Aplicación Práctica / Practical Issues
Recibido: 04-05-2018, Aprobado tras revisión: 25-07-2018
Forma sugerida de citación: Nogales, R.; Guamán, J.; Vargas, C.; Ríos, A. (2018). “Plataforma Cloud de Monitoreo del
Funcionamiento de una Electrolinera Solar Fotovoltaica”. Revista Técnica “energía”. No. 15, Issue I, Pp. 80-89
ISSN On-line: 2602-8492 - ISSN Impreso: 1390-5074
© 2018 Operador Nacional de Electricidad, CENACE
.
Cloud Monitoring Platform for the Operation of a Photovoltaic Solar
charging station for electric vehicles
Plataforma Cloud de Monitoreo del Funcionamiento de una Electrolinera
Solar Fotovoltaica
Rubén Nogales
1
Jesús Guamán
1
Carlos Vargas
1
Alberto Ríos
1
1
Universidad Técnica de Ambato, Ambato, Ecuador
E-mail: re.nogales@uta.edu.ec; jguaman0585@uta.edu.ec; cvargas0028@uta.edu.ec, a.rios@uta.edu.ec
Abstract
The Ecuadorian government is interested in
promoting the integration of renewable energies in
the transport sector with special attention to the
Galapagos Islands. In this context, this paper
describes the design and implementation of a
computer cloud platform loud of monitoring of the
behavior of a charging station for electric vehicles,
powered from an isolated photovoltaic solar system
currently operating at the Huachi campus of the
Technical University of Ambato. In the present study
a brief description of the design, dimensioning,
installation and commissioning of photovoltaic solar
charging station for electric vehicle installed at the
city of Ambato is presented. Remote monitoring of
the integrated electric station into a cloud platform
ensures optimal track the performance of solar
installations in different geographical areas of the
country. In this sense the photovoltaic solar charging
station for electric vehicles represents a replicable
and scalable prototype in isolated areas, is special in
the Galapagos Islands. The remote monitoring cloud
platform allows analyzing the behavior of the
different elements of the solar installation: panels,
regulators, batteries and inverters. The presentation
of the acquired data visually allows the load recorder
of the installation the correct behavior of the electric
station and be alert to unexpected failures,
guaranteeing the normal operation of the electric
station.
Index terms-- Photovoltaics solars, charging station
electric vehicles, monitoring platform, cloud
computing.
Resumen
El Estado ecuatoriano está interesado en promover
la integración de energías renovables en el sector
transporte, con especial atención a las islas
Galápagos. En este contexto, el presente artículo
describe el diseño e implementación de una
plataforma informática cloud de monitoreo del
comportamiento de una estación de recarga de
vehículos eléctricos, alimentada desde un sistema
solar fotovoltaico aislado, actualmente en
funcionamiento en el campus Huachi de la
Universidad Técnica de Ambato. En el presente
estudio se realiza una breve descripción del diseño,
dimensionado, instalación y puesta en marcha de la
electrolinera solar fotovoltaica instalada en la ciudad
de Ambato. El monitoreo remoto de la electrolinera
está integrado en una plataforma cloud que
garantiza realizar el seguimiento del óptimo
funcionamiento de instalaciones solares en diferentes
zonas geográficas del país. En este sentido, la
electrolinera solar fotovoltaica representa un
prototipo replicable y escalable en zonas aisladas, en
especial en las islas Galápagos. La plataforma cloud
de monitoreo remoto permite analizar el
comportamiento de los diferentes elementos de la
instalación solar: paneles, reguladores, baterías e
inversores. La presentación de los datos adquiridos
de forma visual permitirá al personal a cargo de la
instalación registrar el correcto comportamiento de
la electrolinera y estar alerta ante fallos inesperados,
garantizando el normal funcionamiento de la
electrolinera.
Palabras clave Paneles solares, carga de vehículos
eléctricos, plataforma de monitoreo, cloud
computing
80
Revista Técnica “energía”, Edición No. 15, Issue I, Julio 2018
1. INTRODUCCIÓN
Entre el año 2009 y 2017, el coste nivelado
promedio de la energía eléctrica generada en
instalaciones solares fotovoltaicas se ha reducido en un
86%, pasando de 359 $/MWh, en el año 2009, a 50$ a
finales del año 2107 [1]. El monitoreo remoto de los
parámetros técnicos de los elementos de un sistema
fotovoltaico permite garantizar el correcto
funcionamiento de la instalación y disponer de
información para la realización de actividades de
operación y mantenimiento programado [2]. El uso de
sistemas de monitoreo remoto para la conexión de la
instalación fotovoltaica con los centros de control
renovables representa un significativo ahorro en costes
de operación y mantenimiento. En los sistemas
fotovoltaicos residenciales, la instalación de dispositivos
de monitoreo remoto podría no proporcionar un
significativo beneficio económico en comparación con
las grandes instalaciones renovables conectadas a la red
de alta tensión. No obstante, el abaratamiento de los
costes de los dispositivos eléctricos de monitorización,
así como la versatilidad de los sistemas informáticos de
almacenamiento de datos, por ejemplo, las plataformas
cloud computing, hacen económicamente viables la
implementación de sistemas de monitoreo remoto en
sistemas fotovoltaicos residenciales, conectados a red y
aislados.
La integración de plataformas informáticas en los
sistemas fotovoltaicos residenciales permite adquirir
datos desde los diferentes elementos, que conforman la
instalación fotovoltaica, y generar reportes de
generación/consumo para los usuarios finales. En la
actualidad, los sistemas de monitoreo remoto en
instalaciones fotovoltaicas evolucionan hacia la
detección de fallas y el desarrollo de estrategias y
técnicas avanzadas de diagnóstico y evaluación de la
fiabilidad del sistema fotovoltaico, [3].
La problemática de integración de sistemas
fotovoltaicos en las redes de distribución de zonas
urbanas es un tema de actualidad en la literatura
científica debido a la gran incidencia que presentan la
instalacion de cargas de vehículos eléctricos en varios
países. Estudios realizados en relación con la
interacción energética entre instalaciones fotovoltaicas,
sistemas de recarga de vehículos eléctricos y la red
eléctrica desvelan los beneficios técnicos y económicos
de la integración de sistemas fotovoltaicos en el sector
residencial [5].
El desarrollo de los sistemas de monitoreo de
instalacion fotovoltaicos aisladas y sistemas de recarga
de baterías de vehículos eléctricos se han desarrollado
en los últimos años. En este contexto se presenta un
análisis de los trabajos relacionada con sistemas de
monitoreo de estaciones fotovoltaicas aisladas y
estaciones de carga de vehículos eléctricos.
En [6] y en [7] se presenta un estudio de las
plataformas comerciales y de desarrollo libre de
monitoreo remoto de instalaciones fotovoltaicas. Las
plataformas de monitoreo estudiadas en estos artículos
responden a sistemas cerrados o comerciales de pago,
por lo que el uso de estos sistemas encarece las
instalaciones de sistemas fotovoltaicos aislados. La
instalación de alarmas, así como el uso de sistemas
remotos múlti-plataformas están ligados a los sistemas
que entregan los proveedores de estos servicios. En
mucho de los casos estos sistemas no son escalables ya
que están diseñados para cumplir funciones
determinadas. Los mencionados artículos han sido base
para el desarrollo de metodologías y algoritmos en los
sistemas monitoreo remoto de instalaciones. Muchos de
los estudios realizados para el monitoreo de sistemas
remotos se basan en la simulación de la obtención de
datos para la entrega de resultados periódicos.
En los últimos años se han introducido varios
conceptos en el campo de la ingeniería uno de los más
importantes es el de Smart Grid, que tienen como
objetivo el monitoreo y control de la generación,
transmisión y consumo de una red eléctrica. En [8], se
propone una plataforma basada en una cloud computing
con soporte de seguridad de datos. En el artículo se
propone el análisis del impacto de PV solar en tiempo
real para la red de distribución en una zona aislada. La
plataforma puede utilizar varias ventajas de la
computación en la nube, como almacenamiento
escalable y recursos de computación para realizar el
análisis de una manera rentable. El estudio propone una
plataforma de monitoreo en la nube con supervisión
desde la generación, transmisión y distribución de la
energía.
La integración de sistemas IoT y plataformas cloud
computing han permitido el desarrollo de varios trabajos
relacionados al monitoreo de sistemas renovables. En
[9], se presenta un sistema de monitoreo de bajo costo
con el uso de una raspberry pi. El microcontrolador
permite presentar los datos almacenados de forma
gráfica. La raspberry pi sirve como interface de
conexión de los sensores y una computadora donde se
almacenan los datos para después ser presentados en
forma gráfica.
Ecuador es uno de los países con mayor dependencia
de las exportaciones de petróleo y derivados del mismo,
el 89% de la energía primaria está asociada a la
producción, exportación y refinación de petróleo [10].
En el futuro, el 90% de la energía primaria del Ecuador
podría depender de un recurso que el país ya no
dispondrá en un futuro no muy lejano. En el Ecuador, el
sector con mayor consumo de energía es el transporte,
con 43 millones de barriles equivalentes de petróleo. En
el año 2015, el 4% del consumo total de energía final
correspondió al sector transporte [11].
La implementación práctica de una estrategia
sostenible de despetrolización del transporte significaría
el inicio de una profunda transformación del modelo
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Nogales et al. / Plataforma Cloud de Monitoreo del Funcionamiento de una Electrolinera Solar Fotovoltaica
energético actual, inherente a cualquier sociedad
moderna. El transporte es uno de los problemas más
acuciantes y críticos que deberán abordar los diferentes
Estados – independientemente del nivel de desarrollo
humano –, esto implica la elaboración e implementación
de una estrategia integral a muy largo plazo de
transformación del sistema de transporte de personas y
mercancías, acoplado a un proceso de transformación
del modelo energético. El peatón, el ciclista y el
transporte público deben ser los elementos centrales de
una estrategia integral de movilidad sostenible. Por esta
razón, el uso de sistemas fotovoltaicos para proveer
energía eléctrica a los vehículos adquiere especial
importancia en los últimos años [12].
El desarrollo de sistemas de monitoreo de estaciones
de cargas de vehículos eléctricos (VE) basados en
sistemas fotovoltaicos no ha presentado un mayor
interés años atrás. Sin embargo, la conexión de
estaciones de carga a la red representa un gran reto para
el rediseño de las redes eléctricas actuales. Es así, que se
ha desarrollado un gran aporte científico en cuanto a
sistemas de monitoreo remoto de estaciones de carga de
vehículos eléctricos conectados a la red y aislados, los
cuales se presentan en los siguientes párrafos.
En [13], se analizó el impacto de la carga vehicular,
en diferentes sectores tales como los residenciales,
comerciales e industriales mediante un sistema de
supervisión y control de descarga. En el artículo se
analiza la reducción de hasta el 90% de pérdidas por el
mal funcionamiento de la instalación al incorporar un
sistema de monitoreo. El sistema permite determinar los
diferentes patrones de descarga de diferentes vehículos.
En este artículo se integra un sistema de monitoreo de la
demanda que generan los vehículos eléctricos a cada
una de las instalaciones de carga. Este monitoreo de los
sistemas de carga de vehículos eléctricos permite
priorizar la carga a los vehículos que presentan el
porcentaje más bajo de carga. El sistema está
desarrollado en un entorno de programación con
LabView, donde se puede importar los datos a MatLab
y se procede a realizar el análisis de datos para
posteriormente generar reportes.
En [14], se presenta el desarrollo de una herramienta
para la gestión energética y la optimización de energía a
partir de fuentes renovables en el Campus de la
Universidad de Salento. La herramienta está diseñada
para supervisar el estado de los vehículos conectados y
la estación de recarga permitiendo gestionar la recarga
en función de la predicción de la potencia de los paneles
fotovoltaicos y el uso de energía eléctrica en tres
edificios del Departamento de Ingeniería. La
herramienta permite que el excedente de electricidad de
la energía fotovoltaica se utilice para la recarga de los
vehículos eléctricos. Se definen los beneficios en
términos de CO2 y los costos de la recarga programada
con respecto a la recarga gratuita se evalúan sobre la
base de los datos preliminares adquiridos en la primera
etapa de la campaña experimental.
En [15], se presenta un sistema de monitoreo de una
estación de carga rápida de vehículos conectada a la red.
En este sistema se realiza en monitoreo de la demanda
generada por los vehículos eléctricos, así como la
potencia de la red para la carga del vehículo eléctricos.
Con los datos obtenidos de la generación y la potencia
suministrada por la red se realiza un sistema de control
la recarga rápida de los vehículos eléctricos evitando así
el consumo excesivo desde la red.
En [16], se analiza la factibilidad de sistemas
inalámbricos en el desarrollo de sistemas de monitoreo
de estación de carga de vehículos eléctricos, dejando a
un lado los tradicionales sistemas alámbricos o guiados.
El poder disponer de datos como la ubicación de las
estaciones de carga hace aún más atractivo el uso de
sistemas inalámbricos. El mantener varios sistemas de
carga monitoreados a través de un solo sistema es la
propuesta más notable de este artículo. El sistema de
monitoreo recolecta la información en tiempo real de la
carga del vehículo y de la estación de carga y la envía
mediante un concentrador de datos a una data center
alojada en una estación de trabajo que monitorea todo el
sistema.
Por último, en [17], se presenta un sistema de
monitoreo de la estación de carga de vehículos
eléctricos, conocida como electrolinera conectada a la
red. El monitoreo se realiza tanto al sistema de carga
como a su parqueadero con el objetivo de determinar la
demanda de energía que debe satisfacer la estación de
carga. El estudio permite tener la información necesaria
para el desarrollo de sistemas con un mayor ajuste de
demanda para el número de carros que se encuentran ha
espera de una recarga en el estacionamiento.
En la revisión literaria de plataformas cloud de
monitoreo del funcionamiento de una electrolinera solar
fotovoltaica, realizados, no sé ha encontrado trabajos de
gran relevancia. Sin embargo, uno de los aspectos más
importantes del diseño y de la implementación de una
electrolinera es la potencia instalada, debido a que es la
que cubrirá la demanda de la carga de los vehículos
eléctricos y por lo tanto el monitoreo de esta etapa del
funcionamiento es de especial importancia. Por tal
motivo, en los siguientes apartados, se presenta un
sistema de monitoreo del funcionamiento de una
instalacion de carga basada en un sistema fotovoltaico
instalada en los predios de Huachi de la Universidad
Técnica de Ambato.
En el presente artículo se describe el desarrollo e
implementación de una plataforma informática de
monitoreo de una estación carga de vehículos eléctricos
proporciona un sistema integrado de gestión energética
y optimización de la energía obtenida de fuentes
renovables en el Campus Huachi de la Universidad
Técnica de Ambato. El artículo se estructura de la
siguiente manera: En el apartado dos se presenta los
82
Revista Técnica “energía”, Edición No. 15, Issue I, Julio 2018
detalles y características del prototipo de electrolinera
instalada en el campo Huachi de la Universidad Técnica
de Ambato. En el apartado tres se presenta la estructura
e instalacion de la plataforma cloud de monitoreo del
funcionamiento de la electrolinera. En cuarto apartado
se describe los resultados de la implementación de la
plataforma cloud de monitoreo, el sistema de
comunicación y los reportes generados por la
plataforma. Por último, se presentan las conclusiones a
las que se ha llegado una vez validada la plataforma de
monitoreo del funcionamiento de la electrolinera solar
fotovoltaica.
2. IMPLEMENTACIÓN Y DESCRIPCIÓN DE
LOS ELEMENTOS DE LA ELECTROLINERA
En la Fig. 1, se presenta de forma esquemática, los
elementos que conforman la electrolinera solar aislada
instalada en el campus de la UTA:
•Estructura metálica de soporte de los paneles.
•Sistema de conversión solar – paneles
fotovoltaicos.
•Sistema de regulación, control y adaptación –
regulador e inversor/cargador.
•Sistema de acumulación – baterías estacionarias.
•Estación de recarga eléctrica de vehículos. Los
Trabajos Técnicos deberán cumplir con las
siguientes recomendaciones generales:
Figura 1: Esquema general de la electrolinera solar aislada en la
Universidad Técnica de Ambato.
2.1. Generador fotovoltaico
Los paneles fotovoltaicos se agrupan en dos
subcampos solares fotovoltaicos independientes,
colocados sobre la estructura metálica de soporte, que
conforman la instalación fotovoltaica [18]. Cada
subcampo solar fotovoltaico consta de 8 paneles
fotovoltaicos SUNPOWER de la serie E20 de silicio
monocristalino negro, conectados en serie-paralelo. La
electrolinera se ubica en una zona especialmente
asignada del aparcamiento al aire libre existente en el
campus Huachi de la UTA. El espacio asignado para la
ubicación de la estructura metálica es propiedad de la
universidad, evitando el pago de alquiler. En la Fig. 2,
se presenta de forma esquemática la conexión de los
paneles fotovoltaicos para cada campo fotovoltaico.
Figura 2: Conexión en paralelo de los paneles fotovoltaicos de los
campos fotovoltaicos I y II, respectivamente.
Cada panel fotovoltaico puede suministrar una
potencia pico igual a 327 Wp. Cada subcampo
fotovoltaico dispone de una potencia total instalada
igual a 2616 Wp, respectivamente. Por tanto, la
instalación solar fotovoltaica dispone de una potencia
pico total instalada de 5,232 kWp. Cada subcampo
dispone de 4 strings de 2 paneles en serie. En la Fig. 3,
se presenta de forma esquemática la distribución de los
campos fotovoltaicos I y II sobre la estructura metálica.
Figura 3: Distribución de los subcampos fotovoltaicos I y II sobre
la estructura metálica de soporte de la electrolinera solar
La inclinación y orientación de la estructura metálica
de soporte presentan los valores óptimos adecuados para
maximizar la producción en función de las condiciones
geográficas y topográficas de la localización. El factor
de las sombras existentes y el máximo aprovechamiento
de la superficie han resultado los criterios más
preponderantes en la selección de la orientación e
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Nogales et al. / Plataforma Cloud de Monitoreo del Funcionamiento de una Electrolinera Solar Fotovoltaica
inclinación de la estructura metálica [19]. La eficiencia
del panel fotovoltaico SUNPOWER serie E20 es igual
20,4 % que corresponde a los valores de eficiencia más
elevados en el mercado de paneles fotovoltaico. La
maximización de la producción de energía exige el
empleo de paneles fotovoltaicos de alta eficiencia,
puesto que la superficie disponible es limitada. La
eficiencia de los paneles es un factor determinante en el
precio final de la instalación fotovoltaica se presenta en
la Fig. 4 [20].
Figura 4: Comparativa de la producción de energía entre un panel
fotovoltaico SUNPOWER y un panel fotovoltaico convencional
[20].
Las dimensiones de los paneles fotovoltaicos son de
1,6 metros de largo y 1,05 metros de ancho. La
superficie de 1,6 metros cuadrados es relativamente
pequeña en comparación con varios modelos de otros
fabricantes. El tamaño de los paneles es ideal para
tejados y estructuras de reducidas dimensiones, puesto
que permite optimizar al máximo la superficie
disponible sobre los mismos. Los paneles fotovoltaicos
seleccionados tienen un peso de 18,6 kilogramos frente
a los 24-25 kilogramos que normalmente suelen pesar
los paneles estándar con ese nivel de potencia eléctrica
[20]. El peso de los paneles es de especial importancia
para no sobrecargar la estructura metálica.
2.2. Sistema de regulación, control y adaptación
El sistema de regulación y conversión de energía de
la instalación fotovoltaica se compone de un dispositivo
que agrupa dos elementos en una solución integrada:
regulador e inversor/cargador. En la Fig. 5, se presenta
una representación del esquema básico del dispositivo
inversor/regulador/cargador. Este dispositivo es
adecuado para cubrir la demanda total de instalaciones
aisladas como viviendas, granjas, refugios, etc., siendo
de especial importancia para la electrolinera, en caso de
realizar una ampliación e incluir una turbina eólica
adicional de tamaño pequeño.
Figura 5: Esquema básico de un dispositivo Regulador e
Inversor/Cargador de una instalación fotovoltaica aisladas.
La electrolinera aislada emplea dos dispositivos
Regulador e Inversor/Cargador en una solución
integrada denominada FLEXpower TWO del fabricante
americano de equipamiento solar OutBack Power. El
modelo del Regulador MPPT seleccionado se denomina
FLEXmax80, en tanto, que el modelo del
Inversor/Regulador elegido se denomina FXR 3048A.
La solución integrada FLEXpower TWO contiene
los dispositivos Regulador e Inversor/Cargador
seleccionados – FLEXmax80 y FXR 3048A –,
respectivamente, y se han diseñado para su empleo en
instalaciones solares aisladas que funcionen a una
tensión de diseño de las baterías igual a 48 V DC.
El FLEXmax80, trabaja bajo la curva I-V
característica de un panel fotovoltaico que varía en
función de la temperatura y de la irradiación solar
incidente, cambiando los modos de operación del
entorno de trabajo, Fig. 6.
Figura 6. Curva V-I característica del panel fotovoltaico [21].
En la Fig. 7, se presentan los puntos de operación de
los controladores de corriente con seguimiento del
punto de máxima transferencia de potencia, MPPT, para
garantizar un proceso de recarga eficiente y segura. El
punto de máxima trasferencia de potencia proporciona
la mayor cantidad de energía del campo fotovoltaico
para unas condiciones dadas de irradiación solar. El
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Revista Técnica “energía”, Edición No. 15, Issue I, Julio 2018
trabajo del controlador de corriente es captar la mayor
cantidad de energía durante el día, adaptando el
funcionamiento del regulador en el proceso de
absorción de los campos fotovoltaicos y de carga de la
batería [21]. El regulador FLEXmax80 está configurado
con dos etapas de regulación predeterminadas
(absorción y flotación). El ciclo de absorción limita la
potencia suministrada a la batería, por lo que el voltaje
se mantiene constante. Este ciclo finaliza cuando pasan
dos horas, límite predeterminado para el ciclo de
absorción.
Figura 7. Puntos de operación del controlador de carga [30].
2.3. Sistema de acumulación de energía
En las instalaciones fotovoltaicas aisladas, los
paneles solares instalados, se encuentran disponibles
para la generación de electricidad. Sin embargo, la
cantidad de radiación solar que reciben suele ser
variable, sometida al ciclo diario de los días y noches, al
ciclo anual de las estaciones y a la variación aleatoria
del estado de la atmósfera con sus días claros, nubosos,
tormentas, etc [22].
El sistema de acumulación de energía para cada uno
de los subcampos fotovoltaicos dispone de dos bloques
con una conexión en serie de 8 baterías de 600Ah de
capacidad y 6 voltios proporcionando una capacidad
total de 600Ah y de 48V por cada bloque, Fig. 8.
Figura 8: Esquema de la conexión en serie de las baterías de 6V
para obtener un sistema de acumulación de 48V y 600Ah.
3. DISEÑO E INSTALACION DE PLATAFORMA
CLOUD DE MONITOREO.
El Instituto Nacional de Estándares y Tecnología
NIST, define la cloud computing como "Un modelo que
permite el acceso a la red bajo la demanda a un conjunto
compartido de recursos informáticos configurables (red,
servidores, almacenamiento, aplicaciones, servicios)
[23]. La cloud computing implica el seguimiento
dinámico de los parámetros de calidad relacionados con
recursos virtualizados (VM, almacenamiento, red,
dispositivos, etc.), los recursos físicos que comparten,
las aplicaciones que se ejecutan en ellos y los datos
alojados [24]
La configuración de aplicaciones y recursos en el
entorno de cloud computing es bastante difícil
considerando la gran cantidad de recursos heterogéneos
que presenta la computación en la nube. Además, se
debe considerar el hecho de que, en un determinado
momento, puede ser necesario cambiar la configuración
del recurso en la nube para cumplir con aplicaciones de
alta incertidumbre. Por lo tanto, las herramientas de
monitoreo en la nube permiten disponer de una gran
cantidad de información de forma directa y segura en
varias plataformas informáticas. La cluod computing
puede estar configurada de tres formas como se puede
ver en la Fig. 9 [4].
Figura 9: Componentes en capas de la plataforma de nube [4].
La plataforma instalada en la Facultad de Ingeniería en
Sistemas Electrónica e Industrial se basa en una
arquitectura Open Stack, misma que cuenta con un
sistema operativo en la nube que controla grandes
grupos de recursos informáticos, de almacenamiento y
de red. El sistema permite disponer de un único centro
de datos para administrar y controlar la nube desde
cualquier dispositivo con conexión a internet mediante
un panel de control con interface web, Fig. 10. La nube
se encuentra configurada como tipo SaaS (Software
como Servicio) y permite procesar la información y
presentarla de forma gerencial.
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Figura 10: Arquitectura Open Stack instalada en la nube [24].
El uso de arquitectura de open Stack en la cloud fue
determinada bajo el análisis de varios estudios
desarrollados, los mismos que se presentan en [25],[26].
Una de las principales características de open Stack es
que presenta tools de monitoreo lo que facilita el
desarrollo de interfaces web para la presentación de
gráficos. La topología de red de la plataforma de
monitoreo se presenta en la Fig. 11.
Figura 11. Topología de red de la plataforma de monitoreo.
4. RESULTADOS DE LA PLATAFORMA
CLOUD DE MONITOREO DEL
FUNCIONAMIENTO DE LA ELECTROLINERA
En la actualidad la electrolinera fotovoltaica se
encuentra monitoreada a través de una plataforma cloud
de software libre sobre una arquitectura Open Stack
mediante una conexión inalámbrica que envía los datos
por un sistema Xbee, nombre comercial de unos de los
módulos de la familia comunicaciones basados en la
tecnología ZigBee de Digi. La trama de datos se envía
con una frecuencia de 1 segundo, tiempo establecido
para sistemas de monitoreo en aplicaciones de Smart
Grid [27]. La tecnología Xbee tiene un ancho de banda
de 80 MHz con una cobertura máximo de 100 metros
con una velocidad de transmisión de datos de 250 Kbps
ideales para redes HAN [27]. La información es enviada
mediante una trama (.csv) a través de un protocolo
TC/IP a la nube. La información en bruto llega a la base
de datos en la cual se realiza una limpieza mediante
shell de Linux, mejorando sustancialmente la
confiabilidad de los datos. La limpieza de datos permite
analizar cada uno de los campos necesarios de la trama
para de esta manera definir el correcto funcionamiento
del sistema. El sistema de monitoreo procesa la
secuencia de datos, la reformatea para el registro y la
creación de gráficos para la visualización en un servidor
web.
El sistema de monitoreo está dividido en tres partes:
-Script Python que recibe y administra el flujo de
datos del concentrador Mate3. En el programa se
obtiene y procesa el flujo de datos para enviar el estado
a un servidor web. Este script puede funcionar de forma
independiente y mostrar el estado de los dispositivos en
la línea de comandos.
-Scripts PHP para registros de bases de datos y
consultas. Permite obtener los datos de la base de datos
y devuelve una cadena json. Este script contiene
parámetros de conexión de base de datos, intervalo de
registro, token de seguridad y zona horaria.
-Página web HTML / JavaScript para representación
visual del estado e historial de los dispositivos.
Funciona con getstatus.php para el historial y con el
matelog para el estado de "tiempo real".
La representación gráfica de voltaje y corriente de
los paneles fotovoltaicos permiten analizar las
características de funcionamiento de la electrolinera
solar. Como se puede observar en la Fig. 12, la
aplicación web programada en la plataforma cloud
permite visualizar la entrada de corriente y voltaje de
cada uno de los campos fotovoltaicos. Los datos de cada
uno de los controladores de carga (FLEXmax 80) se
presentan en color celeste y amarrillo respectivamente.
El regulador FLEXmax del puerto 5, representado por
color amarillo, se enciende en las horas de mayor
radiación para aprovechar la misma [29]. Asimismo, la
curva de potencia característica de los paneles
fotovoltaicos y las etapas de regulación para realizar la
recarga de las baterías de forma rápida son presentadas.
Figura 12. Datos de corriente y voltaje generados por los 2 campos
fotovoltaicos.
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Revista Técnica “energía”, Edición No. 15, Issue I, Julio 2018
En la Fig. 13, se observan las diversas características
de carga que proporciona el regulador. El tiempo de
absorción varía de acuerdo con el intervalo de ajuste de
voltaje. El ciclo de flotación disminuye el voltaje de
recarga evitando la sobrecarga de las baterías [32]. Este
sistema de regulación permite aprovechar al máximo la
recarga de las baterías alargando la vida útil de las
mismas. Con los datos recolectados anteriormente se
puede observar cómo trabaja cada uno de los inversores,
la potencia solar captada de forma individual y total.
Figura 13. Potencia captada por los dos campos fotovoltaicos
y etapas de funcionamiento de los reguladores
Cada regulador trabaja de manera individual
permitiendo que no se sobre cargue la batería. La
característica principal de estos controladores es realizar
la carga en un tiempo adecuado sin recargar la batería
prolongando la vida útil de las mismas.
5. CONCLUSIONES
La Plataforma Cloud implementada en la
Universidad Técnica de Ambato, monitoriza el
comportamiento de la electrolinera fotovoltaica, con una
potencia instalada nominal de 6000 W y un potencial
anual de generación de energía igual a 7112 kWh/año.
La electrolinera cuenta con la capacidad para alimentar
a dos pequeños vehículos eléctricos, con un consumo de
energía de 6,1 kWh para una autonomía de 100
kilómetros, y algunas bicicletas eléctricas. El coste por
kW instalado en la electrolinera fue de 6454,0 dólares y
el precio estimado de la energía generada es equivalente
a 25 c$/kWh. La plataforma de monitoreo permite
visualizar la generación de energía de forma diaria. El
monitoreo del funcionamiento de la electrolinera
permite disponer de datos en tiempo real de la carga del
sistema comprobando el correcto funcionamiento de los
reguladores y preservando la vida útil de las baterías del
sistema. En el artículo se presenta los resultados
obtenidos de las mediciones de la electrolinera del día
19 de mayo. La plataforma monitorea cada uno de los
campos fotovoltaicos los mismos que disponen una
potencia de 2616 Wp. Como se puede ver en los
resultados del monitoreo realizado el día especificado el
sistema entrega una tensión máxima de 120 voltios y
una intensidad máxima de 13 amperios. Por otro lado,
se puede ver que el voltaje sigue el patrón del sol,
empezando a elevar su voltaje desde las 6 horas 30 hasta
las 18 horas 30 con una tensión máxima de 120 voltios a
las doce horas del día.
La plataforma de monitoreo desarrollada permite
ver el comportamiento de cada uno de los reguladores
proporcionando datos del funcionamiento de carga del
sistema, a diferencia de los sistemas comerciales que
solo se basan en monitoreo de carga y descarga de los
sistemas. La plataforma cumple con los estándares de
medición en cuanto a tiempo de almacenamiento de los
datos medidos según los estudios realizados en artículos
referentes a sistemas de medición de Smart Grid.
Analizando de forma más profunda el monitoreo de
estos sistemas para la interconexión a la red y para la
inclusión de vehículos eléctricos. La implementación de
sistemas de monitoreo de hardware libre y software
libre que cumplan los protocolos de comunicación
utilizados en las Smart Grid. Además, la plataforma de
monitoreo permite la visualización de los resultados en
diferentes dispositivos móviles con un consto inferior a
los sistemas de medición comerciales.
6. AGRADECIMIENTO
Los autores desean agradecer a la Dirección de
Investigación y Desarrollo, DIDE, de la Universidad
Técnica de Ambato por su especial apoyo en el
desarrollo de la presente propuesta, gracias a la
financiación del proyecto “Diseño e Implementación de
un Sistema de Monitoreo Remoto para las Instalaciones
Fotovoltaicas Aisladas de las Comunidades Amazónicas
en el Ecuador”.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] Bakolas, B. V., Bauer, P., & Prins, D., “Testing of
Smart Charging Controller for dynamic charging
from solar panels”, In Transportation
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Ruben Nogales Portero.- Nació en
Ambato, Ecuador en 1973. Recibió
su título de Ingeniero en Sistemas
Computacionales e Informáticos en
la Pontificia Universidad Católica
sede Ambato. En 2014 obtuvo su
título de Magister en Redes y
Telecomunicaciones en la Universidad Técnica de
Ambato. Es docente investigador de la Facultad de
Ingeniería en Sistemas Electrónico y Industrial de la
Universidad Técnica de Ambato. Actualmente se
encuentra realizando sus estudios doctorales en
Informática en la Escuela Politécnica Nacional del
Ecuador
Jesús Guamán Molina.- Nació en
Latacunga, Ecuador en 1990. Recibió
su título de Ingeniero Electrónico y
Comunicaciones de la Universidad
Técnica de Ambato en el año 2015. Es
Investigador en la Facultad de
Ingeniería en Sistemas, Electrónica e
Industrial de la Universidad Técnica de Ambato.
Actualmente se encuentra cursando sus estudios de
posgrado en el Escuela Politécnica Nacional en la
Maestría de Energía Eléctrica mención Smart Grid.
Carlos Vargas Guevara.- Nació en
Ambato, Ecuador en 1991. Recibió
su título de Ingeniero Electrónico y
Comunicaciones de la Universidad
Técnica de Ambato en el año 2015.
Es Investigador en la Facultad de
Ingeniería en Sistemas, Electrónica
e Industrial de la Universidad Técnica de Ambato.
Actualmente se encuentra cursando sus estudios de
posgrado en el Escuela Politécnica Nacional en la
Maestría de Energía Eléctrica mención Smart Grid.
Alberto Ríos Villacorta.
Ingeniero Eléctrico en Sistemas y
Redes Eléctricas por el Instituto
Politécnico de Bielorrusia, 1993.
Master en Energías Renovables
por la Universidad Europea de
Madrid, 2004. Dr. Ingeniero
Eléctrico por la Universidad
Carlos III de Madrid, 2007.
Profesor Ayudante de la Universidad Carlos III de
Madrid, 1998-2001. Profesor Adjunto de la Universidad
Europea de Madrid, 2001-2014. Director Técnico de
Energy to Quality, Laboratorio de Ensayos de
TurbinasEólicas y Simulaciones de parques Eólicos,
2005-2006. Director del Máster Oficial de Energías
Renovables dela Universidad Europea de Madrid, 2007-
2011. Actualmente es profesor principal de la
Universidad Técnica de Ambato en la facultad de
Ingeniería en sistemas electrónica e Industrial
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