Wolkenkamera-basierte Kürzestfristvorhersage der Direktstrahlung
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- Johanna Weiss
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1 Wolkenkamera-basierte Kürzestfristvorhersage der Direktstrahlung S. Wilbert 1, B. Nouri 1, P. Kuhn 1, D. Schüler 1, C. Prahl 1, N. Kozonek 1, R. Pitz-Paal 1, T. Schmidt 2, N. Kilius 3, M. Schroedter-Homscheidt 3, Z. Yasser 4 1 DLR, Institut für Solarforschung 2 CSP Services 3 DLR Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum 4 TSK Flagsol Sonnenkolloquium, Köln
2 Wolkenkamera-basierte Kürzestfristvorhersage der Direktstrahlung Inhalt 1. Motivation 2. Wolkenkamera-basiertes Nowcasting von DNI (Direct Normal Irradiance) Karten Bsp. WobaS System (BMWi) 3. Validierungssystem 4. Fazit und Ausblick
3 Validierungssystem Nowcastingsystem DLR.de Folie 3 Nowcasting- und Validierungssystem (PSA) 4 Q24 Wolkenkameras Pyrheliometer (DNI) 6 M25 Schattenkameras 20 Si-Pyranometer Pyrheliometer und Pyranometer Ceilometer Bild einer Schattenkamera vom CESA 1 Turm (90 m) 2 km
4 DLR.de Folie 4 Funktionsprinzip des WobaS Systems 4 Wolkenkamera Fotos Wolkendetektion Bestimmung der Wolkenkoordinaten Berechnung von Schattenkarten Wolkenverfolgung Kombination mit Strahlungsmessungen DNI Karte für Aufnahmezeitpunkt
5 DLR.de Folie 5 Wolkendetektion - Clear Sky Library Bibliothek für Wolkenfreie Situationen Inhalt der Clear Sky Library red to blue ratio (RBR) für Bilder ohne Wolken Wolkendetektion nutzt Clear Sky Library: Vergleiche RBR von Pixel des auszuwertenden Bildes mit RBR aus Clear Sky Library Abweichung über gewissem Schwellwert Pixel zeigt Wolke 4 Dimensionen: Sun to Pixel Angle (SPA) Zenith to Pixel Angle (ZPA) Air mass (AM) Linke Trübung (TL, Ineichen, 2002; Wasserdampf, Aerosole) RBR RBR
6 Höhe [km] DLR.de Folie 6 4x Ergebnis: Wolkenkoordinaten :26:
7 DLR.de Folie 7 Wolkenverfolgung - Vogelperspektive :26: :26:30
8 DLR.de Folie 8 Benutzeroberfläche des WobaS Nowcasting Systems z.b. aktuelle DNI Karte z.b. DNI Karte für in 5 min, oder DNI Nowcasts für nächste 15 min
9 DLR.de Folie 9 Validierung mit Radiometern und Schattenkameras Den Boden filmende Kameras ermöglichen DNI-Karten Berechnung 6x 6x >20 Radiometer + schattiges Referenzbild sonniges Referenz- Bild
10 DLR.de Folie 10 Validierung - Methodik Nowcasting-System Kamerakalibrierung Wolkendetektion Wolkenhöhe Bewertung von Subsystemen Bewertungssystem Testfotos Muster Manuelle Wolkenerkennung Ceilometer Schattenkameras + Radiometer Räumlich aufgelöste Strahlungs- und Schattenkarten Bewertung des Gesamtsystems (RMSD, bias, etc. für Punkte mit Radiometern, Feldmittelwerte, )
11 DLR.de Folie 11 Bsp. Validierung von Subsystem: Wolkendetektion automatisch manuell Genauigkeit wird über Vergleich mit manueller Wolkenerkennung bestimmt Referenz-Datensatz von über 600 Bildern
12 Automatische Detektion DLR.de Folie 12 Validierung: Wolkendetektion Schnelle Bewertung von Wolkendetektion verschiedener Algorithmen Definition von Vergleichsgrößen, z.b.: Wahrscheinlichkeit korrekter Detektion #TP+#TN = # aller Pixel Bewertung in Gruppen: Bewölkungssituation Trübung Sonnenstand Wurde in einem Pixel eine Wolke detektiert? (Pixel) Wolke Manuelle Detektion Keine Wolke Wolke TP FP Keine Wolke FN TN
13 DLR.de Folie 13 Validierung: Wolkendetektion
14 DLR.de Folie 14 Beispiel für Bewertung des Gesamtsystems Wolkenkamera-Vorhersagen für Schattenkarte in 2 min validiert mit Schattenkamera-Referenz :40 9:42
15 DLR.de Folie 15 9:42 9:40 #TP + #TN # Pixel = %
16 DLR.de Folie 16 9:42:30 #TP + #TN # Pixel = 99.8 %
17 DLR.de Folie 17 9:43 #TP + #TN # Pixel = 96.6 %
18 DLR.de Folie 18 9:43:30 #TP + #TN # Pixel = 84.7 %
19 Foto: TSK Flagsol DLR.de Folie 19 Zusammenfassung Nowcasting System verfügbar Einzelkomponenten wie Wolkendetektion validiert Gesamtvalidierungssystem implementiert und Testdatensätze validiert Aufbau in TSK Parabolrinnenkraftwerk La Africana wird derzeit vorbereitet Nächste Schritte Detaillierte Validierung und Unsicherheitsanalyse des Nowcastingsystems ~1Jahr Daten Anbindung an Satelliten- und Wettermodellbasierte Vorhersagen (DLR-DFD/ TSK Flagsol: CSP FoSyS System) Test in La Africana
20 DLR.de Chart 20 Sebastian Müller Danke für Ihre Aufmerksamkeit! WobaS Wolkenkamera-basierte Betriebsstrategien für konzentrierende Solarkraftwerke Kontakt:
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