太陽光発電の能力の推定

非営利組織は、ワシントン D.C. の Glover Park の近隣地域の住民に、屋根へのソーラー パネルの設置を奨励する試験的プログラムを最近開始しました。 目標は、各家庭が消費する電力の大半をソーラー パネルで発電することです。

このチュートリアルでは、ArcGIS Pro を使用して、近隣地域の各屋根が受ける年間の日射量を決定します。 次に、適切な建物のすべてにソーラー パネルを備えた場合の、各屋根 (および近隣地域全体) が発電可能な電力を推定します。

このチュートリアルは、ArcGIS Pro 3.2 を使用して、2023 年 11 月 16 日に最終テストされました。 異なるバージョンの ArcGIS Pro を使用している場合、機能や結果が異なる可能性があります。

要件

• ArcGIS 組織でのユーザー、公開者、または管理者ロール: ArcGIS Online (ソフトウェア アクセスのオプションをご参照ください) または ArcGIS Enterprise (詳細)
• ArcGIS Pro (ソフトウェア アクセスのオプションをご参照ください)
• ArcGIS Spatial Analyst エクステンション

データの調査

Glover Park の太陽光発電の能力の解析を始める前に、データと区画について理解を深めます。

プロジェクトを開く

まず、デフォルトのプロジェクト データをダウンロードして、ArcGIS Pro で開きます。

1. 「Solar_in_Glover Zip ファイル」をダウンロードします。
2. コンピューター上で、ダウンロードしたファイルを選択します。

   注意:

   お使いの Web ブラウザーによっては、ダウンロードを開始する前に、ファイルの場所を選択するよう求めるメッセージが表示される場合があります。 ほとんどのブラウザーでは、デフォルトでコンピューターのダウンロード フォルダーがダウンロード先の場所になります。

3. ファイルを右クリックして、ドキュメント フォルダーなどの見つけやすい場所にファイルを展開します。
4. [Solar_in_Glover] フォルダーを開きます。

   フォルダー内には、いくつかのサブフォルダーの他、ArcGIS Pro プロジェクト ファイル (.aprx)、ArcGIS ツールボックス (.tbx)、および 2 つの ArcGIS Pro レイヤー ファイル (.lyrx) もあります。

5. コンピューターに ArcGIS Pro がインストールされている場合は、[Solar_in_Glover] プロジェクト ファイルをダブルクリックします。 サイン インするように求められた場合は、ライセンスが割り当てられた ArcGIS アカウントまたは ArcGIS Enterprise アカウントを使用してサイン インします。

   注意:

   ArcGIS Pro へのアクセス権限または組織アカウントがない場合は、ソフトウェア アクセスのオプションをご参照ください。

   

   プロジェクトには、2 つのレイヤーが含まれています。 [DSM] レイヤーと [Building_Footprints] レイヤーです。 まず、[DSM] レイヤーを調査します。

   [DSM] レイヤーは、デフォルトでオンになっていて、DSM (数値表層モデル) の Glover Park の近隣地域を表します。 DSM は、地表面の標高と地上にある建物や樹木などのフィーチャの標高を示します。 この DSM は、グリッド内のデータを表示するラスター レイヤーで、それぞれのセルに数値が含まれています。 暗いグレーのセルの標高が低くなり、明るいグレーのセルと白いセルの標高が高くなるように、DSM がシンボル表示されています。

6. マウス ホイール ボタンを使用して、DSM ラスターを構成する個々のセルが見えるまで拡大表示します。

   

   このラスターでは、各セルは 0.5 x 0.5 メートル (約 1.6 x 1.6 フィート) のサーフェスを表します。

7. 任意のセルをクリックします。

   セルのポップアップが表示されます。

   

   ポップアップ ウィンドウが表示されます。 選択したラスター セルの標高 (メートル単位) を示す値がポップアップに表示されます。 この例では、ハイライト表示されているセルの標高は約 89.9 メートル (295 フィート) です。

   デフォルトで、DSM はシンボル表示されて、暗いセルの標高が低く、明るいセルの標高が高くなります。

8. ポップアップを閉じます。 [コンテンツ] ウィンドウで [DSM] を右クリックして [レイヤーにズーム] を選択します。

   

   マップは、Glover Park 近隣地域の全範囲に戻ります。

陰影起伏効果の作成

DSM のパターンは建物と植生の場所を示しますが、陰影起伏効果を作成すると、表面をよりわかりやすく視覚化できます。 陰影起伏ラスター レイヤーは、リアルな陰影効果を使用して標高を表します。

1. リボンの [画像] タブをクリックします。 [解析] グループで [ラスター関数] ボタンをクリックします。

   

   [ラスター関数] ウィンドウが表示されます。

   注意:

   ラスター関数は、計算をラスターのピクセル値に直接適用するツールであり、新しいデータを保存する必要がありません。 したがって、非常に効率よく利用できます。

2. [ラスター関数] ウィンドウの検索ボックスに「陰影起伏」と入力します。 結果のリストで、[サーフェス] にある [陰影起伏] をクリックします。

   

   [陰影起伏] ツールが開きます。

3. [ラスター] で [DSM] を選択します。 その他すべてのデフォルト値をそのまま使用し、[新しいレイヤーの作成] をクリックします。

   

   [陰影起伏_DSM] という新しいレイヤーがマップに追加されます。 最適な視覚効果を得るために、陰影起伏と DSM レイヤーのシンボル表示を組み合わせて使用します。

4. [コンテンツ] ウィンドウで、[DSM] レイヤーを [陰影起伏_DSM] レイヤーの上にドラッグします。

   

   [DSM] レイヤーは、透過表示が 40% に設定されています。 DSM を陰影起伏の上に描画すると、両方のレイヤーが表示されます。

   

5. マウス ホイール ボタンを使用して、地形の詳細が見えるまで拡大表示します。

   

   陰影起伏レイヤーの写実的な陰影に 3D 効果が加わりました。 建物や樹木などのサーフェス フィーチャがより区別しやすくなります。 また、屋上のソーラー パネルで重要となる、建物の屋根が陸屋根であるか、切妻 (傾斜) であるかを区別することもできます。

   注意:

   もっと色彩豊かなカラー ランプで [DSM] レイヤーをシンボル表示することもできますが、グレーの色調を維持します。 落ち着いた色調は、このチュートリアルで作成する他のレイヤーに注目を集めるのに適した背景になります。

6. [コンテンツ] ウィンドウで [DSM] を右クリックして [レイヤーにズーム] を選択します。

   注意:

   ラスター関数を使用して作成した陰影起伏レイヤーは動的に計算されるので、ディスクに書き込まれません。 このため、[コンテンツ] ウィンドウから削除すると、完全に消失し、再作成する必要性が生じます。

建物フットプリントの調査

プロジェクトには、デフォルトでオフになっている [Building_Footprints] と呼ばれるレイヤーが含まれています。 次に、このレイヤーを調査します。

1. [コンテンツ] ウィンドウで [Building_Footprints] レイヤーのチェックボックスをオンにして、このレイヤーを有効にします。

   

   このレイヤーには、Glover Park 近隣地域の各建物のアウトラインが含まれています。 ラスター レイヤーである DSM レイヤーや陰影起伏レイヤーとは異なり、このレイヤーはベクター レイヤーであるため、ポリゴンの形式で空間情報が表示されます。

2. マップ全体のズームと画面移動を行って、近隣地域を調査します。

   近隣地域には、小規模な一世帯住宅から、大規模な商業施設や中規模な集合住宅まで、さまざまな建物が存在していることがわかります。 また、多くのエリアには、太陽光発電に影響を及ぼす可能性のある重大な樹木被覆も存在しています。

3. 近隣地域の全範囲に戻ります。
4. [クイック アクセス ツールバー] で、[保存] ボタンをクリックして、プロジェクトを保存します。

   注意:

   現在の ArcGIS Pro のバージョンでこのプロジェクト ファイルを保存すると、これより前のバージョンでファイルを再び開けなくなることを警告するメッセージが表示される場合があります。 このメッセージが表示されたら、[はい] をクリックして続行します。

   

このモジュールでは、標高データと建物フットプリントを含むプロジェクトの初期データをダウンロードし、開いて調査しました。 また、陰影起伏レイヤーを作成して、近隣地域の表面をよりわかりやすく視覚化しました。

太陽エネルギーマップの作成

次に、Glover Park の標準的な 1 年間の屋根サーフェスに到達する太陽エネルギー量をマップするラスター レイヤーを作成します。 屋根面が受ける太陽エネルギーが大きければ大きいほど、ソーラー パネルを設置することにより多くの電力を発電できます。

日射量レイヤーの作成

日射量レイヤーを作成するときは、[エリアの日射量] ツールを使用します。 このツールは、ArcGIS Spatial Analyst エクステンションの一部であり、DSM を入力値として取ります。 これは、1 年間の太陽の位置および 1 日のさまざまな時間の太陽の位置、近くの樹木や建物などの日差しを遮る障害物、面の傾斜角および方向を考慮する高度なモデルに基づいて、日射量を計算します。 日射量のモデリングの詳細については、「日射量のモデリング」ヘルプ ドキュメントをご参照ください。

DSM は、障害物、方向、および傾斜角の必要な情報を提供します。 出力は、各セルの値がその場所の Wh/m² (1 平方メートルあたりのワット時) を単位とする日射量になっているラスターレイヤーです。

注意:

[エリアの日射量] ツールは計算負荷が高く、実行すると 20 ～ 90 分かかります。 この演習では、自分でツールを実行するか、すでに作成されており、プロジェクト データが入力されている日射量ラスターレイヤーを使用するかを選択します。 どちらを選択した場合でも、まず始めに、ツールの正確なパラメーター値を選択する方法を学習します。

1. リボンの [解析] タブの [ジオプロセシング] グループで、[ツール] をクリックします。

   

   [ジオプロセシング] ウィンドウが表示されます。

2. [エリアの日射量] ツールを検索し、開きます。

   

3. [エリアの日射量] ツールの [入力ラスター] で、DSM を選択します。 [出力 全天日射量ラスター] で、出力名を「Solar_Rad_Whm2_my_own」に変更します。

   注意:

   [Solar_Rad_Whm2_my_own] という名前にする目的は、ダウンロードした既存の [Solar_Rad_Whm2] レイヤーと区別し、そのレイヤーを上書きしないようにするためです。

   入力ラスターを選択すると、[緯度] パラメーターが DSM の緯度で自動的に入力されます。 このパラメーターは、太陽の位置を決定するのに便利です。

   

   デフォルトでは、このツールは数日の間隔で実行されます。 1 年間の日射量を計算するように、時間間隔を変更します。

4. [時間設定] で、[一年間] を選択します。 必要に応じて、[年] に「2021」と入力するか、現在の年を入力します。

   デフォルトで、このツールは日射量をサンプリングするそれぞれの日の 30 分ごとに 1 回計算します。 [時間間隔] を 1 時間ごとに 1 回に変更して、計算時間を短縮します。

5. [時間間隔] に「1」と入力します。

   

   デフォルトで、このツールは各セルの周りの 32 の方向について、光を遮る障害物を確認します。 計算時間を短縮するために、この値を 16 に変更します。

6. [地形パラメーター] を展開します。 [方位計算] に「16」と入力します。

   

   また、ツール環境を変更し、[Building_Footprints] レイヤーをマスクとして設定して、建物フットプリント内のエリアだけが処理され、計算時間が短縮されるようにすることもできます。

7. [環境] タブをクリックします。

   

8. [ラスター解析] の [マスク] で、[Building_Footprints] を選択します。

   

   上記のとおり、[エリアの日射量] ツールは、計算負荷が高いツールです。 ツール (実行すると 20 ～ 90 分かかります) を実行するときは、[実行] をクリックします。

9. 代わりに、すでに作成されているラスター レイヤーを使用したい場合は、リボンの [表示] タブにある [ウィンドウ] グループで [カタログ ウィンドウ] をクリックします。 [カタログ] ウィンドウで、[データベース] と [Solar_in_Glover.gdb] を展開します。 [Solar_Rad_Whm2] を右クリックして、[現在のマップに追加] を選択します。

   

   注意:

   自分でレイヤーを作成したのか、それとも既存のレイヤーをマップに追加したのかによって、レイヤーのシンボルが異なる場合があります。 このチュートリアルで後から、レイヤーのシンボルを変更するので、現在の差異は問題になりません。

   

10. プロジェクトを保存します。

計測単位の変換

日射量ラスターは、計測単位のとして 1 平方メートルあたりのワット時を使用します。 [コンテンツ] ウィンドウの凡例に従い、一部のセルでは 100 万を超えます(表記 e+06 で示されます)。 これらの値の大きさを減らすために、また読みやすくするために、ラスター レイヤーを kWh/m² (1 平方メートルあたりのキロワット時) に変換します。

[Building_Footprints] レイヤーは後続のステップで不要になるので、オフにしておきます。

1. [コンテンツ] ウィンドウで、[Building_Footprints] をオフにします。

   

2. [ジオプロセシング] ウィンドウで [戻る] ボタンをクリックして、検索機能に戻ります (2 回クリックすることが必要な場合があります)。

   

3. [ラスター演算 (Spatial Analyst ツール)] を検索し、開きます。

   1 キロワットは 1,000 ワットを表すので、計測値の単位を変換するために必要になるのは、既存のセルの値を 1,000 で除算する式を作成することです。

4. [ラスター演算 (Raster Calculator)] ツールで [マップ代数演算式] に次の式を入力 (または作成) します。

   「"Solar_Rad_Whm2" / 1000」

   注意:

   日射量ラスター レイヤーを自分で作成した場合は、この式の中のレイヤーの名前が [Solar_Rad_Whm2] ではなく [Solar_Rad_Whm2_my_own] になります。

   

5. [出力ラスター] で、出力名を「Solar_Rad」に変更します。
6. [実行] をクリックします。

   新しいラスター レイヤーがマップに作成されて追加されます。 元の日射量レイヤーと似ていますが、値が千分の一になっています。

   元の日射量レイヤーは必要なくなったため、削除します。

7. [コンテンツ] ウィンドウで [Solar_Rad_Whm2] (または [Solar_Rad_Whm2_my_own]) を右クリックして [削除] を選択します。

   

日射量レイヤーのシンボル表示

次に、[Solar_Rad] レイヤーをシンボル表示します。 解析するためには、すべての日射量ラスター レイヤーで統一したシンボルを使用して、視覚的に確実に比較できるようにします。 事前定義済みのシンボルを含むレイヤー ファイルをレイヤーに適用します。 このレイヤー ファイルは、ダウンロードしたプロジェクト データに含まれています。

1. [コンテンツ] ウィンドウで、[Solar_Rad] カラー ランプをクリックします。

   

   [シンボル] ウィンドウが表示されます。

2. [シンボル] ウィンドウでオプション ボタンをクリックして [レイヤー ファイルからインポート] を選択します。

   

3. [シンボルのインポート] ウィンドウで、[フォルダー] と [Solar_in_Glover] フォルダーを展開します。 [Solar_Rad.lyrx] をダブルクリックします。

   このレイヤー ファイルがレイヤーに適用されます。 新しいシンボルがマップ上に表示されます。

   

4. [シンボル] ウィンドウを閉じます。
5. 屋根サーフェスを拡大表示して見やすくします。

   

   赤色とオレンジ色は日射量が多いことを示し、黄色と青色の色調は、日射量が少ないことを示します ([Building_Footprints] ポリゴンの外にあるセルは計算されていません。 これらのセルは、値が [NoData] になるので表示されません)。

   北向きの屋根の傾斜角は、南向きの屋根の傾斜角よりも屋根が受ける太陽エネルギーが少ない傾向があるため、青色と黄色の色調になります。 また、樹木や他の建物で日差しを遮られる屋根は、受ける太陽エネルギーが往々にして非常に少なくなります。

6. 縮小表示して、近隣地域の全範囲に戻ります。 プロジェクトを保存します。

このモジュールでは、Glover Park の屋根が受ける年間太陽エネルギーをマッピングしました。 最初に、日射量ラスター レイヤーを作成しました。 次に、可視化目的で計測単位を変換し、レイヤーをシンボル表示しました。 次に、ソーラー パネルに適切な屋根を識別します。

適切な屋根の識別

ソーラー パネルに適切な屋根を識別するために、次の 3 つの基準を考慮に入れます。

• 適切な屋根は、傾斜角が 45 度以下です。これは急な傾斜角では、屋根が受ける日差しが減る傾向にあるためです。 屋根の傾斜角を決定するために、傾斜角ラスター レイヤーを作成する必要があります。
• 適切な屋根が受ける日射量は、少なくとも 800 kWh/m² である必要があります。 この基準は、日射量ラスター レイヤーを使用して評価できます。
• 適切な屋根は、北を向いていないことが必要です。北半球では北を向いている屋根の日差しが減る傾向にあるためです。 屋根の向きを決定するために、傾斜方向ラスター レイヤーを作成する必要があります。

傾斜角レイヤーの作成

最初に、[サーフェス パラメーター (Surface Parameters)] ツールを使用して、DSM に基づいて傾斜角ラスター レイヤーを作成します。

1. 必要に応じて、[ジオプロセシング] ウィンドウを開きます。 [ジオプロセシング] ウィンドウがすでに開いているときは、[戻る] ボタンをクリックします。
2. [ジオプロセシング] ウィンドウで、[サーフェス パラメーター (Surface Parameters)] ツール (Spatial Analyst ツール) を検索して開き、次のパラメーターに値を入力します。
   • [入力サーフェス ラスター] で [DSM] を選択します。
   • [出力ラスター] に「Slope_DSM」と入力します。
   • [入力解析マスク] は [DSM] のままにします。
   • [パラメーター タイプ] が [傾斜角] に設定されていることを確認します。

   傾斜角の測定方法や計算方法を決定する他のパラメーターを変更する必要はありません。

   

3. [実行] をクリックします。

   ツールが実行され、新しいラスター レイヤーがマップに追加されます。

   

   このレイヤーの各セルは、0 ～ 90 度の範囲の傾斜角の値になっています。 明るい色は急勾配の傾斜角で、暗い色は傾斜角が小さくなっています。

傾斜方向レイヤーの作成

屋根の向きを決定するために、[サーフェス パラメーター (Surface Parameters)] ツールを使用して、傾斜方向ラスター レイヤーを作成します。

1. [サーフェス パラメーター (Surface Parameters)] ツール ウィンドウで、次のパラメーターを入力します。
   • [入力サーフェス ラスター] は [DSM] のままにします。
   • [出力ラスター] に「Aspect_DSM」と入力します。
   • [入力解析マスク] は [DSM] のままにします。
   • [パラメーター タイプ] で [傾斜方向] を選択します。

   ツールが傾斜方向を計算する方法を変更する必要はありません。

   

2. [実行] をクリックします。

   ツールが実行され、新しいラスターがマップに追加されます。

   

   各セルは、単位を度とした方向を示す値を含んでいます。0 は真北を示し、180 は真南を示します。

傾斜角が大きいエリアの削除

次に、ラスター レイヤーを使用して、ソーラー パネルの基準を満たすエリアを特定します。 まず、傾斜角が 45 度より急勾配のエリアを、日射量ラスター レイヤーから削除します。

ラスターレイヤーは、すべて同じセル グリッドを使用します。 このため、日射量レイヤーと傾斜角レイヤーの値を比較することができます。 式を [Con] ツールで作成し、その式で各傾斜角の値が 45 以下であるかどうかを確認します。

傾斜角が 45 度を超える急勾配のセルは、出力レイヤーのそのセルの値が [NoData] に変更されます。 それ以外は、対応する日射量の値がセルに与えられます。 この結果、日射量ラスターレイヤーには 45 度より急な傾斜角は含まれなくなります。

1. [ジオプロセシング] ウィンドウの [戻る] ボタンをクリックします。 [Con] を検索して、[Con (Spatial Analyst ツール)] を開きます。
2. [Con] ツールのウィンドウにある [入力条件付きラスター] で [Slope_DSM] を選択します。
3. [式] の下で、「Where 句 VALUE が 45 以下」という式を作成します。

   

   この式は、傾斜角ラスターのすべてのセルに適用されます。 セルの値が 45 以下であれば、そのセルは TRUE であると考えられます。 45 以下でなければ、FALSE であると考えられます。

   次に、TRUE と判定されたセルの出力セル値を指定するラスター レイヤーを選択します。 最後に、屋上の推定日射量を計算し、出力レイヤーで日射量セル値が使用されるようにします。

4. [条件式が TRUE のときの入力ラスター、または定数値] で [Solar_Rad] を選択します。

   FALSE と判定されたセルの場合は、ラスター レイヤーを選択するオプションまたは定数値を設定するオプションを使用します。 ただし、このパラメーターは空白のままにしておきます。これにより、FALSE のセルに [NoData] 値が割り当てられます。

5. [出力ラスター] で、出力名を「Solar_Rad_S」に変更します。ここで、S は Slope (傾斜角) を意味します。

   

6. [実行] をクリックします。

   ツールが実行され、新しいラスターがマップに追加されます。 新しいレイヤーを調査する前に、[Solar_Rad] ラスター レイヤーに合わせてシンボルを変更します。

7. [コンテンツ] ウィンドウで、[Solar_Rad_S] カラー ランプをクリックします。

   [シンボル] ウィンドウが表示されます。

8. [シンボル] ウィンドウでオプション ボタンをクリックして [レイヤー ファイルからインポート] を選択します。
9. [シンボルのインポート] ウィンドウで、[フォルダー] と [Solar_in_Glover] フォルダーを開きます。 [Solar_Rad.lyrx] をダブルクリックします。

   新しいシンボルがレイヤーに追加されます。 ここで、[スワイプ] ツールを使用して、[Solar_Rad_S] と [Solar_Rad] の差を比較します。

10. [シンボル] ウィンドウを閉じます。
11. [コンテンツ] ウィンドウで、[Aspect_DSM] レイヤーおよび [Slope_DSM] レイヤーをオフにして無効にします。
12. [Solar_Rad] レイヤーと [Solar_Rad_S] レイヤーがオンになっていることを確認します。 [Solar_Rad] をクリックして選択します。
13. リボンの [ラスター レイヤー] タブの [比較] グループで、[スワイプ] をクリックします。

    

14. 拡大すると、建物がさらに詳細に表示されます。 [スワイプ] ポインターを上から下にドラッグし、[Solar_Rad] レイヤーをめくり、[Solar_Rad_S] レイヤーから削除されたエリアを確認します。

    

    削除された屋上のエリアは、傾斜角が 45 度を超えているエリアです。

    注意:

    スワイプしながらさらにいくつかのエリアを調査するには、マウス ホイール ボタンを使用して、縮小表示してから、もう一度拡大表示します。 画面移動するには、C キーを押しながらドラッグします。

15. 近隣地域の全範囲に戻ります。
16. プロジェクトを保存します。

少ない日射量のエリアの削除

次に、適切な屋根の 2 つ目の基準を検討します。 ソーラー パネルを設置する場合、屋根面は、少なくとも 800 kWh/m² の日射量を受ける必要があります。 [Solar_Rad_S] レイヤーに対して [Con] ツールを使用して、日射量の少ない残りのエリアを削除します。

[ジオプロセシング] ウィンドウは、[Con] ツールですでに開いています。

1. [Con] ツールのウィンドウにある [入力条件付きラスター] で [Solar_Rad_S] を選択します。
2. [式] で [項目の削除] をクリックして、前の式を削除します。

   

3. [項目の追加] をクリックして、[Where 句 VALUE が 800 以上] という新しい式を作成します。
4. [条件式が TRUE のときの入力ラスター、または定数値] で [Solar_Rad_S] を選択します。 [出力ラスター] で、出力名を「Solar_Rad_S_HS」に変更します。ここで、HS は High Solar (日射量が多い) を意味します。

   

5. [実行] をクリックします。

   新しいラスター レイヤーがマップに追加されます。 他の日射量レイヤーをシンボル表示した方法で、同様にシンボル表示します。

6. [コンテンツ] ウィンドウで、[Solar_Rad_S_HS] カラー ランプをクリックします。
7. [シンボル] ウィンドウでオプション ボタンをクリックして [レイヤー ファイルからインポート] を選択します。 [シンボルのインポート] ウィンドウで、[Solar_in_Glover] を参照して、[Solar_Rad.lyrx] をダブルクリックします。

   このシンボルがレイヤーに適用されます。

8. [シンボル] ウィンドウを閉じます。
9. [コンテンツ] ウィンドウで、[Solar_Rad] レイヤーをオフにします。
10. [Solar_Rad_S] レイヤーをクリックして選択します。
11. [スワイプ] ツールを使用して、[Solar_Rad_S] と [Solar_Rad_S_HS] の差を比較します。

    

    さらに不向きなエリアが削除されました。 これらのエリアは受ける日射量が少ないため、ソーラー パネルの設置には不向きでした。

12. 近隣地域の全範囲に戻ります。 プロジェクトを保存します。

北向きのエリアの削除

適切な屋根の 3 つ目の基準は、屋根面が北向きではないということです。 北半球では、北向きの面の日射量は、他の方向に向いている場合よりも少なくなると考えられます (南半球では、南向きの面が受ける日射量が最小です)。

北向きの屋根面の多くは、少ない日射量のエリアを削除したときにすでに削除されましたが、残っているものもあります。 [Aspect_DSM] の凡例によると、北向きの傾斜角の値は 22.5 度を下回っているか、337.5 度を上回っています。 また、傾斜方向とは無関係に、ほとんど平坦な傾斜角は残します。 屋根が陸屋根の場合、ソーラー パネルの傾斜方向は問題になりません。 10 度以下の傾斜角は平坦またはほぼ平坦であることを考慮します。

両方の条件を満たすために、[Aspect_DSM] と [Slope_DSM] の両方を使用します。 [Con] ツールを 2 回実行します。1 回目は傾斜角が小さいエリアを決定して、2 回目は北向きのエリアを決定します。

1. [ジオプロセシング] ウィンドウで [Con] ツールがまだ開いていることを確認します。 [入力条件付きラスター] で [Slope_DSM] を選択します。
2. 条件式を削除して、[Where 句 VALUE が 10 以下] という新しい条件式を追加します。
3. [条件式が TRUE のときの入力ラスター、または定数値] で [Solar_Rad_S_HS] を選択します。 [出力ラスター] で、出力名を「Solar_Rad_Low_Slope」に変更します。

   

4. [実行] をクリックします。

   新しいラスター レイヤーがマップに追加されます。 [Con] ツールをもう一度実行して、北向きの面を決定します。

5. [Con] ツール ウィンドウの [入力条件付きラスター] で [Aspect_DSM] を選択します。

   北向きの傾斜角は、22.5 未満または 337.5 を超える値の傾斜角です。 式は、これらの条件の両方を満たすための 2 つの句が必要です。

6. 条件式を削除して、[Where 句 VALUE が 22.5 より大きい] という新しい条件式を追加します。
7. [項目の追加] をクリックします。 [And VALUE が 337.5 より小さい] という条件式を作成します。

   これらの句を合わせて、北向きではないすべての面を対象に含めます。

   [Solar_Rad_S_HS] は、TRUE のラスターとして続けて使用しますが、FALSE のラスターとして [Solar_Rad_Low_Slope] レイヤーを追加します。 そうすると、FALSE のセル (北向き) が傾斜角が小さいレイヤーの値で置き換えられます。 出力レイヤーには、北向きではないエリアと傾斜角が小さいエリアの両方のエリアが含まれます。

8. [Con] ツール ウィンドウで以下の入力を続けます。
   • [条件式が TRUE のときの入力ラスター、または定数値] で [Solar_Rad_S_HS] が選択されていることを確認します。
   • [条件式が FALSE のときの入力ラスター、または定数値] で [Solar_Rad_Low_Slope] を選択します。
   • [出力ラスター] に「Solar_Rad_S_HS_NN」と入力します。ここで、NN は No North (北向きではない) を意味します。

   

9. [実行] をクリックします。

   新しいラスター レイヤーがマップに追加されます。 他の日射量レイヤーをシンボル表示した方法で、同様にシンボル表示します。

10. [コンテンツ] ウィンドウで、[Solar_Rad_S_HS_NN] カラー ランプをクリックします。 [シンボル] ウィンドウでオプション ボタンをクリックして [レイヤー ファイルからインポート] を選択します。
11. [Solar_in_Glover] フォルダーを参照して、[Solar_Rad.lyrx] をダブルクリックします。

    このシンボルがラスター レイヤーに追加されます。

12. [シンボル] ウィンドウを閉じます。
13. [コンテンツ] ウィンドウで [Solar_Rad_Low_Slope] レイヤーと [Solar_Rad_S] レイヤーをオフにします。 [Solar_Rad_S_HS] レイヤーを選択します。

    

14. [スワイプ] ツールを使用して、[Solar_Rad_S_HS] と [Solar_Rad_S_HS_NN] の差を比較します。

    

    日射量が少ないエリアを削除した際に、北向きの面の多くがすでに削除されたので、これらのレイヤー間に大幅な変化はありません。 ただし、エリアの一部は実際に削除されていて、[Solar_Rad_S_HS_NN] レイヤーには、ソーラー パネルの設置に適した屋根面だけが含まれています。

    注意:

    ソーラー パネルを実際に設置する場合は、屋根を個別にさらに詳しく調べる必要がありますが、解析目的ではこの近似計算で十分です。

15. 探索を終了したら、リボンの [マップ] タブの [ナビゲーション] グループで [マップ操作] をクリックして、[スワイプ] ツールを非アクティブにします。

    

16. [コンテンツ] ウィンドウで [Solar_Rad_S_HS] をオフにします。

    わかりやすくするために、[Solar_Rad_S_HS_NN] レイヤーの名前を変更します。

17. [コンテンツ] ウィンドウで [Solar_Rad_S_HS_NN] を 2 回クリックして編集し、「Suitable_Cells」と入力して Enter キーを押します。

    

18. 近隣地域の全範囲に戻ります。 プロジェクトを保存します。

このモジュールでは、最初の日射量レイヤーから開始して、ソーラー パネルの設置に不向きなエリアをすべて削除しました。 これで、適切なサーフェス ラスターを使用して、解析を続行できるようになりました。

建物ごとの電力の計算

適切な各ラスター セルが受ける日射量の値がマップに表示されます。 このモジュールでは、日射量のデータを集約して、各建物が通常 1 年間に受ける日射量の値を求めます。 次に、日射量を電力生産量の能力に変換して、結果を調査します。

建物ごとのセルの集約

まず、建物ごとに、適切なセルが占める面積 (m² 単位) と平均日射量 (kWh/m² 単位) を計算します。 この計算には、[ゾーン統計をテーブルに出力 (Zonal Statistics as Table)] ツールを使用します。

1. [コンテンツ] ウィンドウで、[DSM] レイヤーと [Hillshade_DSM] レイヤーをオフにします。 [Building_Footprints] レイヤーをオンにします。

   

   [ゾーン統計をテーブルに出力 (Zonal Statistics as Table)] ツールは、各建物フットプリント ポリゴン内を確認し、各ポリゴンに含まれている適切なセルを集約します。

2. 必要に応じて、リボンの [解析] タブで、[ツール] をクリックして [ジオプロセシング] ウィンドウを開きます。 必要に応じて、[ジオプロセシング] ウィンドウの [戻る] ボタンをクリックします。
3. [ゾーン統計をテーブルに出力 (Spatial Analyst ツール)] ツールを検索して開きます。
4. [ゾーン統計をテーブルに出力 (Zonal Statistics as Table)] ツールのウィンドウで、次のパラメーター値を選択します。
   • [入力ラスター、またはフィーチャ ゾーン データ] で、[Building_Footprints] を選択します。
   • [ゾーン フィールド] で、[Building_ID] が選択されていることを確認します。
   • [入力値ラスター] で [Suitable_Cells] を選択します。
   • [出力テーブル] に「Solar_Rad_Table」と入力します。
   • [統計の種類] で、[平均] を選択します。

   [Building_ID] フィールドは、各建物フットプリントの一意識別子です。 このフィールドをゾーン フィールドとして使用すると、各建物フットプリントが明確に識別されるようになります。

   選択して、統計の複数の種類を計算できます。 [平均値] を計算して、各建物の平方メートル当たりの平均日射量を求めます。

   

5. [実行] をクリックします。

   ツールが実行され、新しいテーブルが [コンテンツ] ウィンドウの [スタンドアロン テーブル] の下部に追加されます。

   ヒント:

   [コンテンツ] ウィンドウには多数のレイヤーが含まれているため、下にスクロールしてテーブルを表示することが必要な場合があります。

6. [コンテンツ] ウィンドウで、[Solar_Rad_Table] を右クリックし、[開く] を選択します。

   

   テーブルが開きます。

7. テーブルのコンテンツを確認します。

   

   • 各行は、[Building_ID] で一意に識別された建物を表します。
   • [COUNT] は、該当する建物の適切なセルの数を示します。
   • [AREA] は、適切なセルが占める面積 (m² 単位) を示します。
   • [MEAN] は、これらのセルが受ける平均日射量 (kWh/m² 単位) を示します。

   このテーブルはスタンドアロンですので、マップの空間データには接続されません。 [フィールドの結合 (Join Field)] ツールを使用して、対象フィールド [AREA] および [MEAN] を [Building_Footprints] レイヤーに結合します。 この結合の一致フィールドは [Building_ID] です。

8. テーブルを閉じます。
9. [ジオプロセシング] ウィンドウの [戻る] ボタンをクリックします。 [フィールドの結合 (Join Field)] を検索して開きます。
10. [フィールドの結合 (Join Field)] ツールのウィンドウで、次の値を選択します。
    • [入力テーブル] で [Building_Footprints] を選択します。
    • [入力フィールド] で、[Building_ID] を選択します。
    • [結合テーブル] で [Solar_Rad_Table] を選択します。
    • [結合フィールド] で、[Building_ID] を選択します。
    • [転送フィールド] で [AREA] を選択します。
    • 表示される 2 番目の [転送フィールド] ドロップダウン リストで [MEAN] を選択します。

    

11. [実行] をクリックします。

    しばらくすると、処理が完了します。

12. [コンテンツ] ウィンドウで、[Building_Footprints] を右クリックして、[属性テーブル] を選択します。

    [AREA] および [MEAN] フィールドがテーブルの最後に追加されました。

13. テーブルを閉じます。

適切な建物の検出

建物の屋上ごとに適切な面積が判明したので、最終基準を適用して、ソーラー パネルの適合性を確認します。 建物の適切な屋根面が 30 平方メートル未満の場合、一般的にソーラー パネルの設置には適さないこと考慮します (設置しても割に合わないため)。 [属性検索 (Select Layer By Attributes)] ツールを使用して、十分に適切な屋根面がある建物を選択します。

1. リボン上の [マップ] タブの [選択] グループで [属性条件で選択] をクリックします。

   

2. [属性条件で選択] ウィンドウの [入力行] で、[Building_Footprints] が選択されていることを確認します。 [選択タイプ] で、[新規選択] が選択されていることを確認します。
3. [式] で、[Where 句 AREA が 30 以上] という式を作成します。

   

4. [OK] をクリックします。

   選択内容が適用されます。 多数の建物が選択されていますが、選択されていない建物も一部存在します。

5. マップの下部で、[選択フィーチャ] の正確な数を確認します。

   

   注意:

   実際に選択された建物の数は、サンプル画像と多少異なる場合があります。

6. 拡大すると、建物がさらに詳細に表示されます。

   

   選択されなかった建物の多くは、物置小屋のような特に小さい建物です。 それ以外は大きい建物ですが、ソーラー パネル用の適切な表面が不足しています。この原因は、隣接する樹木や他の建物によって日陰になってしまうことが考えられます。

7. 縮小表示して、近隣地域の全範囲に戻ります。

   選択された建物を新しいフィーチャクラスにエクスポートします。

8. [コンテンツ] ウィンドウで、[Building_Footprints] を右クリックし、[データ] にポインターを合わせて [フィーチャのエクスポート] を選択します。
9. [フィーチャのエクスポート] ウィンドウの [入力フィーチャ] で、[Building_Footprints] が選択されていることを確認します。 [出力フィーチャクラス] に「Suitable_Buildings」と入力します。

   

10. [OK] をクリックします。

    フィーチャクラスが作成され、マップに追加されます。 元の建物フットプリント レイヤーまたは日射量スタンドアロン テーブルは必要なくなったため、それらを削除します。

11. [コンテンツ] ウィンドウで、[Building_Footprints] レイヤーを右クリックし、[削除] を選択します。 同様に、[Solar_Rad_Table] を削除します。
12. プロジェクトを保存します。

これで、適切な建物をすべて含むマップができました。建物ごとに、その建物の適切な面積と平方メートル当たりの平均日射量が示されます。

日射量のフィールドの作成

次に、[Suitable_Buildings] 属性テーブルでフィールドを作成します。 このフィールドには、各建物の使用できる面積が 1 年間に受ける日射量の総量を格納します。 各建物の適切な面積に平方メートル当たりの平均日射量を乗算して、このフィールドの値を算出します。 また、数値が大きくなりすぎないように、1,000 で除算して日射量の単位をキロワット時からメガワット時に変換します。 これに相当する式は (Area * Mean) / 1000 になります。

1. [コンテンツ] ウィンドウで、[Suitable_Buildings] を右クリックして、[属性テーブル] を選択します。
2. 属性テーブルのリボンの [フィールドの追加] ボタンをクリックします。

   

   フィールド ビューが表示されます。 このビューでは、既存のフィールドの編集や新しいフィールドの追加をすることができます。

3. フィールド ビューの下部の行で [フィールド名] に「Usable_SR_MWh」と入力します。 [データ タイプ] では [Double] を選択します。

   

   注意:

   [Double] は、小数を格納するためのデータ タイプです。

   フィールドの値は、すべて小数第 2 位に丸められます。

4. [数値形式] で空白のセルをダブルクリックし、[数値およびデータ フィールド タイプの表示形式を決定] ボタンをクリックします。

   

   [数値形式] ウィンドウが表示されます。

5. [数値形式] ウィンドウの [カテゴリ] で、[数値] を選択します。 [桁数設定] の [桁数] に「2」を入力します。

   

6. [OK] をクリックします。
7. リボンの [フィールド] タブの [編集の管理] グループで、[保存] をクリックします。

   

   フィールドが保存されて、属性テーブルに追加されます。

8. [Suitable_Buildings] タブをクリックして、属性テーブルに戻ります。

   

   この時点で、新しいフィールド [Usable_SR_MWh] の値はすべて NULL になっています。

   

   [面積] および [平均] のフィールドの値に基づいて、フィールドの値を計算します。

9. 属性テーブルで [Usable_SR_MWh] 列名を右クリックし、[フィールド演算] を選択します。

   

   [フィールド演算 (Calculate Field)] ツールで、先に定義した計算式を使用して式を作成します。

10. [フィールド演算] ウィンドウの [Usable_SR_MWh =] で、次の式を作成するか、コピーして貼り付けます。

    (!AREA! * !MEAN!) / 1000

    

11. [OK] をクリックします。

    ツールが実行され、フィールドが計算されます。

    

    結果はメガワット時で表されます。

12. フィールド ビューを閉じます。 プロジェクトを保存します。

    1 年間に各建物が受けるソーラー パネルに適切な表面の日射量の推定値が得られました。

日射量の電力への変換

次に、使用できる日射量の値を電力生産量の能力に変換します。 ソーラー パネルが発電できる電力量は、日射量だけではなく、ソーラー パネルの効率および設置の性能比によっても異なります。

EPA (米国環境保護庁) は、16% の効率および 86% の性能比の控えめの最良の推定を提供しています。 これらの値は、ソーラー パネルが入射される太陽エネルギーの 16% を電力に変換できること、また設置されている期間内はその電力の 86% を維持できることを意味します。

電力生産量の能力を決定するには、フィールドを作成し、使用できる日射量の値に効率および性能比の値を乗算して計算します。 これに相当する式は Usable_SR_MWh * 0.16 * 0.86 になります。

1. 属性テーブルで、[フィールドの追加] ボタンをクリックします。
2. フィールド ビューで、新しいフィールドの [フィールド名] テキスト ボックスに「Elec_Prod_MWh」と入力します。 [データ タイプ] では [Double] を選択します。
3. [数値形式] で空白のセルをダブルクリックし、[数値およびデータ フィールド タイプの表示形式を決定] ボタンをクリックします。
4. [数値形式] ウィンドウの [カテゴリ] で、[数値] を選択します。 [桁数設定] の [桁数] に「2」を入力します。
5. [OK] をクリックします。
6. リボンの [フィールド] タブの [編集の管理] グループで、[保存] をクリックします。
7. [Suitable_Buildings] タブをクリックして、属性テーブルに戻ります。

   新しいフィールドが属性テーブルに追加されます。 この値は NULL になっています。 次に、これらのフィールド値を計算します。

8. 属性テーブルで [Elec_Prod_MWh] 列名を右クリックし、[フィールド演算] を選択します。
9. [フィールド演算] ウィンドウの [Elec_Prod_MWh =] で、次の式を作成するか、コピーして貼り付けます。

   !Usable_SR_MWh! * 0.16 * 0.86

   

10. [OK] をクリックします。

    ツールが実行され、フィールドが計算されます。

    

11. 属性テーブルとフィールド ビューを閉じます。
12. プロジェクトを保存します。

データのシンボル表示

これで解析が完了しました。 結果を調査する前に、作成したフィールドに基づいて、レイヤーをシンボル表示します。 また、コンテキストのベースマップを追加します。

1. [コンテンツ] ウィンドウで、[Suitable_Buildings] レイヤーのシンボルをクリックします。

   [シンボル] ウィンドウが表示されます。

2. 必要に応じて、[シンボル] ウィンドウで、[戻る] ボタンをクリックして [プライマリ シンボル] タブに移動します。
3. [プライマリ シンボル] タブでオプション ボタンをクリックして [シンボルのインポート] を選択します。

   

   [ジオプロセシング] ウィンドウが表示されて、[レイヤーのシンボル情報を適用] ツールが表示されます。

4. [レイヤーのシンボル情報を適用] ツールの [シンボル レイヤー] で、[参照] ボタンをクリックします。

   

5. [シンボル レイヤー] ウィンドウで、[Solar_in_Glover] フォルダーを参照して、[Suitable_Buildings.lyrx] をダブルクリックします。
6. その他のパラメーターはそのままにしておき、[実行] をクリックします。

   レイヤーのシンボルが更新されます。

7. [コンテンツ] ウィンドウで、[Suitable_Buildings] 以外のレイヤーをすべてオフにします。

   ヒント:

   すべてのレイヤーをオフにするには、Ctrl キーを押しながら、レイヤーのチェックボックスのいずれかをクリックします。

8. リボンの [マップ] タブの [レイヤー] グループで、[ベースマップ] をクリックします。 [キャンバス (ダーク グレー)] を選択します。

   

   ベースマップがマップに追加されます。

   

9. 最終的なマップを調査します。

   大きい建物は、一戸建て住宅よりも電力生産量の能力が高くなる傾向があります。 このパターンは、大きい建物には大きい屋根面があるためで、納得ができます。 ただし、大きい建物は電力も多く必要とします。

   2021 年、米国の平均世帯は、年間 12.154 MWh を消費します。 Glover Park の近隣地域の多くの世帯は、必要な電力の大部分またはすべてをソーラー パネルでまかなえるでしょうか？

   この近隣地域で発電可能な電力の総量も確認できます。

10. [コンテンツ] ウィンドウで、[Suitable_Buildings] を右クリックして、[属性テーブル] を選択します。
11. 属性テーブルで [Elec_Prod_MWh] 列名を右クリックし、[統計の視覚化] を選択します。

    

    チャートが開き、フィールド値の分布がバー チャートで表示され、[チャート プロパティ] ウィンドウも開きます。 このウィンドウには、すべての建物の電力生産量の能力の合計などの統計情報が表示されます。

12. [チャート プロパティ] ウィンドウの [統計] で [合計値] 行を特定します。

    

    注意:

    表示される統計情報は、この例の図とは少し異なる場合があります。

    近隣地域全体では、20,000 MWh を超えて発電できる能力があります。

13. [チャート プロパティ] ウィンドウ、チャート、属性テーブルを閉じます。 プロジェクトを保存します。

このチュートリアルでは、目的を達成して、ワシントン D.C. の Glover Park の近隣地域での太陽光発電の能力を決定しました。 このために、DSM を使用して、日射量のラスター レイヤーと傾斜角および傾斜方向のラスター レイヤーを作成しました。 次に、ソーラー パネルに適切な屋根を識別して、その屋根が発電できる電力の値を計算しました。

結果は年間平均推定値を表します。 ただし、太陽光利用の発電は、日中の長さや日照時間が変化するため、季節により異なります。 このチュートリアルのワークフローを、冬至、夏至、秋分の日、春分の日などの 1 年間の特定の日に対して実行することで、最高、最低、および中間の太陽光発電の値を決定することもできます。

建物フットプリントと DSM があれば、このワークフローを任意のコミュニティに対して複製できます。 多くのコミュニティは、オープンな GIS データを提供しています。 このチュートリアルのデータは、Open Data DC Web サイトから取得しました。

同様のチュートリアルについては、Imagery & Remote Sensing の概要ページをご参照ください。

使用許諾

• [Building_Footprints] データセットは Open Data DC の Building Footprints データセットから取得しました。 データの所有権はワシントン DC 市にあり、CC BY 4.0 ライセンスのもとで共有されています。 元のデータセットはサブセットに削減されています。
• [DSM] データセットは District of Columbia - Classified Point Cloud LiDAR データセットから取得しました。 データの所有権はワシントン DC 市にあり、パブリック ドメインにあります。 ワシントン D.C. の利用規約をご参照ください。
• [Solar_Rad_Whm2]、[Solar_Rad.lyrx]、[Suitable_Buildings.lryx] の各データセットは Delphine Khanna が作成しました。
• Wikimedia Commons の Pujanak によるギャラリー画像を使用しました。