Sistema autônomo de sensoriamento remoto espaço-temporal do céu por imagens e sua aplicação em sistemas distribuídos de energia.
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2020 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Manancial - Repositório Digital da UFSM |
Texto Completo: | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/22636 |
Resumo: | Cloud cover instability is the main impact and uncertainty factor on the forecast of energy generated in photovoltaic systems. Establishing reliable metrics for large-scale photovoltaic (PV) power forecasting models while considering the uncertainty of climatic variables requires efficient and rapid response models to satisfy the requirements imposed by the complex energy market scenarios and the global economy. However, the massive inclusion of photovoltaic generation in the world electrical system requires accurate and short-term forecasts of the energy generated. This work describes an instrument capable of measuring the cloud base height (ABN) and defining areas of cloud cover and clear-sky over large areas of spatial resolution of the photovoltaic energy generation, the cloud cover sky imager (CCSI). This autonomous tracking system aligns the sun to the center of the camera, according to solar angles. As it scans the sun's movement on the horizon, it captures images of the sky and projects them over an area of interest. The developed method employs a set of engineering techniques of solar tracking, electronic systems, image processing, global positioning and information systems, and omnidirectional camera calibration enable the functionality of the device and validation of method employed. The imaging system uses stereo triangulation with two cameras and pixel matching for sky images reconstruction. The results of stereography validation compared to heights measured by ceilometer and used to measure ABN, showing levels of accuracy with correlation close to the unit, significance below 0.05 and linearity between the data. The system was able to project the shadow of clouds over the area of interest from a geographic information system, covering areas of 6 km on the ground. The technique contributes to the state-of-the-art with a standalone solar tracker that can monitor the sky in a 120° image cone and obtain the reflected surface coverage for any location in the world. This novel technique involves the ability to recognize cloud cover and its impact in large territorial areas. We conclude that this approach provides in practice a fundamental basis for understanding cloud cover and its impact on photovoltaic generation, in addition to valuables contributions to the works that will follow from this. |
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Sistema autônomo de sensoriamento remoto espaço-temporal do céu por imagens e sua aplicação em sistemas distribuídos de energia.Autonomous space-temporal remote sensing system from the sky by images and its application in distributed energy systemsSistemas fotovoltaicosCobertura de nuvensSensoriamento de imagensEnergia solarPhotovoltaic systemsCloud coverImage sensingSolar energyCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICACloud cover instability is the main impact and uncertainty factor on the forecast of energy generated in photovoltaic systems. Establishing reliable metrics for large-scale photovoltaic (PV) power forecasting models while considering the uncertainty of climatic variables requires efficient and rapid response models to satisfy the requirements imposed by the complex energy market scenarios and the global economy. However, the massive inclusion of photovoltaic generation in the world electrical system requires accurate and short-term forecasts of the energy generated. This work describes an instrument capable of measuring the cloud base height (ABN) and defining areas of cloud cover and clear-sky over large areas of spatial resolution of the photovoltaic energy generation, the cloud cover sky imager (CCSI). This autonomous tracking system aligns the sun to the center of the camera, according to solar angles. As it scans the sun's movement on the horizon, it captures images of the sky and projects them over an area of interest. The developed method employs a set of engineering techniques of solar tracking, electronic systems, image processing, global positioning and information systems, and omnidirectional camera calibration enable the functionality of the device and validation of method employed. The imaging system uses stereo triangulation with two cameras and pixel matching for sky images reconstruction. The results of stereography validation compared to heights measured by ceilometer and used to measure ABN, showing levels of accuracy with correlation close to the unit, significance below 0.05 and linearity between the data. The system was able to project the shadow of clouds over the area of interest from a geographic information system, covering areas of 6 km on the ground. The technique contributes to the state-of-the-art with a standalone solar tracker that can monitor the sky in a 120° image cone and obtain the reflected surface coverage for any location in the world. This novel technique involves the ability to recognize cloud cover and its impact in large territorial areas. We conclude that this approach provides in practice a fundamental basis for understanding cloud cover and its impact on photovoltaic generation, in addition to valuables contributions to the works that will follow from this.A instabilidade da cobertura de nuvens é o principal fator de impacto e incerteza em relação à previsão de energia gerada em sistemas fotovoltaicos. O estabelecimento de métricas de controle e confiabilidade na previsão da potência fotovoltaica gerada, ante à variabilidade e incerteza climática, exige a garantia de prospecção de dados confiáveis para viabilizar metodologias eficazes de tomada de decisão, diante aos cenários complexos do mercado de energia e da economia global. Além disso, a inclusão massiva da geração fotovoltaica no sistema elétrico mundial exige previsões precisas e de curto prazo da energia gerada, tornando-se um importante desafio científico na atualidade. Este trabalho descreve um instrumento capaz de medir a altura da base de nuvens (ABN) e definir áreas de cobertura de nuvens e céu claro sobre grandes áreas de resolução espacial da geração de energia fotovoltaica, o imageador de céu de cobertura de nuvens, do inglês, Cloud Coverage Sky Imager (CCSI). Este sistema de rastreamento autônomo alinha o sol ao centro da câmera, de acordo com os ângulos solares. Ao varrer o movimento do sol no horizonte, captura imagens do céu e as projeta sobre uma área de interesse. A metodologia desenvolvida emprega um conjunto de técnicas de engenharia de rastreamento solar, sistemas eletrônicos, processamento de imagens, sistemas de informações geográficas e calibração de câmeras omnidirecionais, permitindo a funcionalidade do dispositivo e a validação da metodologia empregada. O sistema de imagem usa triangulação estéreo com duas câmeras e correspondência de pixels para reconstruir imagens do céu. Os resultados da validação da estereografia comparados às alturas medidas pelo ceilômetro e utilizadas para mensurar o a altura da base da nuvem, mostraram níveis de acurácia com correlação próxima à unidade, significância menor que 0,05 e linearidade entre os dados. O sistema foi capaz de projetar a sombra de nuvens sobre a área de interesse a partir de um sistema de informações geográficas, cobrindo áreas de raio de até 6 km em solo. A técnica contribui para o estado da arte com um rastreador solar autônomo que pode monitorar o céu em um cone de imagem de 120° e obter a cobertura da superfície refletida para qualquer local do mundo. Esta nova técnica é capaz de monitorar a cobertura de nuvens e seu impacto sobre grandes áreas territoriais. Conclui-se que essa abordagem fornece, na prática, uma base fundamental para o entendimento da cobertura de nuvens e seu impacto na geração fotovoltaica, além de contribuições valiosas aos trabalhos que se seguirão.Universidade Federal de Santa MariaBrasilEngenharia ElétricaUFSMPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaCentro de TecnologiaCanha, Luciane Neveshttp://lattes.cnpq.br/6991878627141193Bernadon, Daniel PinheiroPrado, Josué Campos doSuárez, Rodrigo AlonsoAnabor, VagnerVaz, Cézar Augusto Bastianello2021-10-27T18:27:43Z2021-10-27T18:27:43Z2020-12-17info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/22636porAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2021-12-31T13:32:05Zoai:repositorio.ufsm.br:1/22636Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/ONGhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.comopendoar:2021-12-31T13:32:05Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false |
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