Arquitetura baseada em web e IoT para avaliação de desempenho de painéis fotovoltaicos

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Bonfim, Christian Griehl
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso embargado
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Campo Mourao
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Inovações Tecnológicas
UTFPR
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38948
Resumo: The performance of photovoltaic panels is traditionally evaluated using the currentvoltage (I-V) curve, an essential parameter for identifying defects and determining corrective actions, such as cleaning the panels or replacing damaged modules. Unlike simply measuring the short-circuit current and open-circuit voltage (which can be obtained with a multimeter and clamp meter), a complete I-V curve analysis verifies whether the panel is operating at its maximum productive potential. Despite its relevance, the use of I-V curve tracers is still uncommon, especially in smaller-scale systems like residential ones, due to the high cost of commercial equipment. To overcome this limitation, this work proposes the development of an automated, accessible, and scalable I-V curve tracer based on web and IoT technologies. The proposed architecture consists of three main modules: a web interface developed with React.js, an API implemented with Express.js, and a control device, represented by an ESP32 microcontroller. The operation follows this sequence: when accessing the web interface, the user can initiate the curve generation with a single command. This request is sent to the API, which publishes the command to start measurements to an MQTT broker. Upon receiving the command from the broker, the ESP32 controls a virtual electronic load, varying the duty cycle of a PWM signal from 100% down to 0% and performing the necessary current and voltage readings to compose the curve. As the project's focus is on software development, there is no physical hardware implementation for real measurements. Instead, the system consults predefined values, returning them as real-time current and voltage measurements. This simulation represents the resistance variation from short-circuit to open-circuit, allowing the entire characteristic curve of the panel to be traversed. Additionally, the ESP32 simulates a closed-loop temperature control, aiming to reach a panel temperature of 25 °C (the standard condition for efficiency measurements).During the PWM variation, the current and voltage data are sent to the MQTT broker and then forwarded by the API to the web interface, which processes and presents the final I-V curve graph to the user. The obtained results indicate that the proposed solution is a viable alternative for studies and development, with the potential for integration into remote monitoring systems and a relevant contribution to the field of renewable energy by combining modern web technologies with precision embedded control.
id UTFPR-12_28064921f7cd05f5b794383d338b4fbe
oai_identifier_str oai:repositorio.utfpr.edu.br:1/38948
network_acronym_str UTFPR-12
network_name_str Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
repository_id_str
spelling Arquitetura baseada em web e IoT para avaliação de desempenho de painéis fotovoltaicosWeb and IoT-based architecture for performance assessment of photovoltaic panelsGeração de energia fotovoltaicaInversores elétricosIrradiaçãoSistemas de energia fotovoltaicaPhotovoltaic power generationElectric invertersIrradiationPhotovoltaic power systemsCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::SISTEMAS ELETRICOS DE POTENCIAEngenharia/Tecnologia/GestãoThe performance of photovoltaic panels is traditionally evaluated using the currentvoltage (I-V) curve, an essential parameter for identifying defects and determining corrective actions, such as cleaning the panels or replacing damaged modules. Unlike simply measuring the short-circuit current and open-circuit voltage (which can be obtained with a multimeter and clamp meter), a complete I-V curve analysis verifies whether the panel is operating at its maximum productive potential. Despite its relevance, the use of I-V curve tracers is still uncommon, especially in smaller-scale systems like residential ones, due to the high cost of commercial equipment. To overcome this limitation, this work proposes the development of an automated, accessible, and scalable I-V curve tracer based on web and IoT technologies. The proposed architecture consists of three main modules: a web interface developed with React.js, an API implemented with Express.js, and a control device, represented by an ESP32 microcontroller. The operation follows this sequence: when accessing the web interface, the user can initiate the curve generation with a single command. This request is sent to the API, which publishes the command to start measurements to an MQTT broker. Upon receiving the command from the broker, the ESP32 controls a virtual electronic load, varying the duty cycle of a PWM signal from 100% down to 0% and performing the necessary current and voltage readings to compose the curve. As the project's focus is on software development, there is no physical hardware implementation for real measurements. Instead, the system consults predefined values, returning them as real-time current and voltage measurements. This simulation represents the resistance variation from short-circuit to open-circuit, allowing the entire characteristic curve of the panel to be traversed. Additionally, the ESP32 simulates a closed-loop temperature control, aiming to reach a panel temperature of 25 °C (the standard condition for efficiency measurements).During the PWM variation, the current and voltage data are sent to the MQTT broker and then forwarded by the API to the web interface, which processes and presents the final I-V curve graph to the user. The obtained results indicate that the proposed solution is a viable alternative for studies and development, with the potential for integration into remote monitoring systems and a relevant contribution to the field of renewable energy by combining modern web technologies with precision embedded control.O rendimento de painéis fotovoltaicos é tradicionalmente avaliado por meio da curva corrente-tensão (I-V), parâmetro essencial para identificar defeitos e determinar ações corretivas, como a limpeza dos painéis ou a substituição de módulos danificados. Diferente da simples medição da corrente de curto-circuito e da tensão de circuito aberto (que podem ser obtidas com multímetro e alicate amperímetro), a análise completa da curva I-V permite verificar se o painel está operando em seu máximo potencial produtivo. Apesar de sua relevância, o uso de traçadores de curva I-V ainda é pouco comum, principalmente em sistemas de menor potência, como os residenciais, devido ao alto custo dos equipamentos comerciais. Para contornar essa limitação, este trabalho propõe o desenvolvimento de um traçador de curva I-V automatizado, acessível e escalável, baseado em tecnologias web e IoT. A arquitetura proposta é composta por três módulos principais: uma interface web desenvolvida em React.js, uma API implementada em Express.js e um dispositivo de controle, representado por um microcontrolador ESP32. O funcionamento segue a seguinte sequência: ao acessar a interface web, o usuário pode iniciar a geração da curva com um único comando. Essa solicitação é enviada à API, que publica o comando de início das medições em um broker MQTT. O ESP32, ao receber o comando do broker, executa o controle de uma carga eletrônica virtual, variando o duty cycle de um sinal PWM de 100% até 0% e realizando as leituras de corrente e tensão necessárias para compor a curva. Como o foco do projeto está no desenvolvimento de software, não há implementação física do hardware para medições reais. Em vez disso, o sistema consulta valores predefinidos, os retornando como valores de corrente e tensão medidos em tempo real. Essa simulação representa a variação de resistência desde o curto-circuito até o circuito aberto, permitindo percorrer toda a curva característica do painel. Além disso, o ESP32 simula um controle de temperatura em malha fechada, buscando atingir a temperatura de 25 °C no painel (condição padrão para medições de eficiência). Durante a variação do PWM, os dados de corrente e tensão são enviados ao broker MQTT e, em seguida, repassados pela API à interface web, que processa e apresenta ao usuário o gráfico final da curva I-V. Os resultados obtidos indicam que a solução proposta é uma alternativa viável para estudos e desenvolvimento, com potencial de integração em sistemas de monitoramento remoto e contribuição relevante para o campo das energias renováveis, ao combinar tecnologias web modernas com controle embarcado de precisão.Universidade Tecnológica Federal do ParanáCampo MouraoBrasilPrograma de Pós-Graduação em Inovações TecnológicasUTFPRSchiavon, Gilson Juniorhttps://orcid.org/0000-0002-5642-078Xhttps://lattes.cnpq.br/9759363996357582Bertogna, Eduardo Giomettihttps://orcid.org/0000-0002-2271-814Xhttps://lattes.cnpq.br/5836698929628478Schiavon, Gilson Juniorhttps://orcid.org/0000-0002-5642-078Xhttps://lattes.cnpq.br/9759363996357582Ferreira, Lucianohttps://orcid.org/0000-0002-9326-0826http://lattes.cnpq.br/1855466912397758Bonfim, Christian Griehl2025-11-24T22:01:49Z2027-03-182025-11-24T22:01:49Z2025-09-16info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfBONFIM, Christian Griehl. Arquitetura baseada em web e IoT para avaliação de desempenho de painéis fotovoltaicos. 2025. Dissertação (Mestrado em Inovações Tecnológicas) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Campo Mourão, 2025.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38948porhttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/info:eu-repo/semantics/embargoedAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPR2025-11-25T06:19:01Zoai:repositorio.utfpr.edu.br:1/38948Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestriut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.bropendoar:2025-11-25T06:19:01Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false
dc.title.none.fl_str_mv Arquitetura baseada em web e IoT para avaliação de desempenho de painéis fotovoltaicos
Web and IoT-based architecture for performance assessment of photovoltaic panels
title Arquitetura baseada em web e IoT para avaliação de desempenho de painéis fotovoltaicos
spellingShingle Arquitetura baseada em web e IoT para avaliação de desempenho de painéis fotovoltaicos
Bonfim, Christian Griehl
Geração de energia fotovoltaica
Inversores elétricos
Irradiação
Sistemas de energia fotovoltaica
Photovoltaic power generation
Electric inverters
Irradiation
Photovoltaic power systems
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::SISTEMAS ELETRICOS DE POTENCIA
Engenharia/Tecnologia/Gestão
title_short Arquitetura baseada em web e IoT para avaliação de desempenho de painéis fotovoltaicos
title_full Arquitetura baseada em web e IoT para avaliação de desempenho de painéis fotovoltaicos
title_fullStr Arquitetura baseada em web e IoT para avaliação de desempenho de painéis fotovoltaicos
title_full_unstemmed Arquitetura baseada em web e IoT para avaliação de desempenho de painéis fotovoltaicos
title_sort Arquitetura baseada em web e IoT para avaliação de desempenho de painéis fotovoltaicos
author Bonfim, Christian Griehl
author_facet Bonfim, Christian Griehl
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Schiavon, Gilson Junior
https://orcid.org/0000-0002-5642-078X
https://lattes.cnpq.br/9759363996357582
Bertogna, Eduardo Giometti
https://orcid.org/0000-0002-2271-814X
https://lattes.cnpq.br/5836698929628478
Schiavon, Gilson Junior
https://orcid.org/0000-0002-5642-078X
https://lattes.cnpq.br/9759363996357582
Ferreira, Luciano
https://orcid.org/0000-0002-9326-0826
http://lattes.cnpq.br/1855466912397758
dc.contributor.author.fl_str_mv Bonfim, Christian Griehl
dc.subject.por.fl_str_mv Geração de energia fotovoltaica
Inversores elétricos
Irradiação
Sistemas de energia fotovoltaica
Photovoltaic power generation
Electric inverters
Irradiation
Photovoltaic power systems
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::SISTEMAS ELETRICOS DE POTENCIA
Engenharia/Tecnologia/Gestão
topic Geração de energia fotovoltaica
Inversores elétricos
Irradiação
Sistemas de energia fotovoltaica
Photovoltaic power generation
Electric inverters
Irradiation
Photovoltaic power systems
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::SISTEMAS ELETRICOS DE POTENCIA
Engenharia/Tecnologia/Gestão
description The performance of photovoltaic panels is traditionally evaluated using the currentvoltage (I-V) curve, an essential parameter for identifying defects and determining corrective actions, such as cleaning the panels or replacing damaged modules. Unlike simply measuring the short-circuit current and open-circuit voltage (which can be obtained with a multimeter and clamp meter), a complete I-V curve analysis verifies whether the panel is operating at its maximum productive potential. Despite its relevance, the use of I-V curve tracers is still uncommon, especially in smaller-scale systems like residential ones, due to the high cost of commercial equipment. To overcome this limitation, this work proposes the development of an automated, accessible, and scalable I-V curve tracer based on web and IoT technologies. The proposed architecture consists of three main modules: a web interface developed with React.js, an API implemented with Express.js, and a control device, represented by an ESP32 microcontroller. The operation follows this sequence: when accessing the web interface, the user can initiate the curve generation with a single command. This request is sent to the API, which publishes the command to start measurements to an MQTT broker. Upon receiving the command from the broker, the ESP32 controls a virtual electronic load, varying the duty cycle of a PWM signal from 100% down to 0% and performing the necessary current and voltage readings to compose the curve. As the project's focus is on software development, there is no physical hardware implementation for real measurements. Instead, the system consults predefined values, returning them as real-time current and voltage measurements. This simulation represents the resistance variation from short-circuit to open-circuit, allowing the entire characteristic curve of the panel to be traversed. Additionally, the ESP32 simulates a closed-loop temperature control, aiming to reach a panel temperature of 25 °C (the standard condition for efficiency measurements).During the PWM variation, the current and voltage data are sent to the MQTT broker and then forwarded by the API to the web interface, which processes and presents the final I-V curve graph to the user. The obtained results indicate that the proposed solution is a viable alternative for studies and development, with the potential for integration into remote monitoring systems and a relevant contribution to the field of renewable energy by combining modern web technologies with precision embedded control.
publishDate 2025
dc.date.none.fl_str_mv 2025-11-24T22:01:49Z
2025-11-24T22:01:49Z
2025-09-16
2027-03-18
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv BONFIM, Christian Griehl. Arquitetura baseada em web e IoT para avaliação de desempenho de painéis fotovoltaicos. 2025. Dissertação (Mestrado em Inovações Tecnológicas) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Campo Mourão, 2025.
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38948
identifier_str_mv BONFIM, Christian Griehl. Arquitetura baseada em web e IoT para avaliação de desempenho de painéis fotovoltaicos. 2025. Dissertação (Mestrado em Inovações Tecnológicas) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Campo Mourão, 2025.
url http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38948
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
info:eu-repo/semantics/embargoedAccess
rights_invalid_str_mv https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
eu_rights_str_mv embargoedAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Campo Mourao
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Inovações Tecnológicas
UTFPR
publisher.none.fl_str_mv Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Campo Mourao
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Inovações Tecnológicas
UTFPR
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
instacron:UTFPR
instname_str Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
instacron_str UTFPR
institution UTFPR
reponame_str Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
collection Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
repository.mail.fl_str_mv riut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.br
_version_ 1850498255510568960