@TechReport{HerdiesVend:2023:VaPoUs,
author = "Herdies, Bruno Ribeiro and Vendrasco, {\'E}der Paulo",
title = "Valida{\c{c}}{\~a}o do potencial uso de dados de rean{\'a}lises
atmosf{\'e}ricas e dados do modelo atmosf{\'e}rico brasileiro
para estimativa de radia{\c{c}}{\~a}o solar considerando o
efeito dos aeross{\'o}is atmosf{\'e}ricos",
institution = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais",
year = "2023",
type = "RPQ",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
note = "{Bolsa PIBIC/PIBITI/INPE/CNPq.}",
keywords = "rean{\'a}lises, irradia{\c{c}}{\~a}o solar, modelo global
atmosf{\'e}rico brasileiro, reanalyses, solar irradiation,
renewable energy, brazilian global atmospheric model, MERRA-2
reanalysis and INMET stations.",
abstract = "Este estudo concentra-se na gera{\c{c}}{\~a}o de energia solar
como uma fonte alternativa de energia renov{\'a}vel no Brasil,
impulsionado pela crescente demanda nesse setor. Nos {\'u}ltimos
anos, a tecnologia de energia fotovoltaica tem experimentado
avan{\c{c}}os significativos, resultando em maior efici{\^e}ncia
e redu{\c{c}}{\~a}o de custos. No entanto, no Brasil, a
disponibilidade de dados observados sobre a irradia{\c{c}}{\~a}o
solar, essenciais para validar o potencial de gera{\c{c}}{\~a}o
dessa forma de energia, {\'e} extremamente limitada. Dado que em
algumas regi{\~o}es do pa{\'{\i}}s os {\'u}nicos dados
dispon{\'{\i}}veis s{\~a}o extrapolados de esta{\c{c}}{\~o}es
meteorol{\'o}gicas de outras localidades, este estudo adota a
abordagem de utilizar dados de modelos meteorol{\'o}gicos para
preencher essas lacunas. O estudo concentrou-se na
utiliza{\c{c}}{\~a}o da segunda gera{\c{c}}{\~a}o da
rean{\'a}lise MERRA-2, que tem como diferencial positivo a
assimila{\c{c}}{\~a}o de dados de aerossol, fornecidos pelo
GMAO/NASA, para estimar a irradia{\c{c}}{\~a}o solar em
regi{\~o}es tropicais e subtropicais do Brasil. Al{\'e}m disso,
a pesquisa empregou a simula{\c{c}}{\~a}o do BAM (Brazilian
Global Atmospheric Model), considerando diferentes cen{\'a}rios,
como a inclus{\~a}o de aeross{\'o}is climatol{\'o}gicos, fixos
e aus{\^e}ncia total de aeross{\'o}is. Essa abordagem
possibilitou uma avalia{\c{c}}{\~a}o do impacto desses
cen{\'a}rios na estimativa da irradia{\c{c}}{\~a}o solar,
validada por meio de dados observacionais coletados em
esta{\c{c}}{\~o}es de superf{\'{\i}}cie pelo INMET (Instituto
Nacional de Meteorologia). As vari{\'a}veis utilizadas da
rean{\'a}lise atmosf{\'e}rica MERRA-2 e analisadas neste
trabalho s{\~a}o: Surface Net Downward Shortwave Flux (SWGNT),
Surface Net Downward Shortwave Flux assumindo nenhum aerossol
(SWGNTCLN), Surface Net Downward Shortwave Flux assumindo c{\'e}u
claro (SWGNTCLR) e o Surface Net Downward Shortwave Flux assumindo
c{\'e}u claro e sem aerossol (SWGNTCLRCLN). Inicialmente, os
dados de oito esta{\c{c}}{\~o}es meteorol{\'o}gicas foram
comparados com as estimativas de dados de rean{\'a}lise, onde a
cobertura de nuvens e a inclus{\~a}o de aeross{\'o}is foram
levadas em considera{\c{c}}{\~a}o. O estudo revelou uma alta
correla{\c{c}}{\~a}o entre as observa{\c{c}}{\~o}es e os
modelos MERRA 2 e BAM, constatando a relev{\^a}ncia do efeito das
nuvens na estimativa da irradia{\c{c}}{\~a}o solar. O MERRA-2
obteve os melhores resultados ao considerar o efeito de aerossol
em situa{\c{c}}{\~o}es de alta concentra{\c{c}}{\~a}o como,
por exemplo, em setembro em Campo Grande. O BAM, por sua vez,
reproduz bem o efeito do aerossol, apesar de apresentar um
vi{\'e}s negativo na radia{\c{c}}{\~a}o. Levando em conta a
complexidade da rean{\'a}lise e o procedimento adotado no BAM, o
modelo do INPE demonstrou resultados satisfat{\'o}rios. Na
pr{\'o}xima etapa do estudo ser{\~a}o consideradas todas as
regi{\~o}es do Brasil, ampliando o estudo e buscando entender
melhor o efeito das nuvens e dos aeross{\'o}is na
irradia{\c{c}}{\~a}o solar dos modelos estudados. ABSTRACT: This
study focuses on solar energy generation as an alternative source
of renewable energy in Brazil, driven by the growing demand in
this sector. In recent years, photovoltaic energy technology has
undergone significant advancements, resulting in increased
efficiency and cost reduction. However, in Brazil, the
availability of observed solar irradiation data, essential for
validating the generation potential of this form of energy, is
extremely limited. Given that in some regions of the country the
only available data is extrapolated from weather stations in other
locations, this study adopts the approach of using data from
meteorological models to fill these gaps. The study focused on
using the second generation of the MERRA-2 reanalysis, which has
the positive feature of assimilating aerosol data provided by
GMAO/NASA, to estimate solar irradiation in tropical and
subtropical regions of Brazil. Furthermore, the research employed
the simulation of the BAM (Brazilian Global Atmospheric Model),
considering different scenarios, such as the inclusion of
climatological aerosols, fixed aerosols, and a total absence of
aerosols. This approach allowed an evaluation of the impact of
these scenarios on solar irradiation estimation, validated through
observational data collected at surface stations by INMET
(National Institute of Meteorology). The variables used from the
MERRA-2 reanalysis and analyzed in this work are Surface Net
Downward Shortwave Flux (SWGNT), Surface Net Downward Shortwave
Flux assuming no aerosol (SWGNTCLN), Surface Net Downward
Shortwave Flux assuming clear sky (SWGNTCLR), and Surface Net
Downward Shortwave Flux assuming clear sky and no aerosol
(SWGNTCLRCLN). Initially, data from eight weather stations were
compared with reanalysis data estimates, considering cloud cover
and aerosol inclusion. The study revealed a high correlation
between observations and the MERRA-2 and BAM models, highlighting
the relevance of cloud effects in solar irradiation estimation.
MERRA-2 achieved the best results when considering aerosol effects
in situations of high concentration, such as in September in Campo
Grande. BAM, on the other hand, reproduces aerosol effects well,
despite exhibiting a negative bias in radiation. Considering the
complexity of the reanalysis and the approach adopted in BAM, the
INPE model demonstrated satisfactory results. In the next stage of
the study, all regions of Brazil will be considered, expanding the
research and seeking a better understanding of the effects of
clouds and aerosols on the solar irradiation of the studied
models.",
affiliation = "{Universidade de S{\~a}o Paulo (USP)} and {Instituto Nacional de
Pesquisas Espaciais (INPE)}",
language = "pt",
pages = "33",
ibi = "8JMKD3MGP3W34T/49S7S75",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34T/49S7S75",
targetfile = "Relatorio_Final_Bruno_Ribeiro_Herdies.pdf",
urlaccessdate = "21 maio 2024"
}