Diffuse sky radiation models' accuracy analysis based on measurement data for Lower Silesia region

• Autorzy: Włodarczyk D. , Nowak H.

Warianty tytułu

PL

Analiza dokladności modelu rozproszonego promieniowania słonecznego przy wykorzystaniu danych pomiarowych dla Dolnego Śląska

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In most cases, in order to design solar energy systems one needs to know the solar radiation as divided into direct radiation and diffuse radiation. If only global radiation is known, one can employ empirical models to calculate the diffuse radiation fraction in the global radiation. The paper presents a comparison between the values generated by empirical models of diffuse sky radiation on a horizontal plane, i.e. the ORGILL HOLLANDS model, the ERBES model and CLIMED2, with measurement data for the period 2000-2004 from the Meteorological and Hydrological Institute's measuring station in Legnica (Poland). Measurement data quality conditions were imposed on the database whereby erroneous or statistically insignificant data were eliminated. The models were evaluated using standard statistical indices: MBE, RMSE and CC and the relative values of the mean bias error and the root mean square error, i.e. MBE[%] and RMSE[%]. The ORGILL HOLLANDS model proved to be the most accurate, followed by CLIMED2 and the ERBS model.

PL

Projektowanie słonecznych systemów energetycznych wymaga znajomości promieniowania słonecznego z podziałem na część bezpośrednią i rozproszoną. W przypadku posiadania jedynie danych promieniowania całkowitego można skorzystać z modeli empirycznych obliczających udział promieniowania słonecznego rozproszonego w promieniowaniu całkowitym. W pracy przedstawiono porównanie empirycznych modeli promieniowania słonecznego rozproszonego na płaszczyznę horyzontalną umożliwiających obliczenie tych wartości na podstawie znajomości całkowitego promieniowania słonecznego na płaszczyznę horyzontalną. Do porównania posłużyła baza danych pomiarowych promieniowania słonecznego ze stacji aktynometrycznej IMGW w Legnicy z lat 2000-2004. Tak przygotowaną bazę danych zweryfikowano za pomocą standardowych warunków jakości danych CIE (Commission Internationale de I'Eclairage). Warunki te eliminują dane błędne (związane z np. awariami systemu pomiarowego, przeszkodami terenowych itd.). Dodatkowo wykorzystano zaproponowane przez Younesa warunki ograniczające wykres zależności udziału promieniowania rozproszonego w całkowitym promieniowaniu słonecznym f od współczynnika jasności kr. Zaproponowane warunki mają postać krzywych, których równania otrzymuje się poprzez dopasowanie do punktów odpowiadających podwójnemu odchyleniu standardowemu od wartości średniej f w określonym przedziale kr. Około 4% danych, które przeszły pozytywnie procedurę CIE zostało odrzuconych poprzez wykorzystanie krzywych ograniczających. Ostateczna baza danych pomiarowych składała się z 20176 par punktów kr-f. Oceny modeli dokonano za pomocą standardowych wskaźników statystycznych: MBE, RMSE i CC. Wykorzystano także wartości względne wskaźników błędu średniego i błędu średniego kwadratowego: MBE[%] i RMSE[%]. Najdokładniejszy okazał się model Orgilla i Hollandsa i ten model autorzy zalecają stosować przy projektowaniu słonecznych systemów energetycznych na terenie Dolnego Śląska. Autorzy zwracają uwagę na fakt, że oprócz lokalizacji pomiaru danych aktynometrycznych na wyniki uzyskiwane przez modele teoretyczne ma także wpływ procedura sprawdzania jakości danych pomiarowych, klasa urządzeń pomiarowych oraz długość okresu pomiarowego. W poprzedniej pracy autorów dokonano analogicznej analizy modeli empirycznych względem wartości pomierzonych na stanowisku meteorologicznym Uniwersytetu Wrocławskiego, najlepsze wyniki uzyskał model CLIMED2, zaś model Orgilla i Hollandsa uzyskał wyniki bardzo przeciętne. Jest to zatem potwierdzenie faktu, że w obliczeniach energetyki słonecznej istotne jest stosowanie modeli obliczeniowych uwzględniających lokalne warunki aktynometryczne oraz długość okresu pomiarowego,

Słowa kluczowe

EN

solar energy; diffuse radiation; radiation model; actinometric measurement

PL

energia słoneczna; promieniowanie rozproszone; model promieniowania; pomiar aktynometryczny

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 54, nr 3
• Strony: 623--633
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., il.

Twórcy

autor

Włodarczyk D.

autor

Nowak H.

• University of Technology, Institute of Building Engineering, Wrocław, Poland,

Bibliografia

• 1. J. ORGILL, K. HOLLANDS, Correlation equation for hourly diffuse radiation on a horizontal surface, Solar Energy, 19, 357-359, 1977.
• 2. D. ERBS, S. KLEIN, J. DUFFIE, Estimation of the diffuse radiation fraction for hourly, daily and monthly-average global radiation, Solar Energy, 28, 293-302, 1982.
• 3. A. DE MIGUEL, J. BILBAO, R. AGUIAR, H. KAMBEZIDIS, E. NEGRO, Diffuse solar irradiation model evaluation in the north Mediterranean belt area, Solar Energy, 70, 143-153, 2001.
• 4. G. NOTTON, C. CRISTOFARI, M. MUSELLI, P. POGGI, Calculation of an hourly basis of solar diffuse irradiations from global data for horizontal surface in Ajaccio, Energy Conversion and Management, 45, 2849-2866, 2004.
• 5. D. WŁODARCZYK, H. NOWAK, Calculation of diffuse radiation fraction in global solar radiation on horizontal plane for Wrocław hourly actinometric data [in Polish], 1st International Conference on Solar Energy and Ecobuildings: "Renewable Energy. Innovative Ideas and Technologies for Buildings", 549-556, Solina 2006.
• 6. D. KEINDRICK, Guide to recommended practice of daylight measurement, International Commission on Illumination (CIE), Report No. CIE-108, Wien, Austria 1994.
• 7. T. MUNEER, Solar radiation and daylight models, 2nd edition, Elsevier Butterworth-Heinemann, 2004.
• 8. S. YOUNES, R. CLAYWELL, T. MUNEER, Quality control of solar radiation data: Present status and proposed new approaches, Energy, 30, 1533-1549, 2005.