Jak farmy słoneczne kształtują lokalny klimat i roślinność w suchych regionach

Naukowcy z Chińskiej Akademii Nauk (CAS) zbadali wywołany przez rośliny fotowoltaiczne efekt chłodnej wyspy (CIE) w suchych regionach i odkryli, że znacząco wpływa on na otaczającą roślinność, a kierunek i wielkość jego wpływu zależą od kontekstu geograficznego i czynników sezonowych.

CIE odnosi się do stanu, w którym określony obszar jest chłodniejszy niż jego otoczenie ze względu na różnice we właściwościach powierzchni i bilansie energetycznym. W instalacjach fotowoltaicznych może to wynikać z zacienienia paneli, zmniejszonej-absorpcji światła słonecznego na poziomie gruntu, konwersji światła słonecznego na energię elektryczną i zwiększonego konwekcyjnego rozpraszania ciepła.

„Przeanalizowaliśmy osiem elektrowni fotowoltaicznych w suchych regionach Chin, wykorzystując temperaturę powierzchni gruntu za pomocą satelity Landsat-8, znormalizowany wskaźnik wegetacji jądra, analizę buforu i modelowanie równań strukturalnych metodą najmniejszych kwadratów (PLS-SEM)” – wyjaśniła grupa. „Do tego badania wybrano osiem elektrowni fotowoltaicznych, które są zlokalizowane w suchych regionach Chin, szczególnie w Xinjiangu, Mongolii Wewnętrznej, Gansu i Qinghai”.

Naukowcy wykorzystali dane dotyczące temperatury powierzchni ziemi (LST) z 2022 r. pochodzące ze zdjęć sezonowych zarejestrowanych przez satelitę Landsat 8. Te zbiory danych LST wykorzystano do ilościowego określenia efektu chłodnej wyspy wywołanej przez instalacje fotowoltaiczne (PV) za pomocą dwóch kluczowych wskaźników: intensywności chłodzenia (XD), zdefiniowanej jako różnica temperatur między obszarem elektrowni fotowoltaicznej a otaczającym ją środowiskiem, oraz odległości chłodzenia (Dist), która opisuje, jak daleko wpływ chłodzenia rozciąga się na zewnątrz od instalacji.

Ponadto te same dane teledetekcyjne wykorzystano do obliczenia wskaźników roślinności, zwłaszcza-znormalizowanego wskaźnika roślinności różnicowej w jądrze (kNDVI), w celu oceny reakcji roślinności zarówno w strefie chłodzonej, jak i na obszarach przyległych znajdujących się poza jej wpływem. Umożliwiło to naukowcom ocenę nie tylko zasięgu przestrzennego efektu chłodzenia, ale także jego wpływu ekologicznego na dynamikę wzrostu roślin w różnych strefach.

Wyniki wykazały, że intensywność chłodzenia (XD) osiągnęła najwyższą wartość 3,1 C latem w mieście Wuzhong (WZ), natomiast najniższą wartość 0,02 C zaobserwowano jesienią w mieście Hongshagang w hrabstwie Minqin w prowincji Gansu (HSG). Ponadto efekt chłodnej wyspy (CIE) nie występował w niektórych porach roku w kilku lokalizacjach, w tym w Urad Banner (WLTQ) wiosną, w mieście Huanghuatan (HHT) jesienią i w Hami (HM) zimą.

Co więcej, wyniki wykazały, że w lecie generalnie występowały podwyższone wartości XD, w tym 2,1 C w Dalad Banner (DLT) i szczytowe 3,1 C w mieście Wuzhong. Natomiast warunki zimowe wykazały większą zmienność przestrzenną: w hrabstwie Gonghe (GH) odnotowano stosunkowo wysoką temperaturę XD wynoszącą 2,6°C, podczas gdy w miastach Huanghuatan i Dalad Banner pozostały znacznie niższe, odpowiednio 0,31°C i 0,9°C.

Stwierdzono, że we wszystkich ośmiu lokalizacjach objętych badaniem odległość chłodzenia znacznie się różniła i wahała się od 120 m do 540 m, co uwydatnia specyficzne dla dużych obszarów-różnice w zakresie przestrzennym efektu chłodnej wyspy.

Modelowanie równań strukturalnych metodą cząstkowych najmniejszych kwadratów (PLS-SEM) ujawniło ponadto, że złożoność morfologiczna jest dominującym czynnikiem powodującym efekt chłodzenia, podczas gdy większy rozmiar instalacji fotowoltaicznej wywiera silny wpływ tłumiący. Stwierdzono, że warunki klimatyczne również mają pozytywny wpływ, choć w mniejszym stopniu. Łącznie czynniki te wyjaśniają około 63% zaobserwowanych zmian w intensywności i zakresie chłodzenia.

Analiza dodatkowo sugeruje, że reakcje roślinności są bardzo zróżnicowane w zależności od miejsca i pory roku, w zależności zarówno od lokalnych warunków klimatycznych, jak i siły efektu chłodzenia.

„Zaproponowaliśmy zróżnicowane geograficznie ramy «reakcji roślinności na energię fotowoltaiczną CIE». Zdecentralizowane elektrownie średniej-o większej złożoności kształtu są preferowane w stosunkowo suchych i ciepłych regionach” – podsumowali naukowcy. „Jednak na zimnych obszarach-na dużych wysokościach regulacja nachylenia i zmniejszenie gęstości paneli może zmniejszyć ryzyko roślinności”.

Wyniki ich badań ukazały się w artykule „Ilościowe określenie efektu chłodnej wyspy wywołanej elektrownią fotowoltaiczną i reakcji roślinności w suchych regionach” opublikowanym w czasopiśmie Ecoological Indicators. W badaniu wnieśli swój wkład naukowcy z Chińskiej Akademii Nauk, chińskiej firmy Huadian Gansu Energy Corporation, PowerChina Beijing Engineering Corporation i brytyjskiego Uniwersytetu w Reading.