Fachbereich Ingenieurwissenschaften und Kommunikation
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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.
Virtueller Journalismus
(2019)
Pseudopotential (PP)-basierte Lattice-Boltzmann-Methoden werden zunehmend für die Simulation von Mehrphasenströmungen eingesetzt. Da sie auf einem phänomenologischen Ansatz basieren, ist ihr Einsatz mit einem hohen Modellierungsaufwand verbunden. Zudem entstehen an den Phasengrenzen sogenannte Scheingeschwindigkeiten, welche Genauigkeit und numerische Stabilität beeinträchtigen. Daher werden PP-Modelle in dieser Arbeit um drei neue Aspekte erweitert. Erstens wird gezeigt, dass bei der Modellierung unterschiedlicher Kontaktwinkel mit gängigen Methoden in Kombination mit verbesserten Kräfteschemata Scheintröpfchen entstehen. Diese werden durch einen neuartigen Ansatz eliminiert, der auf zusätzlichen Randbedingungen für alle Wechselwirkungskräfte basiert. Diese Technik verhindert nicht nur das Auftreten der Scheintröpfchen, sondern erhöht auch die Stabilität in wandgebundenen Strömungen. Zweitens wird ein neuartiges Verfahren zur Reduktion von Scheingeschwindigkeiten eingeführt. Dabei wird die Diskretisierung der Interaktionskräfte erweitert und die zusätzlichen, freien Koeffizienten in Simulationen statischer Tropfen numerisch optimiert. Die resultierende Diskretisierung wurde in Simulationen stationärer und dynamischer Testfälle validiert, wobei Scheingeschwindigkeiten deutlich reduziert werden konnten. Drittens und letztens wurden die Diffusionseigenschaften in Mehrstoffsystemen detailliert untersucht, wobei eine kritische Abhängigkeit zwischen den makroskopischen Diffusionskoeffizienten und dem Kräfteschema aufgezeigt wird. Diese Analyse bildet die Grundlage für den Vergleich und die zukünftige Entwicklung neuer Potentialfunktionen (für Mehrstoffsysteme) und reduziert den Modellierungsaufwand.