A napenergia magyarországi hasznosítását támogató új fejlesztések az Országos Meteorológiai Szolgálatnál Nagy Zoltán, Tóth Zoltán, Morvai Krisztián, Szintai Balázs Országos Meteorológiai Szolgálat
A globálsugárzás előrejelzésének lehetőségei Költségkímélő megoldások a napsugárzás diffúz és direkt komponensének meghatározására MÉGNAP 2013.11.26.
Milyen tényezők befolyásolják a felszínre érkező napsugárzás erősségét? (1) A glob.sugárzás havi és max.napi összegének éves menete havi összeg
80
3
60
2,5
50
2
40 1,5
30 20
1
10
0,5
0
KJ/cm2
2
3,5
max.napi összeg
70
KJ/cm
A napsugárzás beesési szögének és a nappalok hosszának éves és napi változása – erőteljes éves és napi menet
0 hónap
A globál sugárzás óraösszegeinek és a relatív globál napi menete, 2013.09.07., Pápa 300
2
óraösszeg (J/cm )
250 200 150 100 50 0
MÉGNAP 2013.11.26.
óra
A relatív globálsugárzás bevezetésének fontossága A glob.sugárzás havi és max.napi összegének éves menete havi összeg
80
0,9
3
0,8
2,5 2
40 1,5
30
KJ/cm2
50
relatív globál
60 2
1
3,5
max.napi összeg
70
KJ/cm
A relatív globál havi összegeinek éves menete
1
20
0
0,6 0,5 0,4 0,3 0,2
0,5
10
0,7
0,1
0
0
hónap
hónap
A globál sugárzás óraösszegeinek és a relatív globál napi menete, 2013.09.07., Pápa
A relatív globál napi menete, 2003.09.07. Pápa 120
300 100
relatív globál (%)
2
óraösszeg (J/cm )
250 200 150 100 50
80
60
40
20
0
0
óra
óra
MÉGNAP 2013.11.26.
Milyen tényezők befolyásolják a felszínre érkező napsugárzás erősségét? (2) A légkör átbocsátó képességének állapota (szórás, elnyelés) A direkt, diffúz és globál sugárzás napi menete, Budapest, 2013.08.08.
A direkt, diffúz és globál sugárzás napi menete, Budapest, 2013.08.02. 1000
900
900
800
800
700
700
600
diffúz
400
globál
300
W/m 2
direkt
500
500
direkt diffúz
400
globál 300 200
200 100
100
0
0
idő
idő
Különböző sugárzási komponensek spektrális eloszlása
(W/(m 2*nm))
1,6 spektrális intenzitás
W/m
2
600
1,4
direkt
1,2
diffúz globál
1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 300
1100 hullámhossz (nm)
MÉGNAP 2013.11.26.
Milyen tényezők befolyásolják a felszínre érkező napsugárzás erősségét? (3)
A felhőzet mennyisége és fajtája
A golbál sugárzás napi menete egy derült és egy felhős napon 900
2013.07.25
800
2013.07.29 700
W/m 2
600 500 400 300 200 100 0 idő
MÉGNAP 2013.11.26.
MÉGNAP 2013.11.26.
Az OMSZ milyen forrásokra támaszkodik (támaszkodhat) a globál sugárzásra vonatkozó információ tekintetében ? (1) Valós idejű mérési adatok a felszíni automata mérőhálózatból
MÉGNAP 2013.11.26.
Az OMSZ milyen forrásokra támaszkodik (támaszkodhat) a globál sugárzásra vonatkozó információ tekintetében ? (2) Műholdas mérésekből származó felhő borítottság és elmozdulás
Második generációs Meteosat (MSG) műhold 15 percenkénti látható és 10.8 mikrométeres infra képeiből felhőzet borítottság és a felhők elmozdulásának vektora (irány, nagyság és felhő magasság 3 egymást követő 15 perc képeinek felhasználásával) MÉGNAP 2013.11.26.
Az OMSZ milyen forrásokra támaszkodik (támaszkodhat) a globál sugárzásra vonatkozó információ tekintetében ? (3)
Operatív módon futó időjárási előrejelzési modellek produktuma ECMWF - European Centre for Medium Weather Forecast-ben (Reading, Egyesült Királyság) fejlesztett modell:
0,12 UTC +90 óráig 1 órás, 90-144 óráig 3 órás, 144-240 óráig 6 órás outputok, 16 km-es felbontással AROME - METEOFRANCE koordinálásával és vezetésével nemzetközi együttműködésben fejlesztett modell:
+ 48 óra – 0, 12 UTC – órás output- ok – 2.5 km-es felbontás + 39 óra – 6, 18 UTC Mindkét modell az RRTM (Rapid Radiation Transfer Model) eljárást használja a globál sugárzás előrejelzésére. Az OMSZ az említett modellek sugárzási előrejelzését jelenleg csak igen korlátozottan, eseti jelleggel használja.
MÉGNAP 2013.11.26.
A globál sugárzás előrejelzésének lehetőségei
MÉGNAP 2013.11.26.
Hogyan használhatók a globál sugárzásra vonatkozó információk az előrejelzés céljaira? (1)
A mérőhálózatból származó valós idejű mérések csak korlátozott módon Amire alkalmazható: • Egyértelmű helyzetek azonosítására – az ország összefüggő, kiterjedt területeire a teljesen borult vagy derült sugárzási viszonyok meghatározására – órás időlépcsőre vonatkozó előrejelzésre lehet alkalmas; • Mérőhálózatból származó hosszabb adatsorok statisztikai elemzése, vizsgálata az előrejelzési módszerek fejlesztése céljából – szerkezeti függvények;
MÉGNAP 2013.11.26.
Globál sugárzási mező statisztikai szerkezetének jellemzése, szerkezeti függvény alkalmazása f(1,2) =(G(1) - G(2))2 f(1,3) =(G(1) - G(3))2 … f(1,x) =(G(1) - G(x))2
… f(x-1,x) =(G(x-1) - G(x))2
… Távolság függvényében az f átlagának négyzetgyöke Homogén és izotróp mező - szerkezeti függvény csak a távolságtól függ – a globál sugárzási mérőhálózatunkra első közelítésben teljesül – nincs szisztematikus eltérést okozó tényező (földrajzi szélesség, tsz. feletti magasság) – szerkezeti függvények a légkör átbocsátó képességének véletlenszerű ingadozását tükrözik; Évszakos menet kiküszöbölése – relatív globál sugárzás használata; 40 mérőállomás = 40*40/2 kombináció – szerkezeti függvény távolság függése havi bontásokban. MÉGNAP 2013.11.26.
A globál sugárzás napi összegeinek szerkezeti függvénye 0,35
0,35
tél
0,3
0,25 jan.
0,2
febr.
0,15
nov. dec.
0,1 0,05
eltérés rel.glob. (%)
0,3
0,25 márc. 0,2
ápr. szep.
0,15
okt. 0,1 0,05
0 50
100
200
300
400
0
km
50
0,35
100
200
nyár
0,3
eltérés rel.glob.(%)
eltérés rel.glob (%)
átmeneti
0,25 máj. 0,2
jún. júl.
0,15
aug. 0,1 0,05 0
50
100
200
300
MÉGNAP 2013.11.26.
400
km
300
400
km
A globál sugárzás óraösszegeinek szerkezeti függvénye átmenet
0,35
0,35
0,3
0,3
eltérés rel. glob. (%)
0,4
0,25 0,2 0,15 0,1
0,25 0,2 0,15 márc.
0,1
jan. 0,05
ápr. 0,05
feb.
szept.
0
0 25
100
25
400
km
100
nyár 0,4 0,35
eltérés rel.glob. (%)
eltérés rel.glob. (%)
tél 0,4
0,3 0,25 0,2 0,15
máj.
0,1
jún. júl.
0,05
aug.
0 25
100
km
MÉGNAP 2013.11.26.
400
km
400
napi ös s ze g (e lőreje lze tt - m é rt) re latív gyakoris ága, 2013. 04.
relatív g yako riság (% )
eltérés < +- 15 % = 71.9 %
20
15
10
5
0
< -50
0
elté ré s (%)
> 50
napi ös sze g (e lőre je lze tt- m é rt) re latív gyakoris ága, 2013.06. 25
realtív g yako riság (% )
Az előrejelzési modellek használhatósága
25
eltérés < +- 15 % = 68.6 %
20 15 10 5 0
< -50
0
e lté ré s (%)
> 50
napi ös s ze g (e lőre je lze tt-m é rt) relatív gyak oris ága, 2013.08. 25
relatív g yako riság (% )
Hogyan használhatók a globál sugárzásra vonatkozó információk az előrejelzés céljaira (2) ?
eltérés < +- 15 % = 75.7 % 20
15
10
5
0
< -50
MÉGNAP 2013.11.26.
0
e lté ré s (%)
> 50
napi összeg (előrejelzett-mért) relatív gyakorisága, 2013.04.-06.-08. (borult idő, rel.glob.<0.25%) 30 eltérés < +- 15 % = 38.4 % relatív gyakoriság (% )
25 20 15 10 5 0 < - 50
0
elté ré s (%)
> 50
napi összeg ( előrejelzett-mért) relatív gyakorisága, 2013.04.-06.-08. ( derült idő, rel. glob.> 85%) 30 eltérés < +- 15 % = 89.7 %
relatív gyakoriság (% )
25 20 15 10 5 0 < - 50
0
MÉGNAP 2013.11.26.
e lté ré s (%)
> 50
MÉGNAP 2013.11.26.
Egyéb lehetőségek a globál sugárzás előrejelzése céljából (1)
Égbolt kamerák alkalmazása a felhőzet által okozott, gyors változások azonosítására
MÉGNAP 2013.11.26.
Egyéb lehetőségek a globál sugárzás előrejelzése céljából(2)
Célzott mérőhálózatok tervezett naperőművek környezetében, műholdas és égbolt kamerás információkkal kiegészítve 1 - 2: sum |glob(1 , t) – glob(2 , t-1)| t = 2…16
2
1 - 4: sum |glob(1 , t) – glob(2 , t-1)| t = 2…16
1
5 3
4
1 - 3: sum |glob(1 , t) – glob(2 , t-1)| t = 2…16
1 - 5: sum |glob(1 , t) – glob(2 , t-1)| t = 2…16 sum min(1–2, 1–3, 1–4, 1–5) sum max(1–2, 1–3, 1–4, 1–5) MÉGNAP 2013.11.26.
Célzott mérőrendszerek telepítésének lehetőségei 0,8
minmum
0,7
maximum
abs_eltérés (%)
0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0
napok
MÉGNAP 2013.11.26.
Összegzés 1 fázis Modell eredmények 12, 24 órás előrejelzési produktumainak értékelése; 2 fázis Mérőhálózat valós idejű mérési eredményeinek értékelése, műholdas mérésekből származó információval kiegészítve; 3 fázis Célzottan telepített mérőrendszerek eredményeinek folyamatos értékelése, égbolt kamerák, műholdas információk figyelembe vételével. MÉGNAP 2013.11.26.
Költségkímélő megoldások a diffúz és a direkt komponenek meghatározására
MÉGNAP 2013.11.26.
MÉGNAP 2013.11.26.
Az ST1 által mért valamint a referencia diffúz sugárzás 10 perces értékeinek eltérése, Budapest, 2013.09.22.-10.06. 0 -2 -4
eltérés %
-6 -8 -10 -12 -14 -16 -18 10 pe rce s é rté ke k
Az ST 1(diff.) - REF(diff.) 10 perces értékeinek DIFF/GLOB aránytól való függése, Budapest, 2013.09.22.-10.06. 0 -2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
-4
eltérés %
-6 -8 -10 -12 -14
y = 24.433x 2 - 26.116x - 1.3392 R2 = 0.46
-16 -18 DIFF/GLOB
MÉGNAP 2013.11.26.
Az ST 1 által mért és a korrigált diffúz sugárzás 10 perces értékeinek különbsége, Budapest, 2013.09.22. - 2013.10.06. 30 20
különbség W/m2
10 0 -10 -20 -30 -40 -50 mért érték
10 perces é rtéke k
korrigált érték
Az ST 1 által mért és a korrigált diffúz sugárzás segítségével számított direkt sugárzás 10 perces értékeinek különbsége, Budapest,2013.09.22.-10.06. 250 200
100 50 903
862
821
780
739
698
657
616
575
534
493
452
411
370
329
288
247
206
165
124
83
-50
42
0 1
különbség W/m2
150
-100 -150 -200 10 perces értékek
direkt ST1(m ért diffúz) direkt korrigál diffúz
MÉGNAP 2013.11.26.
Köszönöm a figyelmet !
MÉGNAP 2013.11.26.
