Nästan realtidsdata om interaktioner mellan fåglar och sol kommer att hjälpa energiindustrin att förstå risker och möjligheter för vilda djur vid solenergianläggningar.

Hur förändrar en rad solpaneler en livsmiljö? Frågan är komplex – och allt viktigare, eftersom solenergianläggningar sprider sig över hela USA. Industrin och forskarna har dock för närvarande inte många svar. Forskare vid Department of Energys (DOE) Argonne National Laboratory utvecklar teknik som kan hjälpa.

Precis som i alla utomhusmiljöer där vilda djur är närvarande, sker massor av fågelaktiviteter vid solenergianläggningar som människor missar. Fåglar matar, de parar sig, de häckar och tyvärr dör de. Vilken roll panelerna och utrustningen spelar i dessa aktiviteter är ofta ett mysterium. Mänsklig övervakning på solceller är begränsad, och den kan bara avslöja så mycket.

"Fågel-solinteraktioner i realtid är ett svart hål när det gäller data", säger Misti Sporer, miljöutvecklingschef för energibolaget Duke Energy, som driver mer än 65 solenergianläggningar i USA. "Vi har ingen fullständig bild av hur fåglar använder dessa platser, för så fort du sätter någon på marken, flyger fåglarna iväg eller så gör de något som reaktion på den mänskliga inspektören."

Ett treårigt projekt syftar till att låta avancerade kameror och artificiell intelligens göra arbetet med att övervaka fågelaktiviteten vid solanläggningar. Sedan våren 2020 har Argonne-forskare samlat in video på solenergiplatser, inklusive en som drivs av Duke, och tränat datoralgoritmer för att känna igen fåglar i scenerna. Systemet lär sig också att klassificera specifika typer av aktiviteter, inklusive kollisioner med paneler.

Federala och statliga lagar skyddar många fågelarter och att undersöka miljöpåverkan är en del av efterlevnaden av dessa lagar. Utvecklare och operatörer av solenergi måste ofta genomföra livsmiljöbedömningar före konstruktion och övervakning av dödsfall efter konstruktion som en del av kraven på miljögranskning för ett projekt. Argonnes teknik skulle kunna hjälpa till med den uppgiften.

"Föreståndare gör sitt bästa för att minimera negativa effekter av anläggningar som använder den bästa tillgängliga vetenskapen", säger Yuki Hamada, en fjärranalysforskare vid Argonne och ledare för projektet. "Den bästa tillgängliga vetenskapen kan tyvärr innehålla stor osäkerhet på grund av otillräckliga data när det gäller kvalitet, kvantitet och kategori."

En solenergiarbetare kan till exempel hitta ett kadaver på marken nära vissa paneler, men hur fågeln dog är ofta oklart. En granskning av studier av dödsfallsövervakning vid solcellsanläggningar visade att dödsorsaken inte kunde fastställas i mer än hälften av fallen. En annan studie publicerad 2022 fann att dödlighetsfrekvensen för fåglar vid solprojekt ofta underskattades på grund av "låg eller otillräcklig övervakningstid."

Genom att samla in en stor mängd nästan realtidsdata som skulle inkludera eventuella kollisioner, kan Argonnes övervakningssystem fylla kritiska dataluckor för att hjälpa till att förstå orsaken till och omfattningen av fågeldöd.

Å andra sidan kan solanläggningar främja fördelaktiga fågelbeteenden, och att förstå mer om dessa beteenden kan leda till anläggningsdesigner och metoder som är fågelvänliga. Faktorer kan vara anläggningens läge, typ och placering av utrustning och vilken vegetation som växer i närheten. Tekniken kan också hjälpa till att belysa vilka typer av fåglar som finns i området före och efter att ett projekt har byggts.

"Vi ser faktiskt fåglar använda livsmiljön för frösökning, för vad som verkar vara häckningsbeteende och vad som verkar vara inter- och intraartsinteraktion", säger Sporer om data som kommer från Argonnes system på en Duke Energy-plats i Arizona . "Så jag är förvånad över mängden fågelanvändning på platsen när det gäller att fåglar bara är fåglar - inga negativa interaktioner."

Argonne-tekniken är för närvarande i ett tidigt skede och stora framsteg har gjorts. "Ett stort fokus har legat på att samla in massor av video som vi kan kommentera och använda för att träna våra modeller", säger Adam Szymanski, en mjukvaruingenjör i Argonne och teknisk ledare för projektet. "Vi har också byggt och tränat många av de maskininlärningsalgoritmer som behövs för att identifiera fåglar i landskapet och klassificera aktivitet. Vi har uppnått ganska hög noggrannhet på båda dessa fronter."

I den nuvarande fasen av projektet fortsätter Hamada, Szymanski och teamet att förfina sin modell och demonstrera ett fungerande prototypsystem till våren 2023.

Amanda Klehr, en projektbiolog vid konsultföretaget DNV Energy U.S. Inc., noterade att det finns många öppna frågor relaterade till fågelaktivitet och fågeldöd på solplatser, särskilt när det gäller vilka fenomen som kan vara regionala och vilka som kan vara utbredda. "Sjöeffekten", till exempel, där flyttfåglar misstar solpaneler för vattendrag och kolliderar med dem, är en teori som utforskas, särskilt med avseende på USA:s sydvästra.

"Det viktigaste som solenergiutvecklare frågar är vad vi behöver göra när det gäller undersökningar för att förstå om det finns potentiella risker för fåglar som kan påverka oss i vår region", sa hon. Hon tillade att Argonne-övervakningssystemet skulle vara användbart i hennes egen magisterexamen vid University of Massachusetts i Amherst, som är fokuserad på hur fåglar använder solplatser i nordöstra USA under häckningssäsongen.

Avian Solar Work Group, ett samarbete mellan miljögrupper, akademiker och solenergiindustrin, utforskar en mängd olika forskningsämnen. 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. + Utforska vidare

Deep learning system will monitor birds at solar facilities