A statistical approach for assessing cloud conditions using photovoltaic solar electricity production data
Loading...
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2019-12-16
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Energy Technology (EEN)
Language
en
Pages
45+12
Series
Abstract
In this thesis we examine the potential of using photovoltaic power production time series data as a tool for improving cloud cover observations, that have been acquired using other methods, such as remote sensing. If the methods presented amount to accuracte estimations, it could prove useful in areas where PV installations have become widespread. Further, if the penetration of solar PV increases, as has been projected, the improvements to the cloud cover perceptions increase. We did not find any previous studies on the topic of PV data utilization in improving cloud cover perceptions. However, as such methods have been researched for irradiance measurements, we decided to base the reasearch carried out in this thesis on those methods. In doing so, we also needed to use a clear sky irradiance model, which provided a reference for the measured output. Thus, we also opted to evaluate clear sky models that could fit our use, in an effort to improve the models’ accuracies. In researching the clear sky models, we found that the most suitable model for our use was the simplified version of SOLIS. This choise was based on the lower variance when comparing the modelled irradiance to observed clear sky irradiance. The clear sky detection algorithm presented in this thesis focused on adapting measures similar to those used in pyranometer based clear sky detection algorithms to corresponding PV production parameters. The algorithm proved itself successful, achieving a Hogan et al. modified skill score of more than 0.90 for installations with both steep and slight angles. Cloud base height estimation was also examined as a possible area of improvement, as such information is completely missing from remote sensing data. This was conducted by solving a multivariable regression analysis for a relationship between cloud base height, observed by a ceilometer, and statistical values of the observed PV output. However, our results indicate that this method does not offer an improvement when compared to interpolative methods of cloud base height estimation.Detta diplomarbete utforskar potentialen som solpanelers elproduktions tidsserier har för att komplementera molnobservationer utförda med andra metoder, så som fjärranalys. Ifall att arbetets metoder visar sig resultera i noggranna uppskattningar kan de tillämpas i områden med utbredda installationer av solkraftverk. Vidare väntas mängden solpanelsinstallationer öka över de kommande åren, och därmed förbättras även förbättringen till uppfattningen av molntäcken som arbetets metoder tillför. Vi fann inga tidigare studier angående utnyttjande av solkraftverks tidsserier för att förbättra uppfattningar av molntäcken. Dock existerar det litteratur angående användning av pyranometrar för motsvarande ändamål, alltså valde vi att basera arbetets forskning på dessa existerande metoder. Dessa metoder behöver även en modell för molnfri solstrålning, så vi valde att även utreda vilken modell för molnfri solstrålning som anpassar sig bäst för vårt ändamål. I undersökandet av passande modeller för molnfri solstrålning fann vi att av de modeller som övervägdes passade den förenklade SOLIS modellen oss bäst. Detta val baserade sig på modellens lägre varians då den jämfördes med observerade molnfria dagars solstrålning. I arbetets algoritm för att identifiera molnfria förhållanden låg fokus på att tillämpa storheter från de existerande molntypsidentifierings algoritmerna till sådana som går att mäta från solpanelers elproduktions tidsserier. Algoritmen visade sig vara lyckad i och med att den nådde över 0,90 med Hogan m.fl. skicklighetspoängsättning, både för installationer med branta samt låga sluttningar. Uppskattandet av molnbashöjd utforskades även som ett område som kunde förbättras, då den informationen inte finns tillgänglig via fjärranalys. Detta utför- des genom att lösa en flera variablers regressionsanalys som sökte ett förhållande mellan molnbashöjd som observerats med ceilometer samt statistiska storheter för solkraftverkets produktionstidsserie. Dock tyder våra resultat på att denna metod inte ör en förbättring till metoder som interpolerar molnbashöjden från närliggande observationer.Description
Supervisor
Vuorinen, VilleThesis advisor
Lindfors, AndersKeywords
photovoltaics, clouds, cloud base height estimation, clear sky detection
