【瑞竣電子報】No.0152 「數位地表模型」提供打造綠能城市良好後盾

2017/11/09 | 電子報No.0152期 | Darren 崔穎奇

衛星監控一直是各國太空競爭的重點,衛星影像擁有快速、大範圍蒐集的優點,隨著技術進步,衛星影像也不斷在追求更高的解析度,而公分級的衛星影像,帶來衛星監控產業不同以往的視野,我們更可以利用高解析度的衛星影像產製出精細的衛星影像、數值地形及3D Model等。Vricon 3D利用多時序的影像產製全球化高精度數值地面模型,產製過程萃取大量影像匹配DSM(Digital Surface Model),其中含有城市建物的三維資料是一大特色。

VRICON 3D 台北市一景

綠能產業蓬勃發展,帶頭的太陽能產業發展出各式各樣的發電模組,值得關注的重點是,近年來半導體材料技術日新月異,太陽能光電板的轉換效率不斷提升,且太陽能光電板的價格逐漸下降,一般民生家庭逐漸可以負擔得起,行政院也指出,住戶屋頂架設太陽光電板有四大好處,一、改善屋頂景觀雜亂現象;二、安全強化,不因颱風把屋頂吹掉;三、頂樓隔熱效果變好;四、漏水問題可解決。不過價格與發電效率的評估是很主觀的,很多人一定會問說,我家的屋頂適不適合架設太陽能板,裝了真的會比現況更值得嗎?種種的原因讓人們想往綠能發展盡一份心力時,侷限於現實的考量。今天我們由地圖出發,從地圖中挖掘黃金,找出土地上太陽光電的潛能。

太陽能是最直接的綠色能源,國際上也越來越多例子依靠太陽能發電作為主要的輔助電力來源,德國及丹麥都是很有名的綠能發展國家,利用太陽能、風力及水力替代傳統火力發電達年用電量30%以上。台灣中南部有良好的太陽能環境,在政府種電政策鼓勵之下,一些不適合耕作的土地如鹽分過高、地層下陷的地區轉變為太陽能發電區域(如下圖);或是將土地一地兩用,如雞棚養雞用地之屋頂設置太陽能板作為綜合功能用地,這些都是太陽能發電可發揮的地方。但其實現在更好的方式為利用台灣相當多的建築屋頂架設太陽能板,既不占用珍貴的土地,即地即用的優勢,享受原已架設好的饋線配電系統,可降低能源傳輸的損耗。

種電政策下的農地鋪設太陽能版

若要特定建築須發展綠能利用,最重要的前提是找到好的太陽能板架設之屋頂條件。前面提到Vricon 3D 擁有全球化的DSM,台灣地區則已有2016年份的DSM及3D Model,整體資料時間相當新,未來也有利於規劃城市發展。好的屋頂條件,即是對太陽能發電上有著不錯的優勢,我們可利用Vricon的 DSM辦到不用爬上任何梯子,就可以知道樓頂屋頂的太陽能潛力。算出每一棟樓屋頂的日輻射量,就可以進一步推算太陽能板架設完成後,該樓頂可生產的太陽能電力總值,如此一來各個的屋頂適合安裝哪種、面積多大的太陽能板,回收效益等資訊都可以更準確的估計了。

世貿中心日照輻射量圖

要如何得到地表的日照,比較常用的方式是:

1.

計算各個季節太陽日照時間的總和:考慮太陽照射的角度與時間,太陽照射時間與強度會產生不同計量的輻射量。

2.

地球接受日照輻射的影響:隨著地形起伏影響到不同程度的照射,地表吸收到的輻射量也就不盡相同了,我們經由高精度的DSM萃取出城市樓建物的光照射結果,因太陽不同角度照射產生各角度陰影,建物高度不同,樓與樓之間相互影響,不同時段建物間的遮蔽影響,這些因素決定地表接收日照的多寡

經過上述的步驟,我們得到了下圖的太陽日照輻射量圖,分層設色圖顯示了每個屋頂的日照輻射量,顏色越亮黃,輻射量越高,反之越接近暗橘色,代表輻射量越低,受日照的程度也就越少。

台北市日照輻射量圖

我們優先以台北市區內做研究,計算出台北市建物屋頂最多年日照總輻射量的屋頂每平方公尺高達1,700瓩小時(kWh),而平均量約為1,250瓩小時(kWh),然而日輻射量並非就是發電量,(施華,2009)中統計出全台城市的平均日輻射量與發電量的差異,其中台北市平均發電量約為平均日輻射量的70%,所以台北市無遮蔽的屋頂一年發電量約1,190瓩小時。若平均每1瓩的設置費用約71,000元(經濟部能源局),設置5瓩是355,000元,而依據 106 年度再生能源躉購費率(採用高效能模組之屋頂型)6.4695 元/度來計算,台北市無遮蔽的屋頂設置5瓩太陽能板約10年後可開始回收成本(不考慮耗材和損失),而大多的台北的屋頂太陽能板約13年後開始回本。

高雄世運主館的太陽能板屋頂 (WorldView-2)

我們經由高精度的Vricon DSM得到屋頂的日照輻射量,意味著每個屋頂的太陽能潛力,期望給有計畫想架設屋頂太陽能板的屋主,可以有更精準的參考。行政院長賴清德日前也表示,為了於2025年邁向非核家園,再生能源發電配比將達20%,藉「綠能屋頂全民參與行動計畫」,推動產業與住商家戶屋頂架設太陽能板,或許可以因為綠能發電的幫助,有利緩解季節性的尖峰用電。當然,發電估算還能做的更好。假設今天有雲,太陽沒出來,下雨天、颱風天及陰天等等因素,都會影響太陽能板的發電效率,目前我們估算方法尚未列入天氣的影響,在台灣多雨的環境,天氣也是不可忽視的考量之一,若對本文的內容有更多興趣,歡迎與我們聯絡。

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Darren

任職於空間圖資事業部,試著從地圖中尋找秘密,熱愛大自然及享受大自然帶來的美好。