Diseño de red de comunicaciones y hardware necesario para la monitorización de plantas solares fotovoltaicas instaladas en ubicaciones remotas y aisladas

Abstract

En los últimos años se ha producido un constante incremento de las instalaciones fotovoltaicas y de origen renovable a nivel mundial. Dentro de esta expansión, existe un especial interés en pequeñas instalaciones destinadas al autoconsumo, lo que está llevando a un cambio en el paradigma tradicional de la distribución de la energía hacia un esquema de generación distribuida. Debido a que la proporción de generación distribuida empieza a ser relevante en determinados países con gran implantación de estas instalaciones, es preciso obtener en todo momento datos fiables sobre la cantidad de energía generada para poder incluirla en la planificación del sistema eléctrico global del país. Por lo tanto se evidencia la necesidad de contar con un sistema capaz de obtener información a la medida de cada instalación que pueda ser consolidada en sistemas de gestión centralizada. En este sentido, en un sistema de monitorización es fundamental el papel que juegan las comunicaciones, especialmente cuando se desea recolectar datos en un entorno rural o aislado de los grandes núcleos urbanos, que es donde se suelen instalar este tipo de plantas de generación, bien para auto consumo o por condiciones idóneas de generación y donde precisamente no existen infraestructuras adecuadas para transmitir la información. El presente trabajo tiene como objetivo realizar el diseño de un sistema de monitorización adecuado para instalaciones fotovoltaicas aisladas, particularizado para el proyecto concreto y paradigmático de la Amazonía Ecuatoriana. El proyecto incluye la planificación de una red de comunicaciones que permita asegurar la disponibilidad de la información al usuario final, en este caso la compañía eléctrica. Para ello se integra una red MESH basada en modulaciones de espectro ensanchado en la zona de influencia de los equipos fotovoltaicos, con una conexión satelital Machine to Machine para el envío de los datos al servidor final. Por otro lado también se incluye el diseño del hardware necesario para obtener las variables de interés, ya que no existe un equipo comercial que se adapte completamente a la problemática del proyecto. Los resultados muestran que si bien el costo del desarrollo y planificación inicial es relativamente alto, una vez diseñado el hardware, la incorporación del mismo a nuevos proyectos sería mucho más económico y escalable. Esto abre un abanico de oportunidades a la gestión eficiente de recursos y la optimización de la generación acorde a la demanda de los usuarios, verdadero reto de futuro ante la crisis de escasez de combustibles fósiles.

Over the last years, the amount of photovoltaic facilities has been grown steadily. Within this expansion, there is a particular interest on small facilities for self-consumption, which are leading to a paradigm shift in the traditional energy distribution towards a scheme of distributed generation. Due to the proportion of distributed energy is becoming relevant in several countries, with large amount of this kind of installations, it is necessary to permanent have reliable data on the amount of energy generated, in order to include it in the electric system planning. Therefore the need for a system capable of information tailored to each facility, which can be centralized becomes evident. In this context, the role which communications plays in monitoring systems is crucial, especially when the needs of information arise on rural environment isolated from big cities. In fact these are the best locations for PV plants, and in most cases there aren’t appropriate infrastructures for data transmission. This work aims to make the design of an appropriate monitoring system suitable for isolated photovoltaic installations, focused on the concrete and paradigmatic project of the Ecuadorian Amazon region. These work include the planning of a communications network, which must assure the availability of the information to the electric company. For that purpose, it will be integrated a MESH network based on Spread Spectrum modulations in the influence zone of the photovoltaic equipment, in addition a satellite connection Machine to Machine will be used for sending the data to the final server. On the other hand, the design of the necessary hardware for the measurement of the interest variables will be included, due to the fact that there is not a commercial equipment that fits completely to the project problematic. Results shows despite the fact that the initial cost of develop and planning is quite high, concluded this stage, the incorporation of the hardware to new projects will be more rentable and scalable. That opens a huge range of opportunities to the efficient management of resources and optimization of generation in line with users demand. The true future challenge in the face of the crisis of fossil fuels.