Empirical Modelling of Global Solar Radiation in Hatay (Turkey) Province

Year 2021, Volume: 18 Issue: 3, 446 - 456, 07.09.2021

Recep Külcü , Rabia Ersan

https://doi.org/10.33462/jotaf.828187

Cited By: 1

Abstract

Global güneş radyasyonu tahmininde kullanılan çok sayıda model bulunmaktadır. Ancak bu tahmin modelleri, kullanılan bölgenin iklim ve coğrafi özelliklerine göre değişkenlik göstermektedir. Bir bölge için belirlenen tahmin modeli farklı bir bölgede kullanıldığında başarılı tahminler verememektedir. Bu modellerden doğru sonuçlar alınabilmesi için çalışmaların bölgesel ölçekte test edilmesi, model katsayılarının hesaplanması ve bölgeye uygun modelin tespit edilmesi gerekmektedir.
Bu çalışmada, 5 403 km yüzölçümüne sahip, 39.92º kuzey enlemi ile 36.16º doğu boylamında yer alan, Erinç’in yağış etkinlik indeksine göre 50.6 değeri, De Martonne-Gottmann kuraklık indisine göre 41.3 değeri ile nemli iklim özelliğine sahip Hatay ilinde yatay düzleme gelen aylık ortalama global güneş radyasyonunun tahmin edilebilmesi için 7 farklı model incelenmiş, karşılaştırma grafikleri oluşturulmuş ve istatistiksel parametreler doğrultusunda yorumlamaları yapılmıştır. Çalışma kapsamında modellerin, determinasyon katsayısı (R²), ortalama yüzde hata (MPE), ortalama sapma hatası (MBE) ve ortalama karekök hatası (RMSE) parametrelerine göre istatistiksel değerlendirmeleri yapılarak, Hatay ili için global güneş radyasyonu değerlerini en doğru tahmin eden model belirlenmiştir.
Modeller kullanılarak elde edilen tahminler ve ölçülen gerçek verilerin grafikleri ve istatistiksel parametreler genel olarak değerlendirildiğinde; en başarılı modelin 0.17306 RMSE değeri ile Model 4, en düşük başarıdaki modelin 2.11851 RMSE değeri ile Model 3 olduğu görülmüştür.
Modeller determinasyon katsayısına göre yorumlandığında diğer modellerinde genel olarak başarılı olduğu görülmüştür. Fakat bu durum tahmin edilen ve ölçülen verilere ait karşılaştırma grafikleri ile örtüşmemektedir. Bu nedenle tahmin modellerinin istatistiki olarak değerlendirilmesinde determinasyon katsayısının yeterli olmadığı görülmüştür. Modellerin yorumlanmasında ortalama karekök hatası, ortalama yüzde hata ve ortalama sapma hatası değerlerinin bir arada yorumlanması ile daha doğru sonuçlar verdiği belirlenmiştir.
Sonuç olarak Hatay ili global güneş radyasyonu tahmini için Model 4’ün tercih edilmesi önerilmiştir.

Keywords

Güneş enerjisi, güneş radyasyonu, global güneş radyasyonu, modelleme, Hatay

Empirical Modelling of Global Solar Radiation in Hatay (Turkey) Province

Abstract

There are many models used in global solar radiation prediction. However, these prediction models vary according to the climate and geographic characteristics of the region involved. When the prediction model determined for a region is used in a different region, the prediction model may not work. In order to gain absolute and stable results from these models, the studies should be either custom-made or tested.
In this study, 7 different models were examined, comparison charts were created and statistical interpretations were made in order to determine the monthly average global solar radiation coming to the horizontal plane taking into account the climatic characteristics of Hatay province, located in the eastern 39.92º latitude and northern longitude 36.16º, covering an area of 5403 km, and has a humid climate with a value of 41.3, based on De Martonne-Gottmann’s drought index and 50.6 based on Erinç's rainfall efficiency index.
Under the scope of this study, the most ideal global solar radiation prediction model was selected by making a statistical evaluation according to the parameters of determination coefficient (R²), mean percentage error (MPE), mean deviation error (MBE), root mean square error (RMSE).
A general assessment of the graphics and statistical parameters of the predictions obtained by using the models and the measured data has indicated Model 4 as the most successful model by an RMSE value of 0.17306, and the least successful model was Model 3 by an RMSE value of 2.11851.
When the models are interpreted according to the determination coefficient, it has been observed that other models are generally successful. However, this situation does not coincide with the comparison charts of the predicted and measured data. For this reason, it was seen that the determination coefficient was not sufficient in the statistical evaluation of the prediction models. In the interpretation of the models, it was observed that the interpretation of root mean square error, mean percentage error and mean deviation error values together gave more accurate results.
In conclusion, it has been suggested that Model 4 should be preferred for the global solar radiation forecast of Hatay province.

Keywords

Solar energy, solar radiation, global solar radiation, modelling, Hatay

References

• Almorox, J., Hontoria, C. (2004). Global solar radiation estimation using sunshine duration in Spain. Energy Conversion and Management 45: 1529–35.
• Almorox, J., Bocco, M. , Willington, E. (2013). Estimation of daily global solar radiation from measured temperatures at Cañada de Luque, Córdoba, Argentina. Renewable Energy, 60, 382-387.
• Ampratwum, D.B., Dorvlo, A.S.S. (1999). Estimation of solar radiation from the number of sunshine hours. Applied Energy 63: 161–7.
• Angstrom, A. (1924) Solar and terrestrial radiation. Report to the international commission for solar research on actinometric investigations of solar and atmospheric radiation. In: Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 50(210):121-126.
• Anonymous (2020a). https://www.enerjiatlasi.com/gunes-enerjisi-haritasi/hatay (Accessed date: 27 Eylül 2020)
• Anonymous (2020b). https://mgm.gov.tr/veridegerlendirme/il-ve-ilceler-istatistik.aspx?m=HATAY (Accessed date: 27 Eylül 2020)
• Bulut, H., Büyükalaca, O. (2007). Simple model for the generation of daily global solar-radiation data in Turkey. Applied Energy, 84(5), 477-491.
• Cooper, P.I. (1983). The Absorption of radiation in solarstills. Solar Energy 12 (3): 333–346.
• Duffie, J.A., Beckman, W.A. (2006). Solar engineering of thermal processes. 3rd ed. New York: John Wiley& Son.
• Elagib, N., Mansell, M.G. (2000). New approaches for estimating global solar radiation across Sudan. Energy Conversion and Management 41 (5): 419–434.
• El-Metwally, M. (2005). Sunshine and global solar radiation estimation at different sites in Egypt. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 67 (14): 1331–1342.
• Ertekin, C., Yaldız, O. (1999). Estimation of monthly average daily global radiation on horizontal surface for Antalya (Turkey). Renewable Energy, 17(1), 95-102.
• Ertekin, C., Külcü, R., Evrendilek, F. (2008). Techno-Economic analysis of solar water heating systems in Turkey. Sensors 8 (2): 1252-1277.
• Geçen, R. (2019). Hatay ilinde güneş enerjisi potansiyeli ve güneş enerjisi santrali kurulacak alanlarının belirlenmesi. Social Sciences, 14(6), 3031-3054.
• Güngör, A., Abdullah, A.G., Kartal, Y. (2005). Ülkemiz enlemleri açık gün ışınımının Hesaplanması için bir algoritma, örnek uygulama: MERSİN. https://mmo.org.tr/sites/default/files/12a3c9878efeae8_ek.pdf (Accessed date: 27 Eylül 2020)
• Kallioğlu, M.A., Ercan, U., Karakaya, H., Durmuş, A. (2017). Adıyaman ilinde yatay düzleme gelen global güneş ışınım değerlerinin ampirik modeller ile geliştirilmesi. Fırat University, Journal of Engineering Sciences 29 (1): 151-159.
• Karakaya, H., Avcı, A.S., Ercan, U., Kallioğlu, M.A. (2018). Şanlıurfa ilinde yatay yüzeye gelen anlık global güneş ışınımının modellenmesi. Dicle University Faculty of Engineering, Journal of Engineering 10 (1): 147-155.
• Külcü, R. (2015). Isparta ili için yeryüzüne ulaşan güneş ışınımının modellenmesi. Süleyman Demirel University, Journal of The Faculty of Agriculture 10(1): 19-26.
• Kulcu, R., Suslu, A., Cihanalp, C., Yilmaz, D. (2017). Modelling of global solar radiation on horizontal surfaces for Mersin city. Wind Energy, 433(216), 127-4.
• Külcü, R. (2019). Global güneş radyasyonunun ampirik modellenmesinde kullanılabilecek yeni bir modelin geliştirilmesi ve Çankırı ilinde uygulanması. Süleyman Demirel University, Yekarum e-Dergi 4 (2): 1-8.
• Mengec, O., Ertekin, C., Sonmete, M.H. (2006). Evaluation of global solar radiation models for Konya, Turkey. Energy Conversion and Management 47 (18-19): 3149–3173.
• Prescott, J. (1940). Evaporation from a water surface in relation to solar radiation. In: Transactions of the Royal Society of South Australia. 64(1):114-118.
• Tırmıkçı, C.A. (2018). İki eksen güneş izleyen hareketli güneş sistemi ve en uygun yıllık eğim açısı ile konumlandırılmış sabit güneş sisteminin gerçek zaman karşılaştırması. (Ph. D. Thesis) Sakarya University, Institute of Natural Sciences, Electrical and Electronics Engineering Department, Sakarya,Turkey
• Türkboyları, E.Y. (2018). Tekirdağ Koşullarında Güneş Kolektörlerinden Elde Edilen Isı Enerjisi ile Sera Toprağının Dezenfekte Edilmesi, Journal of Tekirdag Agricultural Faculty, 15(1), pp. 123-128.
• Türkboyları, E.Y., Yüksel, A.N. (2021). Use of Solar Panel System in Vermicompost (Worm Manure) Production Facilities as Source of Energy, Journal of Tekirdag Agricultural Faculty, 18(1), pp. 91-97.
• Varınca, K.B., Gönüllü, M.T. (2006). Türkiye’de güneş enerjisi potansiyeli ve bu potansiyelin kullanım derecesi, yöntemi ve yaygınlığı üzerine bir araştırma. I. National Solar and Hydrogen Energy Congress, Eskişehir, pp. 270-275.