論文の概要: Physics-Informed State Space Models for Reliable Solar Irradiance Forecasting in Off-Grid Systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.11807v1
- Date: Mon, 13 Apr 2026 17:59:49 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-04-14 20:13:16.750575
- Title: Physics-Informed State Space Models for Reliable Solar Irradiance Forecasting in Off-Grid Systems
- Title（参考訳）: オフグリッド系における信頼性太陽放射予測のための物理インフォームド状態空間モデル
- Authors: Mohammed Ezzaldin Babiker Abdullah,
- Abstract要約: 本研究では,複雑な気候動態を地図化するための熱力学液体マニフォールドネットワークを提案する。
このアーキテクチャはスペクトルユニットと乗算熱力学アルファゲートを統合している。
このフレームワークは18.31 Wh/m2のRMSEを達成し、ピアソン相関は0.988である。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The stable operation of autonomous off-grid photovoltaic systems dictates reliance on solar forecasting algorithms that respect atmospheric thermodynamics. Contemporary deep learning models consistently exhibit critical anomalies, primarily severe temporal phase lags during cloud transients and physically impossible nocturnal power generation. To resolve this divergence between data-driven modeling and deterministic celestial mechanics, this research introduces the Thermodynamic Liquid Manifold Network. The proposed methodology projects 15 meteorological and geometric variables into a Koopman-linearized Riemannian manifold to systematically map complex climatic dynamics. The architecture integrates a Spectral Calibration unit and a multiplicative Thermodynamic Alpha-Gate. This system synthesizes real-time atmospheric opacity with theoretical clear-sky boundary models, structurally enforcing strict celestial geometry compliance. This completely neutralizes phantom nocturnal generation while maintaining zero-lag synchronization during rapid weather shifts. Validated against a rigorous five-year testing horizon in a severe semi-arid climate, the framework achieves an RMSE of 18.31 Wh/m2 and a Pearson correlation of 0.988. The model strictly maintains a zero-magnitude nocturnal error across all 1826 testing days and exhibits a sub-30-minute phase response during high-frequency transients. Comprising exactly 63,458 trainable parameters, this ultra-lightweight design establishes a robust, thermodynamically consistent standard for edge-deployable microgrid controllers.
- Abstract（参考訳）: 自律的なオフグリッド型太陽光発電システムの安定した運用は、大気熱力学を尊重する太陽予測アルゴリズムに依存することを規定している。
現代のディープラーニングモデルは、主に雲の過渡期と物理的に不可能な夜間発電の時間的位相ラグといった重要な異常を一貫して示している。
データ駆動モデリングと決定論的天体力学のこの相違を解決するために,本研究では熱力学液体マニフォールドネットワークを導入する。
提案手法は15の気象変数と幾何変数をクープマン線型リーマン多様体に射影し、複雑な気候力学を体系的にマッピングする。
このアーキテクチャはスペクトル校正ユニットと乗算熱力学アルファゲートを統合している。
このシステムは、理論的なクリアスキー境界モデルを用いてリアルタイムな大気不透明度を合成し、構造的に厳密な天体幾何学のコンプライアンスを強制する。
これにより、急激な気象変動時にゼロラグ同期を維持しながら、ファントム夜間発生を完全に中和する。
厳しい半乾燥気候下での厳密な5年間の試験地平線に対して検証され、18.31Wh/m2のRMSEと0.988のピアソン相関を達成した。
このモデルは、1826年の全試験日にわたってゼロマグニチュード夜行誤差を厳格に維持し、高周波過渡期において30分以下の位相応答を示す。
正確に63,458個のトレーニング可能なパラメータを含むこの超軽量設計は、エッジ展開可能なマイクログリッドコントローラの堅牢で熱力学的に一貫した標準を確立している。
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