AI Summary & Key Takeaways
AI InsightThe study discusses the practical implications of using XAI-enhanced forecasting models in energy management and smart grid applications, highlighting improvements in trust, decision-making, and operational efficiency.
📌 3 Key Takeaways
Abstract
The integration of solar photovoltaic (PV) energy into power grids necessitates accurate and reliable forecasting to ensure stability and efficiency. Traditional forecasting models often lack transparency, complicating the interpretation of predictions and the optimization of energy management strategies. In this study, a HistGradientBoosting algorithm was employed for hourly solar power forecasting, and the SHAP (Shapley Additive Explanations) method was integrated to enhance model transparency within an Explainable Artificial Intelligence (XAI) framework. The study used the GEFCom 2014, which is an open-access dataset containing 12 different meteorological features with a total of 59,112 samples, such as solar radiation, temperature, humidity, wind speed, cloud cover, etc. The model's performance is evaluated using Mean Squared Error (MSE), Root Mean Squared Error (RMSE), Mean Absolute Error (MAE), and the Coefficient of Determination. The results of the analyses show that the proposed HistGradientBoosting model achieved high prediction accuracy, with an RMSE of 0.0836 and an R² value of 0.8768. The study discusses the practical implications of using XAI-enhanced forecasting models in energy management and smart grid applications, highlighting improvements in trust, decision-making, and operational efficiency.
Özet
Güneş fotovoltaik (PV) sistemlerinin enerji şebekelerine entegrasyonu, üretim-tüketim dengesinin korunabilmesi açısından doğru ve güvenilir üretim tahminlerini zorunlu kılmaktadır. Ancak, geleneksel tahmin modellerinin yorumlanabilirlik eksikliği, bu modellerin karar verme süreçlerine duyulan güveni sınırlamaktadır. Bu çalışmada, saatlik güneş enerjisi üretimi tahmini için Histogram Tabanlı Gradyan Artırma algoritması (HistGradientBoosting) kullanılmış ve modelin şeffaflığını artırmak amacıyla Açıklanabilir Yapay Zekâ (XAI) tekniklerinden SHAP (Shapley Additive Explanations) yöntemi entegre edilmiştir. Çalışmada, açık erişimli GEFCom 2014 veri seti kullanılmış olup toplam 59.112 örneklem ve güneş ışınımı, sıcaklık, nem, bulutluluk ve rüzgâr hızı gibi 12 farklı meteorolojik öznitelik içermektedir. Model performansı, Ortalama Karesel Hata (MSE), Hatanın Karesel Ortalamasının Karekökü (RMSE), Ortalama Mutlak Hata (MAE) ve Belirleme Katsayısı (R²) metrikleriyle değerlendirilmiştir. Gerçekleştirilen analizler sonucunda, önerilen HistGradientBoosting modeli 0.0836 RMSE ve 0.8768 R² değerlerine ulaşarak yüksek bir tahmin doğruluğu sergilemiştir. SHAP analizleri, güneş ışınımının en etkili özellik olduğunu ortaya koymuştur. Çalışma, güneş enerjisi üretiminde XAI destekli tahmin modellerinin, enerji yönetimi ve akıllı şebeke uygulamalarında güvenilir karar destek sistemleri geliştirilmesine katkı sağlayabileceğini göstermektedir.