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Measurement of diffuse and plane of array irradiance by a combination of a pyranometer and an all-sky imager

Blum, Niklas und Wilbert, Stefan und Nouri, Bijan und Lezaca, Jorge und Huckebrink, David und Kazantzidis, Andreas und Heinemann, Detlev und Zarzalejo, L. F. und Jiménez, María José und Pitz-Paal, Robert (2022) Measurement of diffuse and plane of array irradiance by a combination of a pyranometer and an all-sky imager. Solar Energy, 232, Seiten 232-247. Elsevier. doi: 10.1016/j.solener.2021.11.064. ISSN 0038-092X.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
3MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038092X21010240

Kurzfassung

Accurate, robust and cost-efficient measurements of diffuse horizontal irradiance (DHI) and global tilted irradiance (GTI) are of great interest for solar energy applications. However, the available measurement techniques exhibit at least one of these shortcomings: restriction of GTI measurement to a single plane, intensive maintenance, high acquisition cost or increased deviations, especially at new measurement sites. To avoid these shortcomings, we suggest a comparably inexpensive and robust setup of a thermopile pyranometer and an all-sky imager (ASI) for measurement of DHI and GTI. The pyranometer measures global horizontal irradiance (GHI) and our method consecutively estimates diffuse sky radiance, DHI, direct normal irradiance (DNI) and GTI, by merging information from the combined setup. The system is developed and validated at two sites in Spain and Germany. Measurement of GTI is benchmarked for seven planes over GTI derived by transposition based on DHI and DNI from a tracker setup with a pyrheliometer and shaded thermopile pyranometer. Our results indicate that the measurement system can be applied at both sites. The proposed method avoids time-consuming radiometric calibrations of the camera by the combination of both sensors and a self-calibration. The measurement system is promising in particular for measurement of GTI. For 10-min average GTI, our approach yields an rRMSD of 1.6...4.8% for planes with tilts in the range of 20°...61°. Thus, at both sites and for all planes, it outperforms the tracker-based transposition yielding 2.3...6.5%. DHI is measured significantly more accurately than reported in previous works using an ASI alone.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/145345/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Measurement of diffuse and plane of array irradiance by a combination of a pyranometer and an all-sky imager
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Blum, NiklasNiklas.Blum (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1541-7234NICHT 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
Lezaca, JorgeJorge.Lezaca (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5513-7467NICHT SPEZIFIZIERT
Huckebrink, DavidSF-QLFNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kazantzidis, Andreasakaza (at) upatras.grNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Heinemann, Detlevdetlev.heinemann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zarzalejo, L. F.lf.zarzalejo (at) ciemat.esNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jiménez, María Josémjimenez (at) psa.esNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pitz-Paal, RobertRobert.Pitz-Paal (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3542-3391NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:15 Januar 2022
Erschienen in:Solar Energy
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:232
DOI:10.1016/j.solener.2021.11.064
Seitenbereich:Seiten 232-247
Verlag:Elsevier
ISSN:0038-092X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:shortwave radiation; all-sky-imager; global tilted irradiance (GTI); plane of arrayirradiance (POA); transposition; sky radiance
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Thermische Hochtemperaturtechnologien
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SW - Solar- und Windenergie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Condition Monitoring
Standort: Köln-Porz , Oldenburg
Institute & Einrichtungen:Institut für Solarforschung > Qualifizierung
Institut für Vernetzte Energiesysteme > Energiesystemanalyse, OL
Hinterlegt von: Blum, Niklas
Hinterlegt am:11 Jan 2022 09:42
Letzte Änderung:29 Mär 2023 00:00

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