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Combining deep learning and physical models: a benchmark study on all-sky imagerbased solar nowcasting systems

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 (2024) Combining deep learning and physical models: a benchmark study on all-sky imagerbased solar nowcasting systems. Solar RRL, 8 (4), Seite 2300808. Wiley. doi: 10.1002/solr.202300808. ISSN 2367-198X.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
4MB

Offizielle URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/solr.202300808

Kurzfassung

Intermittent solar irradiance due to passing clouds poses challenges for integrating solar energy into existing infrastructure. By making use of intrahour nowcasts (very short-term forecasts), changing conditions of solar irradiance can be anticipated. All-sky imagers, capturing sky conditions at high spatial and temporal resolution, can be the basis of such nowcasting systems. Herein, a deep learning (DL) model for solar irradiance nowcasts based on the transformer architecture is presented. The model is trained end-to-end using sequences of sky images and irradiance measurements as input to generate point-forecasts up to 20 min ahead. Further, the effect of integrating this model into a hybrid system, consisting of a physics-based model and smart persistence, is examined. A comparison between the DL and two hybrid models (with and without the DL model) is conducted on a benchmark dataset. Forecast accuracy for deterministic point-forecasts is analyzed under different conditions using standard error metrics like root-mean-square error and forecast skill. Furthermore, spatial and temporal aggregation effects are investigated. In addition, probabilistic nowcasts for each model are computed via a quantile approach. Overall, the DL model outperforms both hybrid models under the majority of conditions and aggregation effects.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/199067/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Combining deep learning and physical models: a benchmark study on all-sky imagerbased solar nowcasting systems
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:Februar 2024
Erschienen in:Solar RRL
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:8
DOI:10.1002/solr.202300808
Seitenbereich:Seite 2300808
Verlag:Wiley
ISSN:2367-198X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:all-sky imagers, deep learning, hybrid nowcasts, solar nowcasting
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:07 Jun 2024 10:20
Letzte Änderung:07 Jun 2024 10:20

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