...

Automatyczna identyfikacja możliwych do wykorzystania powierzchni dachowych dla fotowoltaiki

5 lutego 2022
Automatyczna identyfikacja możliwych do wykorzystania powierzchni dachowych dla fotowoltaiki

Szwedzcy naukowcy Mohhamad Aslani i Stephan Seipel opracowali metodologię identyfikacji powierzchni dachowych do oceny możliwości rozmieszczenia instalcji fotowoltaicznych.

Identyfikacja obszarów dachowych odpowiednich do zainstalowania instalacji fotowoltaicznych ma ogromne znaczenie dla planowania energetycznego i określenia potencjalnych zasobów dla fotowoltaiki obiektowej. Posiadanie odpowiednich informacji, precyzujących nadające się do użytku obszary – dachy, może bardzo pomóc w wiarygodnym oszacowaniu możliwej produkcji energii elektrycznej w obszarach zurbanizowanych.

Naukowcy zaproponowali badanie mające na celu opracowanie szczegółowej metodologii obejmującej (a) automatyczną ekstrakcję obrysu budynków, (b) automatyczną segmentację lica dachów oraz (c) automatyczną identyfikację powierzchni użytkowych lica dachów do instalacji infrastruktury fotowoltaicznej. Innowacje w ramach tej pracy polegają na przedstawieniu nowej metody segmentacji powierzchni dachu i nowej metody identyfikacji powierzchni dachowych do wykorzystania.

Dla zademonstrowania skuteczności metodologii wybrano część śródmieścia Göteborga złożoną z terenów zielonych i wysokich budynków o skomplikowanych kształtach. Zgodnie z wynikami eksperymentalnymi, proponowane metody mają wysoki wskaźnik skuteczności wyboru budynków (około 95% poprawności i kompletności) oraz pogrupowania powierzchni dachowych (około 85% kompletności i poprawności). Ponadto wyniki sugerują, że skutki okluzji (okluzja otoczenia jest po prostu symulacją zacienienia spowodowanego przez obiekty blokujące światło znajdujące się w otoczeniau) elementów i nadbudówek dachowych są w sposób zadowalający uwzględniane przy identyfikacji powierzchni dachowych możliwych do wykorzystania. Tak więc metodologia jest praktycznie skuteczna i istotna dla szczegółowych ocen RPV w dowolnych regionach miejskich, w których dostępne są tylko DSM (ang. Design Structure Matrix – macierz struktury projektu to narzędzie do zarządzania projektami, które pomaga w analizie biznesowej i zarządzaniu nimi).

Dachy są przestrzennie niejednorodne w tym sensie, że składają się z wielu głównych powierzchni (połaci dachowych) o różnych nachyleniach, azymutach i odpowiednio różnej ilości promieniowania słonecznego. Zawierają również różne nadbudówki i elementy, od dużej lukarny po mały otwór sanitarny, o różnych kształtach i rozmiarach, które powodują zacienienie i przerwanie ciągłych obszarów głównych powierzchni dachu. Niejednorodność dachów i ich okluzja sprawiają, że identyfikacja odpowiednich obszarów dachowych jest niemałym wyzwaniem.
W związku z tym zagadnieniem przedstawiono nową metodologię szczegółowego przestrzennego zbadania obszarów dachów pod kątem ich przydatności. W tej metodologii nowe rozwiązanie segmentacji płaszczyzn proponuje wyodrębnić niewidoczne powierzchnie dachów budynków z cyfrowych modeli powierzchni (DSM). Dodatkowo sugeruje metodę opartą na operacjach analizy struktury w celu określenia obszarów dachu nadających się do zainstalowania RPV, określanych jako obszary użytkowe. Takie rozwiązanie stwarza możliwość kompleksowej analizy bez konieczności tworzenia modeli miast 3D, które zazwyczaj są niedostępne. Godne uwagi cechy proponowanej metodologii są następujące:

  1. Możliwość zastosowania do dowolnego kształtu budynków wielościennych, ponieważ nie jest oparta na zestawie predefiniowanych parametrycznych modeli budynków.
  2. Uwzględnienie efektów okluzji dachu, zacienienia i nieciągłości głównych powierzchni dachu, w sposób specyficzny dla detalu.
  3. Wykorzystanie cyfrowych modeli powierzchni (DSM) jako jedynych wymaganych danych wejściowych do różnych celów, a mianowicie ekstrakcji budynku, segmentacji płaszczyzny dachu (powierzchni), modelowania napromieniowania słonecznego i identyfikacji obszaru dachu, który można wykorzystać.
  4. Integracja grupowania i wzrostu segmentów wraz z analizą planarności w celu uzyskania solidnej segmentacji płaszczyzn.

Dachowe instalacje fotowoltaiczne zdobyły znaczące miejsce w zaspokajaniu zapotrzebowania na energię w miastach, ponieważ przekształcają budynki w elektrownie bez zajmowania dodatkowych powierzchni gruntu. Dokładne oszacowanie potencjału słonecznego dachów i ich zmienności przestrzennej, które mają kluczowe znaczenie dla planowania energetycznego, pociągają za sobą konieczność znalezienia części dachów, nadającej się do rozmieszczenia instalacji PV. DSM umożliwiają wskazanie tych powierzchni i urealniają ich potencjału.

Mohammad Aslani – Wydział Informatyki i Nauk Geoprzestrzennych, Uniwersytet w Gävle, Gävle, Szwecja.
Stefan Seipel – Wydział Informacji Wizualnej i Interakcji, Wydział Technologii Informacyjnych, Uniwersytet w Uppsali, Uppsala, Szwecja.

Źródło: ScieneDirect

Zaprenumeruj Magazyn Fotowoltaika