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研究文章|开放获取
发展为摩洛哥地区太阳辐射的日常数据库组件
穆罕默德Benchrifa
,1
哈贾尔Essalhi,1
Rachid Tadili,1
穆罕默德n Bargach,1
和
Abdellah Mechaqrane2
1穆罕默德五世大学拉巴特,理学院,b .第1014页拉巴特摩洛哥
2Sidi穆罕默德本Abdellah大学科技学院,b P,土耳其毡帽,摩洛哥
文摘
这项工作的主要目的是创建一个每日更新数据库,包括所有组件的太阳能辐射,精力充沛或光谱辐射。这将导致我们量化摩洛哥太阳能潜力,确定所有类型的太阳热能的维度和光伏系统。因此,获得数据库将基本支持工程师,设计师,和所有组织开发太阳能系统感兴趣,在不同地区在摩洛哥。它也将成为一个基本的工具建模和模拟的研究人员新太阳能系统。首先,我们使用一年的测量不同组件的太阳辐射,由国家气象部门提供,建立全球辐射之间的外推方程28参考站点和全球辐射的其他网站。以及同样的测量,我们开发了全球太阳能辐射之间的相关方程和其他太阳辐射组件。其次,从十年的非斯站的日常全球辐射测量,通过外推方程,我们可以估计全球辐射的摩洛哥城市。然后,通过使用获得的全球辐射数据和相关方程,我们预测太阳辐射的其他组件。随后,新的测量活动进行几个网站,我们验证了估算模型通过使用常用的统计指标。此外,我们将我们的结果与那些通过其他评估模型。 The resulting differences for each solar component display the advantage of our model with errors under 6%. To facilitate the use of our results, we compiled them into maps representing the spread of solar radiation across Morocco.
1。介绍
近年来太阳能开发的各种应用程序增加了太阳辐射组件数据的必要性。然而,在大多数情况下,没有足够的电台覆盖整个国家,和现有的电台不衡量所有的精力充沛和太阳辐射的光谱组件。
为了纠正这个问题,一些作品使用不同的预测模型来估计这些太阳能组件开发世界各地。在这些模型中,我们可以把物理模型、经验模型(1- - - - - -3),人工神经网络模型(4- - - - - -7),混合模型使用几种方法的组合(8,9),模型基于卫星图像数据(10,11]。因此,物理模型是基于物理参数,估计全球辐射日晒时间(12,13),气象变量(14,15),和空间变量(16在不同的天空条件(17,18]。同时,该模型预测太阳辐射扩散(19从全球辐射[]20.),日照时间(21),或清晰度指数22,23在不同的气候区域21)和天空在不同条件(24,25]。然而,相同的参数被用来预测直接(26),(27)太阳辐射和光谱太阳能组件(28,29日]。
这项工作旨在建立一个精力充沛的组件(太阳能数据银行 , , ,和 )和光谱组件( , ,和 )在摩洛哥。然而,这项工作将被完成在两个主要步骤如下:(我)第一步:我们将建立外推方程来估计全球太阳辐射。然后,我们将开发相关方程来估计其他太阳辐射组件(2)第二步:我们将使用获得外推方程生成全球28太阳辐射从参考站数据的网站。然后,我们将召集相关方程,估计全球辐射生成太阳能能量和太阳能光谱分量
结果将受到一个有效性测试,通过比较它们与测量中收集可用。此外,我们将获得的比较我们的结果与其他评估模型7,30.- - - - - -34]。
最后,所有的结果将在地图(35- - - - - -38在摩洛哥)显示。
2。审查的太阳能组件评估模型
所有的太阳能能量转换系统都需要测量太阳辐射的知识组件。然而,在大多数情况下,这些措施并不可用。出于这个原因,几项研究进行了评估的组件从不同的变量,比如太阳辐射的持续时间日晒,日晒的分数,和清晰的系数。
2.1。全球太阳能辐射评估模型
最简单的模型来估计太阳辐射是修订后的线性模型由埃和普雷斯科特。这个模型建立了一个全球太阳辐射之间的直接关系和日晒分数39]。
Angstrom-Prescott模型如下: 在哪里和根据经验确定回归常数。
基于线性模型,进行了研究预测太阳辐射全球。在这些模型中,我们可以把模型在表1。
其他模型已经开发出来,如二次模型和立方模型。在这些模型中,我们可以提到模型在表2。
2.2。散射太阳辐射估算模型
太阳辐射扩散的价值构成的重要数据的研究太阳能转化系统。然而,一些工作都集中在这个组件的预测,这通过使用不同清晰度指数等变量 。在这些作品中,我们发现以下几点:(我)本Kaddour的模型(34] (2)Nfaoui的模型(33] (3)王等人的模型、Injinagaui中国(25]
3所示。数据描述
3.1。使用的数据
太阳能实验室和环境(冒犯)穆罕默德五世大学的拉巴特,摩洛哥,自2008年以来,网络的五个测量站安装在拉巴特,土耳其毡帽,丹吉尔,得土安,马拉喀什。这些站测量太阳辐射的所有组件和气候变量如以下:(我)能源组件:全球、扩散和直接的太阳辐射,以及整个斜面(2)综合光谱组件:紫外线、红外线和活跃的太阳辐射光(3)气候变量:环境温度、相对湿度、风速、风向和降水
除了这些措施,国家气象部门已向我们提供一年的气候变量和太阳能组件测量29站全国网络。
表3代表了地理数据的测量站的位置。
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3.2。采集的数据
对于每一个站,下面的仪器记录的不同组件的测量太阳辐射(41]:(我)Kipp & Zonen品牌SP-Lite全球太阳辐射日射强度计测量精度(2%)。相同类型的仪器用于测量散射辐射,但防晒板带隐藏的直接辐射(2)太阳热量计安装在从动类型埃普利模型夹31820 E6直接太阳辐射测量精度(0.5%)(3)总紫外线辐射仪(TUVR)模型,输入埃普利总太阳紫外辐射测量精度(2%)(iv)辐射计模型夹31820 E6、类型埃普利、红外辐射的测量精度(0.5%)(v)量子传感器SKP215类型坎贝尔科学测量的光合成有效辐射PAR(精度为0.5%)(vi)风速计配备一个风力叶片模型风力监测05103年坎贝尔科学类型,风速和风向的测量精度(0.25%)(七)温度和相对湿度探头HMP45C、制造为坎贝尔科学Vaisala(温度精度0.2%,湿度精度1%)(八)雨量计ARG100、生产环境为坎贝尔科学测量,测量降水精度(4%)
3.3。存储数据
所有仪器之前提到的都连接到一个数据采集单元与存储模块(CR10X)。使用一个计算机程序,我们将收集到的测量每5秒一个多小时。每小时获得的值存储在原始数据文件。然后原始数据文件处理和测试检测和消除错误的价值观和取代一些缺失值。最后,每小时值集成获得每日值。
3.4。特点和参考站点的描述
费站已经被选择作为参考网站因为它的中心地理位置。这个城市被称为摩洛哥的文化资本(33°56N,东经99°W,海拔579米)的特点是季节性气候寒冷和下雨的冬天,干燥和温暖的夏天,和温和的在春天和秋天42]。
顶部的辐射站被费斯科学技术学院的建筑。站的网站是完全清楚的阴影效果。
本站的统计分析的数据显示了一个非常小的比例的缺失或错误数据(15错误或缺失值超过250 390测量值或0.006%)在10年期测量时期(2009 - 2018)。
4所示。演示的方法
这项工作旨在建立一个精力充沛的组件(太阳能数据银行 , , ,和 )和光谱组件( , ,和 )在摩洛哥。然而,这项工作将完成在两个主要步骤:首先,我们使用一年的测量不同组件的太阳辐射,由国家气象部门提供,建立外推方程之间的非斯的全球辐射和全球辐射的28其他网站。以及同样的测量,对于每一个站点,我们开发了全球太阳能辐射之间的相关方程和其他太阳辐射组件。其次,从十年的非斯站的日常全球辐射测量,通过外推方程,我们可以估计全球辐射的摩洛哥城市。然后,通过使用获得的全球辐射数据和相关方程,我们预测太阳辐射的其他组件 。
因此,我们能够建立一个数据库的不同组件的太阳辐射在十年内29摩洛哥网站。最后,测试结果都是通过使用一系列新的测量和验证进行提到的五个站。
5。推断为每日太阳能组件和相关方程
5.1。外推的每日全球太阳能照射
全球太阳辐射的估算可以影响通过使用几种方法,如实证模型,ANN模型和卫星图像。然而,使用这些模型需要知识的几个变量和一个数据库的可用性,跨越了数年。另一方面,数据库不经常使用,尤其是对孤立的网站。因此,解决这个问题,我们开发了,作为这项工作的一部分,一个外推法来估计全球太阳辐射。为主,该方法包括评估全球辐射的地方我们没有测量,从全球辐射测量在另一个网站。
该方法的第一步,从一年的全球辐射的测量摩洛哥网站,我们寻找建立相关方程之间的全球辐射不同的网站和全球辐射的参考站点。为此,我们绘制每个站点(全球辐射值 )根据非斯的全球辐射值的网站( ),选择作为参考网站。
获得的浊点的形状让我们线性相关性的类型:
系数的相关性和强烈依赖于站点的地理坐标和大气的状态43]。表4收集获得的值从摩洛哥网站这些系数。
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5.2。每日分散太阳能辐照估计
扩散组件是一个重要因素来评估太阳能或太阳能光伏系统的性能。然而,一些模型,包括清洁度指数 (44),已经估计该组件。在这些模型中,我们可以把露丝和圣歌的模型,Collares-Pereira Rabl的模型,和刘和约旦模型(45]。
为了找到摩洛哥的有效模型,我们将提到的估计扩散模型与测量分散。然后我们得出的结论是,Collares-Pereira Rabl的模型是最适当的,因为它产生一个最小的误差不超过5%。该模型如下面的方程(42]:
了解散射太阳辐射、直接太阳辐照可以很容易地推断出由以下方程(46]:
5.3。估计每日全球太阳能射线斜面
接收到的太阳能通量的斜面由三部分组成:直接从太阳能磁盘组件,从整个天体拱顶扩散组件,组件反映在周围的土壤。
直接的评估组件是由简单的几何变换完成直接照射的水平面 。另一方面,扩散组件,提出了几种模型的估计(45,47,48]。因此,早前的一项研究表明,刘的各向同性模型和约旦是最有效的为我们的网站(49]。大多数的情况下,反映了三个组件的组件是最低的,它通常是假定各向同性。
一般的表达倾向于每日全球太阳能照射角度β是由(49]:
的转换因子直接辐射一个斜面的水平面。它计算south-oriented平面,由方程如下: 在哪里是时候角度斜面上的日落。
值的倾斜角度β,对应于特征倾向相对于每个站点的纬度: , , - - - - - -20, 对应于垂直立面。
5.4。太阳辐射的光谱成分的估计
太阳能的一些应用程序需要对太阳辐射的光谱成分,即紫外组件( )参与这项研究的气氛和臭氧层厚度的变化。光合成活性成分指出(光合成有效辐射)干预在光合作用过程中,植物发展;知道了价值在不同的网站允许适应作物的合适的选择。最后,红外组件卫星技术来决定使用的总常压塔的水蒸气所使用的气象气候预测(50]。
基于一年的太阳辐射测量的不同组件提供的国家气象部门,我们注意到变化的全球辐射光谱成分,功能,有相同的利率。因此,我们搜索的相关性方程连接全球太阳辐射光谱太阳辐射。
为此,我们画每个光谱组件根据全球辐射,给出线性方程组的形式 。改善相关系数,我们定义了三种间隔一天按照国家气象特点是晴朗指数(51]。这项研究的结果发表在表5。
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6。绩效评估和模型验证
评估的质量模型用于估算太阳辐射组件,我们比较生成的估算值与测量值通过使用不同的模型等统计指标相对误差(RMBE),平均绝对误差(MAE)、平均绝对百分比误差(日军)和均方误差(RMSE) [34,38]。
6.1。能源组件模型验证
使用提供的测量太阳能能源和环境实验室的电台网络,我们能够计算出统计指标和验证评估模型。然而,这些计算是影响所有前面提到的网站。表6和数字1- - - - - -3是结果拉巴特的网站的例子。
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(一)
(b)
(一)
(b)
(一)
(b)
6.2。验证谱组件
公式估算太阳辐射的光谱成分从全球太阳辐射的测量是根据国家的特点是它的那一天清晰度指数。结果在表7表明该模型估计谱组件以惊人的准确性因为获得的最大偏差不超过4%。
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为所有获得的方程,我们发现天空的条件(阴、适度覆盖和清晰的)有一个主要的重大影响 分数。这个结果也同样在巴西发现的(52]。估计的紫外线组件,忽略了天空的状态能引起的误差高达10%。然而, 和 分数不太受到云层的影响。
7所示。应用范围:构建一个十年的数据库
建立和验证后外推和关联方程,我们应用它们来估计不同太阳辐射组件不同的摩洛哥网站。结果构成太阳能数据银行在摩洛哥了十年。
图4代表了流程图,总结之后的所有步骤生成所有太阳能组件的费。
8。代表一年
preproject研究,针对分级太阳能系统或描述太阳辐射潜力,常常需要有一个最低的数据。因此,它是至关重要的小型数据库。因此,建立后,为每个网站,数据库十年了,我们被迫选择一个代表年的这个数据库促进数据库开发。
确定代表一年,我们进行如下:十年估计的值,我们计算平均。然后,平均一年先后与每一个十年的估算值。因此,今年的最小差异被选中代表。
这项工作完成为所有网站和让我们选择2011作为代表的一年2009年和2018年之间的时期。
9。结果
建立和验证后太阳辐射的各种组件,我们创建了一个摩洛哥太阳能数据银行。因此,对于每一个城市,结果被分为两个文件很容易使用;第一个包含太阳能组件在十年内从2009年到2018年,第二个包含太阳能组件的代表。然而,这第二个文件的优势提供气候信息在网站的最大最小的数据。这种类型的文件要求特别是对项目的初步研究。
表8代表一个示例数据文件产生的不同的估计。
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此外,给一个结果的整体视图,我们预计获得的太阳射线在摩洛哥地图上的价值观。此外,为了减少数据的数量,我们选择只代表每月平均每日价值的赛季中期的代表。因此,对于所有的城市,我们获得23地图,收集各种太阳射线。结果,对于每个四个太阳能组件(全球、直接、扩散和倾斜),我们有五个地图;其中四个代表季节性值和最后一个代表年度累计值。获取地图数据所示5- - - - - -12。三个谱组件( , ,和 )如图13。
(一)
(b)
(c)
(d)
(一)
(b)
(c)
(d)
(一)
(b)
(c)
(d)
(一)
(b)
(c)
(d)
(一)
(b)
(c)
最后,为了评估太阳辐射的变化的组件,我们计算,对于每个太阳能组件,每月平均每日值(表的9)和最低(表10)和最大(表11)每个月的日常值代表一年。造成大量的车站,只有获得的结果在拉巴特的站在表9- - - - - -11(最小值,最大值,平均每个月的日常值的代表)。
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10。讨论
从结果表6和7和曲线数据1- - - - - -3,我们可以得出结论,估计和测量太阳能资源之间的关系有一个良好的精度水平。这是反映在以下的观察:(我)的年平均每日太阳辐射的能量组件的相对误差不超过5.42%的全球辐射、散射辐射-3.63%,2.32%直接辐射(2)比较曲线表明,太阳辐射进行的测量和估计的值几乎相同的全年变化和差异不超过12.14%的全球辐射、散射辐射12.71%,17%直接辐射。这个结果是通过比较产生的点云表示估计的值测量值的函数,第一个平分线,给了几乎相同的趋势(3)光谱成分,相对误差不超过3.8% ,为2.4% ,2.2%,
当我们将我们的结果与那些通过其他作者的模型,我们注意到我们的方法减少估计和测量值之间的差别。总之,这种比较的结果如表所示12。
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关于数据的地图5- - - - - -12,我们注意到摩洛哥领土收到一个非常重要的阳光在所有季节。然而,有一个太阳能资源地区之间的分配不均。这种不平等反映辐射最大值的南部和东南部地区,如特Er-Rachidia, Laayoun,和达赫拉,最小值等北方地区太阳辐射的丹吉尔,得土安,阿加迪尔和Tan-Tan之间的沿海地区小气候。
此外,光谱分量地图显示一个类似的分布相比,辐射全球地图,反映在强烈的射线的南部和东南部地区和低辐射在北部和小气候区。估计方程的线性相位谱组件连接到全球辐射解释这种结果。
11。结论
通过这项工作,我们已经能够创建一个数据库汇集了不同组件的太阳辐射在日常规模从2009年到2018年十年的时期。这个数据库'每天超过一百万的值(1058500值),为每个站点分为36500值。
创建这个数据库,首先,我们开发了一个模型来估计太阳辐射的不同组件,然后验证该模型通过比较安装提供的估算值与测量站。因此,有效性测试表明,我们的模型提出了最小的误差不超过5.42%的全球辐射,为3.8% ,为2.4% ,2.2%, 。此外,我们将我们的结果与其他评估模型开发了世界各地。这种比较的结果显示,我们的模型的优点和误差不超过6%。
得到了太阳辐射分布在摩洛哥和考虑到大量的数据,我们选择在地图呈现结果。为了减少数据的数量,我们选择只代表每月平均每日值代表年赛季中期月和年度累计太阳射线。因此,二十三个太阳辐射生成的地图。因此,我们已经能够完成和更新各种作品的影响在我们的实验室中,我们能够建立一个完整的,干净,和准确的数据库涵盖所有摩洛哥的十年。该数据库涵盖了工程师的基本需求,安装太阳能系统,特别是研究人员通常需要一个长期的数据库。
命名法
| : | 每天全球水平面太阳辐射(Wh / m2天) |
| : | 每日散射太阳辐射(Wh / m2天) |
| : | 每天全球倾斜表面太阳辐射(Wh / m2天) |
| : | 每日太阳辐射梁(Wh / m2天) |
| : | 每天全球太阳能辐射非斯的网站(Wh / m2天) |
| : | 每日紫外线太阳辐射(Wh / m2天) |
| : | 每日光合有效辐射(Wh / m2天) |
| : | 每日红外太阳辐射(Wh / m2天) |
| : | 每日外星太阳能照射(Wh / m2天) |
| : | 太阳常数1 367 W / m2 |
| φ: | 纬度的地方(°) |
| δ: | 太阳赤纬(°) |
| : | 相关系数(%) |
| RMBE: | 相对误差(%) |
| 梅: | 平均绝对误差(%) |
| 日军: | 平均绝对误差百分比(%) |
| RMSE: | 的均方误差(%) |
| : | 每日晴朗指数 |
| : | 每日扩散分数 |
| σ: | 日晒分数。 |
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
这项工作是支持的阿拉伯经济和社会发展基金会(AFESD)和穆罕默德五世大学作为2012年的紧急救援计划的一部分。
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