Machine Learning Based Modeling For Effective And Accurate Prediction Of Solar Radiationin Saudi Arabia

Thumbnail Image

Date

2019

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Publisher

Imam Abdulrahman Bin Faisal University

Abstract

With the increase in population size, the demand for energy is expected to rise drastically. As a result, more resources will be needed to be utilized to meet increased electricity production demands. Therefore, the use of renewable energy resources like solar energy captured by photovoltaic (PV) panels is being considered as an alternative to non-renewable resources. However, solar radiation is subjected to changing weather conditions which introduces uncertainty in the amount of electricity that can be generated. To overcome this uncertainty, this thesis compares the performance of Decision Tree (DT), Artificial Neural Network (ANN), and ensemble methods including Random Forest (RF) and Gradient Boosting (GB) in predicting the Global Solar Radiation (GSR) of the next 30 minutes intervals. National Renewable Energy Laboratory (NREL) solar radiation dataset of Jeddah and Qassim cities was used. A comprehensive literature review of related studies on solar radiation prediction was performed. In addition, two data partitions methods for the 5-year data were used; 4 years for training and 1 year for testing, and a random split of 70% for training and 30% for testing, and their performance was compared. The parameters of DT, ANN, RF, and GB were tuned to get the optimized performance. In addition, correlation-based feature elimination was used for feature selection. Moreover, an analysis of how well the proposed solar radiation prediction models generalize to other locations was performed. Finally, from the experiments it was found that the ensemble models (RF and GB) performed better than the single machine learning models (ANN and DT).

Description

من المتوقع أن يرتفع الطلب على الطاقة بشكل كبير مع الزيادة في عدد السكان . وكنتيجة لذلك، ستزداد الحاجة لاستغلال المزيد من الموارد المتاحة لتلبية الطلب المت ا زيد على الكهرباء . لذلك، يجري النظر في استخدام موارد الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية التي يتم التقاطها من قبل الألواح الكهروضوئية كبديل للموارد غير المتجددة ، ولكن الإشعاع الشمسي يخضع لظروف الطقس المتغيرة التي تمنع التنبؤ بدقة بكمية الكهرباء التي يمكن توليدها من الألواح الكهروضوئية . فهناك حاجة مت ا زيدة لتكون الألواح الكهروضوئية قادرة على التقدير بدقة لكمية الإشعاع الشمسي التي سيتم تلقيها في المستقبل، بحيث يمكن تلبية متطلبات الطاقة . هذه الأطروحة تقارن أداء كل من شجرة الق ا رر ، والشبكة العصبية الاصطناعية، وتقنيات المجموعات، والتي تتضمن تقنية الغابات العشوائية وتقنية تعزيز التدرج في التنبؤ بالإشعاع الشمسي العالمي لفترة ال ٣٠ دقيقة التالية . تم استخدام مجموعة بيانات الإشعاع الشمسي للمختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) لمدينتي جدة والقصيم . تم إج ا رء د ا رسة شاملة على الأبحاث و الد ا رسات السابقة المتعلقة بالتنبؤ بالإشعاع الشمسي . بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام بيانات ل ٥ سنوات سابقة وتم تقسيم هذه البيانات بطريقتين مختلفتين، بيانات ٤ سنوات للتدريب وبيانات سنة واحدة للاختبار، أيضا تم تقسيم البيانات على نسبة ٧٠ ٪ للتدريب و ٣٠ ٪ للاختبار، وتمت مقارنة النتائج . تم ضبط المتغي ا رت لكل من شجرة الق ا رر، والشبكة العصبية الاصطناعية، الغابات العشوائية، وتعزيز التدرج للحصول على أفضل أداء . بالإضافة الى ذلك، تم استخدام ميزة إ ا زلة الارتباط - القائم لاختيار المي ا زت . كما تم إج ا رء تحليل لمدى جودة النموذج المقترح للتنبؤ بالإشعاع الشمسي في مناطق مختلفة . أخي ا ر، تبين أن أداء نماذج المجموعات ) الغابات العشوائية وتعزيز التدرج ( أفضل من النماذج الفردية ) شجرة .( الق ا رر، والشبكة العصبية الاصطناعية

Keywords

Computer scienc, Machine Learning, renewable energy resources|K-Nearest Neighbor, Artificial Neural Network

Citation

Endorsement

Review

Supplemented By

Referenced By

Copyright owned by the Saudi Digital Library (SDL) © 2025