Hoe zonneparken het lokale klimaat en de vegetatie in droge gebieden vormgeven

Onderzoekers van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) hebben het door fotovoltaïsche planten geïnduceerde cool island effect (CIE) in droge gebieden onderzocht en ontdekten dat dit de omringende vegetatie aanzienlijk beïnvloedt, waarbij de richting en omvang van de impact ervan wordt bepaald door geografische context en seizoensfactoren.

CIE verwijst naar een toestand waarin een specifiek gebied koeler is dan de omgeving vanwege verschillen in oppervlakte-eigenschappen en energiebalans. In PV-installaties kan dit optreden als gevolg van schaduw op panelen, verminderde zonne-absorptie op grond-niveau, omzetting van zonlicht in elektriciteit en verbeterde convectieve warmteafvoer.

"We hebben acht PV-installaties in de droge gebieden van China geanalyseerd met behulp van Landsat-8 landoppervlaktemperatuur, kernel-genormaliseerde verschilvegetatie-index, bufferanalyse en gedeeltelijke kleinste kwadraten structurele vergelijkingsmodellering (PLS-SEM)", legde de groep uit. "Voor dit onderzoek zijn acht PV-energiecentrales geselecteerd, die zich in de droge gebieden van China bevinden, met name in Xinjiang, Binnen-Mongolië, Gansu en Qinghai."

De wetenschappers gebruikten gegevens over de landoppervlaktetemperatuur (LST) uit 2022, afgeleid van seizoensbeelden vastgelegd door de Landsat 8. Deze LST-datasets werden gebruikt om het door fotovoltaïsche (PV) planten geïnduceerde cool island-effect te kwantificeren aan de hand van twee belangrijke meetgegevens: koelintensiteit (XD), gedefinieerd als het temperatuurverschil tussen het gebied van de PV-installatie en de omringende omgeving, en koelafstand (Dist), die beschrijft hoe ver de koelinvloed zich naar buiten uitstrekt vanaf de installatie.

Bovendien werden dezelfde teledetectiegegevens gebruikt om vegetatie-indexen te berekenen, met name de kernel-genormaliseerde verschilvegetatie-index (kNDVI), om de vegetatiereacties te evalueren, zowel binnen de gekoelde zone als in aangrenzende gebieden buiten de invloed ervan. Hierdoor konden de onderzoekers niet alleen de ruimtelijke omvang van het koeleffect beoordelen, maar ook de ecologische impact ervan op de dynamiek van de plantengroei in verschillende zones.

De resultaten toonden aan dat de koelintensiteit (XD) de hoogste waarde van 3,1 C bereikte in de zomer in Wuzhong City (WZ), terwijl de laagste waarde van 0,02 C werd waargenomen in de herfst in Hongshagang Town, Minqin County, Gansu Province (HSG). Bovendien was het cool island effect (CIE) in bepaalde seizoenen op verschillende locaties niet aanwezig, waaronder Urad Banner (WLTQ) in de lente, Huanghuatan Town (HHT) in de herfst en Hami (HM) in de winter.

Bovendien gaven de resultaten aan dat de zomer over het algemeen verhoogde XD-waarden vertoonde, waaronder 2,1 C in Dalad Banner (DLT) en een piek van 3,1 C in Wuzhong City. De winteromstandigheden vertoonden daarentegen een grotere ruimtelijke variabiliteit: Gonghe County (GH) registreerde een relatief hoge XD van 2,6 C, terwijl Huanghuatan Town en Dalad Banner aanzienlijk lager bleven, respectievelijk op 0,31 C en 0,9 C.

Op alle acht onderzoekslocaties bleek de koelafstand aanzienlijk te variëren, variërend van 120 m tot 540 m, wat grote locatiespecifieke verschillen in de ruimtelijke omvang van het koele eilandeffect benadrukt.

Gedeeltelijk kleinste kwadraten structurele vergelijkingsmodellering (PLS-SEM) onthulde verder dat morfologische complexiteit de dominante aanjager is van het koeleffect, terwijl grotere fotovoltaïsche installaties een sterke onderdrukkende invloed uitoefenen. Ook de klimatologische omstandigheden bleken een positieve bijdrage te leveren, zij het in mindere mate. Gezamenlijk verklaarden deze factoren ongeveer 63% van de waargenomen variatie in intensiteit en omvang van de koeling.

De analyse suggereerde bovendien dat de reacties van de vegetatie zeer heterogeen zijn tussen locaties en seizoenen, afhankelijk van zowel de lokale klimatologische omstandigheden als de sterkte van het koeleffect.

"We hebben een geografisch gedifferentieerd raamwerk voor 'PV CIE-vegetatierespons' voorgesteld. Gedecentraliseerde planten op gemiddelde- schaal met een superieure vormcomplexiteit hebben de voorkeur in relatief droge en warme gebieden", concludeerden de academici. "In koude gebieden op grote hoogte- kan het aanpassen van de kanteling en het verminderen van de paneeldichtheid echter de vegetatierisico's beperken."

Hun bevindingen verschenen in "Quantifying photovoltaic power plant-geïnduceerd koel eilandeffect en vegetatierespons in droge gebieden", gepubliceerd in Ecological Indicators. Onderzoekers van de Chinese Academie van Wetenschappen, de Chinese Huadian Gansu Energy Corporation, PowerChina Beijing Engineering Corporation en de Britse Universiteit van Reading hebben bijgedragen aan het onderzoek.