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SolResHP - Solar resource for high penetration and large scale applications - SPF contribution to PVPS Task 16
Mit zunehmendem Anteil der Erneuerbaren Energien an der Energieversorgung weltweit nimmt die
Notwendigkeit zu, Erträge solcher Anlagen vorherzusagen. Das Messen meteorologischer Daten und
deren Bewertung sind eine Grundlage für eine bessere Vorhersage der Energieerträge aus
solarthermischen und photovoltaischen Anlagen. In diesem Umfeld agiert die IEA PVPS Task 16.
Das SPF beteiligt sich bei der Untersuchung von bodengestützten Messmethoden zur Erfassung der
Einstrahlung und der Auseinandersetzung mit dem Einfluss unterschiedlicher Jahresverläufe der
Einstrahlung auf die Vorhersagequalität.
In der ersteren Thematik sind weitestgehend Erfahrungen und Messdaten aus vergangenen
Untersuchungen in das Projekt eingeflossen und mit den anderen Teilnehmenden ausgetauscht
worden. Insbesondere wurden die Strahlungsmessungen von kostengünstigen Systemen verglichen mit
Messungen eines Pyrheliometers, eines Pyranometers und eines Schattenringpyranometers. Die
Abweichungen bei der Direkt-Normalstrahlung wurden analysiert und Schätzungen für zu erwartende
Fehler angegeben.
Bezüglich unterschiedlicher Jahresverläufe wurden verschiedene Wetterdatensätze für TRNSYS-
Simulationen von Solar-Eis Systemen untersucht. Simulationen mit gemessenen Daten wurden für
verschiedene Standorte in der Schweiz durchgeführt, wobei Messungen aus den Jahren 2004-2017
verwendet wurden. Die gleichen Daten wurden mit verschiedenen Methoden auf ein Jahr reduziert.
Einerseits wurden in einem simplen Verfahren Zeitabschnitte (Stunden, Tage und Monate) aufgrund der
mittleren Strahlung aneinandergereiht, andererseits wurden "Typical Meteorological Years" (TMY)
erstellt, bei welchen 12 möglichst repräsentative Monate aneinandergereiht werden. Des Weiteren
wurden Datensätze von Meteonorm und von der SIA verwendet. Die Simulationen wurden dann
bezüglich der Systemeffizienz bewertet. Insbesondere das stündliche Mittelungsverfahren, das TMY
Verfahren, sowie die SIA Daten haben dabei zu besonders genauen Abschätzungen geführt.
Aufgefallen ist ausserdem, dass zwischen den verschiedenen Jahren einer Simulation sehr grosse
Unterschiede bestehen. So kann sich der "Seasonal Performance Factor" um über 100% ändern, wenn
bezüglich Energieeffizienz das schlechteste mit dem besten Jahr verglichen wird.
Neben der Durchführung des PVPS Task 16 Meetings in Rapperswil im Jahr 2018, gab es aktive und
passive Teilnahmen an verschiedenen Treffen und Konferenzen, welche im Zusammenhang mit dem
PVPS Task 16 standen.
Résumé:
Avec la part croissante des énergies renouvelables dans l'approvisionnement énergétique mondial, le
besoin de prévoir les rendements de ces systèmes s'accroît. La mesure des données
météorologiques et leur évaluation constituent une base pour une meilleure prédiction des
rendements énergétiques des systèmes solaires thermiques et photovoltaïques. IEA PVPS Task 16
opère dans cet environnement.
Le SPF est impliqué dans l'étude des méthodes de mesure au sol pour l'enregistrement de l'irradiation
et l'examen de l'influence des différents modèles d'irradiation annuelle sur la qualité des prévisions.
Dans le premier cas, les expériences et les données de mesure des enquêtes passées ont été
largement intégrées au projet et échangées avec les autres participants. En particulier, les mesures
de rayonnement des systèmes à faible coût ont été comparées aux mesures d'un pyrhéliomètre, d'un
pyranomètre et d'un pyranomètre à anneau d'ombre. Les écarts dans le rayonnement normal direct
ont été analysés et des estimations des erreurs attendues ont été données.
En ce qui concerne les différents cours annuels, différents ensembles de données météorologiques
pour les simulations TRNSYS des systèmes de glace solaire ont été étudiés. Des simulations avec
des données mesurées ont été réalisées pour différents endroits en Suisse, en utilisant des mesures
des années 2004-2017. Les mêmes données ont été réduites à un an en utilisant des méthodes
différentes. D'une part, des périodes de temps (heures, jours et mois) ont été enchaînées selon une
procédure simple en raison du rayonnement moyen, d'autre part, des "Typical Meteorological Years"
(TMY) ont été créées, dans lesquelles 12 mois, aussi représentatifs que possible, sont enchaînées.
En outre, des ensembles de données de Meteonorm et de la SIA ont été utilisés. Les simulations ont
ensuite été évaluées par rapport à l'efficacité du système. La méthode de la moyenne horaire, la
méthode TMY, ainsi que les données SIA ont notamment permis d'obtenir des estimations très
précises. On remarque également qu'il y a de très grandes différences entre les différentes années
d'une simulation. Par exemple, le "Seasonal Performance Factor" peut varier de plus de 100 % si l'on
compare la pire année à la meilleure en termes d'efficacité énergétique.
En plus de la conception de la PVPS Task 16 à Rapperswil en 2018, il y a eu une participation active
et passive à diverses conférences liées à la PVPS Task 16.
Summary:
With the increasing share of renewable energies in the global energy supply, the need to predict the
yields of such systems is growing. Measuring and evaluating meteorological data provides a basis for
better forecasting of energy yields from solar thermal and photovoltaic systems. The IEA PVPS Task 16
operates in this environment.
The SPF participates in the investigation of ground-based measurement methods for recording
irradiance and the analysis of the influence of different annual irradiance patterns on the prediction
quality.
In the first topic, experience and measurement data from past investigations have been incorporated
into the project to a large extent and exchanged with the other participants. In particular, the radiation
measurements of low-cost systems were compared with measurements of a pyrheliometer, a
pyranometer and a shadow ring pyranometer. The deviations in the direct normal radiation were
analysed and estimates for expected errors were given.
In the former topic, experience and measurement data from past investigations have been
incorporated into the project to a large extent and exchanged with the other participants. In particular,
the radiation measurements of low-cost systems were compared with measurements of a
pyrheliometer, a pyranometer and a shadow ring pyranometer. The deviations in the direct normal
radiation were analysed and estimates for expected errors were given.
Regarding the interannual variability, different weather data sets were investigated for TRNSYS
simulations of solar ice systems. Simulations with measured data were carried out for various locations
in Switzerland, using measurements from the years 2004-2017. The same data were reduced to one
year using different methods. On the one hand, time periods (hours, days and months) were strung
together in a simple procedure due to the average radiation, on the other hand, Typical Meteorological
Years (TMY) were created, in which 12 months were strung together as representative as possible.
Furthermore, data sets from Meteonorm and from the SIA were used. The simulations were then
evaluated with respect to system efficiency. The hourly median year method, the TMY method, as well
as the SIA data led to the most accurate estimates. It is also noticeable that there are very large
differences between the different years of a simulation, so the Seasonal Performance Factor can change
by more than 100% from the worst to the best year in terms of energy efficiency.
Besides the PVPS Task 16 meeting in Rapperswil in 2018, there was active and passive participation
in various meetings and conferences related to the PVPS Task 16.