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.
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.
Computer simulation of buildings and solar energy systems are being used increasingly in energy assessments and design. This paper discusses the possibility of using sunshine duration data instead of global hourly solar irradiation (GHSI) data for localities with abundant data on sunshine duration. For six locations in South Korea where global radiation is currently measured, the global radiation was calculated using Sunshine Duration Radiation Model (SDRM), compared and analyzed. Results of SDRM has been compared with the measured data on the coefficients of determination (R2), root-mean-square error (RMSE) and mean bias error (MBE). This study recommends the use of sunshine duration based irradiation models if measured solar radiation data is not available.
Since the horizontal global radiation and cloud cover are a main factor for designing any solar photovoltaic system, it is necessary to evaluate its characteristics all over the country. The work presented here are the investigation of horizontal global radiation and cloud cover in Korea. The data utilized in the investigation consist of horizontal global radiation and cloud cover collected for 27 years(1982. 12~2008. 12) at measuring stations across the country. The analysis shows that the annual-average daily horizontal global radiation is $3.61\;kWh/m^2$ and the annual-average daily cloud cover is 5.1 in Korea. We also constructed the contour map of cloud cover in Korea by interpolating actually measured data across the country.
Solar energy is one of the most promising energy resources in the future. For the application and dissemination of solar energy technologies in various fields, reliable data sets of solar irradiation are needed for engineers, researchers, businessmen, and policy makers. Global horizontal solar radiation is needed for the use of flat plate collector, solar domestic hot water system, photovoltaic devices and passive systems like green house. In many countries, solar radiation data accumulated for more then 40 or 50 years and typical weather data are published with average of more then 30 years. In Korea, those global total radiations are measured for about 30 years. With the connections of computer network, measured data could be transmitted to the central control system at key station through Ethernet lines. The data acquisition systems are connected to be automatically controlled by the monitoring network. Global horizontal solar radiation data 16 locations were measured and averaged from 1982 to 2008.
One-layer solar radiation(GWNU; Gangneung-Wonju National University) model is developed in order to resolve the lack of vertical observations and fast calculation with high resolution. GWNU model is based on IQBAL(Iqbal, 1983) and NREL(National Renewable Energy Laboratory) methods and corrected by precise multi-layer LBL(Line-by-line) model. Input data were used 42 atmospheric profiles from Garand et al.(2001) for calculation of global radiation by the Multi-layer and one-layer solar radiation models. GWNU model has error of about -0.10% compared with LBL model while IQBAL and NREL models have errors of about -3.92 and -2.57%, respectively. Global solar radiation was calculated by corrected GWNU solar model with satellites(MODIS, OMI and MTSAT-1R), RDPS model prediction data in Korea peninsula in 2009, and the results were compared to surface solar radiation observed by 22 KMA solar sites. All models have correlation($R^2$) of 0.91 with the observed hourly solar radiation, and root mean square errors of IQBAL, NREL and GWNU models are 69.16, 69.74 and $67.53W/m^2$, respectively.
Since the solar energy resource is the main input for sizing any solar photovoltaic system, it is essential to utilize the solar radiation data as an application and development of solar energy system increase. It will be necessary to understand and evaluate the insolation data. The Korea Institute of Energy Research(KIER) has begun collecting horizontal global insolation data since May, 1982 at 16 different locations in Korea and for the more detailed analysis, images taken by geostationary satellite may be used to estimate solar irradiance fluxes at earth"s surface. It is based on the empirical correlation between a satellite derived cloud index and the irradiance at the ground. From the results, the measured data has been collected at 16 different stations and estimated using satellite at 23 different stations over the South Korea from 1982 to 2009. The Result of analysis shows that the annual-average daily global radiation on the horizontal surface is 3.56 kWh/ $m^2$/day and estimated solar radiation fluxes show reliable results for estimating the global radiation with average deviation of -7.27 to +3.65% from the measured values.
Since the solar radiation is the main input for sizing any solar photovoltaic system, it will be necessary to understand and evaluate the solar radiation data. The works presented here are the analysis of solar radiation data for East Asia areas. The data, which consist of the global radiation on horizontal surface, were measured at 16 different stations over the South Korea and were estimated by using satellite at 12 different stations over the North Korea from 1982 to 2004. Also the data over the Japan have been collected for 30 years for the period from 1941 to 1970. The Result of the analysis shows that the annual-average daily global radiation on the horizontal surface is $3.55\;kWh/m^2$. We conclude, based on the analysis, that East Asia areas have sufficient solar energy resources for the photovoltaic power generation system.
Images taken by geostationary satellite may be used to estimate solar irradiance fluxes at earth's surface. It is based on the empirical correlation between a satellite derived cloud index and the irradiance at the ground. For the validation, estimated solar radiation fluxes are compared with observed solar radiation fluxes at 16 sites over the Korean peninsular from January 1982 to December 2007. Estimated solar radiation fluxes show reliable results for estimating the global radiation with average deviation of -7.58 to +3.8% from the measured values and the yearly averaged horizontal global insolation of Korean peninsula was turned out to be $3.59kW/m^2/day$.
이 연구에서는 지표 관측 자료와 위성 자료 그리고 GWNU 단층 복사 모델을 이용하여 맑은 상태의 전천 일사량을 계산하였으며, 전운량에 따라 관측 및 모델의 일사량 값을 비교 분석하였다. 연구 자료는 2012년 강릉원주대학교 복사 관측소의 전천 일사량, 기온, 기압, 습도, 에어로졸 등의 관측 자료와 OMI 센서의 오존전량 자료 그리고 구름의 유무 및 전운량을 판단하기 위하여 자동 전운량 장비인 Skyview 자료를 이용하였다. 전운량이 0 할인 맑은 날의 경우 관측 값과 모델 값이 0.98로 높은 상관계수를 나타내었으나 RMSE가 $36.62Wm^{-2}$로 비교적 높게 나타났다. 이는 Skyview 장비가 얇은 구름이나 박무 및 연무 등의 기상상태를 판단하지 못하였기 때문이다. 흐린 날의 경우 구름의 영향을 보정하기 위해 전운량과 두 값의 차에 대한 비율을 이용한 회귀식을 복사 모델에 적용하였으며, 장비의 오탐지를 제외한 경우 상관계수가 0.92로 높은 상관성을 보였으나 RMSE가 $99.50Wm^{-2}$으로 높은 값을 보였다. 더 정확한 분석을 위해서는 직달 성분의 차폐 유무 및 구름 광학 두께를 포함한 다양한 구름 요소의 추가적인 분석이 요구된다. 이 연구결과는 분 또는 시간에 따른 일사량을 산출하여 일사량이 관측되지 않는 지역에서 유용하게 사용될 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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