των συμβατικών πόρων, και τώρα πιστεύεται ότι είναι ικανές να καλύψουν μεγάλο μέρος της αυξανόμενης ενεργειακής ζήτησης. Η ηλιακή ενέργεια μεταδίδεται στη γη με τη μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, η οποία αποτελείται από φωτόνια. Η ποσότητα της ακτινοβολίας που φτάνει στην επιφάνεια της γης σε μία συγκεκριμένη χρονική περίοδος ποικίλλει ανάλογα με την παγκόσμιους, τοπικούς, χωρικούς, χρονικούς και μετεωρολογικούς παράγοντες. Γι’ αυτό μία ακριβής εκτίμησή της διαδραματίζει καθοριστικό ρόλο στη μελέτη εγκατάστασης Φ/Β συστημάτων, ειδικότερα στον καθορισμό της βέλτιστης θέσης τους. Και αυτό διότι η κατάλληλη τοποθέτηση ηλιακών πλαισίων είναι επωφελής όχι μόνο οικολογικά αλλά και οικονομικά.
Η ενεργειακή κατάσταση στην Ινδία
Η κατανάλωση ενέργειας στην Ινδία είναι η τέταρτη μεγαλύτερη στον κόσμο μετά την Κίνα, τις ΗΠΑ και τη Ρωσία. Περίπου το 70% της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας της χώρας προέρχεται από ορυκτά καύσιμα. Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές υπολογίζεται σε 147615 MW (αιολική 69,6%, μικρά υδροηλεκτρικά 13,38%, βιομάζα 15%, στοιχεία 2015).
Φωτοβολταϊκα συστήματα
Τα Φ/Β συστήματα αποτελούνται από φωτοβολταϊκά ηλιακά πάνελ εγκατεστημένα σε στέγες ή τοποθετημένα σε στύλους στο έδαφος. Λειτουργούν με ηλιακό φως/φωτόνια που χτυπούν ένα φωτοβολταϊκό στοιχείο και το ηλεκτρικό ρεύμα παράγεται με τη διέγερση ηλεκτρονίων (αρνητικά φορτία). Συνήθως, ένα Φ/Β σύστημα αποτελείται από μια σειρά συλλεκτών πάνελ, καλώδια και μπαταρίες, συσκευές που μετατρέπουν το παραγόμενο συνεχές ρεύμα σε εναλλασσόμενο (AC), το οποίο χρησιμοποιείται για την οικιακή τροφοδοσία. Διακρίνονται σε συνδεδεμένα με το κεντρικό ηλεκτρικό δίκτυο ή αυτόνομα(δίνουν κατευθείαν την ενέργεια στον καταναλωτή). Στον παρακάτω πίνακα φαίνονται κάποια πλεονεκτήματα και μειονεκτήματά τους.
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα φωτοβολταϊκών
Πλεονεκτήματα
- Μειωμένο κόστος συντήρηση
- Απουσία εξωτερικής λειτουργική υποστήριξη
- Ιδανικό για απομακρυσμένες περιοχές
- Λιγότερο κόστος κύκλου ζωής
Μειονεκτήματα
- Υψηλό αρχικό κόστος εγκατάστασης
- Θέματα συντήρησης μπαταριών
- Πιθανή ρύπανση από κατασκευαστικά λάθη
- Αδυναμία παραγωγής όταν δεν υπάρχει ήλιος (σκιά, συννεφιά, νύχτα)
3. Μελέτη
Σκοπός
Οι κύριοι στόχοι της παρούσας μελέτης είναι:
- Να εντοπιστούν οι στέγες και επιλεχθεί η πιθανή περιοχή εγκατάστασης των Φ/Β
- Να υπολογιστεί το εμβαδό ηλιακού δυναμικού
- Να υπολογιστεί η ηλιακή ακτινοβολία της περιοχής
- Να υπολογιστεί η ποσότητα ενέργειας που παράγεται από το ηλιακό πάνελ
- Να εξακριβωθεί η παραγόμενη ενέργεια κάθε στέγης.
Μεθοδολογία
Η μεθοδολογία που επιλέχτηκε περιλαμβάνει ψηφιοποίηση των οροφών των κτιρίων και επιλογή της περιοχής τους με ηλιακό δυναμικό, ικανό να παράγει το μεγαλύτερο ποσό ενέργειας. Δεδομένα για την ημερήσια και ετήσια ηλιακή ακτινοβολία αντλήθηκαν από το διαδίκτυο. Τέλος, αφού έγιναν οι παραπάνω διαδικασίες, με απλοποιημένες πράξεις μεταξύ του εμβαδού των Φ/Β που εγκαθίστανται και της μέσης ηλιακής ακτινοβολίας υπολογίστηκε η τελική παραγόμενη ενέργεια.
Περιοχή μελέτης
Η περιοχή που επιλέχθηκε για αυτήν τη μελέτη είναι το Thirunagar, στην περιοχή Chinnalapatti Dindigul, στο Tamil Nadu. Βρίσκεται μεταξύ 77o.92’E & 77o.92’E και 10 o.27’N & 10 o.27’N. Εκεί βρίσκονται 53 κτίρια. Η επιλογή της οροφής για την εγκατάσταση βασίστηκε στην έκταση που δέχεται το περισσότερο ηλιακό φως λαμβάνοντας υπόψη τις σκιάσεις και τον τύπο της στέγης.
Δεδομένα και λογισμικό
Τα δεδομένα που χρησιμοποιούνται στην παρούσα μελέτη είναι εικόνες του Google Earth που μεταφορτώθηκαν μέσω του El-Shayal Smart Web on Line Software με ανάλυση 2,5m, την 29η Σεπτεμβρίου 2015 και δεδομένα που προέρχονται από το διαδικτυακό εργαλείο PVWATTS του ιστοτόπου του National Renewable Energy Laboratory. Τα βασικά λογισμικά που χρησιμοποιήθηκαν στη μελέτη είναι:
- ArcGIS : χρησιμοποιήθηκε για την ψηφιοποίηση της στέγης, για την εύρεση της περιοχής εγκατάστασης στην κάθε στέγη και για τον σχεδιασμό του χάρτη.
- ERDAS Imagine : χρησιμοποιήθηκε για τη σύνθεση των εικόνων διαφορετικών κλίσεων, ληφθέντων από Google.
Περιορισμοί
Δεν υπήρχαν διαθέσιμα δεδομένα LiDAR για την περιοχή μελέτης. Καθώς οι περισσότερες μελέτες για ηλιακή ενέργεια πραγματοποιούνται με χρήση δεδομένων LiDAR, λήφθηκαν υπόψη περιορισμένα κριτήρια σε αυτή την περίπτωση.
4. Αποτελέσματα
Χάρτες ηλιακής ακτινοβολίας
Τα δεδομένα που αφορούν την ηλιακή ακτινοβολία συλλέχθηκαν από το site NREL (National Renewable Energy Laboratory) για την περιοχή μελέτης.
Έπειτα υπέστησαν επεξεργασία στο πρόγραμμα ArcGIS χρησιμοποιώντας εικόνες της περιοχής από το Google Earth.
Σύμφωνα με τον παραπάνω χάρτη βρέθηκε πως η ηλιακή ακτινοβολία για τις οροφές είναι 7.5 Kwh. Αλλά επειδή υπάρχουν απώλειες, η τελική μέση τιμή είναι 5.6 Kwh παραγόμενης ενέργειας.
Υπολογισμός εμβαδού οροφών
Η περιοχή ηλιακού δυναμικού της κάθε οροφής υπολογίζεται στο ArcGIS με βάση την ψηφιοποίηση που έγινε στο προηγούμενο βήμα. Το αποτέλεσμα φαίνεται στην παρακάτω εικόνα:
Για την εξαγωγή των αποτελεσμάτων χρησιμοποιήθηκαν οι παρακάτω εξισώσεις:
Μέση παραγόμενη ημερήσια ενέργεια = εμβαδό ηλιακού δυναμικού * μέση ημερήσια ακτινοβολία Συνολική παραγόμενη ετήσια ενέργεια = εμβαδό ηλιακού δυναμικού * 6,013 (συνολική ετήσια παραγωγή ενέργειας (Kwh) ανά τετραγωνικό)
Το πόρισμα αυτής της μελέτης δείχνει ότι η συνολική έκταση και των 53 στεγών που είναι ικανές για εγκατάσταση ηλιακών πάνελ είναι 2642,89 m2, η ενέργεια που παράγεται ανά ημέρα από όλα τα ηλιακά panel είναι 14985,19 kWh, και για ένα έτος θα είναι 15.645.908,8 kWh. Το κόστος κάθε πάνελ κυμαίνεται μεταξύ 75000-90000 ρουπίες Ινδίας (900-1000 euro) ανάλογα με την αποτελεσματικότητά του.
5. Συμπεράσματα
Αυτή η μελέτη πραγματοποιήθηκε με χρήση εικόνων Google Earth και δεδομένων από τη διαδικτυακή πλατφόρμα NREL για μετρήσεις ακτινοβολίας. Περιγράφηκε η αξία των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στη σύγχρονη εποχή και δόθηκε έμφαση στην εγκατάσταση Φ/Β, μια λύση ταυτόχρονα περιβαλλοντικά φιλική αλλά και οικονομικά αποδοτική. Αφού ψηφιοποιήθηκαν οι οροφές και εντοπίστηκε η επιφάνειά τους με την μεγαλύτερη έκθεση σε ακτινοβολία, υπολογίστηκε η συνολική ενέργεια που μπορούν να παράγουν. Τέλος αξίζει να αναφερθεί η καταλυτική συμβολή του επιστημονικού τομέα της τηλεπισκόπησης για την περάτωση αυτής της μελέτης. Συγκεκριμένα, χρησιμοποιήθηκαν δορυφορικές εικόνες διαθέσιμες μέσω του Google Earth, έπειτα αυτές επεξεργάστηκαν καταλλήλως με το λογισμικό ArcGIS, ώστε να εντοπιστούν οι διαθέσιμες οροφές, να υπολογιστούν τα εμβαδά τους και να βρεθεί η καταλληλόλητά τους σχετικά με την δεχόμενη ακτινοβολία της κάθε μίας. Επίσης τα στοιχεία ηλιακής ακτινοβολίας της περιοχής επεξεργαστήκαν καταλλήλως στο πρόγραμμα. Όλα τα παραπάνω από την άνεση του ηλεκτρονικού υπολογιστή χωρίς να χρειαστεί επιτόπια ερεύνα.
