Computer simulation of buildings and solar energy systems is being used increasingly in energy assessments and design. For the six locations (Seoul, Incheon, Daejeon, Deagu, Gwangju and Busan) in South Korea where the global hourly solar irradiation (GHSI) is currently measured, GHSI was calculated using a comparatively simple cloud cover radiation model (CRM) and sunshine fraction radiation model (SFRM). The result was that the measured and calculated values of GHSI were similar for the six regions. Results of cloud cover and sunshine fraction models have been compared with the measured data using the coefficient of determination (R2), root-mean-square error (RMSE) and mean bias error (MBE). The strength of correlation R2 varied within similar ranges: 0.886-0.914 for CRM and 0.908-0.934 for SFRM. Average MBE for the CRM and SFRM were 6.67 and 14.02 W/m2, respectively, and average RMSE 104.36 and 92.15 W/m2. This showed that SFRM was slightly accurate and used many regions as compared to CRM for prediction of GHSI.
Park, Sung-Won;Son, Sung-Yong;Kim, Changseob;LEE, Kwang Y.;Hwang, Hye-Mi
Journal of Electrical Engineering and Technology
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제13권5호
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pp.1874-1885
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2018
The customer side operation is getting more complex in a smart grid environment because of the adoption of renewable resources. In performing energy management planning or scheduling, it is essential to forecast non-controllable resources accurately and robustly. The PV system is one of the common renewable energy resources in customer side. Its output depends on weather and physical characteristics of the PV system. Thus, weather information is essential to predict the amount of PV system output. However, weather forecast usually does not include enough solar irradiation information. In this study, a PV system power output prediction model (PPM) under limited weather information is proposed. In the proposed model, meteorological radiation model (MRM) is used to improve cloud cover radiation model (CRM) to consider the seasonal effect of the target region. The results of the proposed model are compared to the result of the conventional CRM prediction method on the PV generation obtained from a field test site. With the PPM, root mean square error (RMSE), and mean absolute error (MAE) are improved by 23.43% and 33.76%, respectively, compared to CRM for all days; while in clear days, they are improved by 53.36% and 62.90%, respectively.
Solar applications analysis and building energy performance depend on the quality of the solar resource data available. Unfortunately, most of the weather stations do not measure solar radiation data in Korea, as a reason many researchers have studied different solar radiation estimation models and suggested to apply them to various locations in Korea. In addition, they also studied the impact of hourly global solar radiation on energy performance of an office building by comparing the simulated building energy consumptions using four different weather files, one using measured, and three estimated solar radiation from different models, which are Cloud-cover Radiation Model (CRM), Zhang and Huang Model (ZHM), and Meteorological Radiation Model (MRM), and concluded that there was some impact on energy performance of the building due to the using different solar radiation models. However, the result cannot be applied to all other buildings since the simulated office building for that study only used limited building characteristics such as using fixed values of solar heat gain coefficient (SHGC) and window-to-wall ratio (WWR), which are significant parameters related to solar radiation that affect to the building energy consumptions. Therefore, there is a need to identify how the building energy consumption will be changed by varying these building parameters. In this study, the impact of one measured and three estimated global solar radiation on energy performance of the office building was conducted taking account of SHGC and WWR. As a result, it was identified that the impact of four different solar radiation data on energy performance of the office building was evident regardless SHGC and WWR changes, and concluded that the most suitable solar models was changed from the CRM/ZHM to the MRM as SHGC and WWR increases.
Impact by estimation error of hourly horizontal global solar radiation in a weather file on building energy performance was investigated in this study. There are a number of weather parameters in a given weather file, such as dry-bulb, wet-bulb, dew-point temperatures; wind speed and direction; station pressure; and solar radiation. Most of them except for solar radiation can be easily obtained from weather stations located on the sites worldwide. However, most weather stations, also including the ones in South Korea, do not measure solar radiation because the measuring equipment for solar radiation is expensive and difficult to maintain. For this reason, many researchers have studied solar radiation estimation models and suggested to apply them to predict solar radiation for different weather stations in South Korea, where the solar radiation is not measured. However, only a few studies have been conducted to identify the impact caused by estimation errors of various solar radiation models on building energy performance analysis. Therefore, four different weather files using different horizontal global solar radiation data, one using measured global solar radiation, and the other three using estimated global solar radiation models, which are Cloud-cover Radiation Model (CRM), Zhang and Huang Model (ZHM), and Meteorological Radiation Model (MRM) were packed into TRY formatted weather files in this study. These were then used for office building energy simulations to compare their energy consumptions, and the results showed that there were differences in the energy consumptions due to these four different solar radiation data. Additionally, it was found that using hourly solar radiation from the estimation models, which had a similar hourly tendency with the hourly measured solar radiation, was the most important key for precise building energy simulation analysis rather than using the solar models that had the best of the monthly or yearly statistical indices.
태양광발전은 독립전원으로써의 가치는 미미하나 도시전체의 탄소발생량 저감 및 화석연료 사용 저감을 위한 분산전원으로써 가치가 매우 높은 전력원이다. 하지만 태양광발전의 경우 기상조건에 따른 발전량 변동이 심하기에 분산전원으로써 효율적으로 사용하기 위해서는 큰 변동폭을 효과적으로 제어하기 위한 실시간 모니터링이 이루어져야 한다. 하지만 태양광발전량을 좌우하는 일사량은 예측치가 존재하지 않기에 이를 예측해야 하고 본 연구에서는 과거의 일사량을 직산분리 하여 구름의 짙은 정도나 두께 등을 유추할 수 있는 대기투과율을 일기예보에서 발표하는 날씨별로 대푯값을 산정하고 이를 일사량 예측식에 대입하여 일사량을 예측하였다. 그리고 실측 일사량 및 CRM(Cloud Cover Radiation Model)기법인 Kasten and Czeplak의 식을 통해 계산된 예측일사량과의 비교를 통해 검증하였다.
This study compares cloud radiation model (CRM) and sunshine fraction radiation model (SFRM) according to the solar altitude using hourly sunshine duration (SD) and cloud cover (CC) data. Solar irradiance measurements are not easy for the expensive measuring equipment and precise measuring technology. The two models with the site fitting and South Korea coefficients have been analyzed for fourteen cities of South Korea during the period (1986-2015) and evaluated using the root mean square error (RMSE) and the mean bias error (MBE). From the comparison of the results, it is found that the SFRM with the site fitting coefficients could be the best method for fourteen locations. It may be concluded that the SFRM models of South Korea coefficients generated in this study may be used reasonably well for calculating the hourly horizontal global irradiance (HGI) at any other location of South Korea.
Hourly horizontal global solar radiation has been used as one of significant parameters in a weather file for building energy simulations, which determines the quality of building thermal performance. However, as about twenty two weather stations in Korea have actually measured the horizontal global sola radiation, the weather files collected in other stations requires solar data simulation from the other meteorological parameters. Thus, finding the reliable complicated method that can be used in various weather conditions in Korea is critically important. In this paper, three solar simulation models were selected and evaluated through the reliability test with the simulated hourly horizontal global solar radiation against the actually measured solar data to find the most suitable model for the south east area of Korea. Three selected simulation models were CRM, ZHM, and MRM. The first two models are regression type models using site-fitted coefficients which are derived from the correlation between measured solar data and local meteorological parameters from the previous years, and the last model is a mechanistic type model using the meteorological data to calculate conditions of atmospheric constituents that cause absorption and scattering of the extraterrestrial radiation on the way to the surface on the Earth. The evaluation results show that ZHM is the most reliable model in this area, yet a complicated hybrid simulation methods applying the advantages of each simulation method with the monthly-based weather data is needed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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