光伏预测算法：AI 如何“看天吃饭”，把不确定性算明白
大家好，我是 Echo_Wish。
今天咱聊一个特别“接地气又特别硬核”的话题：光伏预测算法。
光伏这行有一句老话，我特别喜欢，也特别真实：
“光伏就是看天吃饭。”
但问题是——
老天爷的脸，说变就变。
云什么时候来？来多久？厚不厚？
这事儿靠经验、靠感觉，早就不够用了。
于是，AI 被请上了桌。
一、光伏预测，到底在预测什么？
先别急着上模型，我们得把问题说清楚。
在实际工程里，光伏预测一般分三类：
1️⃣ 超短期预测（分钟级～小时级）
- 用于：实时调度、AGC、储能联动
- 特点：对云变化极其敏感
- 典型输入：历史功率、实时辐照度、云量
2️⃣ 短期预测（日前 / 日内）
- 用于：电力交易、发电计划
- 特点：依赖天气预报
- 典型输入：气象预报 + 历史发电
3️⃣ 中长期预测（周 / 月 / 年）
- 用于：收益评估、规划分析
- 更多是统计问题，今天不展开
👉 AI 真正发力的，是前两类。
二、为什么光伏预测这么难？
说句大实话：
光伏预测，难不在算法，在“天”。
主要难点有三个：
① 天气是强随机的
- 云的生成、移动、消散
- 非线性、突变性极强
② 气象数据和电站数据“不同频”
- 气象：5 分钟 / 15 分钟
- 功率：1 分钟 / 秒级
③ 同样的天气，不同电站反应不同
- 组件类型
- 安装角度
- 地形遮挡
所以你会发现一个很现实的结论：
光伏预测不是“一个模型打天下”，而是强场景工程。
三、传统方法 vs AI：差别在哪？
老派方法（物理 + 统计）
- 清空模型（Clear Sky Model）
- 回归
- ARIMA
优点：
- 可解释
- 物理意义清晰
缺点：
- 对云变化无力
- 精度天花板明显
AI 方法（主流）
- LSTM / GRU
- XGBoost / LightGBM
- CNN（结合云图）
- Transformer（新趋势）
一句话总结：
AI 不懂物理，但它能从历史里“学会天气的脾气”。
四、一个最常见、最实用的入门方案
我们先来一个工程里真的常用的方案：
👉 “时间序列 + 气象特征 + 回归模型”
1️⃣ 特征怎么选？
常见输入特征包括：
- 历史发电功率（lag 特征）
- 太阳高度角
- 辐照度（GHI / DNI）
- 温度
- 云量
示意代码（Python）👇
import pandas as pd
df['power_lag_1'] = df['power'].shift(1)
df['power_lag_2'] = df['power'].shift(2)
df['irradiance_lag'] = df['ghi'].shift(1)
df = df.dropna()
2️⃣ 模型选什么？
如果你刚入门，我真心建议：
先用 XGBoost，把流程跑通，比盲目上深度学习靠谱得多。
from xgboost import XGBRegressor
model = XGBRegressor(
n_estimators=300,
max_depth=6,
learning_rate=0.05
)
model.fit(X_train, y_train)
很多项目到这一步，精度已经能打败人工经验了。
五、进阶一点：LSTM 是怎么“看天”的？
当时间依赖很强时，LSTM 就派上用场了。
核心思想就一句话：
“最近发生的事，对马上要发生的事影响最大。”
from tensorflow.keras.models import Sequential
from tensorflow.keras.layers import LSTM, Dense
model = Sequential([
LSTM(64, input_shape=(timesteps, features)),
Dense(1)
])
model.compile(optimizer='adam', loss='mse')
model.fit(X, y, epochs=20)
⚠️ 但我必须泼一盆冷水：
- LSTM 很吃数据
- 调参成本高
- 不一定比树模型稳
👉 工程上，混合模型反而更常见。
六、真正“高端”的玩法：云图 + AI
这一步，才是真正的“看天”。
做法大概是：
- 用卫星云图 / 天空成像
- CNN 提取云运动特征
- 预测未来 10～60 分钟云变化
- 映射到功率衰减
云在哪 → 什么时候遮住太阳 → 功率掉多少
这已经不是单纯算法问题了，而是：
AI + 气象 + 能源的交叉工程。
七、一个必须认清的现实：预测不是“算准”，而是“算稳”
我在项目里反复强调一句话：
预测不是为了“一次算得特别准”，
而是为了“大多数时候不坑人”。
所以实际系统里，一定会有：
- 置信区间
- 上下界预测
- 异常修正
- 实时校准
比如：
预测值：500kW
区间：[450, 540]
👉 这比一个“拍脑袋的精确数”值钱得多。
八、我对光伏预测的一点个人感受
做久了你会发现，
光伏预测特别像人生：
- 你永远无法完全控制外部环境
- 但你可以不断提高“预判能力”
- 接受不确定性，本身就是能力
AI 在这里扮演的角色不是“神算子”，
而是一个：
比人更冷静、更持续、更不情绪化的观察者。
写在最后
如果你刚接触这个领域，记住三句话就够了：
- 先工程，后算法
- 先稳，再准
- 别迷信模型，数据才是王
光伏确实是“看天吃饭”，
但有了 AI，我们至少能做到：
提前看看天，心里有个数。
