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Geometric calibration of all-sky cameras using sun and moon positions: A comprehensive analysis

Blum, Niklas und Matteschk, Paul und Fabel, Yann und Nouri, Bijan und Román, Roberto und Zarzalejo, L. F. und Antuña-Sánchez, Juan Carlos und Wilbert, Stefan (2025) Geometric calibration of all-sky cameras using sun and moon positions: A comprehensive analysis. Solar Energy, 295, Seite 113476. Elsevier. doi: 10.1016/j.solener.2025.113476. ISSN 0038-092X.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
6MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038092X25002397

Kurzfassung

All-sky imagers (ASIs) have been applied to enable accurate very-short-term forecasts of the production of solar power plants and to derive measurements which facilitate the efficient and reliable operation of such plants. Overall, ASIs can support the grid integration and efficient operation of solar power plants. These tasks often require to reconstruct ‘world coordinates’ of observed scene points from their position in the ASI images. This requires a practically feasible geometric calibration of each ASI regarding camera-intrinsic lens distortion parameters and the ASI’s external orientation. We present ‘SuMo’ an open-source Python tool which determines all relevant parameters only using regular ASI images of Sun and Moon. The method avoids a manual interference on-site, can be applied retrospectively and can also be used to continuously monitor an ASI’s geometric calibration. We validate the calibration method on five cameras at three sites and over various datasets representing different seasons, atmospheric conditions, exposure times and sun/ moon elevation and azimuth angles. Already a single month of images from either summer or winter yields an accurate calibration (RMSE ≤0.14°). A comparable calibration accuracy (RMSE 0.14 – 0.38°) could be achieved for all tested ASIs without modifying any of the method’s parameters. Image quality moderately influenced the calibration accuracy. An additional cross-validation with the star-based ORION calibration method further confirms the high accuracy of our method over the entire sky dome (MAE 0.14°). We provide a Python package and >2 years of ASI images and irradiance measurements with the publication.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/214034/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Geometric calibration of all-sky cameras using sun and moon positions: A comprehensive analysis
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Blum, NiklasNiklas.Blum (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1541-7234NICHT SPEZIFIZIERT
Matteschk, PaulDeutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für SolarforschungNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fabel, YannYann.Fabel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1892-5701NICHT SPEZIFIZIERT
Nouri, BijanBijan.Nouri (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9891-1974NICHT SPEZIFIZIERT
Román, RobertoUniversidad de Valladolid, Grupo de Óptica Atmosférica (GOA-UVa)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zarzalejo, L. F.CIEMAT Energy Department-Renewable Energy DivisonNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Antuña-Sánchez, Juan CarlosUniversidad de Valladolid, Grupo de Óptica Atmosférica (GOA-UVa)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wilbert, StefanStefan.Wilbert (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3573-3004NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:24 April 2025
Erschienen in:Solar Energy
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:295
DOI:10.1016/j.solener.2025.113476
Seitenbereich:Seite 113476
Verlag:Elsevier
ISSN:0038-092X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:All-sky imager, Sky camera, Geometric calibration, External orientation, Intrinsic calibration, Celestial bodies
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
Institute & Einrichtungen:Institut für Solarforschung > Qualifizierung
Hinterlegt von: Blum, Niklas
Hinterlegt am:02 Jun 2025 08:08
Letzte Änderung:02 Jun 2025 08:08

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