Prévisions probabilistes Gérer l'incertitude liée aux actifs solaires

Présentation de scénarios prévisionnels concernant la production d'énergie solaire

Les prévisions probabilistes de production d'énergie solaire évaluent une fourchette de résultats possibles en matière de production d'énergie solaire plutôt qu'une valeur attendue unique. Un modèle de prévision déterministe fournit un chiffre par intervalle de temps (Q50). Une prévision probabiliste fournit une distribution complète, généralement exprimée sous forme de quantiles allant de Q05 à Q95. Elle permet de quantifier l'incertitude liée à chaque prévision de production photovoltaïque. Cette distinction revêt désormais un caractère structurel pour les producteurs indépendants (IPP), les négociants en énergie, les agrégateurs et les gestionnaires de réseau, qui doivent choisir entre différents scénarios de production solaire, gérer les pénalités de déséquilibre sur les marchés de l'électricité au comptant et intrajournaliers, et optimiser la gestion des actifs solaires dont la production reste intrinsèquement variable en fonction des conditions météorologiques.

Le niveau d'incertitude dépend de l'horizon de prévision, de la variabilité météorologique, en particulier de la dynamique de la couverture nuageuse, ainsi que de la qualité des données d'entrée, qu'il s'agisse des mesures sur site du rayonnement solaire (GHI), des images satellites ou des prévisions météorologiques numériques (NWP). CalibSun combine ces sources au sein d'un cadre d'ensemble analogique, recalibré en continu à partir de mesures sur site, afin de fournir nativement des prévisions probabilistes de production d'énergie solaire qui reflètent la répartition réelle des résultats plutôt que de se fonder sur des moyennes déterministes qui masquent la structure de la variabilité.

Points clés à retenir

CalibSun est le seul outil de prévision à fournir nativement à la fois des prévisions probabilistes et déterministes, basées sur la méthode d'ensemble analogique et combinant des données sur site.
Les prévisions probabilistes de production d'énergie solaire de CalibSun expriment la production photovoltaïque sous la forme d'une distribution de résultats allant du quantile Q5 au quantile Q95, avec une plage de valeurs pour le Q5.
Cette méthodologie s'appuie sur une longue expérience scientifique et sur une collaboration avec Mines Paris – PSL, et s'appuie sur des publications évaluées par des pairs (IEEE, EUPVSEC…).
Les avantages opérationnels portent principalement sur le négoce d'énergie sur le marché au comptant, la gestion des déséquilibres et la gestion du stockage pour les centrales photovoltaïques.

Prévisions déterministes et probabilistes : deux approches, deux utilisations opérationnelles

La méthode de prévision probabiliste de CalibSun repose sur l'ensemble analogique, une approche statistique non paramétrique.

Mécanismes et concepts clés

Une prévision déterministe fournit une valeur attendue unique de la production d'énergie solaire par pas de temps. Une prévision probabiliste décrit la distribution conditionnelle complète des résultats possibles, généralement résumés à l'aide de quantiles. Le Q10 représente la valeur en dessous de laquelle la production a une probabilité de 10% de se situer ; le Q50 correspond à la médiane ; le Q90, au seuil de production élevé. L’enveloppe Q10–Q90 est l’intervalle de prévision 80% qui concrétise l’incertitude de la prévision.

Données d'entrée

La construction de cette distribution nécessite trois familles de données d'entrée :

Mesures sur site fournir des données de référence sur le rayonnement solaire (GHI, GTI) et les conditions météorologiques locales (température, humidité…), en capturant les variations à court terme de la couverture nuageuse, invisibles depuis l'espace.
Images satellites étend la perception spatiale au champ de nuages environnant.
NWP fournit les variables météorologiques synoptiques qui déterminent la production du lendemain. Le poids relatif de chaque source évolue en fonction de l'horizon de prévision : les données sur site prédominent à court terme, les prévisions numériques du temps (NWP) prédominent pour le lendemain, et les données satellitaires font le lien pour la production intrajournalière.

Recherche de situations similaires survenues par le passé

Le modèle recherche dans les données historiques des situations passées présentant des conditions météorologiques analogues à celles prévues actuellement, puis reconstitue la distribution des résultats observés à partir de ces analogues. Pour chaque analogue identifié, la production photovoltaïque effectivement observée est enregistrée. L'ensemble de ces valeurs observées constitue la distribution empirique de la prévision probabiliste.

Cette approche non paramétrique présente deux avantages structurels :

cela donne aucune hypothèse sur la forme de la distribution (gaussienne, log-normale),
Il rend naturellement compte des comportements non linéaires et asymétriques de la production d'énergie solaire — par exemple, la limitation de la production lorsqu'il fait ciel dégagé.

Génération des quantiles Q5 à Q95 et étalonnage

À partir de la distribution empirique générée par l'ensemble analogique, on extrait les quantiles Q5, Q10, …, Q95. L'étalonnage garantit fiabilité statistique: une prévision Q10 doit, sur une longue période d'observation, être dépassée par la production réelle environ 90% du temps. CalibSun valide l'étalonnage à l'aide de diagrammes de fiabilité et d'un post-traitement continu des données historiques, avec des corrections appliquées par site et par horizon de prévision.

Quelles sont les limites de chaque approche ?

Déterministe

Un modèle de prévision déterministe masque la structure de variabilité sous-jacente des conditions météorologiques. Deux prévisions indiquant la même production d'énergie solaire attendue peuvent présenter des profils de risque radicalement différents en termes de sources d'incertitude. Dans des conditions météorologiques stables, l'éventail des résultats possibles (exprimé par les intervalles de prévision allant de Q5 à Q95) reste étroit. En revanche, lorsque la couverture nuageuse est très variable, cet écart d'ensemble s'élargit considérablement. Une simple valeur déterministe ne permet pas de rendre compte de cette différence ni de communiquer l'ensemble des estimations de probabilité dont ont besoin les acteurs du secteur solaire.

Probabiliste

Méthodes de prévision probabilistes reposant sur uniquement sur les images satellite ne disposent pas de la résolution locale à court terme nécessaire pour saisir la dynamique des nuages propre à chaque site. Les approches fondées sur uniquement sur NWP présentent une résolution spatiale grossière et une réactivité limitée à l'échelle intrajournalière. À l'inverse, les approches se limitant aux mesures sur site perdent en précision à mesure que l'horizon de prévision s'étend. Pour établir des prévisions probabilistes fiables en matière d'énergie solaire, il faut combinaison des trois sources, pondérée en fonction de l'horizon de prévision.

Tableau comparatif : prévisions déterministes vs prévisions probabilistes

Prévision déterministe

Prévisions probabilistes

Résultat

Valeur attendue unique

Distribution complète Q5–Q95

Quantification de l'incertitude

Aucun

Explicite, par pas de temps

Négociation sur le marché au comptant

Arbitrage limité

Enchères ajustées au risque (Q30, Q70, méthodes adaptatives)

Gestion des déséquilibres

Réactif

Prévu, chiffré

Contrôle de la conservation / de l'hybridation

Pas idéal

Optimisation fondée sur les risques

Sources des données

Souvent uniquement par satellite

Données au sol + données satellitaires + prévisions numériques du temps (NWP)

Élaboration du modèle probabiliste : L'approche scientifique de CalibSun

Notre différenciation sur le marché

CalibSun est actuellement le le seul outil de prévision capable de fournir nativement à la fois des prévisions probabilistes et déterministes à partir d'un modèle unique et intégré.

La valeur attendue sert de référence déterministe pour la surveillance opérationnelle standard ;
Les valeurs Q5 à Q95 définissent l'enveloppe d'incertitude pour la prise de décision fondée sur les risques.

Cette double sortie est rendue possible par l'approche par ensemble analogique, qui génère directement la distribution — la valeur déterministe est un sous-produit, et non un modèle distinct.

Un deuxième élément distinctif est un réétalonnage continu grâce à des mesures effectuées sur site. Les pyranomètres et les caméras d'observation du ciel installés sur le parc photovoltaïque alimentent le modèle en temps réel, permettant d'ajuster la répartition en fonction du comportement réel de la ressource solaire locale. Ce réajustement est déterminant pour les portefeuilles de plusieurs GW, où de petits écarts s'accumulent rapidement pour entraîner un risque de déséquilibre significatif.

Publications scientifiques connexes

La méthodologie s'appuie sur des publications évaluées par des pairs traitant des prévisions solaires probabilistes à l'aide de la régression quantile, de la génération de scénarios météorologiques, des approches d'ensemble analogues et de l'évaluation de la fiabilité des prévisions probabilistes, publiées dans des revues de l'IEEE ou présentées lors de conférences scientifiques telles que l'EUPVSEC, ainsi que sur d'autres revues techniques consacrées aux prévisions énergétiques et aux systèmes solaires photovoltaïques.

Recherche interne de CalibSun

La méthode de prévision probabiliste de CalibSun s'appuie sur des travaux de recherche de longue haleine consacrés à l'évaluation des ressources solaires, menés par Thomas Carrière, docteur en science des données, et portant sur les techniques d'ensemble analogique appliquées à l'énergie photovoltaïque.
Ce modèle a été développé dans le cadre d'une collaboration scientifique avec Persee (Mines Paris – PSL), un laboratoire de référence dans le domaine de l'énergie solaire et du traitement des données atmosphériques, ce qui a permis de garantir la rigueur méthodologique de la fonction de sélection des analogues, du cadre d'étalonnage et des protocoles de validation.

S'appuyant sur la recherche et la science

Prévisions probabilistes : Cas d'utilisation opérationnels

Transactions, compensation et pénalités pour déséquilibre

Sur les marchés de l'électricité au comptant, les prévisions probabilistes permettent aux opérateurs énergétiques de placer des offres au quantile minimisant le coût attendu du déséquilibre. Lorsque les pénalités sont asymétriques, c'est-à-dire plus lourdes en cas de surproduction qu'en cas de sous-production, ou inversement, le L'enchère optimale correspond rarement à la médiane de Q50: il s'agit du quantile correspondant à la structure de pénalité (Q30, Q40, Q70 selon les conditions du marché et les évaluations des probabilités conditionnelles). Cette optimisation de la stratégie d'enchères est impossible avec un modèle de prévision déterministe.

Stockage, hybridation et dimensionnement

Pour les centrales photovoltaïques couplées à un système de stockage par batterie ou hybridées avec l'éolien, les prévisions probabilistes alimentent systèmes de gestion de l'énergie avec les données nécessaires à la gestion de la production fondée sur les risques. Les méthodes de prévision probabilistes sont utiles au stade opérationnel pour optimiser les décisions relatives aux cycles de charge et de décharge des systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) et, par conséquent, pour maximiser la durée de vie des systèmes de stockage d'énergie solaire.

Foire aux questions sur les prévisions probabilistes

Quels sont les avantages des prévisions probabilistes ?

Les prévisions probabilistes permettent de quantifier explicitement l'incertitude, ce qui facilite la prise de décisions tenant compte des risques dans le cadre des opérations sur le marché au comptant, de la gestion de l'énergie, de la réduction des déséquilibres et de la gestion du stockage. Elles améliorent les performances opérationnelles par rapport aux résultats déterministes en mettant en évidence l'éventail des scénarios plausibles en matière de production d'électricité.

CalibSun produit-il à la fois des prévisions déterministes et probabilistes ?

Oui. Les services de prévision NEXT et INSTANT de CalibSun fournissent nativement des distributions déterministes (valeur attendue) et probabilistes, allant du Q5 au Q95 de l'enveloppe d'incertitude. Cette double sortie permet à la fois un suivi opérationnel standard et une prise de décision avancée fondée sur les risques.

Comment la fiabilité des prévisions probabilistes est-elle validée ?

La fiabilité est validée à l'aide de diagrammes de fiabilité et d'analyses statistiques des données historiques : une prévision Q10 devrait être dépassée par la production réelle environ 90% du temps sur une longue période d'observation. CalibSun procède à un recalibrage continu par site et par horizon de prévision afin de maintenir cette cohérence statistique.

Quelles sont les autres applications de ces prévisions probabilistes, au-delà du trading ?

L'anticipation de la production d'électricité est indispensable pour optimiser la gestion des énergies renouvelables. En fournissant une fourchette de puissance plutôt qu'une valeur unique, Calibsun contribue à rendre l'énergie solaire pilotable et à optimiser son intégration au sein du réseau électrique, avec ou sans stockage.