Solar radiation forecasting with wrf model in the iberian peninsula
Lmp solar reroucesassessment.ru
1. Оценка солнечных
ресурсов
ЛЮИС МАРТИН РОМАРЕС
IrSOLaV
Solar Technology Advisors S.L.
Plaza de Manolete, 2, 11-C
28020 Madrid
Tel. +34 91 383 58 20
Февраль 2013г.
2. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Оглавление
• ВСТУПЛЕНИЕ
• ХАРАКТЕРИСТИКИ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• КЛАССИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ С
АТМОСФЕРОЙ
• ИЗУЧЕНИЕ ПРЯМОЙ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• ДАННЫЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• ДАННЫЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ (СПУТНИКОВЫЕ И
ДАННЫЕ Модели численного прогноза погоды
(NWPM))
• СОЗДАНИЕ ВРЕМЕННЫХ РЯДОВ ДЛЯ ИМИТАЦИИ
• БАЗЫ ДАННЫХ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ В
ИНТЕРНЕТЕ
3. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Оглавление
• ВСТУПЛЕНИЕ
• ХАРАКТЕРИСТИКИ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• КЛАССИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ С
АТМОСФЕРОЙ
• ИЗУЧЕНИЕ ПРЯМОЙ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• ДАННЫЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• ДАННЫЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ (СПУТНИКОВЫЕ И
ДАННЫЕ Модели численного прогноза погоды
(NWPM))
• СОЗДАНИЕ ВРЕМЕННЫХ РЯДОВ ДЛЯ ИМИТАЦИИ
• БАЗЫ ДАННЫХ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ В
ИНТЕРНЕТЕ
4. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Вступление
Оценка солнечных ресурсов - необходимый первый
шаг для изучения любой энергосистемы.
Цель – определение объема солнечной радиации на
конкретном месте для ее использования в конкретной
солнечной технологии.
В качестве исходной информации необходимы данные
касательно источника и технологии.
Классификация методологий: классическая оценка
(путем выполнения измерений) и оценка по
спутниковым снимкам.
5. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Вступление
Получив данные солнечной
радиации, возможно:
измерить ее: глобальная?, рассеянная? Прямая
нормальная?
и/или извлечь необходимую переменную (классическая оценка)
рассчитать, используя спутниковые снимки или
NWPM (в основном глобальную).
и / или извлечь необходимую переменную (классическая
оценка)
Получив данные солнечной
радиации, можно выполнить временные
ряды для имитации.
Но прежде всего необходимо изучить
природу солнечного ресурса.
6. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Оглавление
• ВСТУПЛЕНИЕ
• ХАРАКТЕРИСТИКИ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• КЛАССИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ С
АТМОСФЕРОЙ
• ИЗУЧЕНИЕ ПРЯМОЙ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• ДАННЫЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• ДАННЫЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ (СПУТНИКОВЫЕ И
ДАННЫЕ Модели численного прогноза погоды
(NWPM))
• СОЗДАНИЕ ВРЕМЕННЫХ РЯДОВ ДЛЯ ИМИТАЦИИ
• БАЗЫ ДАННЫХ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ В
ИНТЕРНЕТЕ
7. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
ХАРАКТЕРИСТИКИ СОЛНЕЧНОЙ
РАДИАЦИИ
Солнечная энергия достигает поверхности
в прерывистом виде циклично или
периодически:
Дневной цикл: составляет 50% общей
доступности дневных часов.
Другое воздействие дневного цикла –
модуляция получаемой энергии в течение дня.
Сезонная цикл: модуляция получаемой энергии
в течение года.
8. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
ХАРАКТЕРИСТИКИ СОЛНЕЧНОЙ
РАДИАЦИИ: Низкая плотность
Максимально возможное количество солнечной
радиации, получаемой поверхностью атмосферы
на 1 АЕ (астрономическая единица) составляет
1367 Вт/м2
Для получения высокой выходной мощности
необходимы поверхности крупных размеров.
Для увеличения плотности необходимо применить
концентрацию.
Ограничение концентрации A limitation to
concentration is that this only has any effect on the
direct component of solar radiation.
9. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
ХАРАКТЕРИСТИКИ СОЛНЕЧНОЙ
РАДИАЦИИ: Географические
изменения
В условиях ясного неба: солнечная радиация
зависит, главным образом, от широты.
Широтный эффект эквивалентен изменению
угла падения солнечной радиации.
Для модуляции получаемой энергии можно
использовать:
Отслеживатель солнца
Наклон плоскости
Наклон принимающей плоскости означает:
изменение широтного эффекта
Изменение ежегодного распределения
10. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
ХАРАКТЕРИСТИКИ СОЛНЕЧНОЙ
РАДИАЦИИ: Случайные ситуации
Солнечная радиация на поверхности земли меняется с
изменением климатических условий.
Ясное небо бывает не везде и не всегда.
Широта указывает на максимальный диапазон, но
полученная энергия определяется местными
климатическими условиями.
11. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Оглавление
• ВСТУПЛЕНИЕ
• ХАРАКТЕРИСТИКИ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• КЛАССИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОЛНЕЧНОЙ
РАДИАЦИИ
• ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ С
АТМОСФЕРОЙ
• ИЗУЧЕНИЕ ПРЯМОЙ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• ДАННЫЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• ДАННЫЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ (СПУТНИКОВЫЕ И
ДАННЫЕ Модели численного прогноза погоды
(NWPM))
• СОЗДАНИЕ ВРЕМЕННЫХ РЯДОВ ДЛЯ ИМИТАЦИИ
• БАЗЫ ДАННЫХ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ В
ИНТЕРНЕТЕ
12. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
ОТНОШЕНИЕ ЗЕМЛЯ-СОЛНЦЕ:
Расстояние от Солнца до Земли
Земля вращается вокруг солнца по эллиптической
орбите в центре которой находится Солнце.
Сумма солнечной радиации, достигающей
Земли, обратно пропорциональна квадрату расстояния
до Солнца.
Это расстояние изменяется в астрономических единицах
(АЕ), равное среднему расстоянию от Земли до Солнца.
13. Солнечная постоянная и SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
солнечная геометрия
Это – сумма солнечной энергии, падающей на 1м2
поверхности перпендикулярной к солнечным лучам
на расстоянии 1 АЕ.
Незначительно меняется со временем, но может
рассматриваться как постоянная.
Ион = 1367 Вт/м2.(WRC).
Солнечная радиация участвует в несколь-
ких электромагнитных спектральных
диапазонах.
Солнечная геометрия - общеизвестна
Мы с высокой точностью можем рассчитать солнечную
радиацию на поверхности атмосферы в любое время и в
любом месте
14. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
ОТНОШЕНИЕ ЗЕМЛЯ-СОЛНЦЕ :
Склонение Солнца
Принимая во внимание, что эклиптическая
плоскость (ECLP) – это плоскость вращения Земли
вокруг Солнца и экваториальная плоскость (EQUP)
плоскость по экватору:
Полярная ось наклонена на 23,5º по отношению к
перпендикуляру ECLP.
ECLP и EQUP пересекаются в
точке равноденствия и максималь-
ное расстояние между ними – при
солнцестоянии.
Угол в определенный момент
между этими плоскостями называ-
ется СКЛОНЕНИЕМ
15. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
ОТНОШЕНИЕ ЗЕМЛЯ-СОЛНЦЕ:
Относительное расположение -
солнце-горизонтальная поверхность
Существуют тригонометрические отношения между
расположением Солнца в небе и конкретными координатами на
поверхности Земли
В определенный момент времени
SOL
необходимо учесть следующие параметры:
ZENITH
• зенитный угол (θ ) и высота солнца (α)
TRAYECTORIA SOLAR
(+) MAÑANA W
(-) ESTE
θz
z • Азимут (ψ) = угол между меридианом
точки наблюдения и меридианом Солнца
-ψ ψ α • Почасовой угол (ω) = угол между
S
0
N
позицией Солнца и южным меридианом
+ψ 15º=1час; +E /-W.
PROYECCION DE LA
TRAYECTORIA SOLAR
• Угол восхода Солнца (ωs) = угол восхода
E Солнца (горизонт)
16. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Почасовая радиация на
горизонтальной поверхности
Один конкретный день: внеземная
радиация над перпендикулярной
поверхностью к лучам Солнца
выражается следующим образом:
Помещая эту поверхность над
Землей, необходимо учесть косинус
угла падения:
17. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Оглавление
• ВСТУПЛЕНИЕ
• ХАРАКТЕРИСТИКИ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• КЛАССИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ С
АТМОСФЕРОЙ
• ИЗУЧЕНИЕ ПРЯМОЙ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• ДАННЫЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• ДАННЫЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ (СПУТНИКОВЫЕ И
ДАННЫЕ Модели численного прогноза погоды
(NWPM))
• СОЗДАНИЕ ВРЕМЕННЫХ РЯДОВ ДЛЯ ИМИТАЦИИ
• БАЗЫ ДАННЫХ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ В
ИНТЕРНЕТЕ
18. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Почасовая радиация над
горизонтальной поверхностью
Ниже представлены основные явления, происходящие
при прохождении солнечной радиации через
атмосферу:
Поглощение атмосферными компонентами.
Рассеяние или рассредоточение.
19. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Взаимодействие солнечной
радиации с атмосферой
Радиация в верхних слоях атмосферы
Поглощение (около 1%)
Озон.……….…....
Рэлеевское рассеяние и поглощение (около 15%)
Молекулы воздуха..……
Рассеивание и поглощение (около 15%, макс. 100%)
Аэрозоль…….………..…...……
Облака………….……….. Отражение, рассеивание, поглощение (макс. 100%)
Водяной пар…….……...……… Поглощение (около 15%)
Прямая нормальная радиация на земной поверхности
20. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Почасовая радиация над
горизонтальной поверхностью
Ниже представлены основные явления, происходящие
при прохождении солнечной радиации через
атмосферу:
Поглощение атмосферными компонентами.
Рассеяние или рассредоточение.
В результате этого меняется характер солнечной
радиации, в частности ее направленность:
G = I cos θ + D + R
21. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Составляющие солнечной
радиации
РАДИАЦИЯ, ОТРАЖЕННАЯ ОБЛАКАМИ
АЛЬБЕДО ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
ПОГЛОЩЕНИЕ
РАССЕИВАНИЕ
ПРЯМАЯ НОРМАЛЬНАЯ РАДИАЦИЯ
РАССЕЯННАЯ РАДИАЦИЯ
22. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Явления при проходе через
атмосферные слои
Спектр солнечной радиации
Солнечный свет в верхнем слое атмосферы
Спектр абсолютно черного тела 5250оС
Радиация на уровне моря
Полоса поглощения
23. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Оглавление
• ВСТУПЛЕНИЕ
• ХАРАКТЕРИСТИКИ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• КЛАССИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ С
АТМОСФЕРОЙ
• ИЗУЧЕНИЕ ПРЯМОЙ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• ДАННЫЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• ДАННЫЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ (СПУТНИКОВЫЕ И
ДАННЫЕ Модели численного прогноза погоды
(NWPM))
• СОЗДАНИЕ ВРЕМЕННЫХ РЯДОВ ДЛЯ ИМИТАЦИИ
• БАЗЫ ДАННЫХ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ В
ИНТЕРНЕТЕ
24. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ
ЗЕМЛИ
Прямая солнечная радиация
это радиация, исходящая непосредственно от солнечного
диска.
имеет векторный характер и может быть
сконцентрирована.
может составлять 90% солнечной радиации в дни с ясным
небом, быть нулевой в пасмурные дни.
Будучи направленным компонентом, появление ее на
поверхности это - перпендикулярная проекция над этой
поверхностью: лучевая радиация – это радиация
перпендикулярная к солнечным лучам, получаем:
Ih = I cos θ
С помощью отслеживателей солнца ее можно максимально
увеличить. I ≅ DNI
25. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ
ЗЕМЛИ
Рассеянная солнечная радиация
Часть солнечной радиации которая теряется при
поглощении атмосферными составляющими.
Остальная часть отражается этими
составляющими, производя изменения в
направлении и снижая энергию.
Рассеянная радиация = часть этой
радиации, достигшей поверхности Земли.
Рассеянная радиация имеет три
составляющих:
Околосолнечная
На линии горизонта
При ясном небе
26. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ
ЗЕМЛИ
Отраженная солнечная радиация
- радиация, исходящая от отражения солнечной
радиации на поверхности земли или других
поверхностях.
обычно ее уровень невысокий, но может достигать
около 40% солнечной радиации.
27. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Закон Бера
In I0 e( k L ) I0 e( m ) I0 T
In In d I0 e( k L ) d ISC e m
Модели ясного неба или модель прозрачности
Bn I CS (TRToTgTwTa 0.013) Yang
Bn ICS exp[0.8662 TLAM 2 mp R ]
C
ESRA
28. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Понятие оптической массы
Аппроксимация к
плоскости-параллели
1
m
cos
Уравнение Карстена
m (sin 0.15( 3.885)1.253 )1
30. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Чувствительность модели ESRA к
TL
Воздействие TLINKE и высоты над уровнем моря на ПНР (прямая
нормальная радиация) при ясном небе
Dia juliano=200, z=500, Lat=37º N Long=-2º E TL=4, dia juliano=200, Lat=37º N Long=-2º E
1200 1000
TL=2 z=0 m
TL=4 900 z=500 m
1000 TL=6 z=1000 m
800
700
800
DNI (Wh m-2)
600
DNI (Wh m-2)
600 500
400
400
300
200
200
100
0 0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 0 5 10 15 20 25
Hora Hora
31. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Компоненты и безразмерные
показатели
Компоненты солнечной радиации на горизонтальной поверхности
IG IB cos ID
Ясное небо или показатель прозрачности
IG
kt
I0
Доля рассеянной радиации
ID
kd
IG
Пропускание лучевой (прямой радиации)
IB
kb
I0
32. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Расчет прямой солнечной
радиации
Корреляция для расчета доли рассеянной радиации
G (1 kd )
Ib 1.0 0.09kt kt 0.22
sen( )
kd 0.9511 1.1604kt 4.388kt 2 16.638kt 3 12.336kt 4 0.22 kt 0.8
0.165 k 0.8
t
Корреляция для расчета прямой радиации
I b kb I o kb 0.002 0.059kt 0.994kt 2 5.205kt 3 15.307kt 4 10.627kt 5
33. СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
ЗЕМЛИ
Явления, возникающие при проходе через
атмосферу
Спектральное распределение
солнечной радиации для
стандартной атмосферы –
«средняя» атмосфера с заданными
характеристиками – по сравнению с
с внеземной радиацией при среднем
расстоянии от Земли до Солнца.
Прямая нормальная радиация
Рассеянная радиация
Отношение между прямой и
рассеянной радиацией зависит от
позиции солнца на небе. Солнце на
Рисунке находится на высоте
42º, относительная воздушная масса –
около 1,5. (Если солнце находится
прямо над головой, относительная
воздушная масса равна 1)
34. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Оглавление
• ВСТУПЛЕНИЕ
• ХАРАКТЕРИСТИКИ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• КЛАССИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ С
АТМОСФЕРОЙ
• ИЗУЧЕНИЕ ПРЯМОЙ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• ДАННЫЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• ДАННЫЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ (СПУТНИКОВЫЕ И
ДАННЫЕ Модели численного прогноза погоды
(NWPM))
• СОЗДАНИЕ ВРЕМЕННЫХ РЯДОВ ДЛЯ ИМИТАЦИИ
• БАЗЫ ДАННЫХ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ В
ИНТЕРНЕТЕ
35. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
ДАННЫЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
Из-за климатических факторов, которые влияют на солнечную
радиацию, поступающую на поверхность земли, невозможно
заранее узнать энергию которая будет выработана системой.
Необходимо использовать данные солнечной радиации за прошлые
года.
При оценке солнечной радиации на определенном месте, можно
предположить два случая:
Расчет солнечной радиации (глобальной или ее составляющих) в
местах с наличием любой информации по солнечной радиации:
ПОЛУЧЕННЫХ ПУТЕМ ИЗМЕРЕНИЙ
(И/ ИЛИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КЛАССИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ОЦЕНКИ)
Расчет солнечной радиации и ее составляющих в тех местах где
информация о радиации за предыдущие годы отсутствует
ОЦЕНКА, ИСПОЛЬЗУЯ СПУТНИКОВЫЕ СНИМКИ
ОЦЕНКА С ПОМОЩЬЮ МОДЕЛИ ЧИСЛЕННОГО ПРОГНОЗА ПОГОДЫ (NWPM)
(И/ ИЛИ ИСПОЛЬЗУЯ КЛАССИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ОЦЕНКИ)
36. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
ИЗМЕРЕНИЯ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
НЕТОЧНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТДНОГО ИНСТРУМЕНТА Распределение
наблюдений. Если несколько сравнений данных операционного прибора
измеряемая переменная и все другие соответствующие параметры остаются
неизменными, создавая истинное значение, используя стандартный образец, то
результаты могут быть представлены в следующем виде.
Точность с которой метеорологическая переменная должна измеряться меняется с
конкретной целью, на которую направлено это измерение. Для
большинства операционных и исследовательских целей определение требуемой
точности направлено на обеспечение совместимости данных как в пространстве
так и во времени. В тех случаях когда сложно определить абсолютную
точность, обычно достаточно сделать измерения, обеспечив достаточную
совместимость для пользователей.
38. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Измерение солнечной радиации:
Пиргелиометры для измерения прямой
нормальной радиации EKO MS-54
Измеряет прямую радиацию
Обычно используется для поверки
Обычно определяется с углом зрения 5 Middleton DN5
Если используется вместе с
пиранометрами, защитный вход оптической плоской
поверхности должен совпадать с оптическим
материалом куполов пиранометра
Относительно легко определять
4 основных производителя:
• EKO Instruments (Япония)
• Eppley Instruments (США)
• Kipp & Zonen (Голландия)
• Middleton Solar [Carter Scott Design] (Австралия)
Обычно устанавливается на пассивных или
активных системах слежения за солнцем
39. Измерение солнечной радиации:SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Пиранометры для измерения глобальной
радиации на горизонтальной поверхности
Tilted Irradiance
В большинстве пиранометрах используется термобатарея в качестве
для преобразования солнечной радиации в электрический сигнал.
Также имеются пиранометры с кремниевыми элементами, но ВМО не
рекомендует их использование.
Преимущество термобатареи в том, что она является спектрально
нейтральной по всему солнечному спектру (купола могут иметь
спектральную зависимость).
Недостатком является то, что результат зависит от температуры и
приборы должны «создавать» теплопоглощающий спай.
40. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Измерение солнечной радиации:
пиранометры с кремниевым сенсором
Спектральная чувствительность прибора – нелинейная и не совпадает с
солнечным спектром.
Общая калибровка проводится путем сравнения с другими
пиранометрами, поэтому возникают проблемы спектрального
несоответствия.
LiCor является основным производителем таких приборов и признает
наличие следующих проблем:
“Спектральная чувствительность спектра LI-200 не включает весь
солнечный спектр, поэтому он должен использоваться при освещении
аналогичном тому которое использовалось при калибровке прибора”
– Датчики пиранометра калиброваны по
высокоточному спектральному
пиранометру Eppley Precision Spectral
Pyranometer (PSP) при естественном
освещении. Типовая погрешность в
таких условиях составляет ±5%. (LiCor)
– Такие же проблемы возникают при
использовании датчиков, калибровка
которых была выполнена в одних
климатических условиях, а используется
он в других условиях.
41. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Радиометр с вращающимся теневым
кольцом RSR2
Датчики земного излучения LI-COR
Irradiance Inc. (www.irradiance.com)
Пиранометр LI-200 – кремниевый
фотодиод, калиброванный по LI-COR
±5%
Силовая головка RSR2 включает в себя
подвижное теневое кольцо ежеминутно
создает тень над пиранометром LI-200
Регулятор двигателя содержит цепь Пиранометр LI-200
которая регулирует точное движение
теневого кольца
Поправки предоставляются Алгоритмом
Измерение:
Глобальная радиация на
горизонтальной поверхности
Рассеянная радиация
Расчет: Силовая Регулятор
Прямая нормальная радиация головка RSR2 двигателя RSR2
44. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Регистратор данных
Автоматические регистраторы данных необходимы для
непрерывной записи данных.
Основным требованием касательно внешнего воздействия
является отсутствие препятствий солнечным лучам в любое
время дня и года. Более того, необходимо выбрать точное
расположение прибора так чтобы туман, дым и загрязненный
воздух давали более четкую картину окружающего
географического расположения.
46. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Рекомендации по измерениям
Необходимо:
Точно знать временной опорный сигнал
измерений, которые вы используете
(TSV, GMT, местный и т.д.)
регистрировать в достаточном временном
разрешении, почти 10 минут для регистрации
динамики движения облаков.
Следовать рекомендациям BSRN по техническому
обслуживанию приборов. Ежедневная чистка
радиометров, ежегодная калибровка приборов,…
Обеспечить отношение G=B кос θ + D. Некоторые
отслеживатели солнца оснащены специальным
фильтром в программе, активизирующим сигнал в
реальном времени в том случае, если измерение
47. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Оглавление
• ВСТУПЛЕНИЕ
• ХАРАКТЕРИСТИКИ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• КЛАССИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ С
АТМОСФЕРОЙ
• ИЗУЧЕНИЕ ПРЯМОЙ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• ДАННЫЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• ДАННЫЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
(СПУТНИКОВЫЕ И ДАННЫЕ Модели численного
прогноза погоды (NWPM))
• СОЗДАНИЕ ВРЕМЕННЫХ РЯДОВ ДЛЯ ИМИТАЦИИ
• БАЗЫ ДАННЫХ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ В ИНТЕРНЕТЕ
48. ДАННЫЕ СОЛНЕЧНОЙ SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
РАДИАЦИИ, ПОЛУЧЕННЫЕ СО СПУТНИКОВ И
МОДЕЛЕЙ ЧИСЛЕННОГО ПРОГНОЗА ПОГОДЫ
(ЧПП)
СО СПУТНИКА
Спутник
Методология
Примеры применения моделей
ИЗ МОДЕЛЕЙ ЧПП
Общее представление
Основные модели
Основные характеристики
50. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Классификация спутников
По типу орбиты:
Спутники на полярной орбите:
размещаются на полярной
орбите, с изменением ракурса
и расстояния до земли.
Разрешение таких спутников –
около 1м до 1км.
Геостационарные спутники: размещаются на геостационарной орбите
там где сила притяжения земли равна нулю. Это – единственная
окружность где расположены все геостационарные спутники цель
которых охватить всю поверхность земли. Разрешение этих спутников
выше в подспутниковой точке на экваторе, и оно снижается при
удалении от этой точки в любом направлении.
51. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Метеорологические спутники
В метеорологических исследованиях необходимо
осуществление частных наблюдений с высокой
плотностью на земной поверхности. Традиционные
системы не обеспечивают глобальный охват.
Важным инструментом для анализа распределения
климатической системы являются
МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ СПУТНИКИ. Они могут быть:
Спутниками на полярной орбите.
Геостационарными: В ЕВРОПЕ и в некоторой
части АЗИИ система геостационарных
метеорологических спутников называется
METEOSAT.
52. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Охват спутниками Meteosat
Основной охват Meteosat Prime Восточный охват Meteosat East
Пространственное разрешение 2,5 км на субспутнике, напр. около 3x4 км в Европе
Временное разрешение -1час.
Текущий охват: Meteosat Prime до 1991-2005,
Meteosat East 1999 - 2006
53. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
СПУТНИКОВЫЕ ДАННЫЕ СОЛНЕЧНОЙ
РАДИАЦИИ: ПРЕИМУЩЕСТВА
Геостационарные спутники одновременно
показывают данные больших участков земли.
Информация полученная со спутников всегда
ссылается на один и тот же временной
интервал.
С помощью спутниковых снимков за
предыдущие годы можно узнать ситуацию
прошлых лет.
Использование аналогичных детекторов для
оценки радиации в разных местах.
54. Данные солнечной радиации
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
извлеченные со спутниковых
снимков
Спутники радиации: общие процедуры
• Meteosat – Goes - Mtsat
• 60’, 30’ или 15’ снимков в видимой позиции
оценка геометрических поправок – модель
усреднения пикселей для получения
глобальной радиации
55. Общая информация о SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
методологии
МЕТОДОЛОГИЯ СТАТИСТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ:
• Определение показателя облачного покрова.
• Почасовое определение показателя ясности (почасовая глобальная
радиация).
• Ежедневное определение показателя ясности (ежедневная
глобальная радиация).
НА ОСНОВЕ ВЗАИМОСВЯЗИ МЕЖДУ:
• Измерением солнечной радиации.
• Цифровое значение спутниковых снимков (в соответствии с
месторасположением сделанных измерений)
56. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Показатель ясности =Глобальная
радиация
Геостационарные спутники одновременно охватывают большие
участки земли.
Взаимосвязь оценивается с использованием наземных данных
со спутниковыми снимками. Эта взаимосвязь применима ко
всему снимку.
Значимые переменные:
Показатель облачного
покрова.
Склонение
57. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
АОТ (Расчеты аэрозольной
оптической толщины)
Расчеты MODIS (Спектрорадиометр среднего
разрешения) на спутнике Terra NASA
http://earthobservatory.nasa.gov/
Расчеты АОТ и вертикального содержания водяного пара со спутника
58. ДАННЫЕ СОЛНЕЧНОЙ SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
РАДИАЦИИ, ПОЛУЧЕННЫЕ СО СПУТНИКОВ И
МОДЕЛЕЙ ЧИСЛЕННОГО ПРОГНОЗА ПОГОДЫ
(ЧПП)
СО СПУТНИКА
Спутник
Методология
Примеры применения моделей
ИЗ МОДЕЛЕЙ ЧПП
Общее представление
Основные модели
Основные характеристики
59. ДАННЫЕ СОЛНЕЧНОЙ
РАДИАЦИИ, ПОЛУЧЕННЫЕ С ПОМОЩЬЮ ADVISORS
SOLAR TECHNOLOGY
МОДЕЛЕЙ ЧИСЛЕННОГО ПРОГНОЗА ПОГОДЫ
(ЧПП)
Выполнен на основе первоначальных условий по
которым решаются дифференциальные уравнения,
описывающие эволюцию атмосферы.
61. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Оглавление
• ВСТУПЛЕНИЕ
• ХАРАКТЕРИСТИКИ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• КЛАССИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ С
АТМОСФЕРОЙ
• ИЗУЧЕНИЕ ПРЯМОЙ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• ДАННЫЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• ДАННЫЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ (СПУТНИКОВЫЕ И
ДАННЫЕ Модели численного прогноза погоды
(NWPM))
• СОЗДАНИЕ ВРЕМЕННЫХ РЯДОВ ДЛЯ
ИМИТАЦИИ
• БАЗЫ ДАННЫХ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ В
ИНТЕРНЕТЕ
62. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Создание временных рядов для
имитации
Типичный Метеорологический Год (ТМГ) – это
методология, направленная на собрание данных за период
определенного времени.
Отправной точкой был метод, разработанный в лаборатории
Sandia National, которая частично использует базу данных
SOLMET/ERSATZ (1951-1976) [5] состоящую из 248 станций, на 26
из которых измеряются составляющие солнечной радиации для
EEUU.
Метод состоял из последовательности типичных
месяцев, образующих год с 8760 значений рассматриваемых
переменных: средняя, максимальная и минимальная температура
и температура (точка) росы, скорость вера и глобальная
солнечная радиация.
Статистика Филькеншьейна-Шафера использовалась для отбора
типичных месяцев. Со временем в исходной методологии ТМГ
было предложены несколько улучшений и изменений, в
результате чего были получены новые версии, такие как ТМГ и
ТМГ3.
63. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Создание временных рядов для
имитации
Тем не менее, суть метода остается практически неизменной.
Однако, методология ТМГ была разработана для создания
типичных метеорологических, а не солнечных лет, которые
несмотря на некоторое сходство, имеют различное значение в
рамках промышленности КСЭ.
С 2010г. группа отобранных испанских институтов и
компаний, имеющих непосредственное отношение к
КСЭ, работали над стандартами в этой области в рамках
AENOR (Испанская ассоциация стандартизации и
сертификации) .
Часть этой работы состояла из развития методологии для
создания года данных солнечной радиации и других
переменных, влияющих на радиацию, для дальнейшего
применения в промышленности КСЭ.
64. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Создание временных рядов для
имитации
Из-за наличия широкого спектра различных данных которые
могут быть использованы для создания ASR все данные были
разбиты на 6 видов данных:
Данные прямого (непосредственного) измерения
Данные косвенного измерения
Извлеченные данные
Синтетические данные
Спутниковые данные и
Данные полученные с помощью модели численного
прогноза погоды (модель ЧПП).
Это классификация предполагает различные требования к
качеству, применению и обработке этих данных согласно их
различной природе.
Следовательно, эта процедура позволяет создать ASR, сочетая
эти виды данных, всякий раз когда граничные условия качества
и соответствия выполняются
66. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Оглавление
• ВСТУПЛЕНИЕ
• ХАРАКТЕРИСТИКИ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• КЛАССИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ С
АТМОСФЕРОЙ
• ИЗУЧЕНИЕ ПРЯМОЙ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• ДАННЫЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
• ДАННЫЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ (СПУТНИКОВЫЕ И
ДАННЫЕ Модели численного прогноза погоды
(NWPM))
• СОЗДАНИЕ ВРЕМЕННЫХ РЯДОВ ДЛЯ ИМИТАЦИИ
• БАЗЫ ДАННЫХ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ В
ИНТЕРНЕТЕ
67. Радиометрические базы
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
данных
Базовая сеть поверхностной радиации (BSRN)
68. Радиометрические базы
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
данных
Базовая сеть поверхностной радиации (BSRN)
Всемирный центра данных радиации (WRDC)
Метеонорм (Meteonorm)
Метеостанции, измеряющие радиацию
Метеостанции, не измеряющие радиацию
69. Радиометрические базы данных: SSE
SSE из NASA
http://eosweb.larc.nasa.gov/sse/
Поверхностная
метеорология
Данные
солнечной
энергии (SSE)
и Веб-интерфейс
Ежемесячные
данные
Бесплатно при
регистрации
За последние 7 лет число пользователей достигло
почти 14000, число посещений - почти 6,4 миллиона Разрешение
и 1,25 миллионов загрузок данных
1ºx1º (120x120
км)
70. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Данные солнечной радиации, извлеченные
из спутниковых снимков
проект SWERA
Проект SWERA обеспечивает легкий доступ к высококачественной информации и
данных о ВИЭ для пользователей во всем мире. Его цель оказать содействие
продвижению политики возобновляемой энергии и инвестиций предоставляя
ключевым группам пользователей свободный и бесплатный доступ к
высококачественной информации. К продуктам SWERA относятся Системы
географической информации (GIS) и данные временных рядов
71. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Коммерческие спутниковые
данные
• Irsolav
• Solemi (DLR)
• 3Tier
• Solargis
• ….
72. Некоторые SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
измерения, сделанные в
Индии
73. Некоторые SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
измерения, сделанные в
Индии
75. SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Деятельность IrSOLaV
Ciemat (Центр энергетических и экологических исследований)
учредил компанию по предоставлению услуг по определению
параметров солнечных ресурсов (www.irsolav.com). Поэтому
IrSOLaV взаимодействует с промышленным
сектором, предоставляет консалтинговые услуги по солнечным
ресурсам, а также сотрудничает с Ciemat в области научных
исследований и разработок(НИиР).
IrSOLaV и Ciemat разрабатывают программы НИиР в области
солнечных ресурсов и сотрудничает с международными научными
группами (DLR, NREL, NASA, JRC, CENER, университеты…) участвуя
в европейских проектах (проект COST) или других инициативах
(Task 46 SHC/IEA)
В Испании IrSOLaV и CIEMAT сотрудничают с университетами
(UAL, UJA, UPN) и поддерживают промышленность путем
заключения соглашений на выполнение конкретных исследований
в области солнечных ресурсов (прогнозирование, улучшение
модели, физика атмосферы, и т.д.)