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The rapid increase in solar photovoltaic (PV) installations worldwide has resulted in the electricity grid becoming increasingly dependent on atmospheric conditions, thus requiring more accurate forecasts of incoming solar irradiance. In this context, measured data from PV systems are a valuable source of information about the optical properties of the atmosphere, in particular the cloud optical depth (COD). This work reports first results from an inversion algorithm developed to infer global, direct and diffuse irradiance as well as atmospheric optical properties from PV power measurements, with the goal of assimilating this information into numerical weather prediction (NWP) models.
In den Atmosphärenwissenschaften spielt die Strahlungsbilanz der Erde eine wichtige Rolle für unser Verständnis des Klimasystems. Hier liefern ausgereifte Satellitenprodukte dekadische Klimazeitreihen mit einer so hohen Genauigkeit, dass z.B. Änderungen im Zusammenhang mit dem Klimawandel detektiert werden können. Dies gilt insbesondere auch für die solaren Strahlungsflüsse an der Erdoberfläche. Beim Vergleich dieser Satellitenprodukte mit instantanen Beobachtungen der Strahlung am Erdboden sind jedoch oft erhebliche Abweichungen feststellbar, die hauptsächlich durch kleinskalige Variabilität in der räumlichen Struktur von Wolken und ihrer Strahlungswirkung verursacht werden. Hier ist auch zu bedenken, dass Bodenbeobachtungen fast einer Punktmessung entsprechen, während Satellitenpixel eine Fläche in der Größenordnung von Quadratkilometern abtasten.
The electricity grid of the future will be built on renewable energy sources, which are highly variable and dependent on atmospheric conditions. In power grids with an increasingly high penetration of solar photovoltaics (PV), an accurate knowledge of the incoming solar irradiance is indispensable for grid operation and planning, and reliable irradiance forecasts are thus invaluable for energy system operators. In order to better characterise shortwave solar radiation in time and space, data from PV systems themselves can be used, since the measured power provides information about both irradiance and the optical properties of the atmosphere, in particular the cloud optical depth (COD). Indeed, in the European context with highly variable cloud cover, the cloud fraction and COD are important parameters in determining the irradiance, whereas aerosol effects are only of secondary importance.