Accuracy of Satellite-Based Solar Data to Estimate Solar Energy Potential for Hatay Province, Turkey

Abstract

Solar radiation data is important parameter to estimate solar energy which is a major renewable energy in terms of sustainable resources. Accurate spatial and temporal distribution of solar radiation is required not only to estimate solar energy but also hydrological, meteorological and climatological studies. General objective of the study is to examine accuracy of freely available Climate Forecast System Reanalysis (CFSR) solar radiation data against ground observation data based on monthly and yearly averages over the Hatay province in Turkey. The CFSR dataset including 25 daily solar radiation measurement points was evaluated against 12 ground stations for 21-year period (1985 - 2006). Statistical results showed that most correlations in monthly basis data were weakly correlated except October (R²=0.73). According to results of Bias, CFSR monthly averaged solar energy was over estimated for all months. Also, CFSR annual solar energy 28% higher than ground-based observed solar energy with R²=0.76. Annual CFSR solar energy found between 5.2 and 5.6 kWh m^-2day^-1. Annual ground-based solar energy ranged from 3.9 to 4.2 kWh m^-2day^-1. The result showed that, it is unacceptable to use the CFSR dataset in case of lack of measured values of ground-based solar radiation in monthly and yearly averaged basis. Estimated CFSR data has need to be improved and accuracy of CFSR data must be tested for other regions in Turkey. We recommend finding another source of satellite-based data to compare with ground-based data.

Keywords

• CFSR dataset,Solar radiation,Hatay,GEPA,ILWIS

Accuracy of Satellite-Based Solar Data to Estimate Solar Energy Potential for Hatay Province, Turkey

Abstract

Solar radyasyon verileri, sürdürülebilir kaynaklar açısından önemli bir yenilenebilir enerji olan güneş enerjisini tahmin etmek için önemli bir parametredir. Solar radyasyonun alansal ve zamansal dağılım doğruluğu sadece güneş enerjisi tahmini için değil ayrıca hidrolojik, meteorolojik ve iklimsel çalışmalar için de gereklidir. Çalışmanın genel amacı, Türkiye'nin Hatay ili üzerinde ki aylık ve yıllık ortalamalara dayanan yer gözlem verilerine karşı ücretsiz olarak elde edilebilen CFSR solar radyasyon verilerinin doğruluğunu incelemektir. 21 yıllık dönem için 25 adet günlük solar radyasyon ölçüm noktaları içeren CFSR veri seti, 12 yer istasyonuna karşı değerlendirilmiştir (1985- 2006). İstatistiksel sonuçlar, aylık bazda ki verilerin çoğunun Ekim ayı dışında aralarında zayıf ilişki olduğunu göstermiştir (R² = 0.73). Bias sonuçlarına göre, CFSR aylık ortalama güneş enerjisi tüm aylar için tahmin edilmiştir. Ayrıca, CFSR yıllık güneş enerjisi R² = 0.76 ile yer esaslı gözlemlenen güneş enerjisinden %28 daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Yıllık CFSR güneş enerjisi, 5.2 ile 5.6 kWh m^-2gün^-1 arasında bulunmuştur. Yıllık yer esaslı güneş enerjisi ise 3,9 ile 4,2 kWh m^-2gün^-1 arasında değişmektedir. Sonuçlar, aylık ve yıllık ortalama olarak ölçülen yer esaslı solar radyasyon değerleri bulunmaması durumunda, CFSR veri setinin kullanılmasının kabul edilemez olduğunu göstermiştir. CFSR verilerinin iyileştirilmesine ihtiyaç olduğu ve Türkiye'de diğer bölgeler için CFSR verilerinin doğruluğu test edilmesinin gerekli olduğu tahmin edilmiştir. Yere esaslı verilerle karşılaştırmak için başka bir uydu tabanlı veri kaynağı bulunmasını önermekteyiz.

Keywords

• CFSR veri seti,Solar radyasyon,Hatay,GEPA,ILWIS

References

1. 1. Worqlul, A. W., Maathuis, B., Adem, A. A., Demissie, S. S., Langan, S., Steenhuis, T. S. 2014. Comparison of rainfall estimations by TRMM 3B42, MPEG and CFSR with ground-observed data for the Lake Tana basin in Ethiopia, Hydrology and Earth System Sciences, 18: 4871-4888. https://doi.org/10.5194/hess-18-4871-2014.
2. 2. Lekula, M., Lubczynskia, M. W., Shemangb, E. M., Verhoefa. W. 2018. Validation of satellite-based rainfall in Kalahari. Physics and Chemistry of the Earth. https://doi.org/10.1016/j.pce.2018.02.010.
3. 3. Sharp, E., Dodds, P., Barrett, M., Spataru, C. 2015. Evaluating the accuracy of CFSR reanalysis hourly wind speed forecasts for the UK, using in situ measurements and geographical information, Renewable Energy, 77: 527-538. https://doi.org/10.1016/j.renene.2014.12.025.
4. 4. Xue, Y., Huang, B., Hu, Z. Z., Kumar, A., Wen, C., Behringer, S., and Nadiga, S. 2011. An assessment of oceanic variability in the NCEP climate forecast system reanalysis, Climate Dynamics, 37 (11-12): 2511–2539. https://doi.org/10.1007/s00382-010-0954-4.
5. 5. Wang, W., Xie, P., Yoo, S. H., Xue, Y., Kumar, A., and Wu, X. 2011. An assessment of the surface climate in the NCEP climate forecast system reanalysis, Climate Dynamics, 37 (7-8): 1601-1620. https://doi.org/10.1007/s00382-010-0935-7.
6. 6. Chelliah, M., Ebisuzaki, W., Weaver, S., Kumar, A. 2011. Evaluating the tropospheric variability in National Centers for Environmental Prediction's climate forecast system reanalysis, Journal of Geophysical Research, 116: D17107. https://doi.org/10.1029/2011JD015707.
7. 7. Higgins, R. W., Kousky, V. E., Silva, V. B. S., Becker, E., Xie, P. 2010. Intercomparison of daily precipitation statistics over the United States in observations and in NCEP reanalysis products, Journal of Climate, 23: 4637–4650. https://doi.org/10.1175/2010JCLI3638.1.
8. 8. Mo, K. C., Long, L. N., Xia, Y., Yang, S. K., Schemm, J. E., Ek. M. 2011. Drought indices based on the Climate Forecast System Reanalysis and ensemble NLDAS, Journal of Hydrometeorology, 12: 181–205. https://doi.org/10.1175/2010JHM1310.1.

9. 9. Li, D., Christakos, G., Ding, X., Wu, J. 2018. Adequacy of TRMM satellite rainfall data in driving the SWAT modeling of Tiaoxi catchment (Taihu lake basin, China), Journal of Hydrology, 556: 1139–1152. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2017.01.006.
10. 10. El Afandi, G. 2014. Evaluation of NCEP Climate Forecast System Reanalysis (CFSR) against surface observations over Egypt. American Journal of Science and Technology, 1(4): 157-167.
11. 11. Malvern, S.F., Maurice, C. 2018. Comparison of Satellite Data and Ground Based Weather Data in Masvingo, Zimbabwe, International Journal of Environmental Sciences & Natural Resources, 8 (4):555739. http://dx.doi.org/10.19080/IJESNR.2018.08.555739.
12. 12. Khaled, W. M., El Afandi, G. 2014. Evaluation of NCEP/CFSR solar data against ground observation over MENA, Open Journal of Atmospheric and Climate Change,1-12.
13. 13. GEPA, 2018. Güneş enerjisi potansiyeli atlası verileri. http://www.yegm.gov.tr/MyCalculator/Default.aspx. (Erişim Tarihi: 03.02.2018).
14. 14. GEPA, 2018. Güneş enerjisi potansiyeli atlası verileri. http://www.yegm.gov.tr/MyCalculator/pages/31.aspx. (Erişim Tarihi: 03.02.2018).