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Lohmann, Sina (2006): Langzeitvariabilität der globalen und direkten Solarstrahlung für Solarenergieanwendungen. Dissertation, LMU München: Faculty of Physics
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Abstract

Solar energy takes a leading role amongst renewable energies. For the planning of new solar power plants the ISIS data set (Irradiance at the Surface derived from ISCCP cloud data) has been generated in this study. For the first time a data set contains global and direct normal irradiance and is therefore applicable for all kinds of solar power plants. The ISIS data set consists of 21 years of three-hourly irradiances (1984-2004), which have been derived from International Satellite Cloud Climatology Project (ISCCP) cloud data with the method that has been developed for this study. On the basis of the ISIS data set long-term variability of global and direct normal irradiance has been investigated. The average year to year variability of global irradiance within an ISIS grid box of 280 km x 280 km is 3%, the variability of direct normal irradiance of 7% is more than twice as high. Through volcano eruptions yearly averages of direct normal irradiance are reduced by 19% on average, yearly averages of global irradiance are only reduced by 3%. Global irradiance shows no trend within the analysed time span, but direct normal irradiance increases on average by 0.63% per year. As cause of these trends stratospheric aerosol and changes in cloud amount and optical thickness of clouds could be identified.

Abstract

Die Solarenergie nimmt eine führende Rolle unter den erneuerbaren Energiequellen ein. Für die Planungsphase neuer Solarkraftwerke wurde im Rahmen dieser Arbeit der ISIS-Datensatz erstellt (Irradiance at the Surface derived from ISCCP cloud data), der zum ersten Mal sowohl Global- als auch Direktnormalstrahlung enthält und daher bei der Planung aller Typen von Solarkraftwerken anwendbar ist. ISIS besteht aus dreistündigen Werten der jeweiligen Strahlungsflussdichten über den Zeitraum von 21 Jahren (1984-2004), die anhand der in dieser Arbeit entwickelten Methode aus den Wolkendaten des International Satellite Cloud Climatology Project (ISCCP) durch eindimensionale Strahlungstransferrechnungen abgeleitet wurden. Anhand des ISIS-Datensatzes wurde die Langzeitvariabilität der Global- und Direktnormalstrahlung untersucht. Die Globalstrahlung einer 280 km x 280 km großen ISIS-Gitterbox variiert von Jahr zu Jahr im Mittel um 3%, die Variabilität der Direktnormalstrahlung ist mit 7% mehr als doppelt so hoch. Vulkanausbrüche führen in der Direktnormalstrahlung zu einer Verringerung der Jahresmittelwerte von 19% im globalen Mittel, der Einfluss auf die Jahresmittelwerte der Globalstrahlung ist mit 3% dagegen wesentlich geringer. Während die Globalstrahlung innerhalb des untersuchten Zeitraums im globalen Mittel keinen Trend zeigt, nimmt die Direktnormalstrahlung im Mittel um 0.63% pro Jahr zu. Als Ursache für die Trends konnte stratosphärisches Aerosol sowie Veränderungen im Bedeckungsgrad und der optischen Dicke der Wolken identifiziert werden.