Soiling in Solar Energy Systems: The Role of the Thresholding Method in Image Analysis
Creators
-
Leonardo Micheli1
-
Greg P. Smestad2
-
Muhammad Zahid Khan3, 4, 5
- Katja Lange3, 4
- Huda M. I. Almughary1
-
Mounir Abraim6
- Yanal Alamat7
-
C. J. Anderson8, 9
-
Saïd Bentouba10
-
Benjamin Figgis11
-
Pavan Fuke12
-
Ahmed Amine Hachicha13
-
Mounia Karim14
-
Anil Kottantharayil12
-
Alfredo A. Martinez‐Morales15
-
Ahmed Alami Merrouni
-
Douglas Olivares16
-
Giovanni Picotti8
-
J. Rabanal-Arabach16
-
Florian Wiesinger17
-
Klemens Ilse3, 4
- 1. Sapienza University of Rome
- 2. Ideas Engineering & Technology (United States)
- 3. Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics
- 4. Fraunhofer Institute for Microstructure of Materials and Systems
- 5. Anhalt University of Applied Sciences
- 6. Institut of Research in Solar Energy and New Energies
- 7. Leipzig University of Applied Sciences
- 8. Queensland University of Technology
- 9. Politecnico di Milano
- 10. NORCE Norwegian Research Centre
- 11. Hamad bin Khalifa University
- 12. Indian Institute of Technology Bombay
- 13. University of Sharjah
- 14. University of Derby
- 15. University of California, Riverside
- 16. University of Antofagasta
- 17. Calar Alto Observatory
Description
The use of image analysis has often been suggested as a practical way to monitor the soiling accumulated on the surfaces of solar energy conversion devices. Indeed, the deposited soiling particles can be counted and characterized to calculate the area they cover, and this area can be converted into an energy loss. However, several particle counting methodologies exist and can lead to dissimilar results. This work focuses on the role of thresholding, an essential step where particles are distinguished from a background based on the pixel brightness. Sixteen automatic thresholding methods are assessed using 13 200 micrographs of glass coupons soiled at nine locations globally. In low‐to‐intermediate soiling conditions, the "Triangle" method is found to return the minimum coefficient of variation and a mean deviation closer to zero. On the other hand, methods assuming a bimodal distribution of pixel brightness underestimate the area coverage. In addition, since soiling can be unevenly distributed over a surface, different loss estimations can be returned when the same image analysis process is used on different spots on a sample's surface. For these reasons, image analysis should be repeated at multiple locations on each investigated surface.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
غالبًا ما تم اقتراح استخدام تحليل الصور كطريقة عملية لمراقبة الأوساخ المتراكمة على أسطح أجهزة تحويل الطاقة الشمسية. في الواقع، يمكن حساب جزيئات الاتساخ المترسبة وتمييزها لحساب المساحة التي تغطيها، ويمكن تحويل هذه المنطقة إلى فقدان للطاقة. ومع ذلك، توجد العديد من منهجيات عد الجسيمات ويمكن أن تؤدي إلى نتائج متباينة. يركز هذا العمل على دور العتبة، وهي خطوة أساسية حيث يتم تمييز الجسيمات عن الخلفية بناءً على سطوع البكسل. يتم تقييم ستة عشر طريقة عتبة تلقائية باستخدام 13200 صورة مجهرية من القسائم الزجاجية المتسخة في تسعة مواقع على مستوى العالم. في ظروف الاتساخ المنخفضة إلى المتوسطة، تم العثور على طريقة "المثلث" لإرجاع الحد الأدنى من معامل التباين ومتوسط الانحراف أقرب إلى الصفر. من ناحية أخرى، فإن الطرق التي تفترض التوزيع ثنائي النمط لسطوع البكسل تقلل من شأن تغطية المنطقة. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن الاتساخ يمكن توزيعه بشكل غير متساوٍ على السطح، يمكن إرجاع تقديرات مختلفة للخسارة عند استخدام نفس عملية تحليل الصورة على بقع مختلفة على سطح العينة. لهذه الأسباب، يجب تكرار تحليل الصور في مواقع متعددة على كل سطح تم فحصه.Translated Description (French)
L'utilisation de l'analyse d'images a souvent été suggérée comme un moyen pratique de surveiller les salissures accumulées sur les surfaces des dispositifs de conversion de l'énergie solaire. En effet, les particules de salissures déposées peuvent être comptées et caractérisées pour calculer la surface qu'elles couvrent, et cette surface peut être convertie en une perte d'énergie. Cependant, plusieurs méthodologies de comptage des particules existent et peuvent conduire à des résultats dissemblables. Ce travail se concentre sur le rôle du seuillage, une étape essentielle où les particules sont distinguées d'un arrière-plan basé sur la luminosité des pixels. Seize méthodes de seuillage automatique sont évaluées à l'aide de 13 200 micrographies de coupons de verre souillés à neuf endroits dans le monde. Dans des conditions de salissures faibles à intermédiaires, la méthode « Triangle » renvoie le coefficient de variation minimum et un écart moyen plus proche de zéro. D'autre part, les méthodes supposant une distribution bimodale de la luminosité des pixels sous-estiment la couverture de la zone. En outre, étant donné que la salissure peut être inégalement répartie sur une surface, différentes estimations de perte peuvent être renvoyées lorsque le même processus d'analyse d'image est utilisé sur différents points de la surface d'un échantillon. Pour ces raisons, l'analyse d'image doit être répétée à plusieurs endroits sur chaque surface étudiée.Translated Description (Spanish)
El uso del análisis de imágenes a menudo se ha sugerido como una forma práctica de monitorear la suciedad acumulada en las superficies de los dispositivos de conversión de energía solar. De hecho, las partículas de suciedad depositadas se pueden contar y caracterizar para calcular el área que cubren, y esta área se puede convertir en una pérdida de energía. Sin embargo, existen varias metodologías de recuento de partículas que pueden conducir a resultados diferentes. Este trabajo se centra en el papel de la formación de umbrales, un paso esencial en el que las partículas se distinguen de un fondo en función del brillo de los píxeles. Se evalúan dieciséis métodos de umbralización automática utilizando 13 200 micrografías de cupones de vidrio ensuciados en nueve ubicaciones en todo el mundo. En condiciones de suciedad de bajaa intermedia, se encuentra que el método del "Triángulo" devuelve el coeficiente mínimo de variación y una desviación media más cercana a cero. Por otro lado, los métodos que asumen una distribución bimodal del brillo de los píxeles subestiman la cobertura del área. Además, dado que la suciedad puede distribuirse de manera desigual en una superficie, se pueden obtener diferentes estimaciones de pérdida cuando se utiliza el mismo proceso de análisis de imágenes en diferentes puntos de la superficie de una muestra. Por estas razones, el análisis de imágenes debe repetirse en múltiples ubicaciones en cada superficie investigada.Files
solr.202300654.pdf
Files
(15.9 kB)
Name | Size | Download all |
---|---|---|
md5:216cf0f36d5b00281d8f358cd6d4362c
|
15.9 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الاتساخ في أنظمة الطاقة الشمسية: دور طريقة العتبة في تحليل الصور
- Translated title (French)
- L'encrassement dans les systèmes d'énergie solaire : le rôle de la méthode de seuillage dans l'analyse d'images
- Translated title (Spanish)
- La suciedad en los sistemas de energía solar: el papel del método de umbral en el análisis de imágenes
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4388991593
- DOI
- 10.1002/solr.202300654
References
- https://openalex.org/W1547714734
- https://openalex.org/W1964215413
- https://openalex.org/W1966066897
- https://openalex.org/W1978818813
- https://openalex.org/W2021422668
- https://openalex.org/W2027091505
- https://openalex.org/W2082647352
- https://openalex.org/W2083601800
- https://openalex.org/W2083970667
- https://openalex.org/W2090550165
- https://openalex.org/W2115235609
- https://openalex.org/W2121603755
- https://openalex.org/W2132725786
- https://openalex.org/W2133059825
- https://openalex.org/W2170249894
- https://openalex.org/W2217934143
- https://openalex.org/W2437223862
- https://openalex.org/W2501133414
- https://openalex.org/W2510653046
- https://openalex.org/W2881642840
- https://openalex.org/W2892454505
- https://openalex.org/W2904719510
- https://openalex.org/W2970517887
- https://openalex.org/W2997727792
- https://openalex.org/W3000547431
- https://openalex.org/W3022678385
- https://openalex.org/W3088279054
- https://openalex.org/W3112944354
- https://openalex.org/W3152998456
- https://openalex.org/W3155695078
- https://openalex.org/W3171684808
- https://openalex.org/W3194899841
- https://openalex.org/W4247714388
- https://openalex.org/W4285014056
- https://openalex.org/W4285105329
- https://openalex.org/W4293254799
- https://openalex.org/W4307747623
- https://openalex.org/W4382396093
- https://openalex.org/W4383162834
- https://openalex.org/W4386054182