Как экологические спутники помогают солнечным электростанциям на Земле

Выход солнечных энергетических систем сильно зависит от облачного покрова. В то время как прогнозирование погоды может использоваться для прогнозирования количества солнечного света, достигающего наземных солнечных коллекторов, облачный покров часто характеризуется простыми терминами, такими как облачность, частично облачность или ясность. Это не дает точной информации для оценки количества солнечного света, доступного для солнечных электростанций.

В журнале о возобновляемой и устойчивой энергетике от AIP Publishing сообщается о новом методе оценки оптических свойств облаков с использованием данных недавно запущенных спутников. Этот новый метод известен как оценка оптических свойств спектрального облака, или SCOPE.

В 2016 году NASA начало выпуск нового поколения геостационарных оперативных спутников окружающей среды серии GOES-R. Эти спутники занимают фиксированные позиции над поверхностью Земли. Каждый из них оснащен несколькими сложными приборами, включая Advanced Baseline Imager или ABI, которые могут обнаруживать восходящий поток излучения от Земли на определенных длинах волн.

Метод SCOPE оценивает три свойства облаков, которые определяют количество солнечного света, достигающего поверхности Земли. Первый, высота вершины облака, представляет собой высоту, соответствующую вершине каждого облака. Второе, толщина облаков, это просто разница в высоте между вершиной и низом облака. Третье свойство – это оптическая глубина облака, мера того, как облако изменяет свет, проходящий через него.

Облака – это, по сути, плавающие массы конденсированной воды. Вода принимает различные формы в виде капель жидкости или кристаллов льда различных размеров. Эти различные формы воды поглощают свет в разных количествах, влияя на оптическую глубину облака.

Количество поглощенного света также зависит от длины волны света. Поглощение особенно изменчиво для света в более широком инфракрасном диапазоне спектра, но не так сильно для света в более узком видимом диапазоне.

Метод SCOPE одновременно оценивает толщину облака, высоту вершины и оптическую глубину, связывая данные датчика ABI со спутников GOES-R с атмосферной моделью. Два других входа в модель поступают от наземных метеостанций: температура окружающей среды и относительная влажность на земле. Они используются для регулировки вертикальных профилей температуры и концентрации газа в модели.

Точность оцененных оптических свойств облаков была оценена с использованием данных за 2018 год за один год для измерений, проведенных в семи наземных точках в США как ночью, так и днем, при любых погодных условиях и для широкого пространственного охвата с 5-минутными интервалами.

“SCOPE может использоваться как днем, так и ночью с надежной точностью”, – сказал соавтор Carlos FM Coimbra. – “Благодаря высокочастотному выходному сигналу в дневное время SCOPE особенно подходит для предоставления точных оценок оптических свойств облаков в режиме реального времени для приложений прогнозирования солнечной активности”.