Διόρθωση σφαλμάτων στις δορυφορικές εκτιμήσεις της ηλιακής ακτινοβολίας με τη χρήση επίγειων μετρήσεων
Η βραχυπρόθεσμη (short–term) μεταβλητότητα των νεφών και οι απότομες μεταβολές στις συγκεντρώσεις των αιωρούμενων σωματιδίων είναι οι κύριοι ατμοσφαιρικοί παράγοντες, οι οποίοι ευθύνονται για τη μεγάλη χωρική και χρονική μεταβλητότητα της ηλιακής ακτινοβολίας που φτάνει στο έδαφος (surface solar irr...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Μορφή: | Thesis |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2019
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/12236 |
| id |
nemertes-10889-12236 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Δορυφορικές εκτιμήσεις Ηλιακή ακτινοβολία Επίγειες μετρήσεις Μοντέλο διάδοσης Satellite estimations Solar irradiance Ground-based measurements Radiative transfer model 551.527 1 |
| spellingShingle |
Δορυφορικές εκτιμήσεις Ηλιακή ακτινοβολία Επίγειες μετρήσεις Μοντέλο διάδοσης Satellite estimations Solar irradiance Ground-based measurements Radiative transfer model 551.527 1 Βαμβακάς, Ιωάννης Διόρθωση σφαλμάτων στις δορυφορικές εκτιμήσεις της ηλιακής ακτινοβολίας με τη χρήση επίγειων μετρήσεων |
| description |
Η βραχυπρόθεσμη (short–term) μεταβλητότητα των νεφών και οι απότομες μεταβολές στις συγκεντρώσεις των αιωρούμενων σωματιδίων είναι οι κύριοι ατμοσφαιρικοί παράγοντες, οι οποίοι ευθύνονται για τη μεγάλη χωρική και χρονική μεταβλητότητα της ηλιακής ακτινοβολίας που φτάνει στο έδαφος (surface solar irradiance-SSI). Ειδικότερα, τα αιωρούμενα σωματίδια επιδρούν άμεσα στην ηλιακή ακτινοβολία μέσω των μηχανισμών σκέδασης και απορρόφησης και έμμεσα μεταβάλλοντας τη φυσική των νεφών. Επομένως η εκτίμηση της επίδρασης τους στην εξασθένηση ή μη της ηλιακής ακτινοβολίας αποτελεί το σημείο κλειδί για ενεργειακές μελέτες, οι οποίες αποσκοπούν στον υπολογισμό του μέγιστου ηλιακού δυναμικού μιας περιοχής και της αποδοτικότητα των ενεργειακών εφαρμογών.
Όσο αναφορά την εκτίμηση της μεταβλητότητας της SSI σε μεγάλη χωρική κλίμακα, έχουν προταθεί μέθοδοι συνεργιστικής χρήσης ατμοσφαιρικών παραμέτρων από δορυφόρο και δεδομένων ακτινοβολίας από μοντέλο (Kosmopoulos et al., 2017, Papadimas et al., 2012). Όμως, οι συγκεκριμένες μέθοδοι παράγουν δεδομένα ακτινοβολίας με υψηλή αβεβαιότητα (Bias) και χαμηλή χρονική ανάλυση συγκριτικά με αντίστοιχες μετρήσεις από επίγειους σταθμούς υψηλής ποιότητας BSRN (Baseline Surface Radiation Network). Επομένως, έχουν προταθεί, σε ένα μεγάλο σύνολο ενεργειακών μελετών, μεθοδολογίες προσαρμογής στη τοποθεσία (Site Adaptation Methods), με στόχο τη διόρθωση της αβεβαιότητας των εκτιμώμενων ακτινοβολιών, χρησιμοποιώντας βραχυπρόθεσμα και υψηλής ποιότητας επίγεια δεδομένα. Οι εφαρμοζόμενες τεχνικές για τη διόρθωση της αβεβαιότητας διακρίνονται σε: i) γραμμικής προσαρμογής (linear site adaptation), ii) μη γραμμικής προσαρμογής (non – linear site adaptation) και iii) περιοχικής προσαρμογής (regional site adaptation) στη τοποθεσία.
Στη παρούσα διπλωματική εργασία ο στόχος μας είναι: i) να παρουσιάσουμε τις διαφορετικές τεχνικές διόρθωσης (site adaptation methods) της αβεβαιότητας των εκτιμώμενων ακτινοβολιών (συνεργιστική χρήση δορυφόρου – μοντέλου) και ii) να εφαρμόσουμε κάποιες από αυτές τις τεχνικές σε εκτιμήσεις της ημερήσιας ακτινοβολίας, με στόχο τη διόρθωση των παραμέτρων αβεβαιότητας για περιοχές γύρω από τη Μεσόγειο και χρονικό διάστημα 7 ετών (2010 – 2017).
Σύμφωνα με το δεύτερο σκέλος της διπλωματικής εργασίας, εμείς αξιοποιήσαμε δεδομένα ακτινοβολίας από το ερευνητικό πρόγραμμα MENA Hybrid Solar System (HYMENSO, www.hymenso.eu). Ο στόχος του συγκεκριμένου προγράμματος ήταν να υποστηρίξει τη βέλτιστη εφαρμογή συγκεντρωτικών ηλιακών και φωτοβολταϊκών συστημάτων στην περιοχή της Βόρειας Αφρικής (Adrar, Ghardaia and Tataouine) και της Μέσης Ανατολής (Ma’an). Επομένως, αναπτύχθηκε ένας αλγόριθμός, ο οποίος εκτιμά την ημερήσια μεταβλητότητα της ολικής οριζόντιας και άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας (GHI και DNI) σε μεγάλη χωρική κλίμακα υπό συνθήκες: i) ανέφελου ουρανού (clear sky) και ii) μερικώς ή ολικώς νεφοσκεπή ουρανού (partly or overall cloudy sky).
Tα βήματα ανάπτυξης του αλγορίθμου διακρίνονται στα: a) ανάκτηση των ατμοσφαιρικών παραμέτρων από ένα φασματοφωτόμετρο μέτριας ανάλυσης της συλλογής 6 και 6.1 της NASA (MODIS v.6 και v.6.1) , το οποίο ήταν ενσωματωμένο σε δυο δορυφόρους πολικής τροχιάς, b) υπολογισμό των ακτινοβολιών για διαφορετικά ατμοσφαιρικά σενάρια από το μοντέλο Santa Barbara Disort (SBDART) και c) συνεργιστική χρήση των ατμοσφαιρικών παραμέτρων και των ακτινοβολιών του μοντέλου σε ένα σχήμα διαδοχικών γραμμικών παρεμβολών για τη παραγωγή των GHI και DNI ανά 15min στις υπό μελέτη περιοχές. Όμως οι εκτιμώμενες ακτινοβολίες χαρακτηρίζονταν από ένα παράγοντα αβεβαιότητας λόγω της συνεργιστικής χρήσης δορυφόρου - μοντέλου. Επομένως, αυτές έπρεπε να αξιολογηθούν απέναντι σε υψηλής ποιότητας επίγειες μετρήσεις από σταθμούς στις αντίστοιχες περιοχές. Οι στατιστικοί δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν για την συγκεκριμένη αξιολόγηση ήταν: i) το μέσο σφάλμα μεροληψίας (MBE) για την εκτίμηση της κατεύθυνση της αβεβαιότητας, ii) το μέσο απόλυτο και τετραγωνικό σφάλμα (MAE και RMSE) για την εκτίμηση του μεγέθους της αβεβαιότητας και iii) ο συντελεστής συσχέτισης (R).
Με βάση τα αποτελέσματα της αξιολόγησης, οι δείκτες MBE, MAE και RMSE βρέθηκαν θετικοί. Συγκεκριμένα, οι τιμές του MBE, MAE και RMSE ήταν 0.21kWh/m2, 0.42kWh/m2 και 0.57kWh/m2 για περιοχή Adrar, φανερώνοντας την καλύτερη απόδοση του αλγορίθμου μας στην εκτίμηση της GHI, ενώ οι αντίστοιχοι δείκτες ήταν 0.4kWh/m2, 0.65kWh/m2 και 0.79kWh/m2 για περιοχή Ma’an, δείχνοντας ότι ο αλγόριθμος υπερεκτιμούσε στο μέγιστο βαθμό τη GHI συγκριτικά με τις επίγειες μετρήσεις. Παρόμοια διαδικασία ακολουθήθηκε στη DNI, με τις στατιστικές παραμέτρους να υποδεικνύουν την αδυναμία του αλγορίθμου να ανιχνεύσει τις βραχυπρόθεσμες αλλαγές χρονικά και χωρικά της νέφωσης και των αερολυμάτων με υψηλή ακρίβεια. Επομένως, οι εκτιμώμενες DNI υπερεκτιμήθηκαν συγκριτικά με τις επίγειες μετρήσεις, με τι μέγιστες τιμές να παρατηρούνται στη περιοχή Ghardaia, με MBE, MAE και RMSE να είναι 1.32kWh/m2, 1.78kWh/m2 και 2.16kWh/m2 αντίστοιχα.
Εξαιτίας της ύπαρξης συστηματικών σφαλμάτων (MBE) στις παραγόμενες ακτινοβολίες, εφαρμόστηκαν μέθοδοι προσαρμογής στη τοποθεσία (site adaptation methods) για την εξάλειψη τους. Στο ερευνητικό πρόγραμμα HYMENSO εξετάστηκε η προσαρμογή των εκτιμώμενων ακτινοβολιών στη τοποθεσία μέσω: i) της γραμμικής προσέγγισης τους (linear site adaptation) στα επίγεια δεδομένα και ii) της βελτίωσης της αθροιστική συχνότητας κατανομής τους (CDF site adaptation method) συναρτήσει της κατανομής των επίγειων ακτινοβολιών. Ειδικότερα με τη χρήση της δεύτερης μεθόδου (CDF), επετεύχθει η εξάλειψη των συστηματικών σφαλμάτων (MBE=0kWh/m^2 ) των παραγόμενων ακτινοβολιών.
Στο 1ο κεφάλαιο της παρούσας διπλωματικής εργασίας, παρουσιάζονται οι προϋποθέσεις ώστε ένα σταθμός να παρέχει υψηλής ποιότητας επίγεια δεδομένα ακτινοβολίας. Επιπρόσθετα, γίνεται μια εισαγωγή στη μεθοδολογία της συνεργιστικής χρήσης δορυφορικών ατμοσφαιρικών δεδομένων – ακτινοβολιών μοντέλου για εκτίμηση της επιφανειακής ηλιακής ακτινοβολίας (SSI).
Στο 2ο κεφάλαιο, γίνεται μια εισαγωγή στις υπάρχουσες τεχνικές για προσαρμογή των εκτιμώμενων ακτινοβολιών στη τοποθεσία (site adaptation methods) χρησιμοποιώντας επίγεια δεδομένα ακτινοβολίας υψηλής ποιότητας, ενώ προηγούμενες εργασίες παρουσιάζονται για τη μελέτη των συγκεκριμένων τεχνικών.
Στο 3 κεφάλαιο, γίνεται ανάλυση της μεθοδολογίας και των αποτελεσμάτων, εφαρμόζοντας τις τεχνικές διόρθωσης στις παραμέτρους αβεβαιότητας (MBE, MAE και RMSE) των παραγόμενων ακτινοβολιών από το ερευνητικό πρόγραμμα HYMENSO. |
| author2 |
Καζαντζίδης, Ανδρέας |
| author_facet |
Καζαντζίδης, Ανδρέας Βαμβακάς, Ιωάννης |
| format |
Thesis |
| author |
Βαμβακάς, Ιωάννης |
| author_sort |
Βαμβακάς, Ιωάννης |
| title |
Διόρθωση σφαλμάτων στις δορυφορικές εκτιμήσεις της ηλιακής ακτινοβολίας με τη χρήση επίγειων μετρήσεων |
| title_short |
Διόρθωση σφαλμάτων στις δορυφορικές εκτιμήσεις της ηλιακής ακτινοβολίας με τη χρήση επίγειων μετρήσεων |
| title_full |
Διόρθωση σφαλμάτων στις δορυφορικές εκτιμήσεις της ηλιακής ακτινοβολίας με τη χρήση επίγειων μετρήσεων |
| title_fullStr |
Διόρθωση σφαλμάτων στις δορυφορικές εκτιμήσεις της ηλιακής ακτινοβολίας με τη χρήση επίγειων μετρήσεων |
| title_full_unstemmed |
Διόρθωση σφαλμάτων στις δορυφορικές εκτιμήσεις της ηλιακής ακτινοβολίας με τη χρήση επίγειων μετρήσεων |
| title_sort |
διόρθωση σφαλμάτων στις δορυφορικές εκτιμήσεις της ηλιακής ακτινοβολίας με τη χρήση επίγειων μετρήσεων |
| publishDate |
2019 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/12236 |
| work_keys_str_mv |
AT bambakasiōannēs diorthōsēsphalmatōnstisdoryphorikesektimēseistēsēliakēsaktinoboliasmetēchrēsēepigeiōnmetrēseōn AT bambakasiōannēs biascorrectiononthesatelliteestimationsofsolarirradiancewiththeuseofgroundbasedmeasurements |
| _version_ |
1771297300991180800 |
| spelling |
nemertes-10889-122362022-09-05T20:14:21Z Διόρθωση σφαλμάτων στις δορυφορικές εκτιμήσεις της ηλιακής ακτινοβολίας με τη χρήση επίγειων μετρήσεων Bias correction on the satellite estimations of solar irradiance with the use of ground-based measurements Βαμβακάς, Ιωάννης Καζαντζίδης, Ανδρέας Καζαντζίδης, Ανδρέας Αργυρίου, Αθανάσιος Κιουτσιούκης, Ιωάννης Vamvakas, Ioannis Δορυφορικές εκτιμήσεις Ηλιακή ακτινοβολία Επίγειες μετρήσεις Μοντέλο διάδοσης Satellite estimations Solar irradiance Ground-based measurements Radiative transfer model 551.527 1 Η βραχυπρόθεσμη (short–term) μεταβλητότητα των νεφών και οι απότομες μεταβολές στις συγκεντρώσεις των αιωρούμενων σωματιδίων είναι οι κύριοι ατμοσφαιρικοί παράγοντες, οι οποίοι ευθύνονται για τη μεγάλη χωρική και χρονική μεταβλητότητα της ηλιακής ακτινοβολίας που φτάνει στο έδαφος (surface solar irradiance-SSI). Ειδικότερα, τα αιωρούμενα σωματίδια επιδρούν άμεσα στην ηλιακή ακτινοβολία μέσω των μηχανισμών σκέδασης και απορρόφησης και έμμεσα μεταβάλλοντας τη φυσική των νεφών. Επομένως η εκτίμηση της επίδρασης τους στην εξασθένηση ή μη της ηλιακής ακτινοβολίας αποτελεί το σημείο κλειδί για ενεργειακές μελέτες, οι οποίες αποσκοπούν στον υπολογισμό του μέγιστου ηλιακού δυναμικού μιας περιοχής και της αποδοτικότητα των ενεργειακών εφαρμογών. Όσο αναφορά την εκτίμηση της μεταβλητότητας της SSI σε μεγάλη χωρική κλίμακα, έχουν προταθεί μέθοδοι συνεργιστικής χρήσης ατμοσφαιρικών παραμέτρων από δορυφόρο και δεδομένων ακτινοβολίας από μοντέλο (Kosmopoulos et al., 2017, Papadimas et al., 2012). Όμως, οι συγκεκριμένες μέθοδοι παράγουν δεδομένα ακτινοβολίας με υψηλή αβεβαιότητα (Bias) και χαμηλή χρονική ανάλυση συγκριτικά με αντίστοιχες μετρήσεις από επίγειους σταθμούς υψηλής ποιότητας BSRN (Baseline Surface Radiation Network). Επομένως, έχουν προταθεί, σε ένα μεγάλο σύνολο ενεργειακών μελετών, μεθοδολογίες προσαρμογής στη τοποθεσία (Site Adaptation Methods), με στόχο τη διόρθωση της αβεβαιότητας των εκτιμώμενων ακτινοβολιών, χρησιμοποιώντας βραχυπρόθεσμα και υψηλής ποιότητας επίγεια δεδομένα. Οι εφαρμοζόμενες τεχνικές για τη διόρθωση της αβεβαιότητας διακρίνονται σε: i) γραμμικής προσαρμογής (linear site adaptation), ii) μη γραμμικής προσαρμογής (non – linear site adaptation) και iii) περιοχικής προσαρμογής (regional site adaptation) στη τοποθεσία. Στη παρούσα διπλωματική εργασία ο στόχος μας είναι: i) να παρουσιάσουμε τις διαφορετικές τεχνικές διόρθωσης (site adaptation methods) της αβεβαιότητας των εκτιμώμενων ακτινοβολιών (συνεργιστική χρήση δορυφόρου – μοντέλου) και ii) να εφαρμόσουμε κάποιες από αυτές τις τεχνικές σε εκτιμήσεις της ημερήσιας ακτινοβολίας, με στόχο τη διόρθωση των παραμέτρων αβεβαιότητας για περιοχές γύρω από τη Μεσόγειο και χρονικό διάστημα 7 ετών (2010 – 2017). Σύμφωνα με το δεύτερο σκέλος της διπλωματικής εργασίας, εμείς αξιοποιήσαμε δεδομένα ακτινοβολίας από το ερευνητικό πρόγραμμα MENA Hybrid Solar System (HYMENSO, www.hymenso.eu). Ο στόχος του συγκεκριμένου προγράμματος ήταν να υποστηρίξει τη βέλτιστη εφαρμογή συγκεντρωτικών ηλιακών και φωτοβολταϊκών συστημάτων στην περιοχή της Βόρειας Αφρικής (Adrar, Ghardaia and Tataouine) και της Μέσης Ανατολής (Ma’an). Επομένως, αναπτύχθηκε ένας αλγόριθμός, ο οποίος εκτιμά την ημερήσια μεταβλητότητα της ολικής οριζόντιας και άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας (GHI και DNI) σε μεγάλη χωρική κλίμακα υπό συνθήκες: i) ανέφελου ουρανού (clear sky) και ii) μερικώς ή ολικώς νεφοσκεπή ουρανού (partly or overall cloudy sky). Tα βήματα ανάπτυξης του αλγορίθμου διακρίνονται στα: a) ανάκτηση των ατμοσφαιρικών παραμέτρων από ένα φασματοφωτόμετρο μέτριας ανάλυσης της συλλογής 6 και 6.1 της NASA (MODIS v.6 και v.6.1) , το οποίο ήταν ενσωματωμένο σε δυο δορυφόρους πολικής τροχιάς, b) υπολογισμό των ακτινοβολιών για διαφορετικά ατμοσφαιρικά σενάρια από το μοντέλο Santa Barbara Disort (SBDART) και c) συνεργιστική χρήση των ατμοσφαιρικών παραμέτρων και των ακτινοβολιών του μοντέλου σε ένα σχήμα διαδοχικών γραμμικών παρεμβολών για τη παραγωγή των GHI και DNI ανά 15min στις υπό μελέτη περιοχές. Όμως οι εκτιμώμενες ακτινοβολίες χαρακτηρίζονταν από ένα παράγοντα αβεβαιότητας λόγω της συνεργιστικής χρήσης δορυφόρου - μοντέλου. Επομένως, αυτές έπρεπε να αξιολογηθούν απέναντι σε υψηλής ποιότητας επίγειες μετρήσεις από σταθμούς στις αντίστοιχες περιοχές. Οι στατιστικοί δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν για την συγκεκριμένη αξιολόγηση ήταν: i) το μέσο σφάλμα μεροληψίας (MBE) για την εκτίμηση της κατεύθυνση της αβεβαιότητας, ii) το μέσο απόλυτο και τετραγωνικό σφάλμα (MAE και RMSE) για την εκτίμηση του μεγέθους της αβεβαιότητας και iii) ο συντελεστής συσχέτισης (R). Με βάση τα αποτελέσματα της αξιολόγησης, οι δείκτες MBE, MAE και RMSE βρέθηκαν θετικοί. Συγκεκριμένα, οι τιμές του MBE, MAE και RMSE ήταν 0.21kWh/m2, 0.42kWh/m2 και 0.57kWh/m2 για περιοχή Adrar, φανερώνοντας την καλύτερη απόδοση του αλγορίθμου μας στην εκτίμηση της GHI, ενώ οι αντίστοιχοι δείκτες ήταν 0.4kWh/m2, 0.65kWh/m2 και 0.79kWh/m2 για περιοχή Ma’an, δείχνοντας ότι ο αλγόριθμος υπερεκτιμούσε στο μέγιστο βαθμό τη GHI συγκριτικά με τις επίγειες μετρήσεις. Παρόμοια διαδικασία ακολουθήθηκε στη DNI, με τις στατιστικές παραμέτρους να υποδεικνύουν την αδυναμία του αλγορίθμου να ανιχνεύσει τις βραχυπρόθεσμες αλλαγές χρονικά και χωρικά της νέφωσης και των αερολυμάτων με υψηλή ακρίβεια. Επομένως, οι εκτιμώμενες DNI υπερεκτιμήθηκαν συγκριτικά με τις επίγειες μετρήσεις, με τι μέγιστες τιμές να παρατηρούνται στη περιοχή Ghardaia, με MBE, MAE και RMSE να είναι 1.32kWh/m2, 1.78kWh/m2 και 2.16kWh/m2 αντίστοιχα. Εξαιτίας της ύπαρξης συστηματικών σφαλμάτων (MBE) στις παραγόμενες ακτινοβολίες, εφαρμόστηκαν μέθοδοι προσαρμογής στη τοποθεσία (site adaptation methods) για την εξάλειψη τους. Στο ερευνητικό πρόγραμμα HYMENSO εξετάστηκε η προσαρμογή των εκτιμώμενων ακτινοβολιών στη τοποθεσία μέσω: i) της γραμμικής προσέγγισης τους (linear site adaptation) στα επίγεια δεδομένα και ii) της βελτίωσης της αθροιστική συχνότητας κατανομής τους (CDF site adaptation method) συναρτήσει της κατανομής των επίγειων ακτινοβολιών. Ειδικότερα με τη χρήση της δεύτερης μεθόδου (CDF), επετεύχθει η εξάλειψη των συστηματικών σφαλμάτων (MBE=0kWh/m^2 ) των παραγόμενων ακτινοβολιών. Στο 1ο κεφάλαιο της παρούσας διπλωματικής εργασίας, παρουσιάζονται οι προϋποθέσεις ώστε ένα σταθμός να παρέχει υψηλής ποιότητας επίγεια δεδομένα ακτινοβολίας. Επιπρόσθετα, γίνεται μια εισαγωγή στη μεθοδολογία της συνεργιστικής χρήσης δορυφορικών ατμοσφαιρικών δεδομένων – ακτινοβολιών μοντέλου για εκτίμηση της επιφανειακής ηλιακής ακτινοβολίας (SSI). Στο 2ο κεφάλαιο, γίνεται μια εισαγωγή στις υπάρχουσες τεχνικές για προσαρμογή των εκτιμώμενων ακτινοβολιών στη τοποθεσία (site adaptation methods) χρησιμοποιώντας επίγεια δεδομένα ακτινοβολίας υψηλής ποιότητας, ενώ προηγούμενες εργασίες παρουσιάζονται για τη μελέτη των συγκεκριμένων τεχνικών. Στο 3 κεφάλαιο, γίνεται ανάλυση της μεθοδολογίας και των αποτελεσμάτων, εφαρμόζοντας τις τεχνικές διόρθωσης στις παραμέτρους αβεβαιότητας (MBE, MAE και RMSE) των παραγόμενων ακτινοβολιών από το ερευνητικό πρόγραμμα HYMENSO. The short – term variability of clouds and the abrupt changes of aerosols are the main atmospheric factors, which are responsible for the high spatial and temporal variability of surface solar irradiance (SSI). Especially the aerosols directly affect the solar irradiance through the scattering and absorption mechanisms and indirectly altering the physics of clouds. Therefore, the assessment of aerosol effects on the attenuation or not of solar irradiance is the key point for energy studies, which aim to calculate the maximum solar potential of an area and the efficiency of energy applications. As far as the estimation of the variability of SSI on a large spatial scale, the method of synergistic use of atmospheric parameters and irradiances from satellite and model respectively has been proposed (Kosmopoulos et al., 2017, Papadimas et al., 2012). However, this method produces irradiances with uncertainty and low temporal resolution in compare to corresponding measurements of high accuracy from Baseline Surface Radiation Network (BSRN stations). Therefore, the site adaptation methods have been proposed in all of energy studies to correct the uncertainty of estimated irradiances, using short -term and high-quality ground – based data. The implemented techniques for the correction of uncertainty are distinguished in i) linear site adaptation, ii) non – linear site adaptation and iii) regional site adaptation. The aim of this thesis is to i) present different site adaptation methods for the correction of uncertainty of estimated SSI (synergistic use of satellite instrument and model) and ii) implement some of these techniques, with the aim of correction of daily generated SSI for areas around the Mediterranean basin and period of seven years (2010 – 2017). According to the second part of this thesis, we utilized irradiances data from the research program MENA Hybrid Solar System (HYMENSO). The aim of this project was to support an optimal implementation of concentrating solar power (CSP) and photovoltaic (PV) systems in the North Africa (Adrar, Ghardaia and Tataouine) and Middle East (Ma’an) MENA region. Therefore, an algorithm is developed that assesses the daily variability of global horizontal and direct normal irradiance (GHI and DNI) on a large spatial scale under i) cloudless sky and ii) partly or overall cloudy sky. The steps of development of this algorithm were distinguished in: a) retrievals atmospheric parameters from Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer Collection 6 and 6.1 of NASA (MODIS v.6 και v.6.1), that was aboard the two polar orbits satellite, b) the estimation of solar irradiances for different atmospheric scenarios from Santa Barbara Disort (SBDART) and c) the synergistic use of atmospheric parameters and modeled irradiances in a multi – linear interpolation scheme for the generation of 15min GHI and DNI over MENA regions. However, the estimated irradiances were characterized from an uncertainty factor due to the synergistic use satellite instrument – model. Therefore, they should be validated against the high – quality ground – based measurements in the corresponding areas. The statistical indicators, which were used to the validation of quality of generated irradiances, were: i) the mean bias error (MBE) for the assessment of direction of uncertainty, ii) the mean absolute and root mean square error (MAE and RMSE) for the assessment of spread of uncertainty and iii) the correlation coefficient (R). Based on the results of the validation, the MBE, MAE and RMSE indicators were found positive. Thus, the values of MBE, MAE and RMSE were 0.21kWh/m2, 0.42kWh/m2 and 0.57kWh/m2 for Adrar region, revealing the best performance of our algorithm in the estimation of GHI, while the corresponding indicators were 0.4kWh/m2, 0.65 kWh/m2 and 0.79kWh/m2 for Ma’an region, indicating that the algorithm overestimated to the maximum extent the GHI in compare to ground - based measurements. A similar procedure was followed in DNI, with statistical parameters indicating the inability of algorithm to detect temporarily and spatially its abrupt changes of clouds and aerosols with high accuracy. Hence, the estimated DNI were overestimated and the maximum overestimation in compare to ground – based measurements was revealed in Ghardaia region, with the MBE, MAE and RMSE to be 1.32kWh/m2, 1.78kWh/m2 and 2.16kWh/m2 respectively. Due to the existence of systematic errors (MBE indicator) in the generated irradiances, site adaptation methods were applied to eliminate them. The HYMENSO research program was examined the adaptation of estimated irradiances over site through: i) their linear approach to terrestrial data and ii) the improvement of their cumulative distribution function (CDF) as a function of the distribution of terrestrial irradiances. Especially with the second method (CDF), the elimination of systematic errors (MBE=0kWh/m2) of generated irradiances was achieved over MENA regions (Adrar, Ghardaia, Tataouine και Ma’an). In the first chapter of the present thesis, the conditions are set for a station to provide high quality terrestrial irradiances data. Additionally, an introduction is made to the methodology of synergistic use of satellite atmospheric data – modeled irradiances for the assessment of SSI. In the second chapter, an introduction is made to the existing techniques for adapting of estimated irradiances to the site using high quality terrestrial irradiances data and previous works are presented, which study the specific techniques. In the third chapter, an analysis of methodology and results is made to, applying the correction techniques to the uncertainty parameters (MBE, MAE and RMSE) of generated irradiances from HYMENSO research program. 2019-06-30T11:03:26Z 2019-06-30T11:03:26Z 2019-02-19 Thesis http://hdl.handle.net/10889/12236 gr 0 application/pdf |
