Análisis y validación de modelos de irradiancia en condiciones de cielo despejado (CSI) a partir de medidas de la estación del GTER

Abstract

El Grupo de Termodinámica y Energías Renovables (GTER) suministra predicciones de irradiancia global horizontal y de irradiancia directa normal para Sevilla a través de su página Web. Estas curvas de irradiancia se calculan mediante dos pasos: la predicción de la iradiancia de cada una de las componentes en condiciones de cielo despejado y el uso de predicciones de nubosidad de otras fuentes. Las predicciones de irradiancia para cielo despejado del GTER presentan ciertos errores derivados de su método de predicción. Para estimar las irradiancias, el GTER utiliza dos ecuaciones, una para el cálculo de la directa y otra para la global. Ambas dependen de dos parámetros obtenidos a partir de las curvas de irradiancia reales registradas el día anterior en la estación. El problema radica en que el sistema solamente emplea estos parámetros de los días previos que presenten condiciones de cielo despejado. Por tanto, ante días previos nubosos, los parámetros son obtenidos del día despejado más cercano, empeorando así las predicciones. Esto unido a un método de detección de cielos nubosos y despejados, que no es capaz de distinguir entre periodos nubosos y con alta carga de aerosoles, hace necesario la implementación de un nuevo sistema que mejore las predicciones actuales. Con este fin se propone la utilización de modelos paramétricos para predecir las curvas de cielo despejado (CSI), los cuales estiman la irradiancia a partir de parámetros atmosféricos y de localización independientes de la irradiancia. De los múltiples modelos existentes, se decide probar 8: REST2, sSOLIS, ESRA, HE1, IP2002, K1980, mP1982 y mP2000. Las predicciones resultantes se comparan con los valores reales y las predicciones del GTER. En términos generales, de las tres componentes de irradiancia (global, directa y difusa) solamente para la global se obtienen resultados aceptables con respecto a los valores reales. Tanto la irradiancia directa como la difusa presentan resultados alejados de las mediciones en los 8 modelos. En su comparación con las predicciones del GTER, solo la irradiancia global muestra unos errores similares e incluso menores cuando se utilizan los parámetros atmosféricos del mismo día. La predicción de irradiancia directa de los modelos es notablemente peor que la realizada por el GTER. De los 8 modelos analizados el mP1982 presenta los mejores resultados para la global excepto cuando hay gran presencia de aerosoles. En este caso el modelo mP200 y K1980 se sitúan como los más favorables. Se confirma que los modelos mejoran las predicciones de la global del GTER cuando están precedidas de días nublados o con alta carga de aerosoles. Solo en casos puntuales, tras una serie de días nublados, los modelos mejoran las predicciones de la directa del GTER.

The Grupo de Termodinámica y Energías Renovables (GTER) provides global and direct normal irradiance at Sevilla throught its website. These irradiance curves are estimated by two steps: The irradiance forecasts of each component on clear sky conditions and the cloud predictions provided by other sources. The clear sky irradiance predictions of GTER present some errors from its prediction method. The GTER uses 2 equations to estimate irradiances. One of them for the direct irradiance and other for the global irradiance. Both equations depend on 2 parameters which are obtained from the real irradiance curves of the previous day. The method only uses these parameters if the previous day presented clear sky. Therefore, if the previous day is cloudy, the 2 parameters are selected from the latest clear sky day. This increases predictions errors. Furthermore, sometimes the detection method of clear sky and cloudy sky are not able to differentiate between clouds and a high amount of aerosol. This leads an increase in predictions errors. Hence, a new irradiance prediction method that improves the current predictions is needed. This study proposes the clear sky irradiance (CSI) models as new approach to forecast the irradiance. The CSI models estimate the irradiance from atmospheric and locations parameters, which are not depend on actual irradiance values. Of all of existing models, 8 were analyzed: REST2, sSOLIS, ESRA, HE1, IP2002, K1980, mP1982 y mP2000. The resulting predictions are compared with the real values and the forecasts of GTER. Of the 3 components, only the global irradiance presents acceptable results regarding the real values. The direct and the diffuse irradiance show large differences with measurements. Comparing with the GTER forecasts, just global irradiance presents similar errors, even smaller than GTER, when updating atmospheric parameters on the day. Direct predictions of models are quite worse than GTER predictions. mP1982 model is the best model estimating global irradiance, except when there is a large presence of aerosols. In this case, the mP200 and K1980 models are the most favorable. The study confirms the models improve the global GTER predictions when they are preceded by cloudy days or high aerosol loads days. Only in a few cases, after a series of cloudy days, the models improve direct GTER predictions.