Африканские и португальские исследователи создали подробные карты распределения солнечной энергии в Мозамбике, используя измерительные приборы и технологии машинного обучения. Эти данные позволят более точно планировать размещение и мощность солнечных электростанций, особенно в сельских и удаленных районах, где до сих пор отсутствует устойчивое электроснабжение.
Мозамбик входит в число наименее электрифицированных стран Африки. Более 80 % сельского населения там живут без доступа к электричеству. При этом страна располагается в зоне с высоким солнечным потенциалом, использовать который в полной мере мешают природные особенности региона: нестабильная в течение дня солнечная радиация, облачность, пыль, водяной пар. Поэтому для эффективной эксплуатации солнечных установок Мозамбику крайне важно точно прогнозировать объем поступающей энергии в конкретном месте и в конкретное время.
Для этого исследователи из Университета Эдуарду Мондлане (Мозамбик) и Университета Лиссабона (Португалия) разработали методику высокоточного картографирования солнечной энергии с временным разрешением до одной минуты и полным территориальным охватом страны. В основу методики лег так называемый индекс ясного неба (K*ₜ) — показатель, отражающий, насколько реальный уровень солнечной радиации близок к теоретическому максимуму при полностью чистом небе. Индекс рассчитывается как отношение фактически измеренного излучения к расчетному значению для идеальных условий и, таким образом, показывает степень «прозрачности» атмосферы в каждый момент времени.
Для сбора данных учеными использовались 11 измерительных станций, установленных в разных провинциях Мозамбика. На каждой станции применялись современные приборы: пиранометры — для измерения общей солнечной радиации, пиргелиометры — для регистрации прямого солнечного излучения, а также датчики рассеянной радиации. Всего за исследованный трехлетний период было зафиксировано более 500 миллионов точек измерений с временным шагом от 1 до 10 минут. Дополнительно в анализ были включены спутниковые и метеорологические данные международных космических агентств (NASA, NOAA, Meteonorm и AERONET), что позволило расширить охват и повысить точность оценки атмосферных и климатических факторов. Далее были применены различные модели машинного обучения для анализа и прогнозирования солнечной радиации. В числе использованных алгоритмов — нейросети, метод случайного леса, метод опорных векторов и другие регрессионные методы. Эти модели позволили не только точно восстановить динамику солнечного потока на основе неполных или зашумленных данных, но и выявить закономерности пространственно-временного распределения энергии.
Проведенный анализ показал, что солнечная энергия распределяется по территории Мозамбика крайне неравномерно. На юге страны фиксируется больше ясных дней и выше значение индекса ясного неба, что делает эту часть страны особенно перспективной для солнечной генерации. В северных и центральных областях наблюдаются значительные колебания, связанные с облачностью, аэрозолями в атмосфере и влиянием сезонных циклонов.
Результаты исследования планируется использовать для повышения точности прогнозов выработки энергии, оптимального выбора мест для установки солнечных станций с учетом региональных особенностей, а также для снижения рисков перебоев и колебаний мощности, особенно в изолированных и сельских энергосетях.
В целом же работа ученых подтверждает высокий потенциал солнечной инсоляции в странах Африки. По уровню индекса ясного неба Мозамбик превосходит большинство стран Европы и влажных тропиков Азии, приближаясь по условиям к солнечно-активным Бразилии и Мексике. Североафриканские страны, такие как Египет и Марокко, согласно данным исследования, имеют немного более высокие показатели, но климатические условия Мозамбика делают его одним из перспективных центров развития солнечной энергетики в южной части континента.
