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Shadow-camera based solar nowcasting system for shortest-term forecasts

Kuhn, Pascal Moritz und Garsche, Dominik und Wilbert, Stefan und Nouri, Bijan und Hanrieder, Natalie und Prahl, Christoph und Zarzarlejo, Luis und Fernández, Jesús und Kazantzidis, Andreas und Schmidt, Thomas und Heinemann, Detlev und Blanc, Philippe und Pitz-Paal, Robert (2019) Shadow-camera based solar nowcasting system for shortest-term forecasts. Meteorologische Zeitschrift. Borntraeger Science Publishers. doi: 10.1127/metz/2019/0954. ISSN 0941-2948.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
1MB

Offizielle URL: http://dx.doi.org/10.1127/metz/2019/0954

Kurzfassung

The rapid growth of solar power generation and the variable nature of the solar resource pose challenges for our electricity grids. Forecasting future changes in the irradiance might help to cost-efficiently manage this variability both for photovoltaic and concentration solar plants as well as grids with high solar penetrations. So far, for shortest-term forecasts with lead times of a few minutes, all-sky imager based nowcasting systems are used. However, due to the complexity of dynamically changing 3d cloud shapes as well as certain geometrical effects such as self-occlusion or near-horizon saturation, all-sky imager based nowcasting systems exhibit inherent weaknesses. Here, we present a novel system to generate shortest-term solar forecasts, which is located at Plataforma Solar de Almería in southern Spain. This approach is based on downward-facing cameras (shadow cameras), taking images of the ground. From these images, spatially resolved irradiance maps are derived. By tracking cloud shadows, future irradiances are predicted. A demonstration system is achieved, which provides shortest-term forecasts for the next 2min. To the best of our knowledge, this is the first time such a system is developed. We benchmark several possible algorithmic approaches on 16 days and compare the deviations to a state-of-the-art all-sky imager based nowcasting system on 22 days. The root-mean-squared deviation (RMSD) of this shadow camera based nowcasting system for direct normal irradiance (DNI) and 1-min temporal averages is 15.6% for lead times of 2min (MAD, DNI: 9.6 %). In comparison to an all-sky imager system, this is an improvement as the all-sky imager system only reaches 22.0% RMSD and 14.8% MAD (both DNI). This demonstrates the feasibility and attractiveness in terms of accuracy of the proposed concept.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/128807/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Shadow-camera based solar nowcasting system for shortest-term forecasts
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Kuhn, Pascal MoritzPascal.Kuhn (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9978-5706NICHT SPEZIFIZIERT
Garsche, DominikSF-QLFNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wilbert, StefanStefan.Wilbert (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3573-3004NICHT SPEZIFIZIERT
Nouri, BijanBijan.Nouri (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9891-1974NICHT SPEZIFIZIERT
Hanrieder, NatalieNatalie.Hanrieder (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9671-351X141971465
Prahl, ChristophChristoph.Prahl (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zarzarlejo, LuisCIEMAT, AlmeriaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fernández, JesúsCIEMAT - Plataforma Solar de AlmeríaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kazantzidis, AndreasLAP, GRNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schmidt, Thomasth.Schmidt (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Heinemann, Detlevdetlev.heinemann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Blanc, Philippephilippe.blanc (at) mines-paristech.frNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pitz-Paal, RobertRobert.Pitz-Paal (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3542-3391NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:24 Mai 2019
Erschienen in:Meteorologische Zeitschrift
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1127/metz/2019/0954
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
NICHT SPEZIFIZIERTSchweizerbartNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Borntraeger Science Publishers
Name der Reihe:Energy Meteorology
ISSN:0941-2948
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Solar nowcasting, energy meteorology, meteorological cameras, forecasting
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:TIG Technologie, Innovation und Gesellschaft
HGF - Programmthema:Erneuerbare Energie- und Materialressourcen für eine nachhaltige Zukunft
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SY - Energiesystemanalyse
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Systemanalyse und Technikbewertung (alt), E - Einfluss von Wüstenbedingungen (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Vernetzte Energiesysteme
Institut für Solarforschung > Qualifizierung
Hinterlegt von: Kruschinski, Anja
Hinterlegt am:26 Sep 2019 12:08
Letzte Änderung:22 Nov 2023 07:30

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