BIPV Modeling with Artificial Neural Networks: Towards a BIPV Digital Twin

建筑集成光伏 光伏系统 人工神经网络 计算机科学 辐照度 底纹 太阳辐照度 人工智能 工程类 气象学 电气工程 计算机图形学(图像) 光学 地理 物理
作者
Jesús Polo,Nuria Martín-Chivelet,Carlos Sanz-Saiz
出处
期刊:Energies [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:15 (11): 4173-4173 被引量:16
标识
DOI:10.3390/en15114173
摘要

Modeling the photovoltaic (PV) energy output with high accuracy is essential for predicting and analyzing the performance of a PV system. In the particular cases of building-integrated and building-attached photovoltaic systems (BIPV and BAPV, respectively) the time-varying partial shading conditions are a relevant added difficulty for modeling the PV power conversion. The availability of laser imaging detection and ranging (LIDAR) data to create very-high-resolution elevation digital models can be effectively used for computing the shading at high resolution. In this work, an artificial neural network (ANN) has been used to model the power generation of different BIPV arrays on a 5 min basis using the meteorological and solar irradiance on-site conditions, as well as the shading patterns estimated from a digital surface model as inputs. The ANN model has been validated using three years of 5-min-basis monitored data showing very high accuracy (6–16% of relative error depending on the façade). The proposed methodology combines the shading computation from a digital surface model with powerful machine learning algorithms for modeling vertical PV arrays under partial shading conditions. The results presented here prove also the capability of the machine learning techniques towards the creation of a digital twin for the specific case of BIPV systems that complements the conventional monitoring strategies and can be used in the diagnosis of performance anomalies.
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