Analiza satelitarnych obrazów dachów na cele instalacji paneli fotowoltaicznych

PORTAL POLSKI PRZEMYSŁ

Autorzy: dr inż. Tatiana Jaworska, Tomasz Dziobiak

Rosnące zapotrzebowanie na odnawialne źródła energii w Polsce stawia nowe wyzwania. Koniecznością stała się możliwość zdalnej oceny potencjału montażu paneli fotowoltaicznych na dowolnym dachu. Otrzymując informacje o wielkości i kierunku poszczególnych połaci dachu, jego powierzchni, elementach uniemożliwiających montaż paneli, można automatycznie ocenić korzyści i oszczędność płynącą z instalacji paneli fotowoltaicznych na dachu i przedstawić klientowi w formie raportu.

W tym celu w ramach Programu Operacyjny Inteligentny Rozwój 2014-2020 spółka DBMS realizuje projekt stworzenia inteligentnego systemu do budowy relacji z klientami POIR.01.01.01-0135/19-00 w ramach osi priorytetowej „Wsparcie prowadzenia prac B+R przez przedsiębiorstwa” dotyczących badań przemysłowych i prac rozwojowych realizowanych przez przedsiębiorstwa, którego rezultaty mogą okazać się przełomem m.in. na rynku fotowoltaicznym. Korzystając ze źródeł udostępnionych przez Geoportal (m.in. zdjęć satelitarnych i klasyfikacji budynków) i w oparciu o oprogramowanie MATLAB przygotowano unikalną, autorską aplikację do analizy obrazów dachów realizującą ocenę przydatności dowolnego dachu w Polsce do montażu na nim paneli fotowoltaicznych. Analiza ta, która zaczęła powstawać w połowie 2020r., jest komponentem składowym innych produktów rozwijanych w ramach działalności spółki DBMS – np. w projekcie Oferro. Warto zauważyć, że opracowane narzędzie umożliwia zdalne i sprawne dokonanie analizy każdego z ponad 15 mln budynków na terenie całego kraju. Do części z nich mamy już obrazy w dwóch skalach, dla wielkości piksela 25×25 cm oraz 10×10 lub 7x7cm.

To, co jest warte szczególnego podkreślenia, to całkowita automatyzacja tego procesu – poczynając od akwizycji ortofotomap w wysokiej rozdzielczości, poprzez wycięcie poszczególnych budynków w celu analizy ich dachów i analizy sensu stricto. Na podstawie wspomnianej interpretacji powstaje oferta instalacyjna z uwzględnionym kosztorysem dostarczana klientowi zainteresowanemu montażem paneli fotowoltaicznych na swoim dachu.

Kolejnym ważnym aspektem jest wysoka aktualność dostępnych danych. Geoportal aktualizuje dane kilka razy w roku (cykl jest średnio 3-miesięczny). Narzędzie Oferro aktualizuje swoje bazy danych natychmiast po aktualizacji danych na Geoportalu.

Oprogramowanie wykonane w MATLABie wykorzystuje głównie toolboxy dotyczące przetwarzania obrazu i obróbki map, dzięki którym używając zaawansowanych algorytmów matematycznych i autorskich rozwiązań przygotowanych na potrzeby tego projektu, Oferro jest w stanie określić powierzchnię poszczególnych połaci dachu, ich orientację geograficzną w stosunku do osi północ-południe oraz rozpoznać elementy uniemożliwiające montaż paneli, takie jak: kominy, świetliki, itp.

W celu dokonania oszacowania korzyści wynikających z montażu paneli niezbędne było opracowanie następujących zagadnień:

• Wydzielenie obrazu dachu nieruchomości ze zdjęcia satelitarnego.

• Segmentacja na podstawie koloru, czyli wyodrębnienie obiektów na obrazie.

• Dodatkowe wyznaczenie skupień metodą k-średnich wspomagające segmentację kolorową (patrz ilustracje Figure 10).

• Segmentacja poszczególnych warstw kolorowych na pojedyncze segmenty, których powierzchnia niesie informację o wielkości poszczególnych połaci dachu (ilustracje Figure 12).

• Określenie zewnętrznych granic połaci i konturów elementów uniemożliwiających montaż paneli, dzięki czemu możemy oszacować, czy dana połać ma niezbędną powierzchnię do instalacji i ilu paneli.

• Określenie zewnętrznego konturu dachu w stosunku do informacji wektorowej z Geoportalu. Im wyższy budynek tym większe przesunięcie obrazu dachu w stosunku do podstawy budynku wynikające z kąta, pod jakim jest wykonane zdjęcie przez satelitę.

• Określenie kierunku połaci w stosunku do osi północ-południe, celem dalszego jej wykorzystania do obliczania potencjalnej wydajności instalowanych paneli.

Przygotowany w ramach projektu algorytm został zaimplementowany do serwisu Oferro i jest używany do generowania bezpłatnych raportów fotowoltaicznych dotyczących możliwości instalacyjnych na danym budynku. Dzięki niemu osoba fizyczna lub firma jest w stanie uzyskać szybką i całkowicie zdalną analizę dachu oraz poznać możliwości instalacyjne, kosztorys zawierający 3 wersje cenowe i zwrot z inwestycji. Raport pomaga zoptymalizować czas i proces logistyczny związany z fizyczną analizą dachów, minimalizuje ryzyko błędów w analizie powierzchni dachu i możliwości instalacyjnych, a także pomaga w podjęciu decyzji przedstawiając koszty instalacji i czas zwrotu z poniesionej inwestycji. Możliwość wygenerowania darmowego raportu dostępna jest pod adresem: https://oferro.com/fotowoltaika/

Algorytm jest również wykorzystywany w ramach wzbogacania danych platformy DMSales i pomaga w optymalizacji procesów w firmach fotowoltaicznych. Na podstawie danych adresowych, w oparciu o które działa dana firma, można wskazać bazę domów jednorodzinnych wraz z informacjami na temat budynku i dachu, które pozwalają na optymalizację pracy Ekspertów, którzy po konsultacji telefonicznej są w stanie przygotować ofertę dla klienta bez konieczności wizji lokalnej i wykonywania oddzielnych zdjęć i pomiarów. Dodatkowo, przy sprzedaży door-to-door, nanosząc dane na mapę można wyznaczyć optymalne trasy, którymi powinien poruszać się Ekspert, aby efektywnie wykorzystać czas i mieć możliwość dotarcia do nieruchomości, które spełniają warunki techniczne do montażu instalacji fotowoltaicznej. Kolejną korzyścią z perspektywy klientów instytucjonalnych jest usprawnienie pracy konsultantów umawiających spotkania Ekspertów dzięki eliminacji połączeń do osób mieszkających w domach wielorodzinnych, lub zbyt małych, aby założyć instalację. Co za tym idzie, pozytywem jest również optymalizacja kosztów związanych z „nietrafionymi” spotkaniami, gdy warunki techniczne dachu uniemożliwiają montaż paneli fotowoltaicznych mimo zainteresowania klienta.

Korzyści wynikające ze stosowania algorytmu dla użytkownika indywidualnego to niebywała oszczędność czasu, samodzielna sposobność oszacowania możliwości technicznych związanych z montażem instalacji oraz poznanie kosztów potencjalnej inwestycji, co na konkurencyjnym rynku jest bardzo ważne i pomaga w rozmowach z Ekspertami.

Niniejsza usługa będzie stale doskonalona, a algorytm rozwijany. Jednym z priorytetowych projektów jest rozbudowa o moduł projektowania optymalnego rozmieszczenia poszczególnych paneli na dachu. Do rozwinięcia tego zagadnienia niezbędne będą zaawansowane analizy obrazu umożliwiające rozpoznawanie materiałów pokrycia dachu.

Przykładowa segmentacja jest zilustrowana poniżej: