Studying the Possibility of Using Solar Radiation energy Using Remote Sensing and SEBAL Algorithm (Case Study: Savojbolagh city)

Document Type : Research Paper

Authors

Department of Physical Geography, Faculty of Social Sciences, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran

Abstract

As the main source of energy, the sun is the origin of life and the root of every other known energy. The global radiation of sun is one of the fundamental structures of any climatic range. Thus, knowing the qualities and predicting these fundamental structures have a great effect on energy-based plannings. The use of satellite images and remote sensing models have been used as suitable and cheap means to estimate solar radiation. In this study, the 2020 year images of Landsat 8 satellite, OLI sensor, TIRS sensor, and SEBAL algorithm were used.   ENVI software was used to make geometric, atmospheric, and radiometric modifications of the satellite images and execute SEBAL model calculations, and ArcGIS was used to create database, conduct locative analyses, carry out cartographic operations, and implement the model. The obtained results showed that the average of highest short-wave incoming radiation has been 862 watts per square meter on August 9, 2020, and the lowest value has been 368 watts per square meter on October 28, 2020. Nonetheless, the highest absolute radiation value has been 901 kilometers on June 6, 2020, and the lowest value has been 19 kilometers on September 10, 2020.  The difference in the absolute radiation values received by earth in the area under study is due to the difference in the sun’s radiation angle and the number of sunny hours in different months of the year. Finally, it can be concluded that the solar radiation in the region in the year under study has the potential to execute solar photovoltaic plans.

Keywords

Main Subjects


ابراهیمی، ا. (1389). انرژی خورشیدی و کاربرد آن، فراگیران سینا همدان.
اصغری سراسکانرود، صیاد؛ هادی امامی (1397). «پایش دمای سطح زمین و بررسی رابط کاربری اراضی با دمای سطح زمین با استفاده از تصاویر OLI و ETM+ (مطالعة موردی: شهرستان اردبیل)»، تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، س 19، ش 53، ص 195 ـ 215.
اصغری سراسکانرود، صیاد؛ مهدی فعال‌نذیری (1398). «پایش دمای سطح زمین و بررسی رابط کاربری اراضی با دمای سطح زمین با استفاده از تصاویر OLI با تجزیه‌وتحلیل شاخص موران (مطالعة موردی: شهرستان اردبیل)»، جغرافیا و برنامه‌ریزی محیطی، ش 73، ص 93 ـ 110.
آروین، عباس‌علی (1398). «آشکارسازی دمای رویة سطح زمین با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای»، مخاطرات محیط طبیعی، د 8، ش 19، ص 91 ـ 102.
بهادری‌نژاد، م؛ س. ع. میرحسینی (1384). «ضریب صافی هوا برای شهرهای مختلف ایران»، سومین همایش بهینه‌سازی مصرف سوخت در ساختمان.
بینش، ع. (1366). «انرژی خورشیدی و مناطق جنوب خراسان و سیستان و بلوچستان»، تحقیقات جغرافیایی، 2، ص 15 ـ 35.
جهان‌بخش، س.؛ م. زاهدی؛ خ. ولی‌زادة کامران (1388). «محاسبة دمای سطح زمین با استفاده از روش سبال و درخت تصمیم‌گیری در محیط GIS و Rs در بخش مرکزی منطقة مراغه»، جغرافیا و برنامه‌ریزی (دانشگاه تبریز)، ص 19 ـ 42.
رضایی‌مقدم، م.؛ م. هاتفی اردکانی (1394). «کاربرد تصاویر ماهواره‌ای و GIS در امکان‏سنجی استفاده از انرژی تابشی خورشید جهت تأمین روشنایی»، مطالعات جغرافیایی مناطق خشک، د 6، ش 21، ص 105 ـ 124.
عابدینی، م.؛ ا. قلعه؛ ن. آقازاده؛ م. محمدزادة شیشه‌گران (1401). «پایش دمای سطح زمین و بررسی رابطة کاربری اراضی با دمای سطح با استفاده از تصاویر سنجندة OLI و TM (مطالعة موردی: شهرستان مشگین‌شهر)»، تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، د 22، ش 67، ص 375 ـ 393.
عابدینی، م.؛ م. محمدزادة شیشه‌گران؛ ا. قلعه (1401). «پایش و برآورد وسعت مناطق دچار حریق بخشی از کوهستان زاگرس با استفاده از تصاویر ماهوارة لندست»، جغرافیا و برنامه‌ریزی محیطی، س 33، پیاپی 88، ش 4، ص 49 ـ 62.
کمالی، ع.؛ ا. مرادی (1384). تابش خورشیدی (اصول و کاربردها در کشاورزی و انرژی‏های نو)، انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد.
مباشری، م.؛ ح. خاوریان (1383). «تجزیه‌وتحلیل روش‌های استفاده از ماهواره در تعیین میزان تبخیر و تعرق»، تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، ص 83 ـ 98.
معینی، س.؛ ش. جوادی؛ ح. کوکبی؛ م. دهقان منشادی؛ ر. اسماعیلی (1389). «برآورد پتانسیل تابش خورشیدی در شهر یزد»، انرژی ایران، ص 24 ـ 39.
موسوی بایگی، م.؛ ب. اشرف؛ آ. میان‌آبادی (1389). «بررسی مدل‏های مختلف برآورد تابش خورشیدی به منظور معرفی مناسب‏ترین مدل در یک اقلیم نیمه‌خشک»، آب و خاک، ش 4، ص 836 ـ 844.
وروانی ، ه.؛ ب. فرهادی؛ م.ع. شریفی (1398). «تلفیق تصاویر ماهوارة لندست 8 و سنجندة مودیس جهت برآورد نیاز آبی ذرت علوفه‏ای در دورة رشد (منطقة مورد مطالعه: ماهی‌دشت کرمانشاه)»، تحقیقات منابع آب ایران، د 15، ش 1، ص 257 ـ 266.
ولی‌زادة کامران، خ. (1391). «برآورد تبخیر و تعرق پتانسیل به روش استفتز و محاسبة مقدار تابش رسیده به سطح زمین با استفاده از تصاویر DEM SRTM و با کمک تابع Solar Analyst در محیط GIS»، نشریة علمی‌ـ پژوهشی جغرافیا و برنامه‌ریزی دانشگاه تبریز، ش 9، ص 39 ـ 52.
Abedini, M., Mohamadzadeh Shishegaran, M., & Ghale, E. (2022). “Monitoring and Estimating the Fire-Affected Areas of the Zagros Mountains Using Landsat Satellite Images”, Geography and EnvironmentalPlanning, 33(4), pp. 49-62. (in Persian)
Abedini, M., Castle, A., Aghazadeh, N., & Mohammadzadeh Shihgaran, M. (2022). “Monitoring the surface temperature of the earth and investigating the relationship between land use and surface temperature using OLI and TM sensor images, case study: (Meshginshahr city)”, applied research of geographical sciences, Vol. 22, No. 67, pp. 375-393. (in Persian).
Allen, R., Tasumi, M., Trezza, R., & Wim, B. (2002). SEBAL: surface energy balance algorithms for land, Version 1.0, Funded by a NASA EOSDIS/Synergy grant from the raytheon company through the Idaho department of water resources. .PP. 1-97.
Almhab, A. & Busu, I. (2008). Estimation of evapotranspiration using fused remote sensing image data and M-SEBAL model for improving water management area, the 3rd international conference water resources and arid environments.
Arvin, A. (2019). “Land Surface Temperature Detection Using of Satellite Images”, Journal of Natural Environmental Hazards, 8(19), pp. 91-102. doi: 10.22111/jneh.2017.20855.1284
Asghari, S., Emami, H. (2019). Monitoring the earth surface temperature and relationship land use with surface temperature using of OLI and TIRS Image, Journal of Applied researches in Geographical Sciences, 19 (53), pp.195-215. (in Persian)
Asghari Saraskanroud, S., Faal-Naziri, M., & Ghale, E. (2019). “The Relationship of Different Land Uses with Land Surface Temperature based on Spatial Correlation (Moran) Analysis Using Landsat 8 Satellite Images (OLI) (Case Study: Ardebil City)”, Geography and EnvironmentalPlanning, 30 (1), pp. 93-110. (in Persian)
Bahadrinejad, M. & Mir-Hosseini, S. A. (2014). “Air purity coefficient for different cities of Iran”, The third conference on optimizing fuel consumption in buildings. (in Persian)
Bajat, B., Blagojević, D., Kilibarda, M., Luković, J., & Tošić, I. (2017). “Spatial analysis of thetemperature trends in Serbia during the period 1961–2010”, Theoretical and Applied Climatology, 121 (1-2), pp. 289-301.
Bakirci, K. (2009). “Correlation for estimation of daily global solar radiation with hours of bright sunshine in Turkey”, Energy, Vol. 34, pp. 485-501.
Binesh, A. (1366). “Solar energy and South Khorasan and Sistan and Baluchistan regions”, Journal of Geographical Research, 2, pp. 3-15.
Bosch, J.L., Lopez, G., & Batlles, F.J. (2008). “Daily solar irradiation estimation over a mountainous area using artificial neural networks”, Renewable Energy, Vol. 33, pp. 1622-1628.
Hong, S., Hendrickx, J., & Borchers, B. (2015). “Down-scaling of SEBAL derived evapotranspiration maps from MODIS (250m) to landsat (30m) scale”, International journal of remote sensing, Vol. 32, pp. 6457-6477.
Jaber, H.S., Mansor, S., Pradhan, B., & Ahmad, N. (2016). “Evaluation of SEBAL model for Evapotranspiration mapping in Iraq using remote sensing and GIS”, International Journal Appl Engneering Research, Vol. 11, pp. 3950-3964.
Jahanbakhsh, S., Zahedi, M., & Valizadeh Kamran, Kh. (2008). “Calculation of ground surface temperature using Sabal and decision tree method in GIS and Rs environment in the central part of Maragheh region”, Scientific-Research Publication Of Geography And Planning (Tabriz University), pp. 19-42. (in Persian)
Janjai, S., Laksanaboonsong, J., Nunez, M., & Thongsathitya, A. (2005). “Development of a method for generating operational solar radiation maps from satellite data for a tropical environment”, solar energy, Vol. 78, pp. 739-751.
Kamali, A. & Moradi, A. (1384). Solar radiation (principles and applications in agriculture and new energies), Ferdowsi University of Mashhad Publications. (in Persian)
Laine, V., Venalainen, A., Heikinheimo, M., & Hyvarinen, O. (1999). “Estimation of surface solar global radiation from NOAA AVHRR data in high latitudes”, Journal of applied meteorology, Vol. 38, pp. 1706-1719.
Moini, S., Javadi, S., Kokbi, H., Dehghan Manshadi, M., & Esmaili, R. (2009). “Estimating the potential of solar radiation in Yazd city”, Iranian Energy Journal, pp. 24-39. (in Persian)
Mousavi Baighi, M., Ashraf, B., & Mianabadi, A. (2009). “Investigation of different solar radiation estimation models in order to introduce the most appropriate model in a semi-arid climate”, Water and Soil Journal, No. 4, pp. 836-844. (in Persian)
Mubasheri, M. & Khavarian, H. (2004). “Analysis of the methods of using satellite in determining the rate of evaporation and transpiration”, Applied Research Of Geographic Sciences, pp. 83-98. (in Persian)
Muzathik, A.M., Nik, W.B.W., Ibrahim, M.Z., Samo, K.B., Sopian, K., & Alghoul, M.A. (2014). “Daily global solar radiation estimate based on sunshine hourse”, International Journal of Mechanical and Materials Engineering (IJMME), Vol. 6, pp. 75-80.
Pinker, R.T. & Ewing, J.A. (1985). “Modeling surface solar radiation: model formulation and validation”, Journal Climate Appl Meteorology, Vol. 24, pp. 389–401.
Rezaei Moghadam, M. & Hatfi Ardakani, M. (2014). “The use of satellite images and GIS in the feasibility of using the sun's radiant energy to provide lighting”, Geographical Studies of Dry Areas, Vol. 6, No. 21, pp. 105-124. (in Persian)
Ronald, C., Estoque, M., & Yuji, M, S. W. (2019). “Effects of landscape composition and pattern on land surface temperature: An urban heat island study in the megacities of Southeast Asia”, National Library of Medicine, U.S, 15 (577), pp. 349-359.
Theeuwes, N. E., Steeneveld, G. J., Ronda, R. J., & Holtslag, A. A. (2018). “A diagnostic equation for the daily maximum urban heat island effect for cities in northwestern Europe”, International Journal of Climatology, (1) 37, pp. 443-454.
Trnka, M., Zalud, Z., Eitzinger, J., & Dubrovsky, M. (2005). “Global solar radiation in Central European lowlands estimated by various empirical formulas”, Agriculture and Forest Meteorology, Vol. 131 (1-2), pp. 45-76.
Valizadeh Kamran, Kh. (2011). “Estimation of potential evaporation and transpiration by Stefftz method and calculation of the amount of radiation reaching the earth's surface using DEM SRTM images and with the help of Solar Analyst function in GIS environment”, Scientific And Research Journal of Geography and Planning of Tabriz University, No. 9, pp. 39-52. (in Persian)
Varwani, H., Farhadi, B., & Sharifi, M.A. (2018). “Integration of Landsat 8 and Modis sensor images to estimate the water requirement of fodder corn during the growth period (study area: Mahidasht Kermanshah)”, Iran Water Resources Research, Vol. 15, No. 1, pp. 257-266. (in Persian)
Winslow, J. C., Hunt, E. R., & Piper, S. C. (2001). “A globally applicable model of daily solar irradiance estimated from air temperature and precipitation data”, Ecol Model, 43, pp. 227-243.
Volume 15, Issue 1
Spring & Summer
April 2023
Pages 147-163
  • Receive Date: 06 December 2022
  • Revise Date: 08 February 2023
  • Accept Date: 12 February 2023