Jak solární farmy utvářejí místní klima a vegetaci v suchých oblastech

Vědci z Čínské akademie věd (CAS) zkoumali efekt chladných ostrovů vyvolaný fotovoltaickými rostlinami (CIE) v suchých oblastech a zjistili, že významně ovlivňuje okolní vegetaci, přičemž směr a velikost jeho dopadu se řídí geografickým kontextem a sezónními faktory.

CIE označuje stav, kdy je určitá oblast chladnější než její okolí kvůli rozdílům ve vlastnostech povrchu a energetické bilanci. Ve fotovoltaických elektrárnách k tomu může dojít v důsledku zastínění panelů, snížené-přízemní absorpce slunečního záření, přeměny slunečního světla na elektřinu a zvýšeného odvodu tepla konvekcí.

„Analyzovali jsme osm fotovoltaických elektráren v suchých oblastech Číny pomocí povrchové teploty země Landsat-8, indexu vegetačního rozdílu normalizovaného podle jádra, analýzy pufru a modelování částečných nejmenších čtverců strukturální rovnice (PLS-SEM),“ vysvětlila skupina. "Pro tuto studii bylo vybráno osm fotovoltaických elektráren, které se nacházejí v suchých oblastech Číny, konkrétně v Sin-ťiangu, Vnitřním Mongolsku, Gansu a Qinghai."

Vědci použili data o teplotě povrchu země (LST) z roku 2022, odvozená ze sezónních snímků pořízených Landsatem 8. Tyto datové sady LST byly použity ke kvantifikaci efektu chladného ostrova vyvolaného fotovoltaickou (PV) elektrárnou prostřednictvím dvou klíčových metrik: intenzita chlazení (XD), definovaná jako teplotní rozdíl mezi oblastí FV elektrárny a okolním prostředím, a vzdálenost chlazení (Dist), která popisuje, jak daleko je vliv chlazení (Dist).

Kromě toho byla stejná data z dálkového průzkumu použita k výpočtu vegetačních indexů, zejména kernel{0}}normalizovaného rozdílového vegetačního indexu (kNDVI), k vyhodnocení reakcí vegetace jak v ochlazené zóně, tak v přilehlých oblastech mimo její vliv. To výzkumníkům umožnilo posoudit nejen prostorový rozsah chladicího efektu, ale také jeho ekologický dopad na dynamiku růstu rostlin v různých zónách.

Výsledky ukázaly, že intenzita ochlazení (XD) dosáhla nejvyšší hodnoty 3,1 C v létě ve městě Wuzhong (WZ), zatímco nejnižší hodnota 0,02 C byla pozorována na podzim v Hongshagang Town, Minqin County, provincie Gansu (HSG). Kromě toho efekt chladného ostrova (CIE) nebyl přítomen v určitých obdobích na několika místech, včetně Urad Banner (WLTQ) na jaře, Huanghuatan Town (HHT) na podzim a Hami (HM) v zimě.

Kromě toho výsledky ukázaly, že léto obecně vykazovalo zvýšené hodnoty XD, včetně 2,1 C v Dalad Banner (DLT) a vrcholu 3,1 C ve městě Wuzhong. Naproti tomu zimní podmínky vykazovaly větší prostorovou variabilitu: okres Gonghe (GH) zaznamenal relativně vysoké XD 2,6 °C, zatímco město Huanghuatan a Dalad Banner zůstaly podstatně nižší, a to 0,31 °C a 0,9 °C.

Bylo zjištěno, že napříč všemi osmi studijními místy se chladicí vzdálenost podstatně lišila, v rozmezí od 120 m do 540 m, což zvýrazňuje velké místně specifické rozdíly v prostorovém rozsahu efektu chladného ostrova.

Modelování parciálních strukturních rovnic metodou nejmenších čtverců (PLS-SEM) dále odhalilo, že morfologická složitost je dominantní hnací silou chladicího efektu, zatímco větší velikost fotovoltaické elektrárny má silný potlačující vliv. Bylo zjištěno, že i klimatické podmínky přispívají pozitivně, i když v menší míře. Souhrnně tyto faktory vysvětlily přibližně 63 % pozorovaných změn intenzity a rozsahu ochlazování.

Analýza dále naznačila, že reakce vegetace jsou vysoce heterogenní napříč lokalitami a ročními obdobími v závislosti jak na místních klimatických podmínkách, tak na síle ochlazovacího efektu.

"Navrhli jsme geograficky diferencovaný rámec 'PV CIE–vegetation response'. Střední-měřítko, decentralizované rostliny s vynikající tvarovou složitostí jsou vhodnější v relativně suchých a teplých oblastech," uzavřeli akademici. "Avšak v chladných,-nadmořských výškách může úprava sklonu a snížení hustoty panelů zmírnit rizika vegetace."

Jejich zjištění se objevila v publikaci „Kvantifikace efektu chladného ostrova vyvolaného fotovoltaickou elektrárnou a reakce vegetace v suchých oblastech“, publikované v Ecological Indicators. Na studii přispěli výzkumníci z Čínské akademie věd, čínské Huadian Gansu Energy Corporation, PowerChina Beijing Engineering Corporation a University of Reading ve Spojeném království.