Advanced Data Analysis OpenAI & praktický příklad

Analýza Slunečního Záření: Paseky nad Jizerou 2022

Ve spolupráci s firmou Emba spol. s r.o. jsme analyzovali data týkající se slunečního záření naměřeného na střeše v oblasti Paseky nad Jizerou v průběhu roku 2022.

Klíčové Zjištění

Roku 2022 bylo zaznamenáno celkem 518,700 měření slunečního záření na střeše.
Průměrné sluneční záření bylo 108.08 W/m^2 s maximální hodnotou dosahující až 1300.37 W/m^2.
Sezónní vzory byly patrné, s nejvyšším průměrným slunečním zářením v červnu a nejnižším v prosinci.
Denní vzory ukázaly, že nejvyšší záření je kolem poledne, zatímco v noci je záření minimální.

Podrobná Analýza

Měsíční výkyvy: V letních měsících byly zaznamenány nejvyšší výkyvy slunečního záření, zejména v červnu a červenci, kdy standardní odchylka dosahovala až 294 W/m^2.
Kumulativní měření: Celkové množství slunečního záření naměřeného na střeše v průběhu roku bylo přibližně 56,058,672 W/m^2.
Sezónnost: Data ukázala jasný sezónní vzor, s vyšším zářením v letních měsících a nižším zářením v zimních měsících.

Závěr

Data slunečního záření z Pasek nad Jizerou v roce 2022 ukazují očekávané sezónní a denní vzory. Tyto informace jsou klíčové pro plánování a optimalizaci solárních energetických systémů v regionu.

Celá analýza vypracovaná Advanced Data Analysis od OpenAI je uvedena zde:

Nejprve si prohlédnu obsah nahrávaného souboru “Slunecni_zareni_mereni_emba_spol_s_r_o_paseky_nad_jizerou_leden_2022-prosinec_2022.xlsx“. Otevřu tento soubor a podívám se na jeho strukturu.

Data obsahuje dva sloupce:

Datum – datum a čas měření.
Sluneční záření střecha W/m^2 – hodnota slunečního záření měřenáho na střeše v jednotkách W/m^2.

Vypadá to, že máme měření slunečního záření každou minutu.

Základní statistiky – poskytnu základní statistické údaje o slunečním záření.
Měsíční analýza – zjistím, jak se sluneční záření mění v průběhu měsíců.
Denní analýza – prozkoumám, jak se sluneční záření mění v průběhu dne.
Grafická vizualizace – vytvořím několik grafů, aby bylo možné vizuálně porozumět vývoji slunečního záření.

Začneme základními statistikami.

Základní statistiky pro sluneční záření na střeše jsou následující:

Počet měření: 518,700
Průměrné sluneční záření: 108.08 W/m^2
Standardní odchylka: 197.10 W/m^2
Minimální hodnota: 0.46 W/m^2
25. percentil: 0.46 W/m^2
Medián (50. percentil): 2.29 W/m^2
75. percentil: 122.71 W/m^2
Maximální hodnota: 1300.37 W/m^2

Z těchto statistik je vidět, že sluneční záření je většinu času nízké (medián je pouze 2.29 W/m^2), ale má také vysoké maximální hodnoty (až 1300.37 W/m^2).

Pokračujeme měsíční analýzou.

Průměrné měsíční hodnoty slunečního záření na střeše jsou následující (v jednotkách W/m^2):

Leden: 15.01
Únor: 39.90
Březen: 117.90
Duben: 119.78
Květen: 184.37
Červen: 231.71
Červenec: 217.17
Srpen: 183.10
Září: 99.37
Říjen: 51.56
Listopad: 20.42
Prosinec: 11.33

Z těchto výsledků je vidět, že nejvyšší průměrné sluneční záření je v červnu, zatímco nejnižší je v prosinci.

Nyní se podíváme na denní analýzu, kde zjistíme průměrné sluneční záření v průběhu dne.

Průměrné hodnoty slunečního záření v průběhu dne (v jednotkách W/m^2) jsou:

00:00 – 00:59: 1.93
01:00 – 01:59: 1.92
02:00 – 02:59: 1.93
03:00 – 03:59: 1.93
04:00 – 04:59: 1.96
05:00 – 05:59: 4.60
06:00 – 06:59: 28.24
07:00 – 07:59: 78.12
08:00 – 08:59: 146.91
09:00 – 09:59: 211.54
10:00 – 10:59: 261.37
11:00 – 11:59: 296.97
12:00 – 12:59: 326.30
13:00 – 13:59: 309.54
14:00 – 14:59: 285.53
15:00 – 15:59: 238.78
16:00 – 16:59: 180.75
17:00 – 17:59: 119.96
18:00 – 18:59: 61.53
19:00 – 19:59: 14.75
20:00 – 20:59: 3.19
21:00 – 21:59: 1.52
22:00 – 22:59: 1.98
23:00 – 23:59: 1.94

Z těchto výsledků je zřejmé, že nejvyšší průměrné sluneční záření je kolem poledne, zatímco v noci je záření minimální.

Nakonec si vytvoříme grafickou vizualizaci těchto výsledků pro lepší pochopení.

Zde jsou vizualizace našich analýz:

Průměrné měsíční sluneční záření na střeše: Graf ukazuje průměrné hodnoty slunečního záření v průběhu roku. Z grafu je zřejmé, že nejvyšší průměrné záření je v létě, zatímco v zimě je nejnižší.
Průměrné denní sluneční záření na střeše v průběhu dne: Tento graf ukazuje průměrné hodnoty slunečního záření v průběhu dne. Z grafu je zřejmé, že sluneční záření začíná narůstat brzy ráno, dosahuje maxima kolem poledne a poté klesá k večeru.

Z dat, která jste poskytl/a, můžeme provést několik dalších analýz a poskytnout následující informace:

Výkyvy v slunečním záření: Analýza výkyvů (např. standardní odchylka) v průběhu dne nebo měsíce.
Kumulativní sluneční záření: Celkové množství slunečního záření v průběhu roku.
Počet dnů s vysokým/nízkým zářením: Počet dnů, kdy sluneční záření překročilo nebo kleslo pod určité hodnoty.
Porovnání slunečního záření mezi měsíci: Porovnání průměrného, maximálního a minimálního slunečního záření mezi jednotlivými měsíci.
Histogram distribuce: Pro lepší porozumění frekvenci různých úrovní slunečního záření.
Tepelná mapa hodinového záření v průběhu roku: Vizualizace, která ukazuje, jak se hodinové záření mění v průběhu dne a měsíců.
Analýza sezónnosti: Identifikace sezónních vzorů v datech.
Analýza trendu: Určení, zda existuje nějaký vzestupný nebo klesající trend v průběhu roku.

Výkyvy v slunečním záření: Zjistíme standardní odchylku v průběhu dne a měsíce.
Kumulativní sluneční záření: Spočítáme celkové množství slunečního záření v průběhu roku.
Počet dnů s vysokým/nízkým zářením: Určíme počet dnů, kdy sluneční záření překročilo nebo kleslo pod určité hodnoty (např. nad 1000 W/m^2 a pod 1 W/m^2).
Porovnání slunečního záření mezi měsíci: Porovnáme průměrné, maximální a minimální sluneční záření mezi jednotlivými měsíci.
Histogram distribuce: Vytvoříme histogram pro lepší porozumění frekvenci různých úrovní slunečního záření.
Tepelná mapa hodinového záření v průběhu roku: Vizualizujeme, jak se hodinové záření mění v průběhu dne a měsíců.
Analýza sezónnosti: Identifikujeme sezónní vzory v datech.
Analýza trendu: Určíme, zda existuje nějaký vzestupný nebo klesající trend v průběhu roku.

Začneme s výkyvy v slunečním záření.

Výkyvy v slunečním záření:

Hodinové výkyvy (standardní odchylka v jednotkách W/m^2)

V noci (od 0:00 do 5:00) je výkyv kolem 17 W/m^2.
Ráno v 6:00 je výkyv 49.81 W/m^2, což ukazuje na začátek zvyšování sluneční aktivity.
Výkyvy dosahují maxima v období od 12:00 do 14:00 s hodnotami kolem 280 W/m^2.
Odpoledne a večer výkyvy postupně klesají.

Měsíční výkyvy (standardní odchylka v jednotkách W/m^2)

V zimních měsících (leden, únor, prosinec) jsou výkyvy nízké, s hodnotami kolem 22-81 W/m^2.
Nejvyšší výkyvy jsou v létě, zejména v červnu a červenci, kdy dosahují hodnot kolem 294 W/m^2.

Nyní přejdeme k kumulativnímu slunečnímu záření.

Kumulativní sluneční záření:

Celkové množství slunečního záření naměřené na střeše v průběhu roku 2022 je přibližně $56, 058, 672$ W/m^2.

Pokračujeme k analýze počtu dnů s vysokým/nízkým zářením. Určíme počet dnů, kdy průměrné denní sluneční záření překročilo 1000 W/m^2 a kdy kleslo pod 1 W/m^2.

Počet dnů s vysokým/nízkým zářením:

Počet dnů s průměrným slunečním zářením přesahujícím 1000 W/m^2: 0 dnů
Počet dnů s průměrným slunečním zářením nižším než 1 W/m^2: 1 den

Nyní se podíváme na porovnání slunečního záření mezi měsíci, kde porovnáme průměrné, maximální a minimální sluneční záření mezi jednotlivými měsíci.

Porovnání slunečního záření mezi měsíci:

Z těchto dat můžeme vidět, že nejvyšší maximální sluneční záření bylo v červenci, zatímco nejnižší průměrné záření bylo v prosinci.

Pokračujeme k histogramu distribuce. Vytvoříme histogram pro lepší porozumění frekvenci různých úrovní slunečního záření.

Zde je histogram distribuce slunečního záření:

Histogram ukazuje, že většina měření slunečního záření má velmi nízké hodnoty, s vysokou frekvencí u hodnot blízko nule. Toto odpovídá tomu, co jsme viděli v základních statistikách, kde medián byl nízký, ale existují i vysoké maximální hodnoty.

Nyní vytvoříme tepelnou mapu hodinového záření v průběhu roku. Tato vizualizace nám ukáže, jak se hodinové záření mění v průběhu dne a měsíců.

Zde je tepelná mapa hodinového slunečního záření v průběhu roku:

Tepelná mapa nám poskytuje názorný přehled o tom, jak se sluneční záření mění v průběhu dne a měsíců:

Nejtmavší oblasti (nejvyšší záření) lze vidět v období od 10:00 do 15:00, zejména v letních měsících (květen až srpen).
Během zimních měsíců (leden, únor, listopad, prosinec) je záření během dne obecně nižší, což je zřejmé z světlejších oblastí na mapě.
V noci je záření minimální, což odpovídá světlým oblastem v horní a dolní části mapy.

Pokračujeme k analýze sezónnosti. Zkoumáme, zda existují sezónní vzory v datech.

Zde je sezónní komponenta slunečního záření:

Graf ukazuje sezónní vzory v datech. Zřetelně vidíme, že existuje opakující se vzor, kde záření stoupá během jara a léta a klesá během podzimu a zimy. Toto je očekávaný sezónní vzor pro sluneční záření na severní polokouli.

Nakonec provedeme analýzu trendu pro zjištění, zda existuje nějaký vzestupný nebo klesající trend v průběhu roku.

Zde je trendová komponenta slunečního záření:

Graf ukazuje trend slunečního záření v průběhu roku 2022. Vidíme, že trend začíná relativně nízko v lednu, stoupá během jara a léta a dosahuje vrcholu kolem poloviny roku, poté začíná klesat směrem k podzimu a zimě.

Výsledky ukazují, že trend sleduje očekávaný sezónní vzor, kde sluneční záření je nejvyšší v letních měsících a nejnižší v zimních měsících.

Tímto jsme dokončili všechny navržené analýzy. Pochopitelně bychom mohli pokračovat dále a získat mnoho dalších informací a výpočtů včetně predikcí, …