AN ASSESSMENT OF SOLAR ROOFTOP POTENTIAL ON LAMPANG RAJABHAT UNIVERSITY'S BUILDINGS BASED ON DIGITAL SURFACE MODEL (DSM)FROM UNMANNED AERIAL VEHICLE (UAV)

Abstract

This research aimed to assess the solar rooftop potential using a digital surface model (DSM) generated from an unmanned aerial vehicle (UAV) and to analyze the feasibility of investing in rooftop photovoltaic systems for Lampang Rajabhat University's buildings. The research methodology involved conducting a UAV survey and utilizing automated software to process UAV images, creating an Orthophoto and a digital surface model (DSM) with a resolution of 10 cm/pixel to analyze point solar radiation in ArcGIS Desktop. The derived solar radiation values were then employed in evaluating the viability of investing in rooftop photovoltaic (PV) systems, considering factors like Net Present Value (NPV), Internal Rate of Return (IRR), and Payback Period (PB) through project analysis and evaluation.

According to the analysis, the solar radiation value on the building roof in 2020 was 4.28 kWh/m2 per day, 130.69 kWh/m2 per month, or 1,415.8 kWh/m2 per year. The solar radiation was lowest between December and January, while May-July showed higher values due to the sun's changing position in the sky throughout the year. South-oriented pitched roofs had high solar radiation, nevertheless slopes steeper than 40° reduced the radiation. Flat roofs with solar panels oriented south and inclined at around 15° were found to be effective. The study revealed 23 buildings with solar rooftop potential and 4,106 solar panels covering 8.29 percent of the roof area and generating a total capacity of at least 1,300 kW. When the PV estimated value was compared to the actual value, a 0.19% difference was found. After adjusting the PV estimated value in PV-potential areas, the solar energy potential was determined to be 127,003.68 kWh per month or 1,524,044.15 kWh per year. This potential could result in a 42.28% reduction in the university's electricity costs.

The feasibility results for investing in a rooftop photovoltaic system showed positive Net Present Values (NPVs) during the project's 25-year life. The Internal Rate of Return (IRR) exceeded the project's discount rate, the weighted average cost of capital (WACC). Furthermore, the payback period was 9 years and 6 months, which was much shorter than the project's full period of time. As a result, the findings support the project's financial viability and its potential for reducing greenhouse gas emissions by 791.44 tCO2eq per year.

การวิจัยครั้งนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อประเมินศักยภาพการผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์บนหลังคาอาคาร ด้วยข้อมูลแบบจำลองความสูงพื้นผิวปกคลุมภูมิประเทศจากอากาศยานไร้คนขับ และวิเคราะห์ความคุ้มค่าในการลงทุนติดตั้งระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์บนหลังคาอาคารในมหาวิทยาลัยราชภัฏลำปาง วิธีการศึกษาผู้วิจัยได้ทำการบินและถ่ายภาพด้วยอากาศยานไร้คนขับและประมวลผลด้วยซอฟต์แวร์ประมวลผลภาพถ่ายทางอากาศแบบอัตโนมัติเพื่อจัดทำแผนที่ภาพถ่ายทางอากาศ (Orthophoto) และข้อมูลแบบจำลองพื้นผิวปกคลุมภูมิประเทศ (Digital Surface Model: DSM) ที่มีความละเอียดจุดภาพ 10 เซนติเมตร จากนั้นวิเคราะห์ค่ารังสีดวงอาทิตย์บนหลังคาอาคารด้วยเครื่องมือวิเคราะห์รังสีดวงอาทิตย์ในซอฟต์แวร์ ArcGIS Desktop ค่ารังสีดวงอาทิตย์ที่ได้นี้นำไปประเมินศักยภาพการผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์บนหลังคาอาคาร ขั้นตอนสุดท้ายเป็นการประเมินความคุ้มค่าในการลงทุนติดตั้งระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์บนหลังคาอาคารตามหลักเกณฑ์การตัดสินใจลงทุน ได้แก่ มูลค่าปัจจุบันสุทธิ (Net Present Value: NPV) อัตราผลตอบแทนภายในโครงการ (Internal Rate of Return: IRR) และระยะเวลาคืนทุน (Payback Period)

ผลการศึกษาพบว่า ใน พ.ศ. 2563 ค่ารังสีดวงอาทิตย์บนหลังคาอาคารเท่ากับ 4.28 kWh/m2 ต่อวัน หรือ 130.69 kWh/m2 ต่อเดือน หรือ 1,415.8 kWh/m2 ต่อปี ช่วงเดือนธันวาคม-มกราคมมีค่ารังสีดวงอาทิตย์ต่ำกว่าช่วงเดือนอื่นของปี ส่วนช่วงเดือนพฤษภาคม-กรกฎาคมมีค่ารังสีดวงอาทิตย์สูงกว่าช่วงเวลาอื่นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของดวงอาทิตย์บนท้องฟ้าในแต่ละวันในช่วงเวลาหนึ่งปี หลังคาแบบลาดเอียงไปทางทิศใต้มีค่ารังสีดวงอาทิตย์สูงแต่เมื่อความลาดชันมากกว่า 40 องศารังสีดวงอาทิตย์จะลดลง บนหลังคาแบบดาดฟ้า แผงเซลล์แสงอาทิตย์ควรหันไปทางทิศใต้และเอียงประมาณ 15 องศา โดยสรุปอาคารที่มีศักยภาพในการติดตั้งระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์บนหลังคามีจำนวน 23 อาคาร ติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์ได้ 4,106 แผง คิดเป็นพื้นที่ร้อยละ 8.29 กำลังผลิตติดตั้งรวมไม่ต่ำกว่า 1,300 กิโลวัตต์ ผลการคำนวณพลังงานไฟฟ้าที่คาดว่าจะผลิตได้ในพื้นที่ที่ได้ติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์ไว้แล้วนำไปเปรียบเทียบกับปริมาณพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้จริง พบว่าค่าประมาณสูงกว่าค่าจริง (%error) เท่ากับ 0.19 เมื่อนำไปหักลบออกจากค่าพลังงานไฟฟ้าที่คาดว่าจะผลิตได้ในพื้นที่ที่มีศักยภาพในการติดตั้งระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ ศักยภาพการผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์เท่ากับ 127,003.68 kWh ต่อเดือน หรือ 1,524,044.15 kWh ต่อปี สามารถลดค่าใช้จ่ายด้านพลังงานไฟฟ้าของมหาวิทยาลัยได้ร้อยละ 42.28

ผลการวิเคราะห์ความคุ้มค่าในการลงทุนติดตั้งระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์บนหลังคาอาคารพบว่า เมื่อโครงการมีอายุ 25 ปี จะมีมูลค่าปัจจุบันสุทธิมากกว่าศูนย์ อัตราผลตอบแทนภายในร้อยละ 11.47 ซึ่งสูงกว่าอัตราต้นทุนเงินทุนถัวเฉลี่ยถ่วงน้ำหนัก (WACC) ที่ใช้เป็นอัตราคิดลดของโครงการ และโครงการมีระยะเวลาคืนทุนเท่ากับ 9 ปี 6 เดือน ซึ่งน้อยกว่าอายุโครงการ จึงสามารถสรุปได้ว่าการการดำเนินโครงการติดตั้งระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์บนหลังคาอาคารของมหาวิทยาลัยราชภัฏลำปางมีความคุ้มค่าในการลงทุน และช่วยลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้อีก 791.44 ตันคาร์บอนไดออกไซด์เทียบเท่า (tCO2eq) ต่อปี