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Shadow camera system for the generation of solar irradiance maps

Kuhn, Pascal Moritz und Wilbert, Stefan und Prahl, Christoph und Schüler, David und Haase, Thomas und Hirsch, Tobias und Wittmann, Michael und Ramirez, Lourdes und Zarzalejo, L.F. und Meyer, Andreas und Vuilleumier, L. und Blanc, Philippe und Pitz-Paal, Robert (2017) Shadow camera system for the generation of solar irradiance maps. Solar Energy, 157, Seiten 157-170. Elsevier. doi: 10.1016/j.solener.2017.05.074. ISSN 0038-092X.

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2MB

Offizielle URL: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038092X17304814

Kurzfassung

Highly spatially and temporally resolved solar irradiance maps are of special interest for predicting ramp rates and for optimizing operations in solar power plants. Irradiance maps with lead times between 0 and up to 30 min can be generated using all-sky imager based nowcasting systems or with shadow camera systems. Shadow cameras provide photos of the ground taken from an elevated position below the clouds. In this publication, we present a shadow camera system, which provides spatially resolved Direct Normal Irradiance (DNI), Global Horizontal Irradiance (GHI) and Global Tilted Irradiance (GTI) maps. To the best of our knowledge, this is the first time a shadow camera system is achieved. Its generated irradiance maps have two purposes: (1) The shadow camera system is already used to derive spatial averages to benchmark all-sky imager based nowcasting systems. (2) Shadow camera systems can potentially provide spatial irradiance maps for plant operations and may act as nowcasting systems. The presented shadow camera system consists of six cameras taking photos from the top of an 87 m tower and is located at the Plataforma Solar de Almería in southern Spain. Out of six photos, an ortho-normalized image (orthoimage) is calculated. The orthoimage under evaluation is compared with two reference orthoimages. Out of the three orthoimages and one additional pyranometer and pyrheliometer, spatially resolved irradiance maps (DNI, GHI, GTI) are derived. In contrast to satellites, the shadow camera system uses shadows to obtain irradiance maps and achieves higher spatial and temporal resolutions. The preliminary validation of the shadow camera system, conducted in detail on two example days (2015-09-18, 2015-09-19) with 911 one-minute averages, shows deviations between 4.2% and 16.7% root mean squared errors (RMSE), 1.6% and 7.5% mean absolute errors (MAE) and standard deviations between 4.2% and 15.4% for DNI maps calculated with the derived approach. The GHI maps show deviations below 10% RMSE, between 2.1% and 7.1% MAE and standard deviations between 3.2% and 7.9%. Three more days (2016-05-11, 2016-09-01, 2016-12-09) are evaluated, briefly presented and show similar deviations. These deviations are similar or below all-sky imager based nowcasts for lead time zero minutes. The deviations are small for photometrically uncalibrated, low-cost and off-the-shelf surveillance cameras, which is achieved by a segmentation approach.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/115036/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Shadow camera system for the generation of solar irradiance maps
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Kuhn, Pascal MoritzPascal.Kuhn (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9978-5706NICHT SPEZIFIZIERT
Wilbert, StefanStefan.Wilbert (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3573-3004NICHT SPEZIFIZIERT
Prahl, Christophchristoph.prahl (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8596-9050NICHT SPEZIFIZIERT
Schüler, DavidSF-QLFNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Haase, Thomassf-qlfNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hirsch, Tobiastobias.hirsch (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0063-0128NICHT SPEZIFIZIERT
Wittmann, MichaelMichael.Wittmann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ramirez, LourdesciematNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zarzalejo, L.F.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Meyer, AndreasAndreas.Meyer (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Vuilleumier, L.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Blanc, Philippemines paristechNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pitz-Paal, RobertRobert.Pitz-Paal (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3542-3391NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:15 November 2017
Erschienen in:Solar Energy
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:157
DOI:10.1016/j.solener.2017.05.074
Seitenbereich:Seiten 157-170
Verlag:Elsevier
ISSN:0038-092X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Shadow camera system; Solar forecasting; Integration of renewable energies
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Erneuerbare Energie
HGF - Programmthema:Konzentrierende solarthermische Technologien
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SW - Solar- und Windenergie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Einfluss von Wüstenbedingungen (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Solarforschung > Qualifizierung
Hinterlegt von: Kruschinski, Anja
Hinterlegt am:20 Nov 2017 14:03
Letzte Änderung:02 Nov 2023 13:11

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