Como os dados de movimentação de nuvens auxiliam na previsão de curto prazo da geração de energia solar

As condições das nuvens são uma parte importante do monitoramento ambiental fotovoltaico, pois as mudanças na cobertura de nuvens podem influenciar a radiação solar que atinge um local de instalação fotovoltaica.

Para aplicações de previsão solar de curto prazo, pode ser útil monitorar não apenas a irradiação medida no local, mas também as condições de nebulosidade visíveis ao redor do local de monitoramento.

O Imager de Céu Completo da Série JW-TK foi projetado para observação automatizada do céu a partir do solo. De acordo com a documentação do produto, ele pode capturar imagens de todo o céu e fornecer informações relacionadas a nuvens para aplicações como detecção de nuvens, monitoramento da cobertura de nuvens, observação do movimento das nuvens e previsão de energia solar.

O manual do produto que acompanha o produto também afirma que o sistema se destina a fornecer dados celestes em tempo real ao nível do local, que podem auxiliar na previsão da geração de energia fotovoltaica.

Este artigo explica como esse tipo de informação sobre o céu pode complementar os dados convencionais de irradiação solar e monitoramento de sistemas fotovoltaicos.

Por que as condições das nuvens são importantes no monitoramento de sistemas fotovoltaicos?

A documentação do produto JW-IoT afirma que o movimento das nuvens pode causar flutuações rápidas na irradiação solar e na produção de energia fotovoltaica.

Por isso, as condições das nuvens são relevantes ao analisar mudanças de curto prazo na geração de energia fotovoltaica.

Uma estação de monitoramento solar convencional já pode medir parâmetros como:

• radiação solar,
• temperatura ambiente,
• umidade relativa,
• velocidade do vento,
• direção do vento,
• chuva,
• temperatura do módulo.

Essas medições continuam sendo importantes porque fornecem informações numéricas diretas sobre as condições ambientais no local de monitoramento.

No entanto, a imagem do céu fornece um tipo diferente de informação: informação visual e calculada sobre o céu acima do local.

Essa diferença é importante quando o objetivo do monitoramento inclui o comportamento da nuvem.

O que mede um sensor de irradiância?

Um sensor de radiação solar mede a irradiância no local de monitoramento.

A documentação do produto da JW-IoT distingue claramente isso da captura de imagens do céu: sensores de radiação solar medem a irradiância no local, enquanto um imageador de céu completo registra visualmente as condições das nuvens que podem afetar a irradiância.

Em termos práticos, os dois dispositivos fornecem tipos diferentes de informação.

Sensor de radiação solar

fornece:

Irradiância solar medida no ponto de monitoramento.

Sistema de imageamento de todo o céu

fornece:

Imagens do céu e informações de observação relacionadas às nuvens.

Nenhuma das medidas substitui a outra.

Para projetos de monitoramento de sistemas fotovoltaicos, eles podem ser usados em conjunto quando informações sobre irradiação e nuvens são necessárias.

Que informações podem ser fornecidas por imagens do céu obtidas a partir do solo?

De acordo com a página do produto JW-IoT, o sistema de imagens de todo o céu pode fornecer ou armazenar informações como:

• imagem original de céu completo,
• imagem de detecção de nuvens processada,
• cobertura total de nuvens,
• porcentagem de céu limpo,
• porcentagem de céu coberto por nuvens,
• distribuição em nuvem,
• posição da nuvem,
• posição solar,
• estado operacional do equipamento,
• registros de imagens históricas,
• tendências históricas de cobertura de nuvens,
• Sequências de imagens para observação do movimento das nuvens.

O manual do produto lista ainda a velocidade e a direção das nuvens entre as saídas de dados disponíveis.

Esses resultados fornecem informações diferentes das medições meteorológicas pontuais convencionais.

Quatro variáveis relacionadas à nuvem que são importantes para o monitoramento.

Para o monitoramento ambiental de sistemas fotovoltaicos, diversas variáveis relacionadas às nuvens podem ser particularmente úteis quando interpretadas em conjunto.

1. Cobertura de nuvens

A cobertura de nuvens descreve a porcentagem do céu visível que está ocupada por nuvens.

O sistema JW-TK pode fornecer informações em tempo real sobre a cobertura de nuvens como parte de sua saída de dados.

Isso ajuda a fornecer uma descrição numérica das condições atuais do céu.

A cobertura de nuvens ainda deve ser interpretada em conjunto com outras informações, pois a mesma porcentagem total não descreve onde as nuvens estão localizadas na imagem do céu.

2. Distribuição em Nuvem

A página do produto inclui a distribuição na nuvem entre os resultados de monitoramento disponíveis.

Isso adiciona contexto espacial aos dados de cobertura de nuvens.

Em vez de apenas descrever a quantidade de nuvens, as imagens do céu também podem mostrar como as nuvens estão distribuídas pelo hemisfério celeste visível.

Essa informação pode ser útil ao comparar as condições das nuvens com a irradiação medida.

3. Direção das nuvens

O manual do JW-TK lista a direção das nuvens como um parâmetro de saída.

A direção das nuvens fornece informações adicionais sobre como as condições atmosféricas locais estão mudando ao longo do tempo.

Não deve ser interpretado, por si só, como uma previsão garantida da produção futura de energia fotovoltaica.

Na verdade, trata-se de uma das várias variáveis relacionadas à nuvem que podem ser usadas em um sistema mais amplo de monitoramento ou previsão.

4. Velocidade da Nuvem

A velocidade na nuvem também é listada como um parâmetro de saída no manual do JW-TK.

Quando combinados com imagens repetidas do céu e informações sobre a direção das nuvens, os dados de velocidade das nuvens podem ajudar a descrever mudanças nas condições locais das nuvens.

A documentação do fabricante não especifica uma precisão garantida na previsão de potência nem um prazo de antecedência para a previsão; portanto, esses valores devem ser avaliados no nível do projeto, em vez de serem assumidos apenas com base no sistema de imagem.

Como as imagens do céu são convertidas em informações sobre nuvens

A página do produto JW-IoT descreve o fluxo de trabalho de monitoramento em várias etapas.

Primeiro, a lente hemisférica captura uma visão ampla do céu em intervalos predefinidos.

Em seguida, o sistema processa a imagem e identifica áreas válidas do céu. Dependendo da configuração, o processamento pode incluir mascaramento do horizonte, correção da imagem, ajuste de brilho, tratamento da área solar, exclusão de obstruções e segmentação de nuvens/céu limpo.

As informações resultantes podem incluir valores de cobertura de nuvens e imagens processadas da distribuição de nuvens.

Por meio desse processo, as imagens do céu podem ser transformadas em informações estruturadas relacionadas às nuvens, que podem ser combinadas com outros dados de monitoramento de sistemas fotovoltaicos.

Um fluxo de dados simplificado é, portanto:

Imagem de céu completo

↓

Processamento de Imagens

↓

Identificação de nuvens/céu limpo

↓

Resultados de cobertura e distribuição de nuvens

↓

Monitoramento histórico ou em tempo real

Isso permite que uma imagem visual do céu se transforme em informação estruturada de monitoramento, em vez de permanecer apenas uma fotografia.

Por que combinar imagens do céu com dados de irradiância?

A documentação do produto afirma especificamente que as imagens do céu podem ser combinadas com sensores de irradiação, sensores de temperatura do módulo e dados de potência fotovoltaica.

Essa combinação pode fornecer diferentes camadas de informação.

Imagem do céu

Fornece informações sobre:

• condição de nebulosidade,
• distribuição em nuvem,
• movimento das nuvens,
• posição solar.

Sensor de irradiância

Fornece:

• Radiação solar medida no ponto de monitoramento.

Sensor de temperatura do módulo

Fornece:

• temperatura do módulo fotovoltaico.

dados de energia fotovoltaica

Fornece:

• Informações sobre a geração de energia elétrica do sistema fotovoltaico.

Ao comparar esses conjuntos de dados usando registros de data e hora consistentes, os operadores ou sistemas de previsão podem analisar a relação entre as condições ambientais e o desempenho dos sistemas fotovoltaicos.

A documentação do produto lista a previsão solar de curto prazo, estudos de flutuação da produção fotovoltaica, análise de recursos solares e avaliação do desempenho da usina entre as possíveis aplicações da combinação desses conjuntos de dados.

Uma relação prática de dados

Para um projeto de monitoramento de sistemas fotovoltaicos, a relação de informação pode ser resumida da seguinte forma:

Condições de nebulosidade

↓

Irradiância solar

↓

resposta do sistema fotovoltaico

Um imageador de céu completo contribui com informações para a primeira camada.

Um piranômetro ou outro sensor de radiação mede a segunda camada.

Os dados da usina fotovoltaica representam a terceira camada.

Essa estrutura pode ajudar os engenheiros a organizar os dados de monitoramento sem tratar nenhum instrumento individual como uma solução completa de previsão.

Imagens de todo o céu e imagens de nuvens obtidas por satélite desempenham funções diferentes.

A página de produtos da JW-IoT também distingue entre imagens de céu total obtidas a partir do solo e imagens de nuvens obtidas por satélite.

A captura de imagens do céu a partir do solo pode fornecer:

• observações locais do céu,
• imagens de alta frequência,
• registros de mudanças de nuvens em pequena escala,
• Sincronização com dados locais de irradiação e meteorológicos.

As imagens de satélite fornecem:

• cobertura geográfica mais ampla,
• informações regionais sobre nuvens,
• Contexto mais amplo do movimento das nuvens.

A documentação do produto, portanto, apresenta as duas fontes de dados como complementares.

Para o monitoramento de sistemas fotovoltaicos em nível local, as imagens obtidas a partir do solo fornecem observações locais que podem ser comparadas diretamente com as medições dos sensores no local.

Por que a sincronização de tempo é importante

Ao comparar imagens do céu com dados de irradiação solar ou de energia fotovoltaica, o alinhamento temporal é essencial.

A documentação do produto JW-IoT afirma especificamente que registros de data e hora precisos são importantes ao comparar imagens do céu com:

• dados de irradiação solar,
• Saída de energia fotovoltaica,
• dados de estação meteorológica,
• imagens de satélite,
• modelos de previsão numérica,
• múltiplas estações de monitoramento.

Sem registros de data e hora alinhados, torna-se mais difícil determinar qual imagem do céu corresponde a um valor específico de irradiância ou de produção fotovoltaica.

Para integradores de sistemas, a sincronização de tempo deve, portanto, ser considerada durante a fase de projeto.

Como a captura de imagens de todo o céu se encaixa em um sistema de monitoramento meteorológico fotovoltaico

Um dispositivo de imagem de céu completo pode ser usado como parte de um sistema mais amplo de monitoramento ambiental solar.

A página do produto JW-IoT descreve uma configuração integrada típica que pode incluir:

• Câmera de imagem 4K para todo o céu,
• sensor de radiação solar,
• sensor de temperatura do módulo,
• sensor de temperatura e umidade ambiente,
• sensor de velocidade e direção do vento,
• pluviômetro,
• Registrador de dados ou controlador industrial,
• Comunicação Ethernet ou 4G,
• servidor local ou em nuvem,
• plataforma de monitoramento,
• API ou interface de banco de dados.

Uma arquitetura simplificada pode ser representada como:

Imager de todo o céu
→ Informações sobre a nuvem

Sensor de radiação solar
→ Irradiância

Sensor de temperatura do módulo
→ Temperatura do módulo fotovoltaico

Sensores meteorológicos
→ Dados ambientais

↓

Registrador/Controlador de Dados

↓

Plataforma de monitoramento local ou remoto

Para aplicações fotovoltaicas em escala comercial, consulte:

Estação de monitoramento meteorológico solar para usinas fotovoltaicas de grande porte.

Para equipamentos de monitoramento de irradiância, consulte:

Sensor fotoelétrico de radiação solar total para monitoramento de irradiância RS485

Sensores de radiação solar JW-IoT

O que pode afetar a análise de imagens do céu?

A qualidade da análise de imagens do céu pode ser influenciada pelas condições locais e ambientais.

A documentação do produto lista fatores como:

• luz solar direta,
• nascer e pôr do sol,
• nuvens cirrus finas,
• confusão,
• névoa,
• pó,
• gotas de chuva na cúpula óptica,
• neve ou geada,
• fortes reflexões,
• obstruções próximas,
• iluminação artificial,
• condições noturnas.

Por essa razão, os equipamentos de imageamento do céu devem ser instalados onde o céu visível esteja o mais desobstruído possível.

A página do produto recomenda evitar estruturas próximas, como prédios altos, árvores, torres, chaminés, cabos aéreos e superfícies refletoras, pois estas podem reduzir a área útil do céu ou interferir no processamento da imagem.

Essas considerações são particularmente importantes quando os dados coletados serão usados para previsão ou análise ambiental de longo prazo.

Um ponto de monitoramento ou múltiplos pontos?

O número de locais para imageamento do céu deve ser determinado de acordo com o projeto, e não assumido antecipadamente.

As diretrizes de seleção de projetos da JW-IoT solicitam que os clientes especifiquem o número de pontos de monitoramento juntamente com informações como aplicativo, localização do site, intervalo de imagens, disponibilidade de rede e requisitos da plataforma.

A documentação original não especifica uma área de cobertura universal para um único imageador.

Portanto, o número necessário de dispositivos deve ser avaliado de acordo com o projeto em si e o objetivo de monitoramento.

Para projetos de grande porte ou distribuídos, essa questão deve ser confirmada durante a configuração do sistema.

Quando a captura de imagens de todo o céu é relevante para um projeto fotovoltaico?

Com base nas aplicações descritas na documentação do JW-IoT, a captura de imagens de todo o céu pode ser considerada quando um projeto exigir:

• monitoramento da cobertura de nuvens,
• informações de distribuição em nuvem,
• observação do movimento das nuvens,
• imagens panorâmicas do céu ao nível do local,
• registros históricos de imagens de nuvens,
• integração com monitoramento de irradiância,
• suporte para previsão solar de curto prazo,
• Comparação entre as condições das nuvens e os dados de geração de energia fotovoltaica.

A documentação do produto lista especificamente a previsão de energia solar fotovoltaica, a integração com estações meteorológicas, o monitoramento da radiação solar e a observação meteorológica entre suas aplicações.

Portanto, a necessidade de um sistema de imagem de céu completo deve depender do objetivo do monitoramento, em vez de ser tratada como um requisito padrão para todas as instalações fotovoltaicas.

Exemplo de produto: Imager de céu total 4K da série JW-TK

Para projetos que exigem observação automatizada do céu a partir do solo, a JW-IoT fornece a solução ideal. Série JW-TK de imagens de céu total em 4K.

De acordo com o manual do produto, o sistema combina imagens ópticas, sensores de imagem e algoritmos inteligentes para capturar imagens de todo o céu e analisar as condições das nuvens. Ele foi projetado para fornecer dados celestes em nível local e dar suporte a aplicações de previsão de geração de energia fotovoltaica.

Informações detalhadas sobre a configuração do modelo, especificações técnicas, métodos de comunicação e opções de projeto disponíveis são fornecidas na página do produto:

Imager 4K de todo o céu para detecção de nuvens e previsão solar.

Este blog opta por não repetir a tabela completa de especificações técnicas, pois esses detalhes de engenharia estão melhor apresentados na página do produto e na ficha técnica mais recente do projeto.

Perguntas frequentes

1. O que mede um imageador de céu completo?

Dependendo da configuração selecionada, ele pode fornecer imagens de todo o céu e informações relacionadas às nuvens, como cobertura, distribuição, posição e histórico de imagens. A documentação do JW-TK também lista a direção e a velocidade das nuvens entre as saídas disponíveis.

2. Um imageador de céu completo substitui um sensor de radiação solar?

Não.

A documentação do produto distingue os dois instrumentos: os sensores de radiação solar medem a irradiância, enquanto o imageador de céu completo regista informações sobre nuvens e céu.

Eles podem, portanto, ser usados em conjunto.

3. É possível usar imagens de nuvens com dados de energia fotovoltaica?

Sim.

A página de produtos da W-IoT afirma que imagens do céu podem ser combinadas com sensores de irradiação, sensores de temperatura de módulos e dados de potência fotovoltaica para aplicações que incluem previsão de curto prazo e estudos de flutuação da produção fotovoltaica.

3. O sistema garante diretamente uma precisão de previsão específica?

A documentação do produto fornecida não Especifique uma precisão garantida na previsão de energia solar, um prazo de previsão ou uma precisão na previsão da chegada de nuvens.

Portanto, essas metas de desempenho devem ser confirmadas separadamente, de acordo com o sistema de previsão final, o software e os requisitos do projeto.

4. Imagens do céu obtidas em solo podem substituir dados de nuvens obtidos por satélite?

Não.

A JW-IoT descreve as imagens de nuvens obtidas por satélite e em solo como tendo finalidades diferentes e afirma que as imagens obtidas em solo podem complementar as informações de satélite para monitoramento local e previsão solar.

5. Quantos imageadores de céu completo são necessários para uma usina fotovoltaica?

Não existe um número universal especificado na documentação do produto fornecida.

O número necessário de pontos de monitoramento deve ser determinado de acordo com a aplicação do projeto, o local e os requisitos de monitoramento.

Conclusão

Medições de irradiação solar e imagens do céu obtidas a partir do solo fornecem diferentes tipos de informações ambientais.

Um sensor de radiação solar mede a irradiância que chega ao local de monitoramento.

Um sistema de imageamento de todo o céu fornece informações sobre nuvens e o céu, incluindo observações de cobertura, distribuição e movimento das nuvens.

Quando esses conjuntos de dados são sincronizados com informações de usinas fotovoltaicas, eles podem dar suporte a aplicações como previsão solar de curto prazo, análise de flutuação da produção fotovoltaica e monitoramento ambiental.

O valor da geração de imagens de todo o céu, portanto, não reside em substituir os sensores meteorológicos fotovoltaicos convencionais, mas em adicionar uma camada de observação de nuvens ao sistema de monitoramento.

Para projetos em que o comportamento das nuvens é relevante para o monitoramento ou previsão de sistemas fotovoltaicos, essa fonte de dados adicional pode ser integrada aos dados de irradiação, temperatura dos módulos, clima e da usina, de acordo com os requisitos técnicos do projeto.

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Imager de céu completo em 4K
Imager 4K de todo o céu para detecção de nuvens e previsão solar.

Monitoramento meteorológico de sistemas fotovoltaicos em escala de utilidade pública
Estação de monitoramento meteorológico solar para usinas fotovoltaicas de grande porte.

Sensor de radiação solar
Sensor fotoelétrico de radiação solar total para monitoramento de irradiância RS485

Categoria de sensor de radiação
Sensores de radiação JW-IoT

Central de Produtos
Produtos JW-IoT

Para a configuração do projeto, forneça a aplicação, o local de instalação, o número necessário de pontos de monitoramento, o intervalo de imagens, os requisitos de comunicação, os requisitos da plataforma e outras informações específicas do local.