Ocena potencjału energii słonecznej w Warszawie z wykorzystaniem modelu r.sun

W pracy przedstawiono założenia metodyczne szacowania potencjału energii słonecznej w Warszawie. Symulacje GIS wykonano na podstawie uproszczonego, trójwymiarowego modelu zabudowy. Główną część obliczeń przeprowadzono dzięki otwartoźródłowemu modułowi r.sun dedykowanemu dla środowiska GRASS-GIS 6.4. Po pozytywnej weryfikacji symulacji testowych ze zdjęciami lotniczymi przystąpiono do stworzenia procedur automatyzacyjnych, które pozwoliły na skrócenie czasu obliczeń. Symulacje przeprowadzono z rozdzielczością 1 m2 dla obszaru ponad 517 km2, na klastrach obliczeniowych uruchamianych w środowisku GNU/Linux. W celu ograniczenia rozmiaru bazy danych rezultaty symulacji dla każdej godziny w roku ograniczono do powierzchni dachów budynków stosując binarną reklasyfikację danych (tj. 0 – obszar zacieniony, 1 – obszar nasłoneczniony). Syntetyczne warunki atmosferyczne parametrów insolacyjnych dla każdej godziny w roku uwzględniano w obliczeniach wartości promieniowania bezpośredniego, rozproszonego i całkowitego dla obszarów nasłonecznionych i zacienionych. Uzyskane wartości stanowiły następnie informację wejściową dla pozostałych modułów udostępnionego on-line kalkulatora energetycznego oceniającego potencjalną produkcję energii, wpływ inwestycji na środowisko oraz efekty ekonomiczne.

This research shows the methodological assumptions related to estimating solar energy potential in Warsaw. All calculations were performed with the use of an open-source “r.sun” model available within the GRASS-GIS 6.4. software. Introductory simulations were validated against airborne images confirming the high quality of model calibration against astronomical and simplified 3D model of buildings in Warsaw. Subsequent automation procedures were created for the GNU/Linux supercomputing clusters in order to reduce computation time. To limit the final size of the database, results for the area of 517,000,000 square meters were clipped to cover the surface of rooftops only, using a binary data type (i.e. 0 – shadow, 1 – sunny areas) and synthetic atmospheric conditions (i.e. taking into account annual changes of sun declination, cloudiness, Linke atmospheric turbidity coefficient, etc.). Such a solution enables the following calculations: direct, diffuse and total solar radiation for every square meter of a building’s surface in Warsaw. The obtained GIS layers were then transformed as input information for other modules of a fully interactive IT-toolbox for estimating solar potential, which allows citizens and decision makers to estimate how much energy they can derive in a specific point from solar panels, when they can expect a return on their investment and how it will affect the natural environment.