The Effect of AI-based Techniques on Photovoltaic Power Generation under Shaded Environments
Description
Abstract Due to the current emphasis on applying Artificial Intelligence (AI) techniques to Renewable Energy (RE) systems, particularly Photovoltaic (PV), a thorough study of Maximum Power Point Tracking (MPPT) control techniques-based AI approaches, particularly Fuzzy Logic Controller (FLC), Artificial Neural Network (ANN), and Adaptive Neural Fuzzy Inference System (ANFIS), is performed under various climatic conditions to demonstrate the best AI approach for the goal of maximizing the power generated by the PV panel. Consequently, the training performance of the Artificial Neural Network based Bayesian Regularization (ANN-BR) technique is compared in the first section of this study using a variety of ANN configurations. Applying 13 neurons in the hidden layer of the neural model provides for better convergence while reducing the fitness function's value to 3.9935E-14 within only 128 epochs, which demonstrate its efficiency and speed above alternative ANN designs. The second simulation in this study compares the benefits and limitations of the aforementioned AI algorithms in order to establish the optimum way for locating the Maximum Power Point (MPP) under Partial Shading (PS) conditions. As a result, the ANN-BR strategy shown its fastness in tracking the MPP, while the ANFIS approach demonstrated an excellent energy efficiency by outperforming the other strategies in three of four situations. The effectiveness of the proposed technique is investigated using flow simulations in the MATLAB ®program.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
ملخص نظرًا للتركيز الحالي على تطبيق تقنيات الذكاء الاصطناعي (AI) على أنظمة الطاقة المتجددة (RE)، وخاصة الكهروضوئية (PV)، يتم إجراء دراسة شاملة لأساليب الذكاء الاصطناعي القائمة على تقنيات التحكم في الحد الأقصى لتتبع نقاط الطاقة (MPPT)، وخاصة وحدة التحكم المنطقية الضبابية (FLC)، والشبكة العصبية الاصطناعية (ANN)، ونظام الاستدلال الضبابي العصبي التكيفي (ANFIS)، في ظل ظروف مناخية مختلفة لإظهار أفضل نهج للذكاء الاصطناعي لتحقيق هدف تعظيم الطاقة الناتجة عن اللوحة الكهروضوئية. وبالتالي، تتم مقارنة الأداء التدريبي لتقنية التنظيم البايزي القائم على الشبكة العصبية الاصطناعية (ANN - BR) في القسم الأول من هذه الدراسة باستخدام مجموعة متنوعة من تكوينات ANN. يوفر تطبيق 13 خلية عصبية في الطبقة المخفية من النموذج العصبي تقاربًا أفضل مع تقليل قيمة وظيفة اللياقة البدنية إلى 3.9935E-14 خلال 128 عصرًا فقط، مما يدل على كفاءتها وسرعتها فوق تصاميم ANN البديلة. تقارن المحاكاة الثانية في هذه الدراسة فوائد وقيود خوارزميات الذكاء الاصطناعي المذكورة أعلاه من أجل تحديد الطريقة المثلى لتحديد موقع نقطة القوة القصوى (MPP) في ظل ظروف التظليل الجزئي (PS). ونتيجة لذلك، أظهرت استراتيجية ANN - BR ثباتها في تتبع MPP، في حين أظهر نهج ANFIS كفاءة ممتازة في استخدام الطاقة من خلال التفوق على الاستراتيجيات الأخرى في ثلاث من أربع حالات. يتم التحقيق في فعالية التقنية المقترحة باستخدام محاكاة التدفق في برنامج MATLAB ®.Translated Description (French)
Résumé En raison de l'accent mis actuellement sur l'application des techniques d'intelligence artificielle (IA) aux systèmes d'énergie renouvelable (ER), en particulier photovoltaïque (PV), une étude approfondie des approches d'IA basées sur les techniques de contrôle MPPT (Maximum Power Point Tracking), en particulier Fuzzy Logic Controller (FLC), Artificial Neural Network (ANN) et Adaptive Neural Fuzzy Inference System (ANFIS), est réalisée dans diverses conditions climatiques pour démontrer la meilleure approche d'IA dans le but de maximiser la puissance générée par le panneau PV. Par conséquent, la performance d'entraînement de la technique de régularisation bayésienne basée sur le réseau neuronal artificiel (ANN-BR) est comparée dans la première section de cette étude en utilisant une variété de configurations ANN. L'application de 13 neurones dans la couche cachée du modèle neuronal permet une meilleure convergence tout en réduisant la valeur de la fonction fitness à 3,9935E-14 en seulement 128 époques, ce qui démontre son efficacité et sa vitesse par rapport aux conceptions ANN alternatives. La deuxième simulation de cette étude compare les avantages et les limites des algorithmes d'IA susmentionnés afin d'établir la manière optimale de localiser le point de puissance maximale (MPP) dans des conditions d'ombrage partiel (PS). En conséquence, la stratégie ANN-BR a montré sa solidité dans le suivi du MPP, tandis que l'approche ANFIS a démontré une excellente efficacité énergétique en surperformant les autres stratégies dans trois des quatre situations. L'efficacité de la technique proposée est étudiée à l'aide de simulations d'écoulement dans le programme Matlab ®.Translated Description (Spanish)
Resumen Debido al énfasis actual en la aplicación de técnicas de Inteligencia Artificial (IA) a sistemas de Energía Renovable (RE), particularmente Fotovoltaica (PV), se realiza un estudio exhaustivo de los enfoques de IA basados en técnicas de control de Seguimiento de Punto de Máxima Potencia (MPPT), particularmente Fuzzy Logic Controller (FLC), Artificial Neural Network (ANN) y Adaptive Neural Fuzzy Inference System (ANFIS), bajo diversas condiciones climáticas para demostrar el mejor enfoque de IA con el objetivo de maximizar la potencia generada por el panel fotovoltaico. En consecuencia, el rendimiento del entrenamiento de la técnica de regularización bayesiana basada en redes neuronales artificiales (ANN-BR) se compara en la primera sección de este estudio utilizando una variedad de configuraciones ANN. La aplicación de 13 neuronas en la capa oculta del modelo neuronal proporciona una mejor convergencia al tiempo que reduce el valor de la función de aptitud a 3,9935E-14 en solo 128 épocas, lo que demuestra su eficiencia y velocidad por encima de los diseños alternativos de ANN. La segunda simulación en este estudio compara los beneficios y limitaciones de los algoritmos de IA mencionados anteriormente para establecer la forma óptima de ubicar el punto de máxima potencia (MPP) en condiciones de sombreado parcial (PS). Como resultado, la estrategia ANN-BR mostró su solidez en el seguimiento del MPP, mientras que el enfoque ANFIS demostró una excelente eficiencia energética al superar a las otras estrategias en tres de cuatro situaciones. La efectividad de la técnica propuesta se investiga utilizando simulaciones de flujo en el programa MATLAB ®.Files
      
        latest.pdf.pdf
        
      
    
    
      
        Files
         (870.2 kB)
        
      
    
    | Name | Size | Download all | 
|---|---|---|
| 
          
          md5:9e85023e8c1fe9ffe4714d529ef2fbc7
           | 
        
        870.2 kB | Preview Download | 
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
 - تأثير التقنيات القائمة على الذكاء الاصطناعي على توليد الطاقة الكهروضوئية في البيئات المظللة
 - Translated title (French)
 - L'effet des techniques basées sur l'IA sur la production d'énergie photovoltaïque dans des environnements ombragés
 - Translated title (Spanish)
 - El efecto de las técnicas basadas en IA en la generación de energía fotovoltaica en entornos sombreados
 
Identifiers
- Other
 - https://openalex.org/W4307877531
 - DOI
 - 10.21203/rs.3.rs-2205733/v1
 
            
              References
            
          
        - https://openalex.org/W1680797894
 - https://openalex.org/W1990186721
 - https://openalex.org/W2051290886
 - https://openalex.org/W2112796928
 - https://openalex.org/W2340233429
 - https://openalex.org/W2472782068
 - https://openalex.org/W2547390566
 - https://openalex.org/W2560192613
 - https://openalex.org/W2589810365
 - https://openalex.org/W2753141486
 - https://openalex.org/W2905005948
 - https://openalex.org/W2922235953
 - https://openalex.org/W2945090859
 - https://openalex.org/W2945195857
 - https://openalex.org/W2951781175
 - https://openalex.org/W2985455643
 - https://openalex.org/W3007184658
 - https://openalex.org/W3112921844
 - https://openalex.org/W3125097406
 - https://openalex.org/W3133623380
 - https://openalex.org/W3154202149
 - https://openalex.org/W3194572901
 - https://openalex.org/W3203462441
 - https://openalex.org/W3213084743
 - https://openalex.org/W3216147003
 - https://openalex.org/W4211254728
 - https://openalex.org/W4220983178
 - https://openalex.org/W4225797097
 - https://openalex.org/W4226468151
 - https://openalex.org/W4282928415
 - https://openalex.org/W434628846