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Title: Análisis de ciclo de vida de paneles solares con IA y visión para detectar fallas
Authors: Guerrero Columbus, Emilio Esteban
Sarmiento Añazco, Marco Vinicio Jr
Urquizo Calderón, Javier Alejandro, Director
Keywords: Sistemas fotovoltaicos
Inteligencia artificial
Fallas
Monitoreo
Embebido
Issue Date: 2025
Publisher: ESPOL.FIMCP
Citation: Guerrero Columbus E.E, Sarmiento Añazco M,V, (2025) Análisis de ciclo de vida de paneles solares con IA y visión para detectar fallas [Proyecto Integrador] Escuela Superior Politécnica del Litoral. Guayaquil, 73 páginas
Abstract: Thermal, physical, and electrical failures accelerate the degradation of solar panels' useful life, to the point of compromising their energy generation function and, in turn, the investment made in the photovoltaic system. In response to this need, the research developed and validated an embedded prototype aimed at monitoring the life cycle, capable of detecting external and internal failures with traceability and immediate visualization. An architecture was implemented on NVIDIA Jetson Xavier NX that ran artificial intelligence models and presented results with interaction on a local web panel. For external faults, the system integrated a thermal model for detecting hot spots and a multi-class visual model for identifying cracks, surface coverage, dust accumulation and normal status, where accuracies of 90% were recorded for cracks and 84% for the normal class, with intermediate performance for coverage and dust. For internal faults, Random Forest and Gradient Boosting were compared, with the latter being selected for offering more consistent predictions, achieving accuracies using the R² metric of 0.9997 and an average MAE error of 117.65 W, reflecting the impact of larger point errors. The solution incorporated inspection reports and cloud storage of Amazon web services using AWS S3 organized by users and plants, with anonymized identifiers and a status file that was updated when changes were made to the platform. In addition, a PETG printed casing was designed and printed to facilitate protection, internal organization and ventilation of the equipment. Finally, the prototype was validated in the field through data acquisition with a drone, demonstrating technical feasibility as a replicable tool for diagnosis and maintenance in photovoltaic installations. Keywords: photovoltaic system, artificial intelligence, failures, monitoring, embedded
Description: Las fallas térmicas, físicas y eléctricas aceleran la degradación de la vida útil de los paneles solares, al punto de comprometen su función de generación energética y a su vez la inversión puesta en el sistema fotovoltaico. Ante esta necesidad, la investigación desarrolló y validó un prototipo embebido orientado a monitoreo del ciclo de vida, capaz de detectar fallas externas e internas con trazabilidad y visualización inmediata. Se implementó una arquitectura en NVIDIA Jetson Xavier NX que ejecutó modelos de inteligencia artificial y presentó resultados con una interacción en un panel web local. En fallas externas, el sistema integró un modelo térmico para detección de puntos calientes y un modelo visual multiclase para identificar fisuras, superficie cubierta, acumulación de polvo y estado normal, donde se registró precisiones del 90 % en fisuras y del 84 % en la clase normal, y comportamiento intermedio en cobertura y polvo. Para fallas internas se compararon “Random Forest” y Potenciación por Gradiente, seleccionándose esta última por ofrecer predicciones más consistentes, alcanzando precisiones usando la métrica R² de 0,9997 y un error medio MAE de 117,65 W, que refleja el impacto de errores puntuales mayores. La solución incorporó reportes por inspección y almacenamiento en nube de servicios de Amazon web usando AWS S3 organizado por usuarios y plantas, con identificadores anonimizados y un archivo de estado que se actualizó ante cambios en la plataforma. Adicionalmente, se diseñó e imprimió una carcasa impresa en PETG que facilitó la protección, el orden interno y la ventilación del equipo. Finalmente, el prototipo se validó en campo mediante adquisición de datos con dron, demostrando viabilidad técnica como herramienta replicable para diagnóstico y mantenimiento en instalaciones fotovoltaicas.
URI: http://www.dspace.espol.edu.ec/handle/123456789/69010
metadata.dc.identifier.codigoproyectointegrador: INGE-3013
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