Area Solar Radiation Aracı İncelemesi

 Meteoroloji, enerji şirketleri, inşaat mühendisliği, tarım ve ekolojik araştırma gibi bir çok alan için yararlı olan güneş enerjisinin anlamlandırılabilmesi ve yorumlanabilmesi için büyük kolaylık sağlayan solar radyasyon aracını inceleyeceğiz.

Örneğin, bir bölgenin bir zaman dilimi boyunca ne kadar güneş aldığının bilgisi, bir kayak tesisi için yeni bir alanın belirlenmesinde veya optimal büyüme için özel mikro iklim koşullarının gerekli olduğu özel mahsullerin yetiştirilmesi için en iyi konumların belirlenmesinde yararlı olabilir. Başka bir örnekte, orman yangınlarının davranışlarını tahmin etmek ve en iyi yangın söndürme yöntemleri ile ilgili kararlar almak için insolasyon haritalarının önemi kanıtlanmıştır. İnşaat mühendisliği ve şehir planlaması için, ensolasyon, optimum yerleri belirlemek için kullanılan uygunluk modelleri için önemli bir girdi olabilir.

Solar Radiation analiz araçları yatay bir alanda veya belirlenen özel konumlarda Rich(1990) ve arkadaşlarının(1994) geliştirdiği ve daha sonra ileri düzeye Fu ve Rich’in taşıdığı yarıküresel görüş açıklığı algoritmasıyla güneşlenme süresini hesaplar.

Bu yazı, Esri Türkiye’nin 2017 yılında düzenlemiş olduğu Genç Bilginler Yarışması’nın kazananı Balca Ağaçsapan ve ekibine ait “İnsansız Hava Aracı Verileri Kullanılarak Bina Çatılarının Fotovoltaik Potansiyellerin CBS Tabanlı Değerlendirilmesi” başlıklı projede kullanılan önemli araçlardan bir tanesi olan “Area Solar Radiation” aracına ait parametrelerin kısa bir incelemesidir.

 

 

Input raster: Yükseklik bilgisini barındıran raster verinin (DEM) tanımlandığı alan.

Output global radiation raster: Girdi verisinin her bir konumunda hesaplanan toplam solar güneşlenmenin kaydedileceği çıktı küresel radyasyon verisi. Birimi metrekareye bir saatte düşen watt cinsindendir (WH/m²).

Latitude (optional): Alana ait enlemin tanımlandığı alan. Birimler on’luk derece cinsindendir ve bu birimler; alan kuzey yarımkürede ise pozitif, güney yarımkürede ise negatif olarak değer alırlar. Mekansal referans barındıran veriler için; ortalama enlem otomatik olarak hesaplanır, eğer mekansal referans barındırmıyorsa enlem değeri varsayılan olarak 45 derece enlemi gelir.

Sky size/ Resolution (optional): Gökyüzü ve Güneş haritaları rasterlarında görülebilir alan için gökyüzü boyutu ve netlik(çözünürlük) ayarının yapıldığı alan. Birimi hücrelerdir. Varsayılan olarak bırakılırsa 200’e 200 hücre matrisine sahip bir raster üretilir.

Time configuration (optional): Hesaplamalar için bir zaman periyodunun ayarlandığı alandır.

Special days: Gündönümü (yaz ve kış) ve ekinokslar için solar güneşlenmeyi hesaplar. İlkbahar ve sonbahar ekinoksları aynı kabul edilir.

Within a day: Tek bir gün içinde belirlenen zaman periyodunda hesaplama yapar. Bu seçenek seçildiğinde Date/Time settings penceresindeki parametreler seçtiğiniz tarihin yılın kaçıncı gününe denk geldiğini gösteren bir kutucuğa (day number of the year) ve  Start ve End time kısmında da bu seçtiğiniz tarihte analizi gerçekleştirmek istediğiniz saat aralığını belirleyebilirsiniz. Başlangıç ve bitiş saat aralığını belirlerken kutucukların yanında bulunan saat butonu yardımıyla Yerel Standart Zaman veya Yerel Güneş Zamanı arasında seçim yapabilirsiniz. Bu alanda alanınıza ait boylam derecesi ve saat dilimi belirlemelerini yapabilirsiniz.

Multiple days in a year: Bir yıl içinde belirlenen birden fazla günlük periyodlar dahilinde hesaplama yapar. Yıl, Başlangıç günü ve Bitiş günü belirlenir. Bitiş günü, Başlangıç gününden önce girilirse; Bitiş günü bir sonraki yıla ait olarak kabul edilir. Varsayılan olarak gelen değer Başlangıç gününü Julian takvimine göre (belirlenen tarihin, yılın kaçıncı günü olduğu) 5, Bitiş tarihini ise 160 alır. Başlangıç ve Bitiş tarihlerini girebilmeniz için bu kutucukların yanına ayrıca bir Takvim ikonu yerleştirilmiştir.

Whole year monthly interval: Bütün bir yıl boyunca, aylık fasılalar halinde bir hesaplama yapar. Bu seçenek seçildiğinde alt kısımda bulunan “Create outputs for each interval (optional)” seçeneğinin çeki atılırsa eğer; her ay için ayrı bir çıktı ürünü ortaya çıkacaktır. Çekin atılı olmadığı durumlarda ise tüm bir yıl için tek bir çıktı ürünü olacaktır.

Day interval (optional): Güneş haritası oluşturulmak istendiğinde gökyüzü katmanları üzerinde hesaplama yapılması için yıl boyunca bir zaman aralığı verilir.  Birimi gün’dür.Varsayılan değer 14 gün (iki haftalık) olarak gelir.

Hour interval (optional):  Güneş haritası için gökyüzü katmanları üzerinde hesaplama yapılırken gün aralığı belirlenebildiği gibi saat aralığı da belirlenebilmektedir. Birimi saat’tir. Varsayılan olarak gelen değer 0.5’tir. Bu da her yarım saatte bir hesaplama yapılacağı anlamına gelir.

Topographic parameters:

Z factor (optional): Yüzey z birimleri zemin x, y birimlerinden farklı birimler halinde ifade edildiğinde, hesaplamaların düzeltilmesi için bir z-faktörünün kullanılması esastır. Doğru sonuçlar elde etmek için z birimleri x, y zemin birimleriyle aynı olmalıdır. Birimler aynı değilse, z birimlerini x, y birimlerine dönüştürmek için bir z faktörü kullanılır. Örneğin, x, y birimleriniz ve z birimleriniz feet ise, feet’i metreye dönüştürmek için 0.3048’lik bir z faktörü belirtebilirsiniz.

Slope and aspect input type (optional): Analiz için gerekli olabilecek olan eğim ve bakı bilgisinin nereden alınacağı belirlenir.

FROM_DEM: Eğim ve bakı bilgisinin girdi raster yüzeyinden alınacağını belirtir. Varsayılan olarak gelen değerdir.

FLAT_SURFACE: Sabit bir değer verilerek eğim ve bakı için kullanılır.

Calculation directions (optional): Görülebilir alanlar belirlenirken kullanılan azimut yönleridir. Bu alana girilebilecek değerler 8’in katları şeklinde olmalıdır. Karmaşık topoğrafyaya sahip alanlar için yeterli olan ve varsayılan olarak gelen değer 32’dir.

Radiation parameters:

Zenit divisions (optional): Gökyüzü katmanları oluşturulurken kullanılacak bölüm sayısının girildiği alan. Varsayılan değer 8 bölümdür (zenite bağlı olarak). Bu alana girilecek olan değerler sıfırdan büyük ve gökyüzü değerinin yarısından küçük olmalıdır.

Azimuth divisions (optional): Kuzey ile ilişkili olarak varsayılan değer 8’dir. Bu alana girilebilecek değerler 8’in katları şeklinde ve sıfırdan büyük, 160’dan küçük olmalıdır.

Diffuse model type (optional): Radyasyon dağılımının modelleme türünün belirlendiği alan.

UNIFORM_SKY: Genel dağılım modeli. Radyasyon dağılımının tüm gökyüzü yönlerinde aynı olduğu varsayılır. Varsayılan model tipi olarak bu seçenek seçilidir.

STANDARD_OVERCAST_SKY: Standart bulutlu hava dağılım modellemesini yapacak seçenektir.Gelen radyasyon dağılımının zenit açısı ile akış değişkenleri ele alır.

Diffuse proportion (optional): Normal küresel radyasyon dağılımının orantısı. Değer aralığı 0 ile 1 arasındadır. Bu değer atmosfer koşullarına göre ayarlanmalıdır. Genel olarak gökyüzü akımlarını temizlemek için varsayılan olarak gelen değer 0,3’tür.

Transmittivity (optional): Atmosferden geçen radyasyon fraksiyonu (tüm dalga boylarının ortalaması). Değer aralığı 0 (iletim yok) ile 1 (tümü iletilir) arasındadır. Varsayılan olarak gelen ve gökyüzünü netleştirmek için genellikle yeterli olan değer 0.5’tir.

Optional outputs:

Output direct radiation raster (optional): Her lokasyon için doğrudan gelen solar radyasyon bilgisini barındıracak çıktı raster verisi. Birimi WattSaat/m²’dir.

Output diffuse radiation raster (optional): Her lokasyon için gelen solar radyasyon dağılımı verisini barındıracak olan çıktı raster verisi. Birimi WattSaat/m²’dir.

Output direct duration raster (optional): Doğrudan gelen solar radyasyon süresini barındıracak raster veri. Birimi Saat’tir.

Solar Radyasyon çalışmasına bir örnek:

 

Yandakigörselde, bir üzüm bağı için potansiyel alanları temsil eden bir yamaçta dört yer (kırmızı noktalar) seçilmiştir. Üzümlerin büyümesini en üst düzeye çıkarmak için, büyüme mevsiminde (Nisan-Ekim) hangi noktaların en fazla güneşe maruz kalacağı belirlenmelidir.

 

 

 

 

Alanın solar radyasyon analizi sonucuna göre, yaz ayları boyunca en yüksek radyasyon miktarının nerede olduğunu gösteren insolasyon haritası (direct + diffuse, WH / m2) oluşturulmuştur. (kırmızı = yüksek solar radyasyon; mavi = düşük solar radyasyon).

 

 

 

 

Solar radyasyon analizinden elde edilen öznitelik tablosu, her bir saha konumu için hesaplanan küresel güneş çarpmasını gösterir. Konum 3 (mavi renkle vurgulanmıştır) en yüksek güneş ışığına sahiptir ve bu kritere göre üzüm yetiştirmek için en iyi yer olarak düşünülebilir.