Solarleistungsprognose — Ganzjahres-Backtest
Ein Machine-Learning-Modell prognostiziert die stündliche Leistung der Anlage bis zu zwei Tage im Voraus und wird streng über ein ganzes Jahr zurückgehaltener Daten ausgewertet.
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Kurzer Überblick über die Kennzahlen auf dieser Seite.
- RMSE
- Quadratischer Mittelwertfehler — die typische Größe eines Prognosefehlers, in derselben Einheit wie die vorhergesagte Größe. Ein Modell mit einem RMSE von 5 €/MWh liegt im Mittel um etwa 5 €/MWh pro Stunde daneben.↓ Kleiner ist besser
- MAE
- Mittlerer absoluter Fehler — ähnlich wie RMSE, verstärkt große Ausreißer aber nicht. Er liegt näher an dem medianen Fehler, den ein Nutzer im Tagesgeschäft spüren würde.↓ Kleiner ist besser
- nMAE
- Normalisierter mittlerer absoluter Fehler — der MAE geteilt durch den Durchschnittswert des Ist-Signals im selben Zeitraum (typischerweise pro Monat). Er zeigt, wie groß der typische Fehler relativ zur Größe dessen ist, was wir prognostizieren. Ein nMAE von 8 % bedeutet, dass der durchschnittliche Fehler etwa 8 % des durchschnittlichen Ist-Werts in diesem Zeitraum beträgt.↓ Kleiner ist besser
- WAPE
- Gewichteter absoluter Prozentfehler — der gesamte Fehler geteilt durch den gesamten Ist-Wert, ausgedrückt in Prozent. Stabil in Stunden mit Preis nahe null (anders als MAPE, das durch sehr kleine Zahlen teilt und explodiert).↓ Kleiner ist besser
- R²
- Bestimmtheitsmaß — welcher Anteil der Auf-und-Ab-Variation vom Modell erfasst wird. 1.0 ist perfekt; 0.0 bedeutet, dass das Modell nicht besser ist, als immer den Durchschnitt zu raten. Werte über 0.7 sind stark.↑ Höher ist besser
- Vorlaufstunde / Horizont (k)
- Wie weit die Prognose vorausblickt. k = 1 h bedeutet eine Stunde im Voraus; k = 48 h entspricht zwei Tagen. Das Modell erzeugt eine Vorhersage je Stunde bis k = 48.
- Kreuzvalidierung (CV)
- Aufteilen der Daten in Faltungen, sodass das Modell auf einem Teil trainiert und auf einem anderen getestet wird. Jede unten berichtete Zahl stammt aus Daten, die das Modell im Training nie gesehen hat.
- Monat-zurückgehalten CV
- Für jeden Kalendermonat wird dieser Monat zurückgehalten, auf allen anderen Monaten trainiert und dann für den zurückgehaltenen Monat prognostiziert. Die Wiederholung über alle 12 Monate ergibt einen Ganzjahres-Backtest aus Vorhersagen aus zurückgehaltenen Faltungen mit starkem Schutz gegen Datenleckage.
- Tageslichtstunden
- Bewertet werden nur Stunden mit tatsächlichem Sonnenlicht. Null Leistung um Mitternacht zu prognostizieren ist trivial und würde jede Genauigkeitskennzahl künstlich aufblähen.
Die Anlage. Ein bifaziales Solar-PV-Feld mit 17.64 kWp auf einem einachsigen Tracker, gekoppelt mit einem 14.70 kW-Wechselrichter (DC/AC-Verhältnis ≈ 1.2). 17.64 kWp ist die Nennleistung auf der DC-Seite — das theoretische Maximum der Module unter Standard-Testbedingungen; 14.70 kW ist die AC-Einspeisegrenze, durch die jede erzeugte Leistung hindurch muss. Die Spalte „% der Wechselrichtergrenze“ weiter unten drückt den RMSE als Anteil dieser Grenze von 14.70 kW aus; ein Wert von 5 % bedeutet also, dass der typische stündliche Fehler etwa 0.74 kW AC-Leistung beträgt.
Was dieses Modell macht: Ausgehend von der neuesten Wetterprognose und den letzten zwei Tagen mit tatsächlichem Wetter plus Solarleistung der Anlage prognostiziert es, wie viele Kilowatt die Anlage in jeder der nächsten 48 Stunden erzeugen wird.
Wie getestet wurde: Wir halten jeweils einen Kalendermonat zurück, trainieren das Modell auf den anderen elf und prognostizieren für den zurückgehaltenen Monat. Wiederholt man das für alle zwölf Monate, entsteht ein Ganzjahres-Backtest, bei dem jede berichtete Stunde von einem Modell prognostiziert wurde, das sie nie gesehen hatte. Ein Puffer von 7 Tagen um jeden zurückgehaltenen Monat verhindert, dass das Rückblick-Fenster des Modells von 48 Stunden versehentlich Testdaten sieht.
Trefferqualität der Kopfkennzahl (nur tagsüber) ↓ Kleiner ist besser
Jede Zeile deckt einen anderen Bereich der Vorlaufzeit ab, damit kurz- und langfristige Leistung getrennt bleiben. Alle Kennzahlen werden nur während der Tageslichtstunden berechnet, wenn die Anlage produziert. nMAE ist der MAE, normalisiert auf die mittlere Tagesleistung dieses Bands — ein nMAE von 10 % bedeutet, dass der typische Fehler ungefähr ein Zehntel der Größe dessen beträgt, was wir prognostizieren.
Tageslicht ist der schwierigste Prognosefall. Anders als nachts — wenn die Erzeugung immer null ist — ist die Genauigkeit am Tag grundsätzlich durch physikalische Unsicherheit begrenzt: vorbeiziehende Wolken, Dunst und schnelle Einstrahlungsschwankungen, die kein Wettermodell vollständig auflösen kann. Der größte Teil des Restfehlers ist daher kein Modellmangel, sondern eine inhärente Folge der Unvorhersagbarkeit des Wetters — selbst ein perfektes Modell mit denselben numerischen Wettervorhersage-Eingaben würde ähnliche Fehler erzeugen. Die hier gezeigten Genauigkeitswerte stimmen mit Ergebnissen aus begutachteter Fachliteratur zur datengetriebenen Solarleistungsprognose überein.
Prognosezeit
RMSE (kW)
MAE (kW)
nMAE
WAPE
R²
RMSE (% der Wechselrichtergrenze)
Wie sich die Genauigkeit mit dem Prognoseabstand verändert ↓ Kleinerer Fehler ist besser ↑ Höheres R² ist besser
RMSE und MAE steigen mit dem Horizont (linke Achse); R² fällt (rechte Achse). Beide Achsen beschreiben dieselben Prognosen — die Kopf-Tabelle oben zeigt das nMAE je Band.
Fehler nach Tagesstunde ↓ Kleiner ist besser
Ist vs. Prognose
Beispiel für ein zweitägiges Prognosefenster
Zwei vollständige 48-Stunden-Fenster aus dem Backtest, die unsere Prognose (grün) neben der gedimmten Spur der tatsächlich gemessenen Leistung zeigen.
Beispiel 1: erstellt am 30. Nov. um 12:00 UTC
Gültiges Fenster: 30. Nov. 13:00 UTC bis 02. Dez. 12:00 UTC
Beispiel 2: erstellt am 26. Dez. um 04:00 UTC
Gültiges Fenster: 26. Dez. 05:00 UTC bis 28. Dez. 04:00 UTC