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Title: Avaliação de técnicas de Deep Learning para prognósticos de energia solar.
Other Titles: Evaluation of Deep Learning techniques for solar energy forecasts.
???metadata.dc.creator???: SILVA, Cleiza Cristiano.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: GOMES, Helber Barros.
???metadata.dc.contributor.advisor2???: MENDEZ, Malaquias Peña.
???metadata.dc.contributor.referee1???: SILVA , Madson Tavares.
???metadata.dc.contributor.referee2???: EMILIAVACA, Samira de Azevedo Santos.
Keywords: Radiação solar;Nordeste - Brasil;Módulos fotovoltaicos;Métricas de desempenho;Solar radiation;Northeast – Brazil;Photovoltaic modules;Performance metrics
Issue Date: 20-Feb-2024
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: SILVA, Cleiza Cristiano. Avaliação de técnicas de Deep Learning para prognósticos de energia solar. 2024. 172 f. Dissertação (Mestrado em Meteorologia) – Programa de Pós-Graduação em Meteorologia, Centro de Tecnologia e Recursos Naturais, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2024.
???metadata.dc.description.resumo???: Nos últimos anos, a energia solar tem conquistado significativa relevância devido à sua natureza renovável, considerada uma das fontes com impacto quase nulo sobre o meio ambiente e economicamente viável. Devido às condições geográficas do Nordeste do Brasil (NEB), a utilização de energia fotovoltaica se torna uma ótima opção para a diversificação das fontes energéticas. Nesse contexto, esta pesquisa tem como motivação a análise da aplicação de técnicas de Aprendizagem Profunda, conhecida como "Deep Learning" (DL), para o prognóstico de geração de energia solar no NEB, visando ampliar o conhecimento e facilitar aplicações de estudos na área. Para isso, utilizou-se dados de reanálise do ERA5 no período de 2009 a 2019, incluindo informações como Irradiação Solar Incidente no Topo da Atmosfera (SSRD), Irradiação Global Horizontal (GHI), Temperatura em 2 metros (T2M), Precipitação Total (TP) e Cobertura Total de Nuvens (TCC), além de dados do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) de Irradiação Global Horizontal (Rg). Dados de geração de energia, incluindo Geração de Energia Verificada (GEV), Capacidade de Geração de Energia (CGE) e Capacidade Instalada (CI), foram obtidos do Operador Nacional de Sistemas Elétricos (ONS). Ao analisar os dados meteorológicos, observou-se correlações entre T2M, Rg e outras variáveis meteorológicas. Com os dados de eficiência na geração de energia solar, identificou-se que as usinas com maiores potenciais de CI estão concentradas no Piauí e Bahia, regiões onde o GHI possui valores médios horários elevados, atingindo aproximadamente 200 Wh/m². Essas regiões também apresentam maiores valores de T2M e SSRD, e menores valores de TCC e TP. A eficiência dos modelos de previsão foi examinada com mais detalhes para os Conjuntos Bom Jesus, Horizonte, Nova Olinda, Rio Alto e Sol do Futuro, localizados na Bahia, Piauí, Paraíba e Ceará, destacando o método Gated Recurrent Unit (GRU) e combinações que o envolvem, como superiores em termos das métricas Erro Quadrático Médio (Root Mean Squared Error - RMSE) e Erro Médio Absoluto (Mean Absolute Error - MAE), mantendo consistência para diferentes tamanhos de passos. A validação, através da comparação do previsto com os dados observados, reforçou que o GRU, ou combinações que o envolvem, apresentam resultados mais eficazes na tarefa de prognóstico para os conjuntos de dados estudados.
Abstract: In recent years, solar energy has gained significant relevance due to its renewable nature, considered one of the sources with almost no impact on the environment and economically viable. Due to the geographic conditions of the NEB, the use of photovoltaic energy becomes a great option for the diversification of energy sources. In this context, this research is motivated by the analysis of the application of Deep Learning techniques, known as "Deep Learning" DL, for the prognosis of solar energy generation in the NEB, aiming to expand knowledge and facilitate study applications in the area. For this, ERA5 reanalysis data was used from 2009 to 2019, including information such as SSRD, GHI, T2M, TP and TCC, in addition to data from INMET of Rg. Power generation data, including GEV, CGE and CI, were obtained from ONS. When analyzing meteorological data, correlations were observed between T2M, Rg and other meteorological variables. With the efficiency data in solar energy generation, it was identified that the plants with the highest IC potential are concentrated in Piauí and Bahia, regions where the GHI has high hourly average values, reaching approximately 200 Wh/m². These regions also present higher T2M and SSRD values, and lower TCC and TP values. The efficiency of the forecast models was examined in more detail for the Bom Jesus, Horizonte, Nova Olinda, Rio Alto and Sol do Futuro Complexes, located in Bahia, Piauí, Paraíba and Ceará, highlighting the GRU method and combinations that involve it, such as superior in terms of RMSE and MAE metrics, maintaining consistency for different step sizes. Validation, through comparison of predicted with observed data, reinforced that the GRU, or combinations that involve it, present more effective results in the prediction task for the data sets studied.
Keywords: Radiação solar
Nordeste - Brasil
Módulos fotovoltaicos
Métricas de desempenho
Solar radiation
Northeast – Brazil
Photovoltaic modules
Performance metrics
???metadata.dc.subject.cnpq???: Meteorologia.
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/37773
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