Solar irradiance attenuation through high resolution 3D cloud field

Despite of large potential only a small portion of solar energy reaches at the surface of the earth which is then utilized in power production. It is important to know how this irradiance is effected by the atmosphere specially clouds and how this attenuation to solar radiations affects the working of PV power plant. Thus aim of this study is to investigate the attenuation experience by the solar irradiance when passing through the clouds. For this purpose photovoltaic test facility located on roof of the building 14B site in Via Bonardi 9 is considered. In order to determine solar irradiance reaching the earth surface estimation of global horizontal irradiance is necessary which is calculated using clear sky model i.e. KASTEN model. Then Global Horizontal Irradiance is split into two components Direct Normal Irradiance and Diffuse Irradiance through DISC model and PEREZ algorithm which is later used to compute irradiation on the plane of array. Then hourly, monthly and yearly PV power production is been calculated through numerical manipulations introduced by PVWatts. Furthermore to calculate attenuation SMOC(stochastic model of clouds) a methodology to spatially synthesize cloud fields is considered which provides integrated liquid water content time series, using this information extinction co efficient is been calculated which leads to obtain time series attenuation due to cloud field. Lastly CCDF comparison is been made between the actual PV output power, the power calculated through clear sky model and later considering the attenuation factor.

Nonostante il grande potenziale, solo una piccola porzione di energia solare raggiunge la superficie della terra che viene poi utilizzata nella produzione di energia elettrica. È importante sapere come questo irraggiamento è attenuato dall'atmosfera, in particolare dalle nuvole, e come questa attenuazione delle radiazioni solari influenzi il funzionamento dei pannelli fotovoltaici. Lo scopo di questo studio è di indagare l'attenuazione dell'irraggiamento solare quando passa attraverso le nuvole. A tal fine viene preso in considerazione l'impianto fotovoltaico di prova situato sul tetto del sito 14B in Via Bonardi 9 del Politecnico di Milano. Per determinare l'irraggiamento solare privo di attenuazione che raggiunge i pannelli solari viene calcolato l'irraggiamento che raggiunge la superficie terreste utilizzando il modello astronomico "clear sky" KASTEN. A partire da questo dato, viene calcolato, utilizzando il modello DISC e l'algoritmo PEREZ, l'irragiamento che giunge ai pannelli fotovoltaici e, di conseguenza, la loro produzione. Per il calcolo dell'attenuazione è stato utilizzato il modello SMOC (stochastic model of clouds), che fornisce serie temporali di valori di contenuto liquido delle nubi. I valori forniti dal modelli sono utilizzati per calcolare l'attenuazione dell'irraggiamento solare nel tragitto all'interno dell'atmosfera. I valori di attenuazione sono stati utilizzati per correggere l'irraggiamento fornito dal modello "clear sky" e calcolare nuovamente la produzione dei pannelli fotovoltaici. I valori di potenza prodotta dai pannelli fotovoltaici (dati misurati, dati ottenuti con il modello "clear sky" e dati ottenuti tramite attenuazione del modelo "clear sky") sono stati confrontati utilizzando le complementary cumulative distribution