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Combining deep learning and physical models for solar nowcasting

Fabel, Yann und Nouri, Bijan und Wilbert, Stefan und Blum, Niklas und Schnaus, Dominik und Triebel, Rudolph und Zarzalejo, L. F. und Ugedo Egido, Enrique und Kowalski, Julia und Pitz-Paal, Robert (2023) Combining deep learning and physical models for solar nowcasting. EU PVSEC, 2023-09-18 - 2023-09-22, Lissabon.

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Kurzfassung

Sudden changes in solar irradiance on a local scale can significantly influence solar power generation. This intermittent characteristic of the solar resource is mainly caused by passing clouds and represents a challenge when solar energy is integrated into the power system. By making use of intra hour nowcasts (very short-term forecasts), changing conditions on solar irradiance can be anticipated, allowing optimized power plant operation and grid integration. All-sky imagers, capturing sky conditions at high spatial and temporal resolution, can be the basis of such nowcasting systems. However, the benefit of these nowcasting systems heavily depends on the accuracy of the predictions. In a previous work, a hybrid model combining physics-based and persistence nowcasts has proven to be advantageous. In this work, we present a novel deep learning (DL) model based on the transformer architecture for solar irradiance nowcasts and show that integrating this model into the hybrid model further improves the nowcast quality significantly. While the physics-based nowcasts are derived from a pipeline of processing steps to model clouds and anticipating their impact on solar irradiance, the DL model is completely data-driven and trained end-to-end using sequences of sky images and groundbased irradiance measurements as input. For comparison to the literature, evaluation is carried out on a benchmark dataset of 2019 from the same site. First, the nowcast quality of the DL model is analyzed independently on standard forecasting error metrics like root mean square error (RMSE), mean absolute error (MAE), mean bias error (MBE) and forecast skill. For computing the forecast skill, we used the so-called smart persistence (SP) as reference model. Reaching scores of over 28%, the DL model itself already outperforms the previous hybrid model in terms of RMSE. Next, the hybrid model, combining physics-based, DL and SP nowcasts, is evaluated on the same dataset using the same metrics. Compared to the previous hybrid model, the new hybrid model shows significant improvement over all metrics.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/198714/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Combining deep learning and physical models for solar nowcasting
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Fabel, YannYann.Fabel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1892-5701NICHT SPEZIFIZIERT
Nouri, BijanBijan.Nouri (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9891-1974NICHT SPEZIFIZIERT
Wilbert, StefanStefan.Wilbert (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3573-3004NICHT SPEZIFIZIERT
Blum, NiklasNiklas.Blum (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1541-7234NICHT SPEZIFIZIERT
Schnaus, Dominikdominik.schnaus (at) tum.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Triebel, Rudolphrudolph.triebel (at) in.tum.dehttps://orcid.org/0000-0002-7975-036XNICHT SPEZIFIZIERT
Zarzalejo, L. F.lf.zarzalejo (at) ciemat.eshttps://orcid.org/0000-0003-4522-6815NICHT SPEZIFIZIERT
Ugedo Egido, EnriqueEnrique.Ugedo (at) ciemat.esNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kowalski, Juliakowalski (at) aices.rwth-aachen.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pitz-Paal, RobertRobert.Pitz-Paal (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3542-3391NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:20 September 2023
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Solar Forecasting, Solar Nowcasting, Machine Learning, Deep Learning, Hybrid Model
Veranstaltungstitel:EU PVSEC
Veranstaltungsort:Lissabon
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:18 September 2023
Veranstaltungsende:22 September 2023
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Thermische Hochtemperaturtechnologien
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SW - Solar- und Windenergie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Condition Monitoring
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Solarforschung > Qualifizierung
Hinterlegt von: Fabel, Yann
Hinterlegt am:10 Nov 2023 10:43
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:59

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