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Cloud height and tracking accuracy of three all sky imager systems for individual clouds

Nouri, Bijan und Kuhn, Pascal Moritz und Wilbert, Stefan und Hanrieder, Natalie und Zarzalejo, L.F. und Kazantzidis, A. und Blanc, Philipp und Pitz-Paal, Robert (2019) Cloud height and tracking accuracy of three all sky imager systems for individual clouds. Solar Energy, 177, Seiten 2013-228. Elsevier. doi: 10.1016/j.solener.2018.10.079. ISSN 0038-092X.

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Kurzfassung

Solar irradiance nowcasts can be derived with sky images from all sky imagers (ASI) by detecting and analyzing transient clouds, which are the main contributor of intra-hour solar irradiance variability. The accuracy of ASI based solar irradiance nowcasting systems depends on various processing steps. Two vital steps are the cloud height detection and cloud tracking. This task is challenging, due to the atmospheric conditions that are often complex, including various cloud layers moving in different directions simultaneously. This challenge is addressed by detecting and tracking individual clouds. For this, we developed two distinct ASI nowcasting approaches with four or two cameras and a third hybridized approach. These three systems create individual 3-D cloud models with unique attributes including height, position, size, optical properties and motion. This enables us to describe complex multi-layer conditions. In this paper, derived cloud height and motion vectors are compared with a reference ceilometer (height) and shadow camera system (motion) over a 30 day validation period. The validation data set includes a wide range of cloud heights, cloud motion patterns and atmospheric conditions. Furthermore, limitations of ASI based nowcasting systems due to image resolution and image perspective constrains are discussed. The most promising system is found to be the hybridized approach. This approach uses four ASIs and a voxel carving based cloud modeling combined with a cloud segmentation independent stereoscopic cloud height and tracking detection. We observed for this approach an overall mean absolute error of 648 m for the height, 1.3 m/ s for the cloud speed and 16.2° for the motion direction.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/127655/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Cloud height and tracking accuracy of three all sky imager systems for individual clouds
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Nouri, BijanBijan.Nouri (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9891-1974NICHT SPEZIFIZIERT
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
Hanrieder, NatalieNatalie.Hanrieder (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9671-351X141971453
Zarzalejo, L.F.CIEMATNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kazantzidis, A.Univ. of Patras, Patras, GRNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Blanc, PhilippEcole des Mines de ParisNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pitz-Paal, RobertRobert.Pitz-Paal (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3542-3391NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2019
Erschienen in:Solar Energy
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:177
DOI:10.1016/j.solener.2018.10.079
Seitenbereich:Seiten 2013-228
Verlag:Elsevier
Name der Reihe:El Sevier
ISSN:0038-092X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Nowcasting, 3-D cloud modeling, Cloud tracking, Cloud height, All sky imager, Irradiance map
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 2019 15:18
Letzte Änderung:03 Nov 2023 09:25

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