Ứng dụng AI để nhận dạng tấm quang điện mặt trời bị hư hỏng

Trí tuệ nhân tạo
30/12/2022 09:14
Việc xác định tấm pin mặt trời bị hỏng có vai trò rất quan trọng trong đảm bảo vận hành an toàn, tin cậy và hiệu suất tối đa của các nhà máy điện mặt trời. Trong nghiên cứu này, tác giả đề xuất sử dụng mô hình deep learning để tự động hoá việc phân loại tấm pin mặt trời bị lỗi.
aa

Trong quá trình vận hành và thi công, các nhà máy điện mặt trời (NMĐMT) có thể xảy ra các dạng hư hỏng, sự cố như sự cố ở phía DC, tia lửa điện hư hỏng bộ biến tần, nứt vỡ, hư hỏng bề mặt các tấm pin mặt trời,… Trong các dạng sự cố này thì sự cố hư hỏng bề mặt các tấm pin mặt trời chiếm tỉ trọng lớn.

• Ứng dụng AI để cảnh báo sự cố, nâng cao hiệu suất hệ thống điện mặt trời
• Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong việc dự đoán giá bất động sản


Việc xác định tấm pin mặt trời bị hỏng có vai trò rất quan trọng trong đảm bảo vận hành an toàn, tin cậy và hiệu suất tối đa của các nhà máy điện mặt trời. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đề xuất sử dụng mô hình deep learning để tự động hoá việc phân loại tấm pin mặt trời bị lỗi.

1. Mô hình nhận dạng tấm pin bị lỗi dựa trên deep learning

Mô hình nhận dạng tấm pin bị lỗi được thể hiện ở Hình 1. Đây là một mô hình deep learning được sử dụng rất phổ biến trong các bài toán nhận dạng ảnh. Kiến trúc mạng nơ-ron tích chập được thể hiện ở Hình 2. Kiến trúc này bao gồm lớp dữ liệu đầu vào, lớp dữ liệu đầu ra và nhiều lớp ẩn, các lớp ẩn có thể là lớp tích chập (convolution), hoặc lớp gộp (pooling).

ung dung ai de nhan dang tam quang dien mat troi bi hu hong
Hình 1 . Mô hình nhận dạng tấm pin bị lỗi dựa trên deep learning.

ung dung ai de nhan dang tam quang dien mat troi bi hu hong
Hình 2. Kiến trúc mạng nơ-ron tích chập.

Mỗi lớp tích chập sẽ được sử dụng các bộ lọc khác nhau, số lượng thường đến hàng trăm, hàng nghìn bộ lọc, sau đó sẽ kết hợp kết quả của chúng lại với nhau. Lớp tích chập này sẽ được đi qua một hàm kích hoạt để tạo ra các thông tin trừu tượng hơn cho các lớp tiếp theo. Hàm kích hoạt được áp dụng vào giá trị của một nơ-ron để cho ra giá trị của một nơ-ron liên kết với nơ-ron ban đầu. Các hàm này là các hàm phi tuyến, thể hiện cho mối quan hệ phức tạp của dữ liệu

ung dung ai de nhan dang tam quang dien mat troi bi hu hong
Hình 3 . Mô hình phát hiện tấm quang điện hư hỏng.

Hàm sigmoid là hàm kích hoạt được sử dụng rất phổ biến trong các mô hình deep learning. Đây là một hàm phi tuyến với giá trị đầu vào là số thực và giá trị đầu ra là một số nằm trong khoảng (0,1). Chính vì vậy, hàm này thường được xem là xác suất cho một vài bài toán nhận dạng. Tuy nhiên, nhược điểm của hàm sigmoid là đạo hàm gần như bằng không tại các giá trị đầu vào có biên độ lớn, do đó ảnh hưởng đến tốc độ hội tụ của thuật toán. Để khắc phục nhược điểm đạo hàm bị triệt tiêu thì những năm gần đây người ta thường sử dụng hàm kích hoạt ReLU (Rectified Linear Unit). Hàm này có tốc độ tính toán nhanh hơn hàm sigmoid do có biểu thức toán học đơn giản và tránh được vấn đề đạo hàm bị triệt tiêu khi giá trị đầu vào lớn.

ung dung ai de nhan dang tam quang dien mat troi bi hu hong
Hình 4. Hàm kích hoạt phổ biến trong mạng nơ-ron tích chập: (a) hàm sigmoid; (b) hàm ReLU

2. Kết quả

Mô hình được huấn luyện và kiểm thử trên bộ dữ liệu bao gồm tập dữ liệu lớn các bức ảnh điện phát quang các tấm pin mặt trời loại mono và poly có độ phân giải cao được đưa về, được trích xuất từ mô-đun năng lượng mặt trời, cụ thể hình ảnh các loại tấm pin mặt trời được mô tả tại Hình 5.

ung dung ai de nhan dang tam quang dien mat troi bi hu hong
Hình 5. Hình ảnh tấm quang mặt trời loại bị hỏng, tấm quang mặt trời loại bình thường.

3. Kết luận

Nghiên cứu này đề xuất một một cách tiếp cận để phân loại tự động tấm quang mặt trời bị hỏng từ hình ảnh tấm quang điện mặt trời dựa trên mô hình mạng nơ-ron tích chập, kết hợp với thuật toán máy học véctơ hỗ trợ. Mạng nơ-ron tích chập đóng vai trò trích xuất các đặc trưng từ hình ảnh điện phát quang của tấm pin mặt trời, còn thuật toán máy học véctơ hỗ trợ đóng vai trò phân loại tấm pin bị hỏng từ các đặc trưng trích xuất được. Từ kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng mô hình này cho kết quả nhận dạng tấm pin hỏng với độ chính xác đạt được 95,63%.

Tài liệu tham khảo
  1. Zhou, ; Zhou, T.; Tian, Y.; Zhu, X.; Tu, Y. Perovskite-based solar cells: Materials, methods, and future perspectives. J. Nanomater. 2018, 2018, 8148072. [CrossRef]
  1. Dhanraj, A.; Mostafaeipour, A.; Velmurugan, K.; Techato, K.; Chaurasiya, P.K.; Solomon, J.M.; Gopalan, A.; Phoungthong, K. An effective evaluation on fault detection in solar panels. Energies 2021, 14, 7770. [CrossRef]
  2. Köntges, ; Kurtz, S.; Packard, C.E.; Jahn, U.; Berger, K.; Kato, K.; Friesen, T.; Liu, H.; Van Iseghem, M.; Wohlgemuth, J.; et al.Review of Failures of Photovoltaic Modules; Report EAI-PVPS T13-01:2014; International Energy Agency: Paris, France, 2014.
  1. Lee, H.; Park, J.H. Developing inspection methodology of solar energy plants by thermal infrared sensor on board unmanned aerial vehicles. Energies 2019, 12, 2928. [CrossRef]
  2. Shihavuddin, S.M.; Rashid, M.R.A.; Maruf, M.H.; Hasan, M.A.; ul Haq, M.A.; Ashique, R.H.; Al Mansur, A. Image based surface damage detection of renewable energy installations using a unified deep learning approach. Energy Rep. 2021, 7, 4566–4576. [CrossRef]
  3. Deitsch, S.; Christlein, ; Berger, S.; Buerhop-Lutz, C.; Maier, A.; Gallwitz, F.; Riess, C. Automatic classification of defective photovoltaic module cells in electroluminescence images. Sol. Energy 2019, 185, 455–468. [CrossRef]
  4. Elmeseiry, N.; Alshaer, N.; Ismail, A detailed survey and future directions of unmanned aerial vehicles (uavs) with potential applications. Aerospace 2021, 8, 363. [CrossRef]
  5. An Overview of Semantic Image Segmentation. Available online: https://www.jerme/semantic-segmentation/ (accessed on 27 September 2021).

Ngô Đăng Lưu (Công ty Anh Minh Global)
Nguyễn Hùng (Trường ĐH Công nghệ TPHCM)
Nguyễn Thị Nguyệt Ánh (Trường ĐH Tài nguyên và Môi trường TPHCM)

tan-hoang-minh
Tin bài khác
Thủ tướng Lê Minh Hưng: Giáo dục phải đi trước để kiến tạo tương lai đất nước

Thủ tướng Lê Minh Hưng: Giáo dục phải đi trước để kiến tạo tương lai đất nước

Sáng 5/9, tại tỉnh Lào Cai, Thủ tướng Chính phủ Lê Minh Hưng dự và phát biểu tại lễ khai giảng năm học 2026-2027 và khánh thành các trường phổ thông nội trú liên cấp tại các xã biên giới đất liền.
Thư của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm gửi ngành giáo dục nhân dịp Khai giảng năm học mới 2026-2027

Thư của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm gửi ngành giáo dục nhân dịp Khai giảng năm học mới 2026-2027

Nhân dịp khai giảng năm học 2026-2027, Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm đã gửi thư tới ngành giáo dục. Tạp chí Tự động hóa Ngày nay trân trọng giới thiệu toàn văn Thư của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm.
Trường THCS Trần Duy Hưng: Đổi mới để học sinh làm chủ tương lai

Trường THCS Trần Duy Hưng: Đổi mới để học sinh làm chủ tương lai

Sáng 5/9, Trường THCS Trần Duy Hưng, phường Yên Hòa, Hà Nội tổ chức lễ khai giảng năm học 2026-2027 trong không khí trang trọng, phấn khởi. Đồng chí Trần Đức Thắng, Ủy viên Bộ Chính trị, Bí thư Thành ủy Hà Nội dự và chung vui cùng thầy, trò nhà trường.
TP.Hồ Chí Minh bước vào cao điểm 150 ngày hoàn thành kế hoạch tăng trưởng 2 con số

TP.Hồ Chí Minh bước vào cao điểm 150 ngày hoàn thành kế hoạch tăng trưởng 2 con số

Sau 8 tháng năm 2026, kinh tế TP.Hồ Chí Minh tiếp tục duy trì đà tăng trưởng tích cực với nhiều chỉ tiêu đạt mức tăng khá. Công nghiệp, thương mại - dịch vụ, xuất nhập khẩu, thu hút đầu tư nước ngoài và hoạt động doanh nghiệp tiếp tục tạo nền tảng cho mục tiêu tăng trưởng GRDP từ 10% trở lên.
Tự động hóa mở hướng nâng cao hiệu quả cho ngành in - bao bì

Tự động hóa mở hướng nâng cao hiệu quả cho ngành in - bao bì

Diễn đàn “Tự động hóa trong ngành in ấn - bao bì” sẽ diễn ra ngày 18/9/2026 tại SECC, TP. Hồ Chí Minh, tập trung bàn về xu hướng tự động hóa, nhà máy bao bì thông minh, kiểm soát chất lượng, nhân lực và các giải pháp đầu tư phù hợp với doanh nghiệp trong bối cảnh chi phí, yêu cầu xuất khẩu và sản xuất xanh ngày càng gia tăng.
Robot hình người bắt đầu làm việc nhà thay con người

Robot hình người bắt đầu làm việc nhà thay con người

Hút bụi, lau sàn, vệ sinh bếp hay cọ rửa nhà vệ sinh, những công việc vốn gắn với căn bếp và đời sống gia đình đang dần được chuyển giao cho robot hình người. Tại San Francisco, Mỹ, một startup đã bắt đầu đưa những cỗ máy này vào nhà dân dưới hình thức dịch vụ, mở ra hình dung về một tương lai khi robot có thể trở thành “người giúp việc” trong mỗi gia đình.
Thị trường chứng khoán ngày 04/9: Cổ phiếu VIC “dẫn sóng”, VN Index tăng hơn 25 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 04/9: Cổ phiếu VIC “dẫn sóng”, VN Index tăng hơn 25 điểm

VN Index tăng hơn 25 điểm và vượt mốc 1.850 trong phiên cuối tuần, nhưng độ rộng thị trường vẫn nghiêng về bên giảm. Cổ phiếu VIC trở thành động lực chính của chỉ số, trong khi thanh khoản suy giảm cho thấy dòng tiền chưa thực sự lan tỏa.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 5/9/2026: Tuổi Ngọ vận trình hanh thông, tuổi Thìn nên thận trọng tài chính

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 5/9/2026: Tuổi Ngọ vận trình hanh thông, tuổi Thìn nên thận trọng tài chính

Những bí ẩn của khoa học đời sống là "món ăn" tinh thần không thể thiếu trong cuộc sống của con người. Tử vi vòng quay công nghệ xem tử vi 12 con giáp ngày 5/9/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Từ “cỗ máy ngốn điện” trở thành khách hàng linh hoạt của lưới điện

Từ “cỗ máy ngốn điện” trở thành khách hàng linh hoạt của lưới điện

Câu chuyện trung tâm dữ liệu AI (Data Center AI) tiêu tốn điện năng không còn là câu chuyện mới. Vấn đề nằm ở chỗ hàng chục, thậm chí hàng trăm megawatt ấy xuất hiện vào lúc nào, tập trung ở đâu, linh hoạt đến đâu và có thể “đi cùng nhịp” với lưới điện hay không? Cùng TĐHNN thử đi tìm lời giải cho những câu hỏi này.
Bộ Chính trị đặt mục tiêu đến 2030 du lịch đóng góp 10 - 12% GDP, đón 45 - 50 triệu khách quốc tế

Bộ Chính trị đặt mục tiêu đến 2030 du lịch đóng góp 10 - 12% GDP, đón 45 - 50 triệu khách quốc tế

Nghị quyết 26-NQ/TW của Bộ Chính trị đặt mục tiêu đưa du lịch thực sự trở thành ngành kinh tế mũi nhọn trong kỷ nguyên mới, chuyển trọng tâm từ tăng trưởng dựa vào số lượng sang chất lượng, giá trị gia tăng và phát triển bền vững.