Desenvolvimento de um método de monitoramento e detecção de defeitos em células fotovoltaicas utilizando termografia ativa modulada
| Ano de defesa: | 2023 |
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| Tipo de documento: | Dissertação |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
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| Programa de Pós-Graduação: |
Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
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Resumo: | The occurrence of defects in photovoltaic cells is intrinsically related to a reduction in the efficiency and reliability of these devices. Therefore, monitoring techniques, such as lock-in thermography, electroluminescence, and I-V characteristic curve, are adopted to assess the integrity of the cells. In this study, a novel experimental procedure using lock-in thermography in photovoltaic cells is proposed aiming to improve the defect detection capability of the thermographic test. Conventional techniques that use pulse width modulation to stimulate photovoltaic cells usually operate at a fixed point on the I-V curve. Instead, a methodology based on a sinusoidal electrical voltage signal excitation is proposed, which expands the range of operational points of the cell during the test. Several traditional image processing techniques (principal component analysis, fast Fourier transform, four-step phase-shifting method, and two-dimensional Gaussian function method) were used alone to analyze the thermal images of defective and non-defective photovoltaic cells during the steady-state operation mode. The results obtained showed that this new approach provides a smoother and clearer delimitation of defective regions, enabling an adequate characterization of existing defects. Additionally, the phase images gained prominence in the characterization of defects, in particular for the frequencies of 50 mHz and 100 mHz, due to the contrast they presented with significant changes between defective and non-defective regions for different modulation frequencies and types of defects. |
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Vieira, Thiago MotaFerreira, Tarso VilelaRiffel, Douglas Bressan2024-11-26T15:57:41Z2024-11-26T15:57:41Z2023-08-17VIEIRA, Thiago Mota. Desenvolvimento de um método de monitoramento e detecção de defeitos em células fotovoltaicas utilizando termografia ativa modulada. 2023. 118 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2023.https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/20508The occurrence of defects in photovoltaic cells is intrinsically related to a reduction in the efficiency and reliability of these devices. Therefore, monitoring techniques, such as lock-in thermography, electroluminescence, and I-V characteristic curve, are adopted to assess the integrity of the cells. In this study, a novel experimental procedure using lock-in thermography in photovoltaic cells is proposed aiming to improve the defect detection capability of the thermographic test. Conventional techniques that use pulse width modulation to stimulate photovoltaic cells usually operate at a fixed point on the I-V curve. Instead, a methodology based on a sinusoidal electrical voltage signal excitation is proposed, which expands the range of operational points of the cell during the test. Several traditional image processing techniques (principal component analysis, fast Fourier transform, four-step phase-shifting method, and two-dimensional Gaussian function method) were used alone to analyze the thermal images of defective and non-defective photovoltaic cells during the steady-state operation mode. The results obtained showed that this new approach provides a smoother and clearer delimitation of defective regions, enabling an adequate characterization of existing defects. Additionally, the phase images gained prominence in the characterization of defects, in particular for the frequencies of 50 mHz and 100 mHz, due to the contrast they presented with significant changes between defective and non-defective regions for different modulation frequencies and types of defects.A ocorrência de defeitos em células fotovoltaicas está intrinsecamente relacionada à uma redução na eficiência e confiabilidade desses dispositivos. Assim, técnicas de monitoramento, a exemplo da termografia ativa modulada, eletroluminescência e curva característica I-V são adotadas para avaliar a integridade das células. No presente trabalho, um novo procedimento experimental que utiliza a termografia ativa modulada em células fotovoltaicas é proposto com o objetivo de melhorar a capacidade de detecção de defeitos do ensaio termográfico. As técnicas convencionais que fazem uso da modulação por largura de pulso para estimular as células costumam operar em um ponto fixo na curva I-V. Em vez disso, é proposta uma metodologia baseada em uma excitação por sinal de tensão elétrica senoidal que amplia a faixa de pontos operacionais da célula durante o ensaio. Técnicas tradicionais de processamento de imagem (análise de componentes principais, transformada rápida de Fourier, método de mudança de fase por quatro pontos por ciclo de modulação e método da função gaussiana bidimensional) foram utilizadas isoladamente para analisar as imagens térmicas de células fotovoltaicas saudáveis e defeituosas durante o modo de operação em regime permanente. Os resultados obtidos permitiram constatar que esta nova abordagem fornece uma delimitação mais suavizada e clara das regiões defeituosas propiciando uma caracterização adequada dos defeitos existentes. Além disso, as imagens de fase ganharam destaque na caracterização dos defeitos, em especial para as frequências de 50 mHz e 100 mHz, em função das diferenças de contraste que apresentaram. Com isso, mudanças significativas entre as regiões defeituosas e saudáveis para diferentes frequências de modulação e tipos de defeitos foram identificadas.Fundação de Apoio a Pesquisa e à Inovação Tecnológica do Estado de Sergipe - FAPITEC/SESão CristóvãoporCélulas fotoelétricasCorrentes elétricasCorrente elétrica senoidalTermografia ativa moduladaImagens térmicas - ProcessamentoPhotoelectric cellsElectric currentsSinusoidal electric currentLock-in thermographyThermal imaging - ProcessingENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICADesenvolvimento de um método de monitoramento e detecção de defeitos em células fotovoltaicas utilizando termografia ativa moduladainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisPós-Graduação em Engenharia ElétricaUniversidade Federal de Sergipe (UFS)reponame:Repositório Institucional da UFSinstname:Universidade Federal de Sergipe (UFS)instacron:UFSinfo:eu-repo/semantics/openAccessLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81475https://ri.ufs.br/jspui/bitstream/riufs/20508/1/license.txt098cbbf65c2c15e1fb2e49c5d306a44cMD51ORIGINALTHIAGO_MOTA_VIEIRA.pdfTHIAGO_MOTA_VIEIRA.pdfapplication/pdf7033470https://ri.ufs.br/jspui/bitstream/riufs/20508/2/THIAGO_MOTA_VIEIRA.pdf64597e8544330ef69010606c07f956d3MD52riufs/205082024-11-26 12:57:46.205oai:oai:ri.ufs.br:repo_01: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Repositório InstitucionalPUBhttps://ri.ufs.br/oai/requestrepositorio@academico.ufs.bropendoar:2024-11-26T15:57:46Repositório Institucional da UFS - Universidade Federal de Sergipe (UFS)false |
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