Les données en temps quasi réel sur les interactions aviaire-solaire aideront l'industrie de l'énergie à comprendre les risques et les opportunités pour la faune dans les centrales à énergie solaire.

Comment un ensemble de panneaux solaires modifie-t-il un habitat ? La question est complexe et de plus en plus importante, à mesure que les centrales solaires prolifèrent aux États-Unis. L'industrie et les chercheurs, cependant, n'ont actuellement pas beaucoup de réponses. Les chercheurs du Laboratoire national d'Argonne du Département de l'énergie (DOE) développent une technologie qui peut aider.

Comme dans tout environnement extérieur où la faune est présente, de nombreuses activités d'oiseaux se produisent dans les installations solaires qui manquent aux humains. Les oiseaux se nourrissent, s'accouplent, nichent et malheureusement, ils meurent. Le rôle joué par les panneaux et l'équipement dans ces activités est souvent un mystère. La surveillance humaine sur les sites solaires est limitée, et elle ne peut en révéler que beaucoup.

"Les interactions aviaire-solaire en temps réel sont un trou noir en termes de données", a déclaré Misti Sporer, directeur du développement environnemental de la société de services publics Duke Energy, qui exploite plus de 65 centrales solaires aux États-Unis. "Nous n'avons pas de image complète de la façon dont les oiseaux utilisent ces sites, car à la minute où vous mettez quelqu'un au sol, les oiseaux s'envolent ou ils font quelque chose en réaction à l'arpenteur humain."

Un projet de trois ans vise à laisser les caméras avancées et l'intelligence artificielle faire le travail de surveillance de l'activité des oiseaux dans les installations solaires. Depuis le printemps 2020, les chercheurs d'Argonne collectent des vidéos sur des sites d'énergie solaire, dont un exploité par Duke, et forment des algorithmes informatiques pour reconnaître les oiseaux dans les scènes. Le système apprend également à classer des types d'activités spécifiques, y compris les collisions avec des panneaux.

Les lois fédérales et étatiques protègent de nombreuses espèces d'oiseaux et l'examen de l'impact environnemental fait partie du respect de ces lois. Les développeurs et les opérateurs solaires doivent souvent effectuer des évaluations de l'habitat avant la construction et une surveillance des décès après la construction dans le cadre des exigences d'examen environnemental d'un projet. La technologie d'Argonne pourrait aider à cette tâche.

"Les gestionnaires font de leur mieux pour minimiser les effets négatifs des installations en utilisant la meilleure science disponible", a déclaré Yuki Hamada, scientifique en télédétection à Argonne et chef du projet. "La meilleure science disponible, malheureusement, peut contenir une incertitude considérable en raison de données insuffisantes en termes de qualité, de quantité et de catégorie."

Un travailleur de l'énergie solaire peut trouver une carcasse sur le sol près de certains panneaux, par exemple, mais la façon dont l'oiseau est mort n'est souvent pas claire. Un examen des études de surveillance des décès sur les sites solaires a révélé que la cause du décès ne pouvait pas être déterminée dans plus de la moitié des cas. Une autre étude publiée en 2022 a révélé que les taux de mortalité des oiseaux dans les projets solaires étaient souvent sous-estimés en raison d'une "durée de surveillance faible ou insuffisante".

En collectant une grande quantité de données en temps quasi réel qui incluraient toutes les collisions, le système de surveillance d'Argonne pourrait combler les lacunes critiques des données pour aider à comprendre la cause et l'ampleur des décès d'oiseaux.

D'un autre côté, les installations solaires peuvent favoriser des comportements bénéfiques pour les oiseaux, et une meilleure compréhension de ces comportements pourrait conduire à des conceptions et à des pratiques d'installations respectueuses des oiseaux. Les facteurs peuvent inclure l'emplacement de l'installation, le type et l'emplacement de l'équipement et la végétation qui pousse à proximité. La technologie pourrait également aider à éclairer les types d'oiseaux présents dans la zone avant et après la construction d'un projet.

"Nous voyons en fait des oiseaux utiliser l'habitat pour la recherche de graines, pour ce qui semble être un comportement de nidification et ce qui semble être une interaction inter- et intra-espèces", a déclaré Sporer à propos des données provenant du système d'Argonne sur un site de Duke Energy en Arizona. . "Donc, je suis surpris de la quantité d'oiseaux utilisés sur le site en termes d'oiseaux étant simplement des oiseaux - pas d'interactions négatives."

La technologie Argonne en est actuellement à ses balbutiements et de nombreux progrès ont été réalisés. "L'accent a été mis sur la collecte de nombreuses vidéos que nous pouvons annoter et utiliser pour former nos modèles", a déclaré Adam Szymanski, ingénieur logiciel à Argonne et responsable technique du projet. "Nous avons également conçu et formé de nombreux algorithmes d'apprentissage automatique nécessaires pour identifier les oiseaux dans le paysage et classer les activités. Nous avons atteint une précision assez élevée sur ces deux fronts."

Dans la phase actuelle du projet, Hamada, Szymanski et l'équipe continuent d'affiner leur modèle et de démontrer un système prototype fonctionnel d'ici le printemps 2023.

Amanda Klehr, biologiste du projet au sein de la société de conseil DNV Energy U.S. Inc., a noté qu'il existe de nombreuses questions ouvertes liées à l'activité des oiseaux et à la mortalité des oiseaux sur les sites solaires, en particulier en ce qui concerne les phénomènes qui pourraient être régionaux et ceux qui pourraient être répandus. L'« effet de lac », par exemple, où les oiseaux migrateurs confondent les panneaux solaires avec des plans d'eau et entrent en collision avec eux, est une théorie à l'étude, en particulier en ce qui concerne le sud-ouest des États-Unis.

"La principale question que demandent les développeurs solaires est de savoir ce que nous devons faire en ce qui concerne les enquêtes préalables à la construction pour comprendre s'il existe ou non des risques potentiels pour les oiseaux qui pourraient nous affecter dans notre région", a-t-elle déclaré. Elle a ajouté que le système de surveillance Argonne serait utile dans sa propre recherche de maîtrise à l'Université du Massachusetts à Amherst, qui se concentre sur la façon dont les oiseaux utilisent les sites solaires dans le nord-est des États-Unis pendant la saison de reproduction.

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. + Explorer plus loin

Deep learning system will monitor birds at solar facilities