Bestimmung von Wolkenhöhen für die Kurzfristprognose von Einstrahlungsleistungen für Solarkraftwerke

Abstract

In dieser Arbeit wird ein innovatives System zur Wolkenhöhenbestimmung untersucht, welches aus einer Wolkenkamera und einem Cloud Shadow Speed Sensor (CSS) besteht. Zur Validierung der Höhenmessungen kommt ein Ceilometer zum Einsatz. Es werden 70 Tage mit unterschiedlichen meteorologischen Bedingungen untersucht. Die Messgenauigkeit der Höhenbestimmung hängt stark von der Art der Wolken, der Wolkenhöhe und der Existenz mehrerer übereinander angeordneter Wolkenschichten ab. Für Wolken mit einer Höhe von bis zu 5000 m beträgt die mittlere quadratische Abweichung (RMSE) zur Ceilometer-Messung 1280 m, die mittlere absolute Abweichung (MAE) 695 m und der BIAS 261 m. Wolken mit scharfer Berandung und geringer Transmissivität begünstigen die Messung. Die Existenz mehrerer Wolkenschichten hat einen negativen Einfluss auf die Messgenauigkeit. Der CSS ermittelt Schattengeschwindigkeiten vorüberziehender Wolken und wird als zentrale Systemkomponente in dieser Arbeit gesondert untersucht. Es wird eine Methodik zur Charakterisierung von Verschattungen entwickelt, die den CSS zu einer multifunktionalen Messeinrichtung erweitert. Ferner werden konkrete Verbesserungen der im CSS implementierten Berechnungsmethoden erarbeitet. Darüber hinaus wird ein alternatives System zur Wolkenhöhenbestimmung entwickelt, welches statt des CSS ein bereits vorhandenes Schattenkamera-System zur Bestimmung der Wolkengeschwindigkeiten verwendet. Für ein bereits existierendes Nowcasting-System, welches auf 4 Wolkenkameras basiert, wird eine Validierung der Wolkenhöhen durchgeführt.