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Tipo: TCC
Título: Detecção automática de defeitos em células fotovoltaicas através de redes neurais convolucionais
Autor(es): Serafim, Francilandio Lima
Orientador: Souza, Marcelo Marques Simões de
Palavras-chave em português: Rede Neural Convolucional Customizada;Célula fotovoltaica;Detecção de defeitos;Eletroluminescência;Padrão Binário Local
Palavras-chave em inglês: Customized Convolutional Neural Network;Photovoltaic Cell;Defect Detection;Electroluminescence;Local Binary Pattern
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
Data do documento: 2023
Citação: SERAFIM, Francilândio Lima. Detecção Automática de Defeitos em Células Fotovoltaicas Através de Redes Neurais Convolucionais. 2023. 46 f. TCC (Curso de graduação em Engenharia da computação) - Campus de Sobral, Universidade Federal do Ceará, Sobral, 2023.
Resumo: A crise climática observada nos últimos anos, somada ao esgotamento de combustíveis fósseis, tornou imprescindível a adoção de fontes de energia alternativas, sustentáveis e renováveis. Nesse cenário, a energia solar tem sido empregada como fonte energética para suprir a demanda global de energia elétrica. O aumento observado na geração de eletricidade solar fotovoltaica (FV) traz demandas por métodos para inspeção e manutenção dos sistemas FVs, visto que seus componentes estão sujeitos a diversos tipos de defeitos como microtrincas, sombreamento, circuitos abertos, curtos-circuitos, superaquecimento, dentre outros. Para a detecção desses defeitos foram desenvolvidas algumas técnicas como a análise da curva I-V e inspeção de imagens térmicas ou de Eletroluminescência (EL) das células FVs. Essa última vem sendo abordada em diversos trabalhos que buscam automatizar a detecção de defeitos através de técnicas de visão computacional e aprendizado de máquina. O presente trabalho segue essa linha de pesquisa, buscando automatizar a detecção de defeitos em células FVs monocristalinas através de imagens de EL. É proposto aqui um modelo computacional de três etapas: pré-processamento, extração de características e diagnóstico de defeitos. No pré-processamento aplica-se um filtro Gaussiano Bilateral às imagens, para então obter-se, durante a fase de extração de características, um descritor de textura das imagens pelo Padrão Binário Local (PBL). Por fim, as descrições da textura das imagens resultantes alimentam uma Rede Neural Convolucional Customizada (RNCC), treinada e testada na tarefa de classificação de células em defeituosas ou não defeituosas, na fase de diagnóstico de defeitos. A RNCC é a principal contribuição do presente trabalho, sendo essa composta por uma topologia com número reduzido de parâmetros, quando comparada a outras redes tradicionais. O desempenho obtido em testes de validação cruzada comprovaram que a rede convolucional proposta é competitiva em relação a outras abordagens presentes na literatura. Concluiu-se então que o modelo atende às necessidades do problema de detecção de defeitos em células FVs, com acurácias de 94% e 86% na classificação de células defeituosas e não defeituosas, respectivamente.
Abstract: The climate crisis observed in recent years, coupled with the depletion of fossil fuels, has made the adoption of alternative, sustainable and renewable energy sources imperative. In this scenario, solar energy has been employed as an energy source to meet the global demand for electric power. The observed increase in photovoltaic (PV) solar electricity generation brings demands for methods for inspecting and maintaining PV systems, as their components are subject to various types of defects such as microcracks, shading, open circuits, short circuits, overheating, among others. For the detection of these defects, some techniques have been developed such as the analysis of the I-V curve and inspection of thermal images or Electroluminescence (EL) of PV cells. The latter has been addressed in several works that seek to automate defect detection through computer vision techniques and machine learning. The present work follows this line of research, seeking to automate the detection of defects in monocrystalline PV cells through EL images. A three-step computational model is proposed here: pre-processing, feature extraction, and defect diagnosis. In pre-processing, a Bilateral Gaussian filter is applied to the images, to then obtain, during the feature extraction phase, a texture descriptor of the images by the Local Binary Pattern (LBP). Finally, the descriptions of the texture of the resulting images feed a Customized Convolutional Neural Network (CCNN), trained and tested in the task of classifying cells as defective or non-defective, in the defect diagnosis phase. The CCNN is the main contribution of the present work, being composed of a topology with a reduced number of parameters, when compared to other traditional networks. The performance obtained in cross-validation tests proved that the proposed convolutional network is competitive in relation to other approaches present in the literature. It was concluded that the model meets the needs of the problem of defect detection in PV cells, with accuracies of 94% and 86% in the classification of defective and non-defective cells, respectively.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/76400
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/0250246729801266
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0002-7590-9898
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/1617071773481762
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO-SOBRAL - Monografias

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