OFICIAL INAUGURATION METAS AND DUKE€¦ · – METAS has to be founded with external budget What...

Preview:

Citation preview

OFICIAL INAUGURATION METAS AND DUKEAlmería 6 June, 2013

Dr. Lourdes Ramírez Santigosa Mr. Stefan WilbertDivisión de Energías Renovables.  Institute of Solar Research

2Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

CONTENT

• INTRODUCTION• MAIN TOPICS DRIVEN BY CIEMAT• MAIN TOPICS DRIVEN BY DLR• OVERVIEW AND OUTLOOK

3Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

INTRODUCCTION

METAS is an installation:– In METAS are included most of the DLR (Institute of Solar Research) and 

CIEMAT (Solar Radiation Group) equipment related to solar radiation assessment. 

METAS is a joint research group:– METAS has de intention of increase the collaboration in projects of both 

research groups.

METAS is an agreement:– In METAS, both institution share the measured data 

METAS is a project:– METAS has to be founded with external budget

What is METAS

4Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

Satellite/modeled data

Standardization

calibration

Instrument characterization

Circumsolar‐radiation

Nowcasting & irradiance grid

Beam attenuation in tower plants 

Solar radiationmeasurements

METAS – overview

Solar Technology

5Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

INTRODUCTION

DLRInstitute of solar research

CIEMATRenewable Energy Division

CIEMATPSA Division

Qualification DepartmentStefan WilbertFabian WolfertstetterNatalie HanriederBijan NouriNicole Janottte

Solar Radiation GroupLourdes RamírezLuis F. ZarzalejoRita X. ValenzuelaJesús PoloAna A. NavarroJose M. Vindel

PSA StaffAntonio CamposGinés GarcíaJosé Liria

Who is METAS

DLRInstitute of Solar Research

CIEMATRenewable Energy Division

CIEMATPSA Division

Line Focusing Systems PSA maintenance staffCSP Unit

6Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

Since 1988 different meteo stations (from CIEMAT but also from DLR) have been operated at PSA in order to include new instrumentation to improve the solar radiation knowledge for solving new CSP needs.

INTRODUCTION

BEFORE 2012

7Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

Collaboration in IEA Joint Task:

• Solarpaces Agreement Task 5

• SH&C Agreement Task 46

INTRODUCCTION

BEFORE 2012

8Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

SFERA II(In negotiation phase)

Calibration of solar sensors.

FP7 Project DNICast(In negotiation phase)

Stefan Wilbert Scientific coordination.

2012

INTRODUCCTION

Picture Norbert Geuder (CSPS)

9Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

INTRODUCCTION

OCT 2012  COLLABORATION AGREEMENT

1. Coordinating the use of measuring equipment included in METAS installation. 

2. Production of reference meteorological datasets.  a) Analysis of spatial variation of DNI.b) Creation of Typical Meteorological Years (TMY) and/or Representative 

Radiation Years (ASR), etc. c) Standardization and integrating procedures for data bankability, data 

quality control and treatment, integration of data sources, and evaluation of meteorological parameters. 

3. Pyranometer and pyrheliometer calibration with absolute cavity radiometers (ACRs) following international standards.

10Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

CONTENT

• INTRODUCTION• MAIN TOPICS DRIVEN BY CIEMAT• MAIN TOPICS DRIVEN BY DLR• OVERVIEW AND OUTLOOK

11Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

Solar radiation measurements

BASELINE SOLAR RADIATION NETWORK                          since October 2005

12Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

Solar radiation measurements

Web access to the recorded data

13Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

Arquitecture of systems and comunications

14Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

Web portal and data bases

15Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

Satellite/modeled data

Global model (GSat2Rad)

Integration of data sources

Validation and uncertainty

Spatial distribution of solar radiation

16Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

Satellite/modeled data

Spatial distribution of solar radiation

17Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

Satellite/modeled data

Spatial distribution of solar radiation

18Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

http://www.adrase.ciemat.es/

Satellite/modeled data

19Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

http://www.adrase.ciemat.es/

Satellite/modeled data

20Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

Configuration and optimization of measurement stations for the characterization of solar radiation at specific sites

• Location of stations• Data acquisition systems and 

communication elements• Station configuration• Selection of instrumentation 

depending on the application

Solar radiation measurement stations

Standardization 

21Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

Standardization 

A manual on best practices for the provision of “bankable” datasets of measured data for concentrating solar power projects for investors, financial and governmental institutions will

RSI specific manual

22Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

Standardization 

• quality control records• generating series (TMY, SRY)• series analysis 

• probability functions• trends …

Solar radiation data treatment

23Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

Calibration

Traceable to the World Radiation Reference (World Standard Group)

PYRHELIOMETERSISO 9059: 1990. Calibration of field pyrheliometers by comparison to a reference pyrheliometer.

24Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

Calibration

pyranometer

ISO 9846: 1993. Calibration of a pyranometer using a pyrheliometer. Establishes two calibration methods• Alternating sun and shade• Continuous sun

ISO 9847: 1992. Calibration of field pyranometers by comparison to a reference pyranometer.Establishes two calibration methods• Calibration inside• Outside calibration

– Stable conditions of clear sky– Unstable conditions sky with some clouds– Overcast conditions

25Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

Calibration

26Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

CONTENT

• INTRODUCTION• MAIN TOPICS DRIVEN BY CIEMAT• MAIN TOPICS DRIVEN BY DLR• OVERVIEW AND OUTLOOK

27Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

Rotating Shadowband Irradiometers (RSIs)

• Robust instrument used for solar resource assessment at remote sites

• Characterization, further improvements & calibration 

globalirradiance

diffuseirradiance

DNI (Direct Normal Irradiance)

Principle of operation1. Pyranometer measures global irradiance2. Shadowband rotates once per minute3. During rotation: measure the diffuse irradiance→ DNI is calculated

28Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

Circumsolar radiation

disk radiation

• Circumsolar radiation is forward scattered solar radiation 

• Concentrating collectors use:nearly the complete disk radiation

+

a smaller fraction of the circumsolar radiation

29Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

Measurement of circumsolar radiation

‐ SAM (Sun & Aureole Measurement), sun photometer & software‐ autonomous measurements‐ additional determination of aerosol & cloud properties 

‐ master‐system running at PSA‐ 2 replicas: CNRS/Odeillo (France), Masdar Institute (United Arab Emirates)

‐ Sun photometer part of measurement network AERONET

1SAM sun photometer

30Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

AERONET sun photometer

‐ PSA station is part of NASA’s AERONET since 2011 ‐ reference for satellite based aerosol measurements‐ input for DNI modeling

31Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

Beam attenuation in tower plants

Depending on the atmospheric conditions the reflected radiation is attenuated noticeably on its way to the tower. Influence on output and design of tower plants (field size)

32Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

How can we measure and model the attenuation?How does the attenuation vary with time and climate?

Visibility sensors(Scattermeters)

TransmissometersAerosol

particle counter+

radiative transfer model

DNI measurementson the ground

andon the tower

Beam attenuation in solar tower plants

33Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

Beam attenuation in tower plants & cloud effects

LIDAR: LIght Detection And Ranging

• Aerosol height profile

• Cloud height & cloud properties

→ par al shading of CSPcollector fields

34Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

Partial shading and nowcasting of DNI

• Especially relevant for Direct Solar Steam technology → DUKE• Provide spatially & temporally resolved DNI data for CSP simulation & 

operation.• Develop nowcasting (short term prediction) of DNI maps for the operation.

Andasol parabolic trough plants

35Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

Cloud height from LIDARs

36Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

Cloud camera based DNI nowcasting

• determine the cloud position using photogrammetry • follow & predict cloud movement from picture series

4 cameras

37Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

CONTENT

• INTRODUCTION• CIEMAT DRIVEN TOPICS• DLR DRIVEN TOPICS• OVERVIEW & OUTLOOK

38Official inauguration of METAS and DUKE. Almería 6 June 2013

Satellite/modeled data

Standardization

Pyranometer & pyrheliometercalibration

Instrument characterization

Circumsolar radiation

Beam attenuation in tower plants

Nowcasting & irradiance grid

BSRN

METAS – overview & outlook

Solar TechnologyNew topics…

Thank you for your attention!

Thanks specially tothe project members the PSA maintenance staff the DUKE colleaguesNorbert Geuder (CSPS)

Partially funded by: EU‐FP7 (SFERA), German Foreign Office (enerMENA)