Bijna-realtime gegevens over interacties tussen vogels en zonne-energie zullen de energie-industrie helpen de risico's en kansen voor dieren in het wild bij zonne-energiecentrales te begrijpen.

Hoe verandert een reeks zonnepanelen een leefgebied? De vraag is complex - en wordt steeds belangrijker, aangezien zonne-energiecentrales zich in de Verenigde Staten verspreiden. De industrie en onderzoekers hebben momenteel echter niet veel antwoorden. Onderzoekers van het Argonne National Laboratory van het Department of Energy (DOE) ontwikkelen technologie die kan helpen.

Net als in elke buitenomgeving waar dieren in het wild aanwezig zijn, vindt er veel vogelactiviteit plaats op zonne-installaties die mensen missen. Vogels eten, ze paren, ze nestelen en helaas sterven ze. Welke rol de panelen en apparatuur spelen bij deze activiteiten is vaak een raadsel. Menselijke monitoring op zonne-locaties is beperkt en kan maar zoveel onthullen.

"Realtime interacties tussen vogels en zonne-energie zijn een zwart gat in termen van gegevens", zegt Misti Sporer, directeur milieuontwikkeling van het nutsbedrijf Duke Energy, dat meer dan 65 zonne-energiecentrales in de VS exploiteert. "We hebben geen volledig beeld van hoe vogels deze sites gebruiken, want zodra je iemand op de grond zet, vliegen de vogels weg of doen ze iets in reactie op de menselijke landmeter."

Een driejarig project heeft tot doel geavanceerde camera's en kunstmatige intelligentie het werk te laten doen om de vogelactiviteit bij zonne-installaties te monitoren. Sinds het voorjaar van 2020 verzamelen Argonne-onderzoekers video op zonne-energielocaties, waaronder een die wordt beheerd door Duke, en trainen ze computeralgoritmen om vogels in de scènes te herkennen. Het systeem leert ook specifieke soorten activiteiten te classificeren, waaronder botsingen met panelen.

Federale en staatswetten beschermen veel vogelsoorten en het onderzoeken van de milieu-impact maakt deel uit van de naleving van die wetten. Ontwikkelaars en exploitanten van zonne-energie moeten vaak habitatbeoordelingen voor de bouw en monitoring van dodelijke slachtoffers na de bouw uitvoeren als onderdeel van de milieubeoordelingsvereisten voor een project. De technologie van Argonne zou daarbij kunnen helpen.

"Managers doen hun best om de negatieve effecten van faciliteiten te minimaliseren met behulp van de best beschikbare wetenschap", zegt Yuki Hamada, een teledetectiewetenschapper bij Argonne en leider van het project. "De best beschikbare wetenschap kan helaas aanzienlijke onzekerheid bevatten vanwege onvoldoende gegevens in termen van kwaliteit, kwantiteit en categorie."

Een zonne-energiewerker kan bijvoorbeeld een karkas op de grond vinden bij sommige panelen, maar hoe de vogel stierf is vaak onduidelijk. Uit een overzicht van onderzoeken naar dodelijke ongevallen op zonne-locaties bleek dat de doodsoorzaak niet in meer dan de helft van de gevallen kon worden vastgesteld. Een andere studie die in 2022 werd gepubliceerd, toonde aan dat de sterftecijfers van vogels bij zonne-energieprojecten vaak werden onderschat vanwege "lage of onvoldoende monitoringduur".

Door een grote hoeveelheid bijna-realtime gegevens te verzamelen, waaronder eventuele aanvaringen, zou het monitoringsysteem van Argonne kritieke lacunes in de gegevens kunnen opvullen om de oorzaak en omvang van dodelijke vogels te helpen begrijpen.

Aan de andere kant kunnen zonne-installaties gunstig vogelgedrag bevorderen, en meer inzicht in dat gedrag kan leiden tot faciliteitsontwerpen en praktijken die vogelvriendelijk zijn. Factoren kunnen zijn de locatie van de faciliteit, het type en de plaatsing van apparatuur en welke vegetatie in de buurt groeit. De technologie kan ook helpen verlichten welke soorten vogels in het gebied aanwezig zijn voor en nadat een project is gebouwd.

"We zien eigenlijk dat vogels de habitat gebruiken voor het foerageren van zaden, voor wat lijkt op nestgedrag en wat lijkt op inter- en intraspecies-interactie", zei Sporer van de gegevens afkomstig van Argonne's systeem op een Duke Energy-site in Arizona . "Dus ik ben verbaasd over de hoeveelheid vogels die op de site worden gebruikt in termen van vogels die gewoon vogels zijn - geen negatieve interacties."

De Argonne-technologie bevindt zich momenteel in de beginfase en er is veel vooruitgang geboekt. "Een grote focus lag op het verzamelen van veel video's die we kunnen annoteren en gebruiken om onze modellen te trainen", zegt Adam Szymanski, een software-engineer van Argonne en technisch leider van het project. "We hebben ook veel van de machine learning-algoritmen gebouwd en getraind die nodig zijn om vogels in het landschap te identificeren en activiteiten te classificeren. We hebben op beide fronten een behoorlijk hoge nauwkeurigheid bereikt."

In de huidige fase van het project blijven Hamada, Szymanski en het team hun model verfijnen en tegen het voorjaar van 2023 een werkend prototypesysteem demonstreren.

Amanda Klehr, een projectbioloog bij het adviesbureau DNV Energy U.S. Inc., merkte op dat er veel open vragen zijn met betrekking tot vogelactiviteit en vogelsterfte op zonnelocaties, met name in termen van welke verschijnselen regionaal kunnen zijn en welke wijdverbreid kunnen zijn. Het 'meereffect', bijvoorbeeld, waarbij trekvogels zonnepanelen voor watermassa's aanzien en ermee in botsing komen, is een theorie die wordt onderzocht, met name met betrekking tot het zuidwesten van de VS.

"Het belangrijkste dat ontwikkelaars van zonne-energie vragen, is wat we moeten doen voor zover het preconstructie-onderzoeken betreft om te begrijpen of er al dan niet potentiële risico's zijn voor vogels die ons in onze regio kunnen beïnvloeden," zei ze. Ze voegde eraan toe dat het Argonne-monitoringsysteem nuttig zou zijn in haar eigen masteronderzoek aan de Universiteit van Massachusetts in Amherst, dat zich richt op hoe vogels zonne-locaties in het noordoosten van de VS gebruiken tijdens het broedseizoen.

The Avian Solar Work Group, a collaboration among environmental groups, academics, and the solar industry, is exploring a variety of research topics. The Argonne avian solar monitoring technology is gaining interest as a tool not only for research but also siting and operations. The ability to collect more data with less time roaming facilities for humans would benefit the industry on the permitting and compliance front.

"Postconstruction mortality monitoring tends to be time-intensive, labor intensive and expensive," said Sporer. While it's still early to say for sure, she said, with remote monitoring "we think we would have fewer man hours and actually be able to observe the interaction itself, rather than the suspected result."

Klehr noted that agencies such as the U.S. Fish and Wildlife Service and state environmental departments, which are charged with preserving resources around a solar site, also play a role in determining how research and monitoring happen.

"As a consultant working with operators, we generally try to coordinate with agencies," she said. "On the wind energy side, there is more of a focus on incorporating technology into monitoring. That's a potential for solar energy as well, and agencies are seeing that in a more positive light."

"Technology can be great but solving problems with technology requires that people actually use it," Hamada said. "We look forward to validating this system further in the field."

After the prototype is complete in 2023, the next step will be to deploy Argonne's system at more solar sites with industry partners. + Verder verkennen

Deep learning system will monitor birds at solar facilities