Aplicação de técnicas de inteligência artificial para identificação de faltas em módulos fotovoltaicos

dc.contributor.advisorAraújo, Fábio Meneghetti Ugulino de
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/5473196176458886pt_BR
dc.contributor.authorVieira, Romênia Gurgel
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/0910758067547904pt_BR
dc.contributor.referees1Maitelli, André Laurindo
dc.contributor.referees1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0477027244297797pt_BR
dc.contributor.referees2Salazar, Andres Ortiz
dc.contributor.referees2Latteshttp://lattes.cnpq.br/7865065553087432pt_BR
dc.contributor.referees3Carvalho Neto, João Teixeira de
dc.contributor.referees3Latteshttp://lattes.cnpq.br/6517981413434811pt_BR
dc.contributor.referees4Vale, Marcelo Roberto Bastos Guerra
dc.contributor.referees4Latteshttp://lattes.cnpq.br/5510574256894005pt_BR
dc.date.accessioned2022-02-16T16:54:32Z
dc.date.available2022-02-16T16:54:32Z
dc.date.issued2021-12-14
dc.description.abstractPhotovoltaic solar energy has proven to be a viable alternative that contributes not only to sustainable development but also to ensuring energy supply around the world. The exponential growth of installed capacity in recent years has highlighted the need to ensure the safe operation and reliability of photovoltaic systems. In this context, the occurrence of faults in such systems is a crucial issue, as it can significantly impact the generated power, decrease the modules lifetime, and cause potential risks in the operation. Thus, this research applied artificial intelligence techniques to detect and diagnose faults in photovoltaic modules. The faults identified by the proposed methods are short-circuit modules, string disconnection, and partial shading. Algorithms that detect isolated faults were developed, namely: multilayer perceptron neural network, probabilistic neural network, and a neuro-fuzzy method, which combines the use of a neural network with fuzzy logic. All trained algorithms used data simulated through MATLAB/Simulink® software and tested with experimental data from three different photovoltaic systems. Two of the studied photovoltaic systems are power plants installed at the University of Huddersfield, with 2.2 kWp and 4.16 kWp of installed power. The third photovoltaic system has a maximum power of 5 kWp and is installed at the Federal Technological University of Paraná. Additionally, training situations in which the dataset was contaminated by random noise were also considered. The results indicated maximum accuracy of 99.1% for the lack of short-circuited modules, 100% for string disconnection, and 82.2% for the lack of partial shading. Furthermore, the analyzes allowed to reaffirm the robustness of the multi-layer perceptron network for fault detection in photovoltaic systems, even with the presence of noise in the training data.pt_BR
dc.description.resumoA energia solar fotovoltaica tem se mostrado como alternativa viável que vem a contribuir não somente com o desenvolvimento sustentável, como também na garantia de suprimento energético ao redor do mundo. O crescimento exponencial da capacidade instalada nos últimos anos tem evidenciado a necessidade de garantir a operação segura e confiabilidade dos sistemas fotovoltaicos. Neste contexto, a ocorrência de faltas em tais sistemas é uma questão crucial, uma vez que pode impactar significativamente na potência gerada, diminuir a vida útil e causar potenciais riscos na operação. Desta forma, esta pesquisa aplicou de técnicas de inteligência artificial para detecção e diagnóstico de faltas em módulos fotovoltaicos. As faltas identificadas pelos métodos propostos são: módulos em curto-circuito, desconexão de strings e sombreamento parcial. Foram desenvolvidos algoritmos que dectectam as faltas isoladamente, sendo estes: rede neural perceptron de múltiplas camadas, rede neural probabilística e um método neuro-fuzzy, que combina o uso de uma rede neural com lógica fuzzy. Todos os algoritmos treinados utilizado dados simulados através do software MATLAB/Simulink® , e testados com dados experimentais de três sistemas fotovoltaicos diferentes. Dois dos sistemas fotovoltaicos estudados são plantas instaladas na Universidade de Huddersfield, com 2,2 kWp e 4,16 kWp de potência instalada. O terceiro sistema fotovoltaico tem 5 kWp de potência máxima, e está instalado na Universidade Federal Tecnológica do Paraná. Adicionalmente, ainda foram consideradas situações de treinamento em que o conjunto de dados estava contaminado por ruídos aleatórios. Os resultados indicaram acurácia máxima de 99,1% para a falta de módulos em curto-circuito, 100% para desconexão de strings e 82,2% para a falta de sombreamento parcial. Além disso, as análises permitiram reafirmar a robustez da rede perceptron de múltiplas camadas para detecção de faltas em sistemas fotovoltaicos, mesmo com a presença de ruído dos dados de treinamento.pt_BR
dc.identifier.citationVIEIRA, Romênia Gurgel. Aplicação de técnicas de inteligência artificial para identificação de faltas em módulos fotovoltaicos. 2021. 117f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e de Computação) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2021.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/46008
dc.languagept_BRpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Nortept_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃOpt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectEnergia solarpt_BR
dc.subjectMódulos fotovoltaicospt_BR
dc.subjectFaltas em sistemas fotovoltaicospt_BR
dc.subjectDetecção de faltaspt_BR
dc.subjectInteligência artificialpt_BR
dc.titleAplicação de técnicas de inteligência artificial para identificação de faltas em módulos fotovoltaicospt_BR
dc.typedoctoralThesispt_BR

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