Εκτίμηση ηλιακής ενέργειας χρησιμοποιώντας τεχνολογίες τηλεπισκόπισης

Από RemoteSensing Wiki

Παρούσα αναθεώρηση της 09:35, 11 Φεβρουαρίου 2011

Εκτίμηση ηλιακής ενέργειας χρησιμοποιώντας τεχνολογίες τηλεπισκόπισης

Solar energy assessment using remote sensing technologies

Annette Hammera, Detlev Heinemanna, Carsten Hoyera, Rolf Kuhlemanna,Elke Lorenza, Richard Mullera, Hans Georg Beyerb

Εικόνα 1: Σχέση μεταβολής του δείκτη νέφωσης n με τον δείκτη καθαρού ουρανού KT.

Εικόνα 2 : Κλάσμα διάχυσης για δύο ηλιακά ύψη.

Εικόνα 3: Δορυφορική απεικόνιση Satel-Light 1996–1997. Ετήσια οριζόντια ισοδύναμη ακτινοβολία (αριστερά) και μηνιαία άμεση ακτινοβολία (δεξιά).

Εικόνα 4 : κόστος ενός ηλιακού συστήματος νερού κατάλληλο για θέρμανση.

Εικόνα 5: ποιότητα δύο προβλέψεων του δείκτη νέφωσης σε σχέση με τα επίγεια δεδομένα.

1.Εισαγωγή

Στο Εαρινό Συμβούλιο Κορυφής μεταξύ των Ευρωπαικών Κοινοτήτων το 2000, αποφασίστηκε να μειωθεί η καταναλισκόμενη ενέργεια στα κτίρια στο 4% από 20%. Η ηλιακή ενέργεια χρησιμοποιείται με ενεργητικό ( συλλέκτες για θέρμανση – ψύξη) και παθητικό τρόπο (σχεδιασμός για την αξιοποίηση θέρμανσης-ψύξης) στα κτίρια. Για την υλοποίηση του δεύτερου χρειαζόμαστε πληροφορίες, όπως τη ποσότητα ηλιακής ακτινοβολίας στην επιφάνεια και την ηλιοφάνεια της περιοχής, αλλά και μια σωστή διαχείριση αυτών, για την δημιουργία κατάλληλων τεχνολογιών. Γεωστατικοί δορυφόροι, όπως ο METEOSAT μπορούν να μας δώσουν δεδομένα με μεγάλη ακρίβεια. Εδώ παρουσιάζεται η μέθοδος HELIOSTAT μαζί με δύο παραδείγματα πρόβλεψης περιορισμένου φάσματος και μια παρουσίαση της επόμενης γενιάς δορυφόρου, του MSG (Meteosat Second Generation.)

2. Η μέθοδος HELIOSTAT

Η μέθοδος HELIOSTAT για τον υπολογισμό της ηλιακής ακτινοβολίας από δορυφορικές εικόνες, ασχολείται ξεχωριστά με την εξάλειψη της νέφωσης από την ατμόσφαιρα. Αρχικά υπολογίζεται η ηλιακή ακτινοβολία καθαρού ουρανού για την περιοχή. Μέσω κατάλληλων αλγορίθμων, με τη χρήση δορυφορικών εικόνων METEOSAT καθώς και με την παραγωγή των πρόσθετων ποσοτήτων που χρησιμοποιούνται στις εφαρμογές ηλιακής ενέργειας, υπολογίζονται τα δεδομένα. Έτσι υπολογίζουμε την:

• ακτινοβολία καθαρού ουρανού

• μετάδοση νέφωσης (Εικόνα 1)

• άμεση και διάχυτη ακτινοβολία (Εικόνα 2)

• φωτισμός

3. Εφαρμογές

1. Satel-Light και χρησιμοποίηση του φωτισμού ημέρας στα κτίρια Στα πλαίσια του προγράμματος Satel-Light, τα δεδομένα της ηλιακής ακτινοβολίας και του ημερήσιου φωτισμού τα πήραμε από τον δορυφόρο METEOSAT )και με την μεθοδολογία HELIOSAT τα επεξεργαστήκαμε. Τα δεδομένα μπορεί κανείς να τα λάβει είτε με τη μορφή στατιστικών στοιχείων, είτε με τη μορφή χάρτη με τη βοήθεια του GIS. Η εικόνα 3 μας δείχνει την ετήσια οριζόντια ισοδύναμη ακτινοβολία (αριστερά) και τη μηνιαία άμεση ακτινοβολία (δεξιά).

2. SoDa - ολοκληρωμένη πρόσβαση στα δεδομένα της ηλιακής ακτινοβολίας και σε σχετικές πληροφορίες. Το πρόγραμμα SoDa βοηθάει στην ολοκλήρωση των βάσεων δεδομένων για την ηλιακή ακτινοβολία και άλλων πληροφοριών. Τα περισσότερα δεδομένα προέρχονται από δορυφορικές βάσεις. Παρακάτω παρουσιάζεται ένα παράδειγμα εξομοίωσης, όπου υπολογίζεται το κόστος ενός ηλιακού συστήματος νερού κατάλληλο για θέρμανση. Ο συλλογέας πληροφοριών τοποθετήθηκε στον Νότο με γωνία 45ο, άλλα δεδομένα είναι η απαίτηση ζεστού νερού ( 200 λίτρα/ημέρα) και η αύξηση θερμοκρασίας (30ο ). Η εικόνα 4 μας δείχνει τα αποτελέσματα.

3. Πρόβλεψη ηλιακής ακτινοβολίας Η πρόβλεψη της ηλιακής ακτινοβολίας είναι βασικό δεδομένο για την λειτουργία οποιουδήποτε ηλιακού συστήματος και ανάλογα την εφαρμογή, οι πληροφορίες απαιτούνται σε διαφορετική χρονική κλίμακα. Ο πιο σημαντικός υπολογισμός, είναι αυτός της νέφωσης. Ο στατιστικός τρόπος υπολογισμού της κίνησης των σύννεφων, καθορίζει τα διανύσματα κίνησης από τις δορυφορικές εικόνες και με συγκεκριμένους αλγορίθμους και υποθέσεις υπολογίζει τις πιθανότητες θέσης τους. Στη συνέχεια, για να υπολογιστεί η πρόβλεψη του δείκτη νέφωσης, τοποθετούνται τα διανύσματα στην εικόνα και την εξομαλύνουμε. Τέλος, με τη μεθοδολογία HELIOSTAT μετατρέπουμε τους δείκτες νέφωσης σε τιμές ακτινοβολίας. Η Εικόνα 5 δείχνει την ποιότητα δύο προβλέψεων σε σχέση με τα επίγεια δεδομένα. Σαν μέτρο ποιότητας, το λάθος rms υπολογίστηκε για 50 ημέρες και έπειτα συγκρίθηκε με την επίγεια διάρκεια. Συμπερασματικά προέκυψε ότι οι πληροφορίες του δορυφόρου, βγάζουν καλύτερα αποτελέσματα από ότι οι επίγειες.

4. Προοπτικές του MSG

Ενώ η μέθοδος HELIOSTAT μας προσφέρει μεγάλη ακρίβεια στον υπολογισμό της ηλιακής ακτινοβολίας, ο δορυφόρος MSG αναμένεται να βοηθήσει στον υπολογισμό με ακόμα μεγαλύτερη ακρίβεια. Προσφέρει επιπρόσθετα φασματικά κανάλια και υψηλότερη φασματική και χρονική ανάλυση. Θα βοηθήσει τον αστικό σχεδιασμό, δίνοντας πληροφορίες για τη χωρική δομή, τη φασματική διανομή της ηλιακής ακτινοβολίας καθώς και τη γωνιακή διανομή του διάχυτου φωτισμού.

5. Συμπεράσματα

Η μείωση της κατανάλωσης ενέργειας στο αστικό περιβάλλον, είναι ένας από τους σημαντικότερους στόχους στο μέλλον. Ο σχεδιασμός και η υλοποίηση κατάλληλων τεχνικών για τον σχεδιασμό ενεργειακών κτιρίων απαιτεί ακρίβεια δεδομένων και καλή γνώση της ηλιακής πηγής. Οι μέθοδοι της τηλεπισκόπισης είναι οι πιο κατάλληλες για την πραγματοποίηση των παραπάνω