鸟类-太阳能相互作用的近实时数据将帮助能源行业了解太阳能工厂野生动物的风险和机会。
一排太阳能电池板是如何改变栖息地的?这个问题很复杂，而且越来越重要，因为太阳能发电厂在美国遍地开花。然而，该行业和研究人员目前还没有很多答案。美国能源部阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)的研究人员正在开发能够提供帮助的技术。
就像在任何有野生动物存在的户外环境中一样，许多鸟类活动发生在人类错过的太阳能设施中。鸟类进食、交配、筑巢，不幸的是，它们会死亡。电池板和设备在这些活动中扮演什么角色通常是一个谜。人类对太阳站点的监测是有限的，它只能揭示这么多。
杜克能源公司(Duke Energy)的环境发展主管Misti Sporer说:“就数据而言，鸟类与太阳能的实时交互是一个黑洞。”杜克能源公司在美国经营着超过65家太阳能发电厂“我们对鸟类如何使用这些地点没有全面的了解，因为一旦你把人放在地上，鸟类就会飞走，或者它们会对人类测量员做出一些反应。”
一个为期三年的项目旨在让先进的摄像头和人工智能在太阳能设施中监测鸟类活动。自2020年春季以来，阿贡的研究人员一直在太阳能站点收集视频，包括杜克大学运营的一个站点，并训练计算机算法在场景中识别鸟类。该系统还在学习对特定类型的活动进行分类，包括与面板的碰撞。
联邦和州法律保护许多种类的鸟类，检查对环境的影响是遵守这些法律的一部分。作为项目环境审查要求的一部分，太阳能开发商和运营商通常必须进行施工前生境评估和施工后死亡率监测。阿贡的技术可以帮助完成这项任务。
阿贡的遥感科学家、该项目的负责人Yuki Hamada说:“管理者们尽最大努力，利用现有的最佳科学手段，将设施的负面影响降到最低。”“不幸的是，由于在质量、数量和类别方面的数据不足，最好的可用科学可能包含相当大的不确定性。”
例如，太阳能工人可能会在一些电池板附近的地面上发现一只鸟的尸体，但这只鸟是如何死亡的通常不清楚。一项对太阳观测站的死亡监测研究的综述发现，一半以上的病例无法确定死亡原因。2022年发表的另一项研究发现，太阳能项目的鸟类死亡率往往被低估，因为“监测时长过低或不足”。
通过收集包括任何碰撞在内的大量近实时数据，阿贡的监测系统可以填补关键的数据空白，帮助了解鸟类死亡的原因和程度。
另一方面，太阳能设施可能会促进鸟类的有益行为，对这些行为的更多了解可能会导致设施设计和实践对鸟类友好。因素可能包括设施的位置，设备的类型和放置，以及附近生长的植被。这项技术还可以帮助弄清项目建成前后该地区的鸟类种类。
“我们实际上看到鸟类利用栖息地觅食种子，似乎是筑巢行为，似乎是种间和种内的相互作用，”Sporer说，数据来自Argonne在亚利桑那州杜克能源基地的系统。“所以，我对网站上使用鸟类的数量感到惊讶，因为鸟类只是鸟类，没有负面的互动。”
阿贡的技术目前处于早期阶段，已经取得了很大进展。阿贡的软件工程师、该项目的技术负责人亚当·希曼斯基(Adam Szymanski)说:“我们一直把重点放在收集大量视频上，以便我们可以注释并用来训练我们的模型。”“我们还构建和训练了许多机器学习算法，这些算法需要在景观中识别鸟类并对活动进行分类。我们在这两个方面都取得了相当高的准确率。”
在项目的当前阶段，Hamada、Szymanski和团队将继续完善他们的模型，并在2023年春天之前演示一个可工作的原型系统。
美国DNV能源咨询公司的项目生物学家阿曼达·克莱尔(Amanda Klehr)指出，与太阳地点的鸟类活动和鸟类死亡有关的问题有很多，特别是在哪些现象可能是区域性的，哪些可能是广泛的方面。例如，候鸟将太阳能电池板误认为水体并与之相撞的“湖泊效应”就是一种正在被探索的理论，尤其是针对美国西南部的理论。
她说:“太阳能开发商问的主要问题是，我们需要做什么建设前调查，以了解是否有可能影响我们所在地区鸟类的潜在风险。”她补充说，阿贡的监测系统将对她自己在马萨诸塞大学阿默斯特分校的硕士学位研究有用，该研究的重点是鸟类在繁殖季节如何利用美国东北部的太阳能地点。
鸟类太阳能工作组(Avian Solar Work Group)是一个由环保组织、学术界和太阳能行业组成的合作组织，正在探索各种各样的研究课题。阿贡的鸟类太阳监测技术不仅作为研究工具，而且作为选址和操作工具，正引起人们的兴趣。在更短的时间内收集更多数据的能力将在许可和合规方面给行业带来好处。
“施工后死亡率监测往往是时间密集、劳动密集和昂贵的，”Sporer说。她说，虽然现在下结论还为时过早，但有了远程监测，“我们认为我们可以减少人力时间，实际上能够观察到相互作用本身，而不是预期的结果。”
Klehr指出，像美国鱼类和野生动物管理局和州环境部门这样的机构，负责保护太阳能电站周围的资源，也在决定如何进行研究和监测方面发挥了作用。
她说:“作为与运营商合作的顾问，我们通常会努力与机构进行协调。”“在风能方面，更多的关注是将技术融入到监测中。这也是太阳能的一个潜力，各机构正以更积极的态度看待这一点。”
滨田说:“技术可以是伟大的，但用技术解决问题需要人们真正使用它。”我们期待着在该领域进一步验证该系统。”
在2023年原型完成后，下一步将是与行业合作伙伴在更多的太阳能站点部署Argonne的系统。
