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In the research project "MetPVNet", both, the forecast-based operation management in distribution grids and as well as the forecasts of the feed-in of PV-power from decentralized plants could be improved on the basis of satellite data and numerical weather forecasts. Based on a detailed network analyses for a real medium-voltage grid area, it was shown that both – the integration of forecast data based on satellite and weather data and the improvement of subsequent day forecasts based on numerical weather models – have a significant added value for forecast-based congestion management or redispatch and reactive power management in the distribution grid. Furthermore, forecast improvements for the forecast model of the German Weather Service were achieved by assimilating visible satellite imagery, and cloud and radiation products from satellites were improved, thus improving the database for short-term forecasting as well as for assimilation. In addition, several methods have been developed that will enable forecast improvement in the future, especially for weather situations with high cloud induced variability and high forecast errors. This article summarizes the most important project results.
Anhand detaillierter Netzanalysen für ein reales Mittelspannungsnetzgebiet konnte gezeigt werden, dass sowohl die Einbindung von Prognosedaten auf Basis von Satelliten und Wetterdaten, als auch die Verbesserung von Folgetagsprognosen auf der Basis numerischer Wettermodelle einen deutlichen Mehrwert für ein prognosebasiertes Engpassmanagement bzw. Redispatch und Blindleistungsmanagement im Verteilnetz aufweisen. Auch Kurzfristprognosen auf der Basis von Satellitendaten haben einen positiven Effekt. Ein weiterer wichtiger Mehrwert des Projektes ist auch die Rückmeldung der kritischen Prognosesituationen aus Sicht der Anwendungsfälle, so dass wie bereits im Projekt gezeigt und darüber hinaus, Prognosen zielgerichteter auf die Anwendung im Verteilnetzbetrieb ausgelegt und optimiert werden können.
Weiterhin konnten Prognoseverbesserungen für das Vorhersagemodell des Deutschen Wetterdienstes durch die Assimilation von sichtbaren Satellitenbildern erreicht werden. Darüber hinaus wurden Wolken- und Strahlungsprodukte aus Satelliten verbessert und somit die Datenbasis für die Kurzfristprognose als auch für die Assimilation.
Darüber hinaus wurden verschiedene Methoden entwickelt, die zukünftig zu einer weiteren Prognoseverbesserung, insbesondere für Wettersituationen mit hohen Prognosefehlern, führen könnten. Solche Situationen wurden aus Sicht des Netzbetriebs und mithilfe von satellitenbasierten Analysen der Gesamtwetterlage für die Perioden der MetPVNet Messkampagnen identifiziert. Hierbei handelte es sich insbesondere um Situationen mit starker oder stark wechselhafter Bewölkung.
Für die MetPVNet Messkampagnen wurde auf der Basis eines Trainingsdatensatzes und in Abhängigkeit der Variabilitätsklasse die Abweichung der bodennahen Einstrahlung von Satellitendaten oder von Strahlungsprognosen quantifiziert. Diese Art der Informationen bietet zukünftig die Möglichkeit zur Bewertung der Prognosegüte.
Atmospheric aerosols affect the power production of solar energy systems. Their impact depends on both the atmospheric conditions and the solar technology employed. By being a region with a lack in power production and prone to high solar insolation, West Africa shows high potential for the application of solar power systems. However, dust outbreaks, containing high aerosol loads, occur especially in the Sahel, located between the Saharan desert in the north and the Sudanian Savanna in the south. They might affect the whole region for several days with significant effects on power generation. This study investigates the impact of atmospheric aerosols on solar energy production for the example year 2006 making use of six well instrumented sites in West Africa. Two different solar power technologies, a photovoltaic (PV) and a parabolic through (PT) power plant, are considered. The daily reduction of solar power due to aerosols is determined over mostly clear-sky days in 2006 with a model chain combining radiative transfer and technology specific power generation. For mostly clear days the local daily reduction of PV power (at alternating current) (PVAC) and PT power (PTP) due to the presence of aerosols lies between 13 % and 22 % and between 22 % and 37 %, respectively. In March 2006 a major dust outbreak occurred, which serves as an example to investigate the impact of an aerosol extreme event on solar power. During the dust outbreak, daily reduction of PVAC and PTP of up to 79 % and 100 % occur with a mean reduction of 20 % to 40 % for PVAC and of 32 % to 71 % for PTP during the 12 days of the event.
Impact of atmospheric aerosols on photovoltaic energy production - Scenario for the Sahel zone
(2017)
Photovoltaic (PV) energy is one option to serve the rising global energy need with low environmental impact. PV is of particular interest for local energy solutions in developing countries prone to high solar insolation. In order to assess the PV potential of prospective sites, combining knowledge of the atmospheric state modulating solar radiation and the PV performance is necessary. The present study discusses the PV power as function of atmospheric aerosols in the Sahel zone for clear-sky-days. Daily yields for a polycrystalline silicon PV module are reduced by up to 48 % depending on the climatologically-relevant aerosol abundances.