Predicción de radiación solar en sistemas fotovoltaicos utilizando técnicas de aprendizaje automático

Solar Radiation Prediction on Photovoltaic Systems Using Machine Learning Techniques

La estimación de la radiación solar es fundamental para quienes participan en la planificación de granjas de energía solar, ya sean aisladas o conectadas a las redes de distribución eléctrica. Estopara el aprovechamiento de las fuentes de energía renovables, reducir el impacto producido por el cambio climático, e incrementar los índices de cobertura en el servicio eléctrico. De igual manera, el número de estaciones de medición existentes es insuficiente para cubrir toda la geografía de una región, y muchas de ellas no están capturando datos de radiación solar. Por consiguiente, es importante hacer uso de modelos matemáticos, estadísticos y de inteligencia artificial que permitan predecir la radiación solar a partir de datos meteorológicos disponibles. En este trabajo se utilizaron conjuntos de datos tomados de estaciones de medición ubicadas en las ciudades de Cali y Villavicencio, además de un conjunto de datos generado por la API World Weather Online para la ciudad de Mocoa. La razón fue realizar estimaciones de radiación solar utilizando distintas técnicas de aprendizaje automático para regresión y clasificación; el principal objetivo fue evaluar su desempeño. Aunque en la mayoría de los trabajos relacionados los investigadores utilizaron el aprendizaje profundo para la predicción de la radiación solar, este estudio demostró que, si bien las redes neuronales artificiales son la técnica más utilizada, otros algoritmos de aprendizaje automático como Random Forest, Máquinas de Soporte Vectorial y AdaBoost también proporcionan estimaciones con suficiente precisión para ser utilizados en este campo de estudio.

I. INTRODUCCIÓN

Con el agotamiento escalonado en las reservas de combustibles fósiles [1], el calentamiento global y los cambios climáticos extremos [2], la mayoría de los países está tomando conciencia acerca de la importancia de utilizar tecnologías innovadoras para la generación de energía limpia, renovable y amigable con el ambiente. Entre estas tecnologías, los sistemas fotovoltaicos se constituyen como una alternativa que se ha fortalecido recientemente, en parte, gracias a que los costos se han reducido gradualmente en los últimos años y el desarrollo tecnológico ha mejorado la eficiencia de sus componentes [3]. Por otro lado, aun cuando la energía solar se caracteriza por ser inagotable y limpia, su explotación y transformación a energía eléctrica depende de factores climáticos, geográficos y técnicos.

La instalación de sistemas fotovoltaicos requiere de una evaluación conceptual previa con el objetivo de conocer la viabilidad del sitio tentativo respecto a las necesidades que se quieren satisfacer.