Sistema de Adquisición de Datos Distribuido para Instalaciones Fotovoltaicas

Author(s):
Francisco Casellas - EUETIB

Industry:
University/Education

Products:
LabVIEW

The Challenge:
Desarrollar un sistema de adquisición en tiempo real que permita determinar las principales características de funcionamiento en campo de una planta solar con un control remoto desde laboratorio o desde cualquier conexión por internet.

The Solution:
Ha sido un prototipo de desarrollo evolutivo que de una forma distribuida y remota permita las tele medidas de los parámetros funcionales de cada panel independientemente, basado en elementos jerárquicos. Los componentes que lo forman son sensores y concentrador ZigBee, el puente de conexión a Internet o gateway, y el ordenador remoto con LabVIEW mediante telnet como controlador del sistema.

Introducción y antecedentes

Las energías renovables son imprescindibles en un modelo energético sostenible. La producción de energía solar conlleva el estudio de la producción fotoeléctrica para optimizar los recursos dedicados y estudiar los nuevos desarrollos. La valoración de los modelos que se han de aplicar implica la caracterización de los parámetros ambientales que rodean al generador fotovoltaico como paso necesario para su aprovechamiento pleno y como paso previo para diseños futuros.

La medida de las variables que intervienen en la producción implican unos factores de mérito para la mejora de rendimiento y la adaptación del sistema a la singularidad de la ubicación, hay otros factores como el transcurso del tiempo que modifican el comportamiento del sistema. Todos los factores físicos y variables que se han de monitorizar junto con la interacción entre paneles, por el conexionado, definirán la operativa de este tipo de generadores fotovoltaicos y su rendimiento.

Según estas limitaciones se ha desarrollado un sistema que permite el estudio de una planta fotovoltaica reconfigurable en múltiples situaciones de funcionamiento y escalable en su aplicación.

 Modo operativo

Cada panel del sistema es monitorizado de forma individual por un módulo sensor permitiendo ejercer algunas acciones de control sobre el mismo de forma remota. Los datos obtenidos se transmiten al ordenador donde son fácilmente exportables a otros entornos operativos para su análisis, por ejemplo a una hoja de cálculo, realizando en este instante un cálculo estadístico para determinar la fiabilidad de dichos datos como un control de calidad.

En el diseño se plantea una estructura jerárquica con múltiples elementos remotos repetitivos enlazados con un gateway ZigBee-Internet y controlados desde LabVIEW, esto permite la fácil reprogramación del sistema siendo solamente necesario el acceso físico a la planta en el caso de instalación o sustitución de alguno de los módulos de hardware. El flujo de control y datos es bidireccional, por un lado los controles de los sensores desde LabVIEW que permite reconfigurar la estructura de adquisición por ejemplo modificando la velocidad de adquisición o desconectando un

En el otro sentido un gran volumen de datos que son las señales adquiridas desde los sensores hacia el sistema de usuario que han de ser separadas por tipo de trama o de medida, por sensor o panel fotovoltaico y por variable física, a la vez que se  genera el histórico con las distinta pantallas de datos.

Se establece con estos propósitos una comunicación M2M en dos ámbitos, uno para cada una de las redes utilizadas, así al usuario se le permite operar el sistema de forma transparente. También se han incluido en el controlador del sistema algunas rutinas estadísticas para valorar la solidez de los datos adquiridos.

En el módulo sensor se ha utilizado un microcontrolador para la adquisición de las señales y la gestión de las comunicaciones, y otro para el control del panel. En el módulo concentrador se ha utilizado un microcontrolador específico para cada tipo de red utilizada. El resto del sistema utiliza elementos que suelen estar incluidos en un ordenador.

Resultados y conclusiones:

 El sistema desarrollado para el monitorizado es un prototipo que permite estudiar el bus de campo ZigBee y su conexión a Internet sobre una instalación fotovoltaica de la URT de EdePAE en la EUETIB.

 Características del estudio:

-       Capacidad de monitorizado con la modificación del throughput de adquisición, la posibilidad de reconfiguración y límites de alcance en la planta.

-       Capacidad de evolución, reestructuración del sistema, trabajo de múltiples fabricantes sobre el bus inalámbrico y límites de crecimiento en la red.

-       Capacidad de implantación hacia otras aplicaciones modificando los sensores pero manteniendo la estructura.

Así pues el producto obtenido es el propio prototipo poseyendo la capacidad que el usuario lo adapte a su aplicación. Imprescindible para este cometido es disponer de herramientas que permitan una total reconfiguración del API y GUI en

el extremo superior lo que recae sobre LabVIEW y de la etapa acondicionadora hacia los sensores que ha de ser un diseño específico. El resto de los elementos intermedios son reutilizables para múltiples aplicaciones y sus capacidades descritas es en lo que se está trabajando actualmente.

Todo este proceso se enmarca dentro de las nuevas tecnologías basadas en la inteligencia distribuida y que intentan aplicar las herramientas de “Graphical System Design” existentes a distintos niveles con objeto de disponer de una aplicación adaptativa a  cada necesidad en un reducido tiempo.

 

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Francisco Casellas
EUETIB

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