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Pronóstico probabilístico Gestión de la incertidumbre de los activos solares
Elaboración de escenarios de pronóstico de la producción de energía solar
El pronóstico probabilístico de la energía solar estima el rango de posibles resultados en la producción de energía solar, en lugar de un único valor esperado. Un modelo de pronóstico determinista ofrece una cifra por intervalo de tiempo (Q50). Un pronóstico probabilístico ofrece una distribución completa que suele expresarse mediante cuantiles, desde el Q05 hasta el Q95. Cuantifica la incertidumbre de la previsión asociada a cada predicción de la producción de energía fotovoltaica. Esta distinción se está convirtiendo en un elemento estructural para los IPP, los traders energéticos, los agregadores y los operadores de red, que deben arbitrar entre los distintos escenarios de generación de energía solar, gestionar las penalizaciones por desvío en los mercados de electricidad al contado e intradía, y optimizar el despacho de los activos solares, cuya producción de energía sigue siendo intrínsecamente variable en función de las condiciones meteorológicas cambiantes.
El nivel de incertidumbre depende del horizonte de previsión, de la variabilidad meteorológica, en particular de la dinámica de la nubosidad, y de la calidad de los datos de entrada, desde las mediciones in situ de la irradiancia solar (GHI) hasta las imágenes por satélite y la predicción numérica del tiempo (NWP). NEXT combina estas fuentes en un marco de conjunto de análogos, que se recalibra continuamente mediante mediciones in situ, para proporcionar de forma nativa pronósticos probabilísticos de la energía solar que reflejen la distribución real de los resultados en lugar de basarse en medias deterministas que ocultan la estructura de la variabilidad.
Puntos clave
- CalibSun ofrece de forma nativa tanto predicciones probabilísticas como determinísticas en NEXT, basadas en el método de conjunto de análogos y combinadas in situ.
- El pronóstico probabilístico de la energía solar de CalibSun expresa la producción de energía fotovoltaica como una distribución de resultados a partir de cuantiles que van desde el Q5 hasta el Q95, con un rango del Q5.
- La metodología cuenta con una dilatada trayectoria científica y con la colaboración de Mines Paris – PSL, y se basa en publicaciones revisadas por pares (IEEE, EUPVSEC…).
- Las ventajas operativas se centran en el trading de energía en el mercado al contado, la gestión de desvíos y la gestión del almacenamiento para las plantas fotovoltaicas.
- Pronóstico probabilístico
Pronóstico determinista frente a probabilístico: dos enfoques, dos usos operativos
El método de predicción probabilística de CalibSun se basa en el conjunto de análogos, un enfoque estadístico no paramétrico.
Mecanismos y conceptos clave
Un pronóstico determinista ofrece un único valor esperado de la generación de energía solar por intervalo de tiempo. Un pronóstico probabilístico describe la distribución condicional completa de los posibles resultados, que suelen resumirse mediante cuantiles. Q10 representa el valor por debajo del cual la producción tiene una probabilidad del 10 % de situarse; Q50 es la mediana; Q90, el umbral de producción máxima. El intervalo Q10-Q90 es el intervalo de predicción del 80 % que materializa la incertidumbre del pronóstico.
Datos de entrada
Para elaborar esta distribución se necesitan tres tipos de datos de entrada:
- Mediciones in situ proporcionan datos de referencia sobre la irradiancia solar (GHI, GTI) y las condiciones meteorológicas locales (temperatura, humedad…), captando los cambios a corto plazo en la cobertura nubosa que pasan desapercibidos para los satélites.
- Imágenes por satélite amplía la percepción espacial al campo de nubes circundante.
- NWP proporciona las variables meteorológicas sinópticas que determinan la producción del día siguiente. El peso relativo de cada fuente varía en función del horizonte de pronóstico: las mediciones in situ predominan a corto plazo, los modelos de predicción numérica del tiempo (NWP) predominan en el día siguiente y los datos de satélite sirven de enlace para el periodo intradiario.
Búsqueda de situaciones similares ocurridas en el pasado
El modelo busca en los datos históricos situaciones pasadas que sean meteorológicamente análogas a las condiciones previstas actualmente y, a continuación, reconstruye la distribución de los resultados observados a partir de esos análogos. Para cada análogo encontrado, se registra la producción de energía fotovoltaica realmente observada. El conjunto de estos valores observados conforma la distribución empírica del pronóstico probabilístico.
Este enfoque no paramétrico presenta dos ventajas estructurales:
- no hace ningún supuesto sobre la forma de la distribución (gaussiana, log-normal),
- captura de forma natural los comportamientos no lineales y asimétricos de la generación de energía solar; por ejemplo, el truncamiento de la producción cuando se alcanza el límite máximo en condiciones de cielo despejado.
Cálculo de los cuantiles Q5 a Q95 y calibración
A partir de la distribución empírica generada por el conjunto de análogos, se extraen los cuantiles Q5, Q10, …, Q95. La calibración garantiza fiabilidad estadística: un pronóstico de Q10 debe ser superado por la producción real, a lo largo de un periodo de observación prolongado, aproximadamente el 90 % de las veces. CalibSun valida la calibración mediante diagramas de fiabilidad y un posprocesamiento continuo de los datos históricos, con correcciones aplicadas por emplazamiento y por horizonte de pronóstico.
¿Cuáles son las limitaciones de cada enfoque?
Determinista
Un modelo de predicción determinista oculta la estructura de variabilidad subyacente de las condiciones meteorológicas. Dos predicciones que apunten a la misma producción prevista de energía solar pueden presentar perfiles de riesgo radicalmente diferentes en cuanto a las fuentes de incertidumbre. En condiciones meteorológicas estables, el rango de resultados posibles (expresado mediante los intervalos de predicción de Q5 a Q95) sigue siendo reducido. Sin embargo, cuando la nubosidad presenta una alta variabilidad, esta dispersión del conjunto de predicciones se amplía considerablemente. Un único valor determinista no puede reflejar esta diferencia ni transmitir todas las estimaciones de probabilidad que necesitan los actores del sector solar.
Probabilístico
Los métodos de predicción probabilística basados solo en imágenes de satélite carecen de la resolución local a corto plazo necesaria para captar la dinámica de las nubes específica de cada lugar. Los enfoques basados solo en NWP presentan una resolución espacial baja y una capacidad de respuesta limitada en horizontes intradiarios. Por el contrario, los enfoques que se limitan a mediciones in situ pierden precisión a medida que se amplía el horizonte de pronóstico. Para obtener pronósticos probabilísticos confiables sobre la energía solar es necesaria la combinación de las tres fuentes, ponderadas en función del horizonte de pronóstico.
Tabla comparativa: pronóstico determinista frente a pronóstico probabilístico
Pronóstico determinista
Pronóstico probabilístico
Resultado
Valor esperado único
Distribución completa Q5-Q95
Cuantificación de la incertidumbre
Ninguna
Explícita, por paso temporal
Trading en el mercado al contado
Arbitraje limitado
Ofertas ajustadas al riesgo (Q30, Q70, métodos adaptativos)
Gestión de desvíos
Reactiva
Anticipada, cuantificada
Control de almacenamiento/hibridación
No es lo ideal
Optimización basada en el riesgo
Fuentes de datos
A menudo basado en satélite
Datos in situ + satélite + predicción numérica del tiempo (NWP)
Elaboración del modelo probabilístico: El enfoque científico de CalibSun
Nuestra diferenciación en el mercado
CalibSun es uno de los pocos proveedores de pronósticos que ofrecen de forma nativa tanto pronósticos probabilísticos como determinísticos a partir de un único modelo integrado.
- El valor esperado sirve como referencia determinista para la supervisión operativa estándar;
- Los cuantiles Q5 a Q95 proporcionan el margen de incertidumbre para la toma de decisiones basada en el riesgo.
Esta doble salida es posible gracias al enfoque de conjunto de análogos, que genera la distribución directamente; el valor determinista es un subproducto, no un modelo independiente.
Un segundo factor diferenciador es recalibración continua mediante mediciones in situ. Los piranómetros y las cámaras de observación del cielo instalados en la planta fotovoltaica alimentan el modelo en tiempo real, ajustando la distribución al comportamiento real del recurso solar local. Esta recalibración resulta decisiva en carteras de varios GW, donde los pequeños sesgos se acumulan rápidamente y dan lugar a una exposición significativa a los desvíos.
Publicaciones científicas relacionadas
La metodología se basa en publicaciones revisadas por pares que abordan la predicción solar probabilística mediante regresión cuantílica, la generación de escenarios meteorológicos, los enfoques de conjuntos de análogos y la evaluación de la fiabilidad de las predicciones probabilísticas, publicadas en revistas del IEEE o presentadas en congresos científicos como EUPVSEC, así como en otras revisiones técnicas sobre predicción energética y sistemas solares fotovoltaicos.
Investigación interna de CalibSun
El método de pronóstico probabilístico de CalibSun se basa en una investigación de larga duración sobre la evaluación de los recursos solares, dirigida por el doctor en Ciencias de Datos Thomas Carrière, centrada en técnicas de conjuntos de análogos aplicadas a la energía fotovoltaica.
El modelo se ha desarrollado en colaboración científica con Persee (Mines Paris – PSL), un laboratorio de referencia en energía solar y tratamiento de datos atmosféricos, lo que garantiza el rigor metodológico en la función de selección de análogos, el marco de calibración y los protocolos de validación.
Respaldado por la investigación y la ciencia
Pronóstico probabilístico: Casos de uso operativo
Trading, equilibrio y penalizaciones por desvíos
En los mercados de electricidad al contado, los pronósticos probabilísticos permiten a los traders posicionar sus ofertas en el cuantil que minimiza el costo esperado del desvío. Cuando las sanciones son asimétricas, es decir, más severas en caso de sobreproducción que de subproducción, o viceversa, la puja óptima rara vez es la mediana de Q50: se trata del cuantil que se ajusta a la estructura de penalizaciones (Q30, Q40, Q70, en función de las condiciones del mercado y de las evaluaciones de probabilidad condicional). Esta optimización de la estrategia de puja resulta imposible con un modelo de pronóstico determinista.
Almacenamiento, hibridación y dimensionamiento
En el caso de las plantas fotovoltaicas acopladas a sistemas de almacenamiento en baterías o hibridadas con energía eólica, los pronósticos probabilísticos sirven de base para sistemas de gestión energética con los datos necesarios para el despacho basado en el riesgo. Los métodos de pronóstico probabilístico resultan relevantes en la fase operativa para optimizar las decisiones relativas a los ciclos de carga y descarga de los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) y, por lo tanto, para maximizar la vida útil de los sistemas de almacenamiento de energía solar.
- Preguntas
Preguntas frecuentes sobre los pronósticos probabilísticos
¿Cuáles son las ventajas de los pronósticos probabilísticos?
Los pronósticos probabilísticos ofrecen una cuantificación explícita de la incertidumbre, lo que permite tomar decisiones ajustadas al riesgo en el trading en el mercado al contado, la gestión energética, la reducción de desvíos y el despacho del almacenamiento. Mejoran el rendimiento operativo en comparación con los resultados determinísticos, al poner de manifiesto la variedad de escenarios plausibles de producción de energía.
¿Elabora CalibSun pronósticos tanto determinísticos como probabilísticos?
Sí. Los servicios de pronóstico de CalibSun, NEXT e INSTANT, proporcionan de forma nativa distribuciones determinísticas (valor esperado) y probabilísticas, dentro de un rango de incertidumbre comprendido entre Q5 y Q95. Esta doble salida permite tanto la supervisión operativa estándar como la toma de decisiones avanzada basada en el riesgo.
¿Cómo se comprueba la fiabilidad de los pronósticos probabilísticos?
La fiabilidad se verifica mediante diagramas de fiabilidad y análisis estadísticos de los datos históricos: la producción real debería superar el pronóstico Q10 aproximadamente el 90 % de las veces a lo largo de un periodo de observación prolongado. CalibSun aplica una recalibración continua por emplazamiento y por horizonte de pronóstico para mantener esta coherencia estadística.
¿Qué otras aplicaciones tienen estos pronósticos de probabilidad, además del trading?
El pronóstico de la generación de electricidad es imprescindible para optimizar la gestión de las energías renovables. Al proporcionar un rango de potencia de salida en lugar de un único valor, CalibSun contribuye a que la energía solar sea despachable y a optimizar su integración en la red eléctrica, con o sin almacenamiento.
