Ερευνητική ομάδα του Πανεπιστημίου Tongji στην Κίνα ανέπτυξε ένα νέο μοντέλο για την αξιολόγηση του δυναμικού παραγωγής φωτοβολταϊκής ενέργειας από τα δίκτυα αυτοκινητοδρόμων. Η μέθοδος συνδυάζει την ηλιακή ακτινοβολία, τη μορφολογία του εδάφους και τα χαρακτηριστικά του οδικού δικτύου, ενώ μπορεί να εφαρμοστεί και σε άλλες χώρες, με προσαρμογή των παραμέτρων στις τοπικές συνθήκες.
«Η έρευνα αναπτύσσει ένα μοντέλο που συνδυάζει την ηλιακή ακτινοβολία, το ανάγλυφο του εδάφους και το οδικό δίκτυο, προκειμένου να αξιολογήσει το φωτοβολταϊκό δυναμικό των αυτοκινητοδρόμων», δήλωσε στο pv magazine ο Xiaojun Shen, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης.
Όπως εξήγησε, σε αντίθεση με προηγούμενες μελέτες που περιορίζονταν στον υπολογισμό των διαθέσιμων εκτάσεων, το νέο μοντέλο συνυπολογίζει τους ηλιακούς πόρους, τη σκίαση που προκαλεί το ανάγλυφο και τη γεωγραφική κατανομή των δρόμων, ταξινομώντας τους διαθέσιμους χώρους για την εγκατάσταση φωτοβολταϊκών. Παράλληλα, προτείνει τρία διαφορετικά μοντέλα λειτουργίας, ανάλογα με το εάν οι εγκαταστάσεις βρίσκονται εκτός δικτύου, σε περιοχές με ασθενείς ηλεκτρικές υποδομές ή σε περιοχές με ισχυρά δίκτυα.
Το μοντέλο υπολογίζει την ετήσια δυνητική παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από φωτοβολταϊκά στους αυτοκινητοδρόμους, λαμβάνοντας υπόψη την ηλιακή ακτινοβολία, τις επιπτώσεις του ανάγλυφου και τις διαθέσιμες επιφάνειες εγκατάστασης.
Ειδικότερα, εξετάζει τρεις κατηγορίες χώρων: τις εκτάσεις εκατέρωθεν των δρόμων, συμπεριλαμβανομένων των διαχωριστικών νησίδων και των πρανών, τις δομικές επιφάνειες στις εισόδους και εξόδους των σηράγγων, καθώς και τις στέγες των κτιρίων στους χώρους εξυπηρέτησης των αυτοκινητοδρόμων.
Οι υπολογισμοί περιλαμβάνουν τη γεωμετρία των εγκαταστάσεων, την απόδοση των φωτοβολταϊκών πλαισίων και τις απώλειες του συστήματος. Οι ερευνητές διαμόρφωσαν επίσης τρία μοντέλα αξιοποίησης της παραγόμενης ενέργειας: αυτοκατανάλωση και αποθήκευση του πλεονάσματος σε περιοχές χωρίς σύνδεση με το δίκτυο, υποστήριξη του ηλεκτρικού συστήματος σε περιόδους έλλειψης ενέργειας σε περιοχές με ασθενή δίκτυα και διοχέτευση της πλεονάζουσας παραγωγής στο δίκτυο σε περιοχές με ισχυρές υποδομές.
Για την εφαρμογή του μοντέλου στην Κίνα, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν δεδομένα ηλιακής ακτινοβολίας της NASA για το 2025, μέσω της βάσης NASA POWER, με χωρική ανάλυση 0,5° x 0,5°. Με τη χρήση του λογισμικού ArcGIS προσδιόρισαν τέσσερις ζώνες ηλιακού δυναμικού.
Παράλληλα, κατέταξαν το ανάγλυφο σε τρεις κατηγορίες υψομέτρου: πάνω από 3.000 μέτρα, από 500 έως 3.000 μέτρα και κάτω από 500 μέτρα, εφαρμόζοντας αντίστοιχους συντελεστές διόρθωσης 0,55, 0,75 και 0,95. Στη συνέχεια, χρησιμοποίησαν το λογισμικό OpenCV για να συνδυάσουν τα δεδομένα με το κινεζικό δίκτυο αυτοκινητοδρόμων, συνολικού μήκους 185.000 χιλιομέτρων.
Οι υπολογισμοί βασίστηκαν σε κλίση φωτοβολταϊκών πλαισίων 35 μοιρών, πλάτος διαχωριστικών νησίδων 1,5 μέτρου και πρανών 5 μέτρων. Η απόδοση των πλαισίων ορίστηκε στο 17,5%, με τη συνολική απόδοση μετατροπής να διαμορφώνεται στο 13,66% μετά τον συνυπολογισμό των απωλειών.
«Μας εξέπληξε το γεγονός ότι το πυκνό δίκτυο αυτοκινητοδρόμων της κεντρικής και ανατολικής Κίνας διαθέτει σημαντικό φωτοβολταϊκό δυναμικό, παρότι οι συγκεκριμένες περιοχές έχουν χαμηλότερα επίπεδα ηλιακής ακτινοβολίας σε σύγκριση με τη δυτική Κίνα», ανέφερε ο Shen. Πρόσθεσε, επίσης, ότι η σκίαση λόγω του ορεινού ανάγλυφου περιορίζει σημαντικά την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας στους ορεινούς αυτοκινητοδρόμους, ένας παράγοντας που συχνά παραβλέπεται στις εκτιμήσεις μεγάλης κλίμακας.
Δυναμικό 182 TWh ετησίως
Τα αποτελέσματα της μελέτης δείχνουν ότι το δίκτυο αυτοκινητοδρόμων της Κίνας, μήκους 185.000 χιλιομέτρων, διαθέτει εκτιμώμενο δυναμικό ετήσιας παραγωγής 182 TWh από φωτοβολταϊκά. Η ποσότητα αυτή αντιστοιχεί περίπου στο 1,85% της συνολικής κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας της χώρας το 2025.
Το μεγαλύτερο μέρος του δυναμικού προέρχεται από τις διαθέσιμες εκτάσεις κατά μήκος των αυτοκινητοδρόμων. Ακολουθούν οι στέγες των κτιρίων στους σταθμούς εξυπηρέτησης, ενώ οι δομικές επιφάνειες των σηράγγων συνεισφέρουν λιγότερο από το 0,5% της συνολικής δυνατότητας παραγωγής.
Οι ερευνητές εντόπισαν, ωστόσο, τρεις βασικές προκλήσεις για την ευρύτερη ανάπτυξη φωτοβολταϊκών στους αυτοκινητοδρόμους. Η πρώτη αφορά το υψηλό κόστος εγκατάστασης και τους μεγάλους χρόνους απόσβεσης, που περιορίζουν την οικονομική βιωσιμότητα των έργων. Η δεύτερη σχετίζεται με τις πιθανές επιπτώσεις στα οικοσυστήματα κατά μήκος των δρόμων και τις απαιτήσεις οδικής ασφάλειας. Η τρίτη αφορά τον κατακερματισμό των πιλοτικών έργων, τα οποία αναπτύσσονται μεμονωμένα, χωρίς ενιαίο περιφερειακό σχεδιασμό και συστηματικές διαδικασίες λειτουργίας και συντήρησης.
Στα επόμενα στάδια της έρευνας, η ομάδα σχεδιάζει να εξετάσει την τεχνική και οικονομική αποδοτικότητα συνδυασμένων φωτοβολταϊκών συστημάτων με αποθήκευση στους χώρους εξυπηρέτησης των αυτοκινητοδρόμων. Παράλληλα, θα ενσωματώσει τους περιορισμούς που σχετίζονται με την οδική ασφάλεια, ώστε να διαμορφώσει πρακτικές κατευθυντήριες γραμμές για την εγκατάσταση φωτοβολταϊκών κατά μήκος του οδικού δικτύου.
Τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν στην επιστημονική μελέτη με τίτλο «Photovoltaic generation potential assessment of highway systems based on irradiance–terrain–road network coupling» στο περιοδικό Next Energy.
Πηγή: pv-magazine
