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Type: TCC
Title: Previsão da eficiência dos módulos fotovoltaicos utilizando técnicas de aprendizado de máquina
Authors: Santos, Rômulo Gomes dos
Advisor: Carvalho, Paulo Cesar Marques
Co-advisor: Santos, Leticia de Oliveira
Keywords: Aprendizado de máquina;Previsão da eficiência;Energia solar;Eficiência
Issue Date: 2023
Citation: SANTOS, Rômulo Gomes dos. Previsão da eficiência dos módulos fotovoltaicos utilizando técnicas de aprendizado de máquina. 2023. 65 f. Monografia (Graduação em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
Abstract in Brazilian Portuguese: O avanço da energia solar como uma fonte renovável de eletricidade tem despertado o interesse em entender e prever o desempenho dos módulos fotovoltaicos (FV) em diferentes condições ambientais. Este trabalho tem como objetivo principal a previsão da eficiência dos módulos FV por meio do uso de técnicas de Aprendizado de Máquina (Machine Learning - ML). A previsão da eficiência dos módulos é essencial para o planejamento e o monitoramento eficaz de sistemas de energia solar, além de ser um componente-chave na tomada de decisões relacionadas à geração FV. Para tal, de início, são apresentados os princípios e as técnicas de ML utilizadas na previsão da eficiência dos módulos. Dentre os algoritmos de ML explorados estão Redes Neurais Artificiais (RNA), Support Vector Machine (SVM) e Regress˜ao Linear (RL). A seleção do algoritmo mais adequado, dentre os explorados, é baseada em critérios como desempenho, interpretabilidade e escalabilidade. A construção dos modelos de previsão é realizada utilizando-se os conjuntos de dados previamente preparados, fundamental para garantir a qualidade e a integridade dos conjuntos de dados utilizados no treinamento e na validação dos modelos. Os modelos são treinados com base em um conjunto de dados históricos que contém informações sobre as variáveis ambientais, como radiação solar, temperatura, velocidade do vento, entre outras, e a eficiência dos m´odulos correspondente. A avaliação, crucial para determinar sua eficácia e capacidade de generalização, foi baseada em m´etricas como o Desvio Quadrático Médio (Root Mean Squared Error - RMSE) igual a 1,8148; 2,6412; e 3,2831; o Erro Médio Absoluto (Mean Absolute Error - MAE) de 1,0972; 2,2471; e 3,1025; o Erro Quadrático Médio (Mean Squared Error - MSE) de 6,9841; 8,5032; e 13,4529; o Coeficiente de Determinação (R2) com resultados iguais a 0,8912; 0,8601; e 0,8107. Dos modelos de ML desenvolvidos, aquele que demonstrou o melhor desempenho foi o modelo RNA, com desempenho, também, acima daqueles apresentados pelos modelos tradicionais da literatura para a previsão da eficiência dos módulos FV.
Abstract: The advancement of solar energy as a renewable source of electricity has sparked interest in understanding and predicting the performance of photovoltaic (PV) modules under different environmental conditions. This work aims to predict the efficiency of PV modules using Machine Learning (ML) techniques. Predicting the efficiency of modules is essential for effective planning and monitoring of solar energy systems, as well as a key component in decision-making related to PV generation. Initially, the principles and ML techniques used in module efficiency prediction are presented. Among the explored ML algorithms are Artificial Neural Networks (ANN), Support Vector Machine (SVM), and Linear Regression (LR). The selection of the most suitable algorithm among the explored ones is based on criteria such as performance, interpretability, and scalability. The construction of prediction models is carried out using pre-prepared datasets, which are crucial to ensure the quality and integrity of the data used in model training and validation. The models are trained based on historical data that includes information about environmental variables such as solar radiation, temperature, wind speed, among others, and the corresponding module efficiency. The evaluation, crucial for determining their effectiveness and generalization capability, is based on metrics such as Root Mean Squared Error (RMSE) equal to 1.8148, 2.6412, and 3.2831; Mean Absolute Error (MAE) of 1.0972, 2.2471, and 3.1025; Mean Squared Error (MSE) of 6.9841, 8.5032, and 13.4529; and Coefficient of Determination (R2) with results of 0.8912, 0.8601, and 0.8107. Among the developed ML models, the Artificial Neural Network (ANN) model performs the best, surpassing the performance of traditional models in the literature for predicting PV module efficiency.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/73866
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