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.
Оценка солнечных ресурсов
ЛЮИС МАРТИН РОМАРЕСIrSOLaV
Solar Technology Advisors S.L.Plaza de Manolete, 2, 11-C28020 MadridTel. +34 91 383 58 20
Февраль 2013г.
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
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
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.
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
ВступлениеПолучив 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.
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
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
ХАРАКТЕРИСТИКИ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИСолнечная 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.
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.
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
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.
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
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.
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Солнечная постоянная и 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.
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Солнечная геометрия - общеизвестна
Мы с высокой точностью можем рассчитать солнечную радиацию на поверхности атмосферы в любое время и в любом месте
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
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
ОТНОШЕНИЕ ЗЕМЛЯ-СОЛНЦЕ: Относительное расположение - солнце-горизонтальная поверхность
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Существуют тригонометрические отношения между расположением Солнца в небе и конкретными
координатами на поверхности Земли
SOL
ZENITH
TRAYECTORIA SOLAR
(+) MAÑANA
(-) ESTE
TRAYECTORIA SOLARPROYECCION DE LA
W
E
0NS
zθz
αψ-ψ
+ψ
В определенный момент времени необходимо учесть следующие параметры:
• зенитный угол (θ ) и высота солнца (α) • Азимут (ψ) = угол между меридианом
точки наблюдения и меридианом Солнца• Почасовой угол (ω) = угол между
позицией Солнца и южным меридианом15º=1час; +E /-W.
• Угол восхода Солнца (ωs) = угол восхода Солнца (горизонт)
Почасовая радиация на горизонтальной поверхности
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Один конкретный день: внеземная радиация над перпендикулярной поверхностью к лучам Солнца выражается следующим образом:
Помещая эту поверхность над Землей, необходимо учесть косинус угла падения:
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
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Почасовая радиация над горизонтальной поверхностью
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Ниже представлены основные явления, происходящие при прохождении солнечной радиации через атмосферу: Поглощение атмосферными компонентами. Рассеяние или рассредоточение.
Взаимодействие солнечной радиации с атмосферой
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Рэлеевское рассеяние и поглощение (около 15%)
Поглощение (около 1%)
Рассеивание и поглощение (около 15%, макс. 100%)
Отражение, рассеивание, поглощение (макс. 100%)
Поглощение (около 15%)
Озон.……….…....
Аэрозоль…….………..…...……
Водяной пар…….……...………
Облака………….………..
Молекулы воздуха..……
Прямая нормальная радиация на земной поверхности
Радиация в верхних слоях атмосферы
Почасовая радиация над горизонтальной поверхностью
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
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
Составляющие солнечной радиации
РАДИАЦИЯ, ОТРАЖЕННАЯ ОБЛАКАМИ
РАССЕЯННАЯ РАДИАЦИЯ
ПРЯМАЯ НОРМАЛЬНАЯ РАДИАЦИЯ
РАССЕИВАНИЕ
ПОГЛОЩЕНИЕ
АЛЬБЕДО ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Явления при проходе через атмосферные слои
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Спектр солнечной радиации
Солнечный свет в верхнем слое атмосферы
Спектр абсолютно черного тела 5250оС
Радиация на уровне моря
Полоса поглощения
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
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИПрямая 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
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИРассеянная 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 трисоставляющих:
Околосолнечная На линии горизонта При ясном небе
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИОтраженная 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.
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Закон Бера
( ) ( )0 0 0
( )0
e e
e
k L mn
k L mn n SC
I I I I T
I I d I d I e
( 0.013)n CS R o g w aB I T T T T T
Модели ясного неба или модель прозрачности
Yang
2exp[ 0.8662 ]C AMn CS L p RB I T m ESRA
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Понятие оптической массы
1
cosm
Аппроксимация к
плоскости-параллели
1.253 1(sin 0.15( 3.885) )m
Уравнение Карстена
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Воздушные массы: изменчивость
4 6 8 10 12 14 16 18 200
5
10
15
20
25
30
35
Hora decimal
Mas
a re
lativ
a de
aire
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Чувствительность модели ESRA к TL
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 240
200
400
600
800
1000
1200
Hora
DN
I (W
h m
-2)
Dia juliano=200, z=500, Lat=37º N Long=-2º E
TL=2
TL=4TL=6
0 5 10 15 20 250
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Hora
DN
I (W
h m
-2)
TL=4, dia juliano=200, Lat=37º N Long=-2º E
z=0 m
z=500 mz=1000 m
Воздействие TLINKE и высоты над уровнем моря на ПНР (прямая
нормальная радиация) при ясном небе
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Компоненты и безразмерные показатели
Компоненты солнечной радиации на горизонтальной поверхности
cosG B DI I I
Ясное небо или показатель прозрачности
Доля рассеянной радиации
Пропускание лучевой (прямой радиации)
0
Gt
Ik
I
Dd
G
Ik
I
0
Bb
Ik
I
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Расчет прямой солнечной радиации
2 3 4
1.0 0.09 0.22
0.9511 1.1604 4.388 16.638 12.336 0.22 0.8
0.165 0.8
t t
d t t t t t
t
k k
k k k k k k
k
Корреляция для расчета прямой радиации
(1 )
( )d
b
G kI
sen
b b oI k I
Корреляция для расчета доли рассеянной радиации
2 3 4 50.002 0.059 0.994 5.205 15.307 10.627b t t t t tk k k k k k
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИЯвления, возникающие при проходе через атмосферу
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
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)
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
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)
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.
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
ИЗМЕРЕНИЯ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Измерение солнечной радиации:Пиргелиометры для измерения прямой нормальной радиации
Измеряет прямую радиацию Обычно используется для поверки Обычно определяется с углом зрения 5 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
EKO MS-54
Middleton DN5
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Измерение солнечной радиации: 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.
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.
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 которая регулирует точное движение теневого кольца
Поправки предоставляются Алгоритмом
Измерение: Глобальная радиация на
горизонтальной поверхности Рассеянная радиация
Расчет: Прямая нормальная радиация
Пиранометр LI-200
Силовая головка RSR2
Регулятор двигателя RSR2
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Спектральные измерения
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Отслеживатели солнца
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.
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Измерение солнечной радиации:Стандартные станции типа BSRN
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Рекомендации по измерениямНеобходимо: 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 выполнено неверно.
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
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
ДАННЫЕ СОЛНЕЧНОЙ 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
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
КАРТА МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ СПУТНИКОВ
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.
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.
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Охват спутниками Meteosat
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
Основной охват Meteosat Prime Восточный охват Meteosat East
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.
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Данные солнечной радиации извлеченные со спутниковых снимковСпутники радиации: общие процедуры• Meteosat – Goes - Mtsat
• 60’, 30’ или 15’ снимков в видимой позиции оценка геометрических поправок – модель усреднения пикселей для получения глобальной радиации
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Общая информация о методологииМЕТОДОЛОГИЯ 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)
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
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
АОТ (Расчеты аэрозольной оптической толщины)
Расчеты MODIS (Спектрорадиометр среднего разрешения) на спутнике Terra NASAhttp://earthobservatory.nasa.gov/
Расчеты АОТ и вертикального содержания водяного пара со спутника
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
ДАННЫЕ СОЛНЕЧНОЙ 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
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
ДАННЫЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ, ПОЛУЧЕННЫЕ С ПОМОЩЬЮ МОДЕЛЕЙ ЧИСЛЕННОГО ПРОГНОЗА ПОГОДЫ (ЧПП)
Выполнен на основе первоначальных условий по которым решаются дифференциальные уравнения, описывающие эволюцию атмосферы.
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
ДАННЫЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ, ПОЛУЧЕННЫЕ С ПОМОЩЬЮ МОДЕЛЕЙ ЧИСЛЕННОГО ПРОГНОЗА ПОГОДЫ (ЧПП)
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
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.
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.
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
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Создание временных рядов для имитации
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
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Радиометрические базы данных
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Базовая сеть поверхностной радиации (BSRN)
Радиометрические базы данных
Базовая сеть поверхностной радиации (BSRN)
Всемирный центра данных радиации (WRDC)
Метеонорм (Meteonorm)
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Метеостанции, измеряющие радиациюМетеостанции, не измеряющие радиацию
Радиометрические базы данных: SSE из NASA
Поверхностная метеорология
Данные солнечной энергии (SSE)
и Веб-интерфейс
За последние 7 лет число пользователей достигло почти 14000, число посещений - почти 6,4 миллиона и 1,25 миллионов загрузок данных
SSE
Ежемесячные данные
Бесплатно при регистрации
Разрешение 1ºx1º (120x120 км)
http://eosweb.larc.nasa.gov/sse/
Данные солнечной радиации, извлеченные из спутниковых снимковпроект 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
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Коммерческие спутниковые данные
• Irsolav
• Solemi (DLR)
• 3Tier
• Solargis
• ….
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Некоторые измерения, сделанные в Индии
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Некоторые измерения, сделанные в Индии
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
Некоторые измерения, сделанные в Индии
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.)
SOLAR TECHNOLOGY ADVISORS
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!