Как данные о перемещении облаков помогают в краткосрочном прогнозировании выработки солнечной энергии

Облачность является важной частью экологического мониторинга фотоэлектрических систем, поскольку изменения облачного покрова могут влиять на количество солнечной радиации, достигающей фотоэлектрической установки.

Поэтому для краткосрочного прогнозирования солнечной активности может быть полезно отслеживать не только измеренную на месте интенсивность солнечного излучения, но и облачность вокруг точки мониторинга.

Система визуализации всего неба серии JW-TK предназначена для автоматизированного наземного наблюдения за небом. Согласно документации к изделию, она может получать изображения всего неба и предоставлять информацию, связанную с облаками, для таких приложений, как обнаружение облаков, мониторинг облачного покрова, наблюдение за движением облаков и прогнозирование солнечной энергии.

В прилагаемом руководстве по эксплуатации также указано, что система предназначена для предоставления данных о состоянии неба в режиме реального времени на уровне объекта, что может способствовать прогнозированию выработки электроэнергии фотоэлектрическими системами.

В этой статье объясняется, как подобная информация о небе может дополнять традиционные данные о солнечном излучении и данные мониторинга фотоэлектрических систем.

Почему облачность важна для мониторинга фотоэлектрических систем

В документации к продукту JW-IoT указано, что движение облаков может вызывать резкие колебания солнечной радиации и выходной мощности фотоэлектрических систем.

Именно поэтому облачность имеет значение при анализе краткосрочных изменений в выработке фотоэлектрической энергии.

Обычная станция мониторинга солнечной энергии может уже измерять такие параметры, как:

• солнечное излучение,
• температура окружающей среды,
• относительная влажность,
• скорость ветра,
• направление ветра,
• осадки,
• температура модуля.

Эти измерения остаются важными, поскольку они предоставляют прямую числовую информацию об условиях окружающей среды в месте проведения мониторинга.

Однако, съемка неба предоставляет информацию другого типа: визуальную и расчетную информацию о небе над местом съемки.

Это различие важно, когда целью мониторинга является изучение поведения облачных сервисов.

Что измеряет датчик освещенности?

Датчик солнечной радиации измеряет интенсивность излучения в точке наблюдения.

В документации к продукту JW-IoT четко указано различие между этим и съемкой неба: датчики солнечной радиации измеряют интенсивность излучения на месте, в то время как устройство для съемки всего неба визуально регистрирует облачность, которая может влиять на интенсивность излучения.

На практике эти два устройства предоставляют разные типы информации.

Датчик солнечного излучения

предоставляет:

измеренная солнечная радиация в точке мониторинга.

Система получения изображений всего неба

предоставляет:

Изображения неба и информация, полученная в результате наблюдений за облаками.

Ни один из показателей не заменяет другой.

В проектах по мониторингу фотоэлектрических систем их можно использовать совместно, когда требуется информация как об освещенности, так и о облачности.

Какую информацию может предоставить наземная съемка неба?

Согласно информации на странице продукта JW-IoT, система съемки всего неба может предоставлять или хранить такую информацию, как:

• исходное изображение всего неба,
• обработанное изображение обнаружения облаков,
• полная облачность,
• Процент безоблачного неба,
• процент облачного покрытия,
• облачное распределение,
• положение облаков,
• положение солнца,
• рабочее состояние оборудования,
• исторические фотоархивы,
• исторические тенденции изменения облачного покрова,
• Последовательности изображений для наблюдения за движением облаков.

В руководстве пользователя также указаны скорость и направление движения облаков среди доступных выходных данных.

Эти результаты предоставляют информацию, отличающуюся от данных, получаемых при обычных точечных метеорологических измерениях.

Четыре важных для мониторинга параметра, связанные с облачными технологиями

Для мониторинга окружающей среды в фотоэлектрических системах совместное интерпретационное исследование нескольких переменных, связанных с облачностью, может быть особенно полезным.

1. Облачность

Облачность описывает, какая часть видимого неба занята облаками.

Система JW-TK может предоставлять информацию о облачном покрове в режиме реального времени в качестве части выходных данных.

Это помогает дать числовое описание текущих условий на небе.

Облачность по-прежнему следует интерпретировать в совокупности с другой информацией, поскольку тот же общий процент не описывает местоположение облаков на изображении неба.

2. Распределение в облаке

На странице продукта в числе доступных результатов мониторинга указано распределение данных в облако.

Это добавляет пространственный контекст к данным о облачном покрове.

Изображения неба позволяют не только описывать количество облаков, но и показывать их распределение по видимой части неба.

Эта информация может быть полезна при сравнении облачности с измеренной интенсивностью солнечного излучения.

3. Направление развития облачных технологий

В руководстве пользователя JW-TK направление облаков указано в качестве выходного параметра.

Направление облаков предоставляет дополнительную информацию о том, как меняются локальные условия неба с течением времени.

Это не следует рассматривать как гарантированный прогноз будущей выработки фотоэлектрической энергии само по себе.

Скорее, это одна из нескольких переменных, связанных с облачными технологиями, которые можно использовать в более широкой системе мониторинга или прогнозирования.

4. Скорость облачных вычислений

Скорость движения облаков также указана в качестве выходного параметра в руководстве пользователя JW-TK.

В сочетании с многократными снимками неба и информацией о направлении движения облаков данные о скорости движения облаков могут помочь описать изменения локальных облачных условий.

В документации производителя не указана гарантированная точность прогноза мощности или время прогнозирования, поэтому эти значения следует оценивать на уровне проекта, а не предполагать, основываясь только на данных системы визуализации.

Как изображения неба преобразуются в информацию об облаках

На странице продукта JW-IoT описан процесс мониторинга, состоящий из нескольких этапов.

Во-первых, полусферическая линза обеспечивает широкий обзор неба с заданным интервалом.

Затем система обрабатывает изображение и идентифицирует допустимые области неба. В зависимости от конфигурации обработка может включать маскирование горизонта, коррекцию изображения, регулировку яркости, обработку солнечных областей, исключение препятствий и сегментацию облачного/ясного неба.

Полученная информация может включать значения облачного покрова и обработанные изображения распределения облаков.

Благодаря этому процессу изображения неба могут быть преобразованы в структурированную информацию, связанную с облаками, которую можно объединить с другими данными мониторинга фотоэлектрических систем.

Таким образом, упрощенный поток данных выглядит следующим образом:

Изображение всего неба

↓

Обработка изображений

↓

Идентификация облаков / безоблачного неба

↓

Результаты анализа облачного покрова и его распределения

↓

Мониторинг исторических данных или данных в режиме реального времени

Это позволяет превратить визуальное изображение неба в структурированную информацию для мониторинга, а не просто в фотографию.

Зачем объединять изображения неба с данными об освещенности?

В документации к продукту прямо указано, что изображения неба можно комбинировать с данными датчиков освещенности, датчиков температуры модулей и данными о мощности фотоэлектрических систем.

Такое сочетание может обеспечить получение информации на разных уровнях.

Изображение неба

Предоставляет информацию о:

• облачность,
• облачное распределение,
• движение облаков,
• Положение Солнца.

Датчик освещенности

Предоставляет:

• Измерена солнечная радиация в точке мониторинга.

Датчик температуры модуля

Предоставляет:

• температура фотоэлектрического модуля.

данные о мощности фотоэлектрических систем

Предоставляет:

• Информация о выработке электроэнергии фотоэлектрической системой.

При сравнении этих наборов данных с использованием согласованных временных меток операторы или системы прогнозирования могут анализировать взаимосвязь между условиями окружающей среды и производительностью фотоэлектрических систем.

В документации к продукту в числе возможных применений объединения этих наборов данных указаны краткосрочное прогнозирование выработки солнечной энергии, исследования колебаний выработки фотоэлектрической энергии, анализ солнечных ресурсов и оценка производительности электростанций.

Практическая взаимосвязь данных

В проекте мониторинга фотоэлектрических систем информационная взаимосвязь может быть суммирована следующим образом:

Облачность

↓

Солнечная радиация

↓

Реакция фотоэлектрической системы

Камера, охватывающая все небо, предоставляет информацию для первого слоя.

Второй слой измеряется с помощью пиранометра или другого датчика излучения.

Данные фотоэлектрической электростанции представляют собой третий слой.

Такая структура может помочь инженерам систематизировать данные мониторинга, не рассматривая какой-либо отдельный прибор как комплексное решение для прогнозирования.

Снимки всего неба и спутниковые изображения облаков выполняют разные функции.

На странице продукта JW-IoT также проводится различие между наземными снимками всего неба и спутниковыми снимками облаков.

Наземные съемки неба могут обеспечить:

• Наблюдения за местным небом,
• высокочастотные изображения,
• записи о небольших изменениях облачности,
• синхронизация с данными о местной солнечной радиации и погоде.

Спутниковые снимки предоставляют:

• более широкий географический охват,
• региональная облачная информация,
• более широкий контекст развития облачных технологий.

Таким образом, в документации к продукту эти два источника данных представлены как взаимодополняющие.

Для мониторинга фотоэлектрических систем на уровне объекта наземная съемка обеспечивает локальные наблюдения, которые можно напрямую сравнивать с измерениями датчиков на месте.

Почему синхронизация времени важна

При сравнении изображений неба с данными о солнечном излучении или выработке электроэнергии фотоэлектрическими системами крайне важна временная синхронизация.

В документации к продукту JW-IoT прямо указано, что точные временные метки важны при сравнении изображений неба со следующими объектами:

• данные об уровне солнечной радиации,
• Выходная мощность фотоэлектрической системы,
• данные метеостанции,
• спутниковые снимки,
• численные модели прогнозирования,
• несколько станций мониторинга.

Без синхронизированных временных меток становится сложнее определить, какое изображение неба соответствует определенному значению освещенности или выходной мощности фотоэлектрической системы.

Поэтому системным интеграторам следует учитывать вопрос синхронизации времени на этапе проектирования проекта.

Как система всестороннего наблюдения за небом вписывается в систему мониторинга погоды для фотоэлектрических систем

Система съемки всего неба может использоваться как часть более широкой системы мониторинга солнечной среды.

На странице продукта JW-IoT описана типичная интегрированная конфигурация, которая может включать в себя:

• Камера для съемки всего неба в разрешении 4K.,
• датчик солнечного излучения,
• модуль датчика температуры,
• Датчик температуры и влажности окружающей среды.,
• Датчик скорости и направления ветра,
• дождемер,
• регистратор данных или промышленный контроллер,
• Связь по сети Ethernet или 4G.,
• локальный или облачный сервер,
• платформа мониторинга,
• API или интерфейс базы данных.

Упрощенную архитектуру можно представить следующим образом:

Всенаправленный сканер неба
→ Информация об облаке

Датчик солнечной радиации
→ Интенсивность излучения

Модуль датчика температуры
→ Температура фотоэлектрического модуля

Датчики погоды
→ Данные об окружающей среде

↓

Регистратор/контроллер данных

↓

Платформа локального или удаленного мониторинга

Для применения в промышленных фотоэлектрических системах см.:

Станция мониторинга солнечной погоды для фотоэлектрических электростанций

Оборудование для мониторинга интенсивности излучения см. в разделе:

Фотоэлектрический датчик суммарного солнечного излучения для мониторинга освещенности по протоколу RS485.

Датчики солнечной радиации JW-IoT

Что может повлиять на анализ изображений неба?

На качество анализа изображений неба могут влиять условия местности и окружающей среды.

В документации к продукту перечислены следующие факторы:

• прямой солнечный свет,
• восход и закат солнца,
• тонкие перистые облака,
• туман,
• туман,
• пыль,
• капли дождя на оптическом куполе,
• снег или мороз,
• сильные размышления,
• близлежащие препятствия,
• искусственное освещение,
• Ночные условия.

По этой причине оборудование для съемки неба следует устанавливать там, где видимое небо максимально свободно от препятствий.

На странице товара рекомендуется избегать нахождения рядом с объектами, такими как высотные здания, деревья, башни, дымоходы, воздушные кабели и отражающие поверхности, поскольку они могут уменьшить область видимого неба или помешать обработке изображения.

Эти соображения особенно важны, когда собранные данные будут использоваться для прогнозирования или долгосрочного анализа состояния окружающей среды.

Одна точка мониторинга или несколько?

Количество мест для съемки неба следует определять в соответствии с проектом, а не предполагать заранее.

В рекомендациях JW-IoT по выбору проектов клиентам предлагается указать следующие параметры: количество точек мониторинга вместе с такой информацией, как тип приложения, местоположение объекта, интервал между снимками, доступность сети и требования к платформе.

В исходной документации не указана универсальная зона покрытия для одного типа сканера.

Следовательно, необходимое количество устройств следует оценивать в соответствии с фактическими целями проектирования и мониторинга проекта.

В случае крупных или распределенных проектов этот вопрос следует уточнить в процессе настройки системы.

В каких случаях съемка всего неба актуальна для фотоэлектрического проекта?

Исходя из областей применения, описанных в документации JW-IoT, съемка всего неба может быть рассмотрена, если проект требует:

• мониторинг облачного покрова,
• информация о распределении в облаке,
• наблюдение за движением облаков,
• панорамные снимки неба на уровне объекта.,
• исторические записи изображений облаков,
• интеграция с мониторингом освещенности,
• Поддержка краткосрочного прогнозирования солнечной активности,
• сравнение облачности и данных о выработке солнечной энергии.

В документации к продукту конкретно перечислены такие области его применения, как прогнозирование выработки солнечной фотоэлектрической энергии, интеграция с метеостанциями, мониторинг солнечной радиации и метеорологические наблюдения.

Таким образом, необходимость в всенаправленном сканирующем устройстве должна зависеть от цели мониторинга, а не рассматриваться как стандартное требование для каждой фотоэлектрической установки.

Пример продукта: Всенаправленный сканер JW-TK Series 4K

Для проектов, требующих автоматизированного наземного наблюдения за небом, JW-IoT предоставляет следующие возможности: Камера для съемки всего неба серии JW-TK 4K.

Согласно руководству пользователя, система сочетает в себе оптическую визуализацию, датчики изображения и интеллектуальные алгоритмы для получения изображений всего неба и анализа облачности. Она предназначена для предоставления данных о небе на уровне площадки и поддержки приложений прогнозирования выработки фотоэлектрической энергии.

Подробная информация о конфигурации модели, технических характеристиках, способах связи и доступных вариантах проекта представлена на странице продукта:

4K-камера для съемки всего неба, предназначенная для обнаружения облаков и прогнозирования солнечной активности.

В этом блоге намеренно не повторяется полная таблица технических характеристик, поскольку эти технические подробности лучше представлены на странице продукта и в последнем техническом описании проекта.

Часто задаваемые вопросы

1. Что измеряет всенаправленный прибор для получения изображений неба?

В зависимости от выбранной конфигурации, программа может предоставлять изображения всего неба и информацию, связанную с облаками, такую как облачный покров, распределение облаков, положение облаков и исторические записи изображений. В документации JW-TK также указаны направление и скорость движения облаков среди доступных выходных данных.

2. Заменяет ли всенаправленный прибор для получения изображений всего неба датчик солнечной радиации?

Нет.

В документации к изделию указано различие между двумя приборами: датчики солнечной радиации измеряют интенсивность излучения, а прибор для съемки всего неба регистрирует информацию об облаках и небе.

Поэтому их можно использовать вместе.

3. Можно ли использовать изображения облаков с данными о выработке электроэнергии фотоэлектрическими системами?

Да.

На странице продукта W-IoT указано, что изображения неба можно комбинировать с данными датчиков освещенности, датчиков температуры модулей и данными о мощности фотоэлектрических систем для таких приложений, как краткосрочное прогнозирование и изучение колебаний выходной мощности фотоэлектрических систем.

3. Гарантирует ли система напрямую определенную точность прогнозирования?

Предоставленная документация к продукту не содержит нет Укажите гарантированную точность прогноза выработки солнечной энергии, время упреждения прогноза или точность прогнозирования появления облаков.

Поэтому эти целевые показатели эффективности следует подтвердить отдельно в соответствии с окончательной системой прогнозирования, программным обеспечением и требованиями проекта.

4. Могут ли наземные снимки неба заменить спутниковые данные об облаках?

Нет.

JW-IoT описывает наземные и спутниковые снимки облаков как имеющие разные цели и утверждает, что наземные изображения могут дополнять спутниковую информацию для локального мониторинга и прогнозирования солнечной активности.

5. Сколько всенаправленных камер для съемки неба требуется для одной фотоэлектрической электростанции?

В прилагаемой документации к продукту не указан универсальный номер.

Необходимое количество точек мониторинга следует определять в зависимости от области применения проекта, места проведения и требований к мониторингу.

Заключение

Измерения солнечной радиации и наземные съемки неба предоставляют различные типы информации об окружающей среде.

Датчик солнечной радиации измеряет интенсивность излучения, достигающего места мониторинга.

Система съемки всего неба предоставляет информацию об облаках и небе, включая данные об облачном покрове, распределении облаков и движении облаков.

Когда эти наборы данных синхронизируются с информацией о фотоэлектрических установках, они могут поддерживать такие приложения, как краткосрочное прогнозирование выработки солнечной энергии, анализ колебаний выработки фотоэлектрической энергии и мониторинг окружающей среды.

Таким образом, ценность съемки всего неба заключается не в замене традиционных фотоэлектрических датчиков погоды, а в добавлении слоя наблюдения за облаками в систему мониторинга.

Для проектов, где поведение облаков имеет значение для мониторинга или прогнозирования фотоэлектрической активности, этот дополнительный источник данных может быть интегрирован с данными об освещенности, температуре модулей, погоде и состоянии электростанции в соответствии с техническими требованиями проекта.

Ознакомьтесь с решениями JW-IoT для мониторинга солнечной энергии.

4K Всепогодный сканер
4K-камера для съемки всего неба, предназначенная для обнаружения облаков и прогнозирования солнечной активности.

Мониторинг погоды с помощью крупномасштабных фотоэлектрических систем
Станция мониторинга солнечной погоды для фотоэлектрических электростанций

Датчик солнечной радиации
Фотоэлектрический датчик суммарного солнечного излучения для мониторинга освещенности по протоколу RS485.

Категория датчиков излучения
Радиационные датчики JW-IoT

Центр продуктов
Продукция JW-IoT

Для настройки проекта укажите приложение, место установки, необходимое количество точек мониторинга, интервал между снимками, требования к связи, требования к платформе и другую информацию, специфичную для данного объекта.