Revista Nexos Científicos
Julio-Diciembre 2024 pp. 29-41
Volumen 8, Número 2
Fecha de recepción: octubre 2024
ISSN: 2773-7489
Correo: editor@istvidanueva.edu.ec
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Fecha de aceptación: diciembre 2024
29
1. INTRODUCCIÓN
Las plataformas (IoT) juega un papel crucial en
la vida cotidiana al permitir la conectividad
entre diversos dispositivos físicos a través de
Internet. Esta conexión inteligente genera
nuevas formas de comunicación entre objetos y
personas, así como entre los propios
dispositivos, posibilitando el intercambio de
datos para el monitoreo y control desde
cualquier lugar del mundo mediante la
conexión a Internet (Cheddadi et al., 2020)
Una revisión de las plataformas IoT utilizadas para realizar el monitoreo en
tiempo real de sistemas fotovoltaicos
Suárez Rommel 1; Catota Pablo 2; Quishpe Carla 3; Jácome Fernando 4; Valencia Rommel 5
1,2,4,5 Instituto Tecnológico Superior Rumiñahui – Carrera en Electricidad, Sangolquí – Ecuador
3 Docente Ministerio de Educación, Quito– Ecuador
Resumen: El artículo presenta investigaciones y desarrollos relacionados con sistemas fotovoltaicos
y tecnologías de Internet de las cosas (IoT). Se enfatiza la relevancia de las energías renovables y se
investigan diversas estrategias para potenciar la eficiencia y desempeño de los sistemas fotovoltaicos.
Se hace mención del empleo de métodos de aprendizaje automático y sistemas neuronales artificiales
para el monitoreo y detección de fallas en estos sistemas fotovoltaicos. Además, se presenta el
desarrollo de prototipos de monitoreo en línea y adquisición de datos para sistemas fotovoltaicos
domésticos. El artículo aborda la relevancia del monitoreo remoto, el almacenamiento y análisis de
datos en sistemas fotovoltaicos. Se menciona el empleo de plataformas (IoT) y su uso en la nube,
además de software de simulación y análisis de datos. También se destaca la importancia del uso de
hardware como DataLoggers y sensores para facilitar la recopilación y procesamiento de información
en estos sistemas. Se enfatiza la necesidad de análisis de datos y sistemas de administración de energía
en la optimización de los sistemas fotovoltaicos, se recomienda seleccionar la plataforma de IoT
adecuada y establecer protocolos de mantenimiento para una recopilación confiable de datos.
Palabras clave: Transición energética, Sistemas fotovoltaicos, Internet de las cosas, Monitoreo en
tiempo real, Eficiencia energética.
A review of IoT platforms used to perform real-time monitoring of photovoltaic
systems
Abstract: The article presents research and developments related to photovoltaic systems and Internet
of Things (IoT) technologies. The relevance of renewable energies is emphasized and various
strategies are investigated to enhance the efficiency and performance of photovoltaic systems.
Mention is made of the use of machine learning methods and artificial neural systems for monitoring
and detecting faults in these photovoltaic systems. In addition, the development of online monitoring
and data acquisition prototypes for domestic photovoltaic systems is presented. The article addresses
the relevance of remote monitoring, data storage and analysis in photovoltaic systems. The use of
(IoT) platforms and their use in the cloud is mentioned, as well as simulation and data analysis
software. The importance of using hardware such as dataloggers and sensors to facilitate the collection
and processing of information in these systems is also highlighted. The need for data analysis and
energy management systems in the optimization of photovoltaic systems is emphasized, it is
recommended to select the appropriate IoT platform and establish maintenance protocols for reliable
data collection.
Keywords: Energy transition, Photovoltaic systems, Internet of things, Real-time monitoring, Energy
efficiency.
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La situación de emergencia por COVID-19 ha
impulsado la digitalización y ha fomentado la
manipulación y monitoreo de la información del
estado de salud de los pacientes. Los dispositivos
portátiles, como los wearables, son herramientas
poderosas que permiten la detección y seguimiento
continuo de parámetros vitales de los pacientes, lo
que conlleva ventajas como la reducción de costos
en atención médica y un diagnóstico más preciso.
Los sistemas de IoT para la salud están
transformando el cuidado médico en el hogar,
permitiendo un monitoreo preciso y una
intervención más rápida (De Fazio et al., 2021)
Considerando las consecuencias del calentamiento
global, a nivel internacional se han adoptado
políticas relacionadas con las emisiones de gases de
efecto invernadero a generación limpia mediante
sistemas basados en energías renovables, siendo una
alternativa el aprovechamiento de la energía solar
por medio de paneles. En el área de sistemas
fotovoltaicos las investigaciones se centran en
aumenta la eficiencia en el manejo de la energía
eléctrica generada mediante diferentes técnicas de
control como el seguimiento del punto de máxima
potencia. (Samano-Ortega et al., 2020)
El Sistema (SCADA) desempeña un papel esencial
en la automatización industrial, al supervisar y
controlar los dispositivos utilizados en el ámbito
laboral. Sin embargo, debido a la creciente
complejidad de los procesos industriales, se hace
necesaria una redefinición del modelo SCADA para
que pueda adaptarse y satisfacer las demandas de la
Industria moderna. Se destaca las plataformas (IoT)
para mejorar los sistemas SCADA al permitir una
comunicación eficiente y segura entre los
componentes de la fábrica y los consumidores (de
Arquer Fernández et al., 2021)
El internet de las cosas IoT permite la comunicación
entre distintos escenarios como maquina a persona,
persona a máquina y entre máquinas, siendo una
tecnología de vanguardia con un rápido desarrollo
de sensores inteligentes integrados que se integran a
redes inalámbricas a través de la nanotecnología
permitiendo realizar mediciones in situ en tiempo
real en los sistemas de energía fotovoltaica
(Boubakr et al., 2022).
El aumento en la demanda de electricidad no es
cubierto por las fuentes de energía tradicionales,
considerando que las plataformas (IoT) está
revolucionando la vida humana. Se propone un
enfoque fundamentado en plataformas IoT para
monitorear el consumo de energía solar mediante
sensores y la tarjeta electrónica Arduino. Los
usuarios pueden controlar sus paneles solares a
distancia para optimizar la generación de
electricidad. En el futuro, se busca desarrollar
algoritmos de aprendizaje para predecir el uso y
producción de los paneles solares (Angelino dos
Santos et al., 2022)
El uso de la tecnología IoT también aumenta la
seguridad y comodidad a los usuarios al
proporcionar sistemas de pago seguros y un
seguimiento detallado de las sesiones de carga.
Los datos generados por estas estaciones de carga
conectadas pueden ser analizados para obtener
información sobre los diferentes parámetros del
sistema referente al uso, periodicidad de uso y
consumo energético. Esta información resulta útil
para planificar y mejorar la infraestructura de
carga y tomar decisiones comerciales de manera
informada (Prasad, M. S., Belekar, A., Gulhane,
G., Singh, A., 2023)
En un sistema fotovoltaico, la implementación de
plataformas IoT ofrecen beneficios como la
reducción de la visita in situ de la planta, registro
continuo de datos referente al rendimiento y
detección de fallas, permitiendo el análisis,
pronóstico y predicción de la energía, adicional se
enfoca en la gestión y control de las cargas
instaladas en el hogar de forma remota (Hoedi
Prasetyo, 2021).
Se han propuesto diversas soluciones para
abordar el desafío del monitoreo remoto de
proyectos de electrificación rural debido a las
limitaciones de la comunicación celular en áreas
remotas. Para superar esta dificultad, las
tecnologías emergentes de comunicación de Baja
Potencia de Largo Alcance (LPWAN), como
LoRa, ofrecen una alternativa con mayor alcance
y menor consumo de energía. LoRa es
especialmente adecuado para conectar
dispositivos que necesitan transmitir pequeñas
cantidades de datos a largas distancias, al tiempo
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que preservan la vida útil de la batería. (Shaik et
al., 2020)
En este sentido, Kun Xia propone un sistema que
utiliza ZigBee para la comunicación entre nodos
locales y tecnología 4G para la conexión a Internet,
lo que garantiza un funcionamiento y
mantenimiento inteligentes y confiables del sistema
fotovoltaico. Además, el sistema aborda la
detección de fallas en los inversores fotovoltaicos,
en particular las fallas de circuito abierto, y se
describen diversas formas de extraer información
sobre las características de las fallas a partir de las
señales eléctricas recopiladas (Xia et al., 2020) . En
las últimas dos décadas, investigadores han
presentado diferentes algoritmos para rastrear la
máxima potencia de los sistemas fotovoltaicos (PV)
bajo condiciones de irradiación uniforme y no
uniforme. Estos algoritmos se clasifican en dos
grupos: algoritmos de punto de máxima potencia
(MPPT) local y global. Los métodos
convencionales, como perturbar y observar,
conductancia incremental y escalada de colina,
pertenecen al primer grupo y solo pueden utilizarse
bajo condiciones de irradiación uniforme. El
segundo grupo, se refiere a algoritmos de MPPT
global basados en técnicas de computación suave y
seguimiento híbrido de MPPT, que se utilizan para
rastrear el MPPT en condiciones de sombreado
parcial (irradiación no uniforme) (Rouibah et al.,
2021).
Las aplicaciones más recientes referentes al
aprendizaje automático, aprendizaje profundo en la
detección y diagnóstico de fallas, así como su
integración de plataformas (IoT) y tecnologías
basadas en inteligencia artificial (IA), enfatizan el
creciente interés de los investigadores en analizar
las técnicas y capacidad para mejorar la precisión y
el rendimiento de los sistemas de monitoreo de
fallas, esto debido a la gran cantidad de datos
disponibles y el acceso a potentes
supercomputadoras, se espera un rápido progreso en
el área (Mellit & Kalogirou, 2021) .
Para la evaluación de los sistemas fotovoltaicos en
las diferentes regiones es vital la adquisición de
datos y monitoreo de las variables eléctricas lo que
permite realizar procesos de detección de fallas, el
incremento de generación de energía
descentralizada ha generado propuesta de aplicación
de red de monitoreo IoT libres con el objetivo de
reducir los costos del uso de software comerciales
que presentan limitaciones en la expansión de
sensores y mantenimiento restringido (Pereira et al.,
2019).
En este estudio se lleva a cabo una indagación
minuciosa de literatura disponible enfocada en las
plataformas (IoT), enfocándose a los avances
obtenidos en los últimos cinco años de bases de
datos de información verificada y validada,
adicional se consideró el nivel de impacto de los
artículos de revisión. Al concluir esta revisión, se
analizan los posibles campos de investigación que
podrían conducir a nuevos avances en este tema,
brindando una visión más completa y actualizada de
las tendencias para mejores perspectivas futuras que
abarca el campo de plataformas IoT.
2. METODOLOGÍA
El documento se organiza de manera que: en la
sección I se encuentra la introducción, sección II
se detalla la metodología usada, sección III se da
el abordaje del desarrollo de la investigación y,
por último, sección IV muestra las conclusiones
y recomendaciones logradas a través del estudio.
Para fundamentar este trabajo, se aplicó una
investigación descriptiva mediante métodos de
búsqueda bibliográfica en bases de datos como:
SpringerLink, Scopus, MDPI (Institute for
Multidisciplinario Digital Publication),
IEEEXplore y Journal conference. La elección
de los artículos a analizar se realizó según los
siguientes pasos: (i) relación con el tema de
investigación, (ii) búsqueda de documentos de
acuerdo con el año de publicación (2018 – 2023)
y (iii) relevancia en función a la temática.
Preguntas de investigación
En este estudio, se formularon cuatro preguntas
de investigación donde se centran en la
utilización de plataformas IoT para control y
monitoreo en tiempo real de sistemas
fotovoltaicos. Estas preguntas abordan diferentes
perspectivas, considerando tres puntos de vista:
(VP1) la enseñanza o capacitación en
plataformas IoT, (VP2) la implementación de
plataformas IoT para control y monitoreo de
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sistemas fotovoltaicos, y, (VP3) la utilización de
plataformas IoT en la industria o en hogares. La
Tabla 1 muestra las preguntas formuladas para el
análisis.
Tabla 1. Preguntas de investigación
Preguntas de investigacion (Q)
Motivacion
Q1
Identificar las
plataformas más
utilizadas en
sistemas
fotovoltaicos de
tiempo real
Q2
Identificar las
diferentes
plataformas IoT en
términos de costo,
funcionalidad y
facilidad
Q3
Identificar
eficiencia y el
rendimiento
energético de los
sistemas
fotovoltaicos
mediante las
plataformas IoT
Q4
Identificar como las
plataformas IoT
existentes pueden
mejorar el
monitoreo de
sistemas
fotovoltaicos en
tiempo real
Inicialmente se realizó una búsqueda de artículos
que tengan una relación directa con Plataformas
IoT, sistemas fotovoltaicos y monitoreo en
tiempo real. Para lo cual se utilizó términos
específicos como: eficiencia, optimización y
desarrollo en sistemas fotovoltaicos,
considerando los entornos a las plataformas IoT,
autonomía, y energía inteligente. Mediante esta
búsqueda, se seleccionó los artículos de acuerdo
al año de publicación, en función del rango
establecido anteriormente.
Selección de artículos científicos
La búsqueda de información se llevó a cabo
considerando términos específicos relacionados
con los tres puntos de vista mencionados. Las
ecuaciones utilizadas para la recopilación de
información son las siguientes: para VP1 se
estableció (“capacitación” OR “enseñanza” OR
“estructuración” OR “sistemas de aplicación”)
AND (“plataformas IoT”), para VP2 se
estableció (“desarrollo” OR “capacitación” OR
“sistemas fotovoltaicos” OR “monitorización”)
AND (“plataformas IoT”), finalmente para VP3
se estableció (“formación” OR “capacitación”
OR “industria” OR “hogares” OR “costos”)
AND (“plataforma IoT”). La selección de
artículos se realizó en base a los títulos y
resúmenes.
De acuerdo con el repositorio de 100 artículos
generados producto de la selección, se realizó
una primera revisión para la exclusión de
artículos, para lo cual se consideró la relación
directa que existe con la enseñanza, capacitación
y formación a estudiantes o técnicos en
plataformas IoT. Además, se tomó en cuenta el
nivel de percepción visual que permite a los
usuarios el uso de las plataformas IoT en los
sistemas fotovoltaicos.
A partir de esta revisión se lleva a cabo la
selección de 60 artículos considerando los
siguientes aspectos: uso de las plataformas IoT
en la industria, desarrollo de aplicaciones de
plataformas IoT para monitoreo en sistemas
fotovoltaicos. Finalmente, se tomó en cuenta el
idioma del artículo y nivel de impacto. Una vez
filtrada la información, se realizó una revisión
general de cada uno de los artículos científicos
seleccionados y se analizó la información que
permitió establecer los resultados obtenidos en
las diferentes investigaciones.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El sistema IoT tiene la capacidad de transferir las
lecturas de las mediciones de los sensores a
través de conexiones inalámbricas mediante el
empleo de Bluetooth, Wifi y módulos para
conexión del servidor, los recursos tiempo, costo
y espacio empleados para la instalación son
mínimos en IoT (Shakya, 2021). Los sistemas de
monitoreo fotovoltaico se consideran 3
categorías, el primero referente al análisis
estadístico de datos y de pronósticos su
funcionamiento se basa en el envió de los datos
adquiridos de los paneles a una aplicación de
escritorio patentada como Labview que realiza
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análisis y visualización de datos; la segunda
categoría optan por el uso de aplicaciones en la
web para la visualización de datos que se
encuentran disponibles en línea ,y, la última
categoría presenta sistemas con estándares
industriales diseñados para plantas y estaciones
degeneración de energía como SCADA
(Shapsough et al., 2021).
La energía fotovoltaica presenta por naturaleza
un comportamiento no lineal en relación con el
entorno referente a la irradiación y la
temperatura, siendo necesario el estudio de los
parámetros ambientales y parámetros eléctricos
del sistema fotovoltaico, la medición de los
parámetros de los paneles solares de forma
inalámbrica puede realizarse por varios
protocolos de comunicación como es Bluetooth,
WiFi, mensajes SMS, radiofrecuencia Zegbee,
MiWi, al utilizar tecnología IoT en conjunto con
una red de internet es una alternativa para el
envío de datos en tiempo real y a grandes
distancias (Subrata et al., 2022) .
Monitoreo de Sistemas fotovoltaicos basados en
microcontroladores
Cheddadi et al. (2020) destacan el uso de un
monitoreo de bajo costo para sistemas
fotovoltaicos como una gran solución, la cual
emplea el controlador ESP32 y la plataforma de
código abierto Grafana para visualizar los datos
de forma interactiva. La aplicación de IoT
propuesta tiene la capacidad de supervisar y
mantener de manera continua la planta
fotovoltaica en un estado seguro y de alto
rendimiento, lo que resulta en una solución
eficiente y asequible para los sistemas
fotovoltaicos.
Sarkar et al. (2019) proponen una solución en los
sistemas fotovoltaicos para mantenimiento y
monitoreo (PV) mediante el uso de sensores,
microcontroladores y tecnología IoT. Se emplean
sensores conectados a un microcontrolador
Arduino UNO, que a su vez transmite datos a
través de Node MCU, una plataforma IoT con
conexión inalámbrica. Los datos se envían y
almacenan en la nube de Ubidots for Education
para su análisis. Se ha desarrollado un panel de
control en la nube que permite un correcto
monitoreo de los parámetros del panel
fotovoltaico en tiempo real. Esta solución
proporciona una forma sencilla y económica de
monitorear sistemas PV, y se considera la
posibilidad de ofrecerla como un servicio
adicional para instalaciones fotovoltaicas ya
existentes.
Liang et al. (2021) desarrollaron un sistema de
monitoreo modular para una planta fotovoltaica
térmica (PV/T) que aprovecha la nube y la
plataforma (IoT). Con este sistema, los usuarios
pueden entrar en tiempo real a los datos o recibir
alertas de manera próxima a través de una
aplicación móvil o un sitio web. Se recopilan
datos de temperatura, presión, flujo y
condiciones meteorológicas mediante un
colector RS485 y se transmiten al servidor de
datos en la nube mediante una pasarela. Esta
solución permite un monitoreo eficiente y seguro
de la planta fotovoltaica térmica utilizando
tecnología IoT y la nube internet.
Khadka et al. (2020) presentaron el "Sistema de
Limpieza Inteligente de Paneles Solares
Fotovoltaicos", un modelo de Internet de las
Cosas (IoT) diseñado para plantas solares a gran
escala. Este sistema autónomo incluye sensores y
un microprocesador para monitorear en tiempo
real el rendimiento de los paneles, activando la
limpieza automática cuando se detecta una caída
en su eficiencia. Es especialmente efectivo en
áreas semiáridas donde la acumulación de arena
es frecuente. Según la ubicación, se pueden
emplear dos enfoques: una unidad autónoma para
limpieza cercana o varios robots controlados a
distancia para lugares remotos o expuestos a
tormentas de arena. Esta solución mejora la
eficiencia de las plantas solares al garantizar un
mantenimiento continuo, incluso en condiciones
adversas.
Priharti et al. (2019) describen un sistema que
mide voltaje, corriente, temperatura e intensidad
de luz solar de un panel fotovoltaico, utilizando un
microcontrolador Arduino para registrar estos
datos. La información es enviada de manera
inalámbrica a través de un módulo de
comunicación Wi-Fi, el NodeMCU ESP8266,
permitiendo que los datos sean visualizados y
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monitoreados en tiempo real desde una plataforma
en la nube. Los usuarios pueden acceder a la
información a través de una página web o una
aplicación móvil, lo que facilita un monitoreo
efectivo y conveniente del rendimiento del panel
fotovoltaico desde cualquier ubicación. Esta
funcionalidad permite la detección temprana de
problemas o anomalías, ofreciendo flexibilidad y
facilidad en la gestión y optimización del sistema
fotovoltaico.
Patel et al. (2022) desarrollaron un datalogger
portátil y de bajo costo para monitorear sistemas
fotovoltaicos (PV), utilizando hardware accesible y
software gratuito. Equipado con sensores de voltaje
y corriente conectados a un microcontrolador
Arduino Uno y un módulo Wi-Fi ESP8266, el
dispositivo envía datos en tiempo real a un servidor
IoT llamado ThingSpeak. Esta solución facilita el
monitoreo eficiente y económico, haciéndola viable
para un amplio público.
Khan et al. (2019) nos muestran una comparación
entre los resultados obtenidos desde el IoT cloud
denominado Thingspeak y los obtenidos localmente
a través del simulador de la matriz fotovoltaica
(PV). Los resultados de la comparación mostraron
una coincidencia total entre ambos conjuntos de
datos. Se revelaron que los datos monitoreados en
línea desde el IoT cloud a nivel global pueden
presentar ligeras desviaciones dentro de un margen
de error tolerable. Sin embargo, estas diferencias de
error resultaron ser mínimas. En base a este análisis,
se pudo concluir con certeza que las técnicas de
monitoreo en línea son sumamente útiles para
vigilar los paneles fotovoltaicos en aplicaciones
industriales.
Mudaliar & Sivakumar (2020) mediante
Raspberry Pi implementaron un sistema de
energía en una industria de interruptores
eléctricos para analizar y supervisar el consumo
diario de energía como parte de las actividades de
conservación de energía. El sistema utiliza
tecnología IoT y se ha programado
eficientemente para recopilar y analizar datos de
medidores de energía existentes. Esto permitirá
comprender el patrón de consumo de energía de
la empresa y facilitará el uso de medidas de
conservación de energía para reducir costos y
mejorar eficiencia energética. Además, el diseño
del sistema permite su adaptabilidad, lo que
permite agregar nuevos sensores o herramientas
según las necesidades específicas.
Aghenta e Iqbal (2019) presentan una solución
de sistema SCADA basado en IoT de bajo costo
y código abierto. Se diseñó un hardware que
incluye sensores de corriente y voltaje,
microcontrolador ESP32 Thing y plataforma del
servidor IoT Thinger IO. El sistema fue probado
para monitorear y supervisar de forma remota un
sistema solar fotovoltaico. Se demostró su
capacidad para adquirir datos, comunicarlos en
red y realizar supervisión y control remotos. El
consumo de costo y energía del sistema son
altamente eficientes y asequibles. Se destaca que
el diseño del sistema puede ser aplicado en
diversas industrias, sin embargo, pueden ser
necesarias algunas adaptaciones para asegurar su
funcionamiento óptimo en cada caso particular.
Monitoreo de sistemas fotovoltaicos basados
en aplicaciones Web
Jabbar et al. (2022) desarrollaron un sistema de
monitoreo para sistemas fotovoltaicos (SEM)
basado en tecnología LoRaWAN e IoT. Permite
supervisar en tiempo real diversos parámetros
eléctricos y ambientales. Los datos se envían a
través de LoRaWAN a la nube de IoT. El sistema
ha sido probado con éxito para la monitorización
del consumo de energía y otros parámetros
fotovoltaicos durante pruebas prácticas. Esta
solución ofrece una forma eficiente y escalable
de monitorear y gestionar sistemas fotovoltaicos.
Deriche et al. (2019) han desarrollado una
solución basada en plataformas (IoT) para el
monitoreo de puntos calientes en paneles
fotovoltaicos mediante el uso de sensores de
temperatura RFID que no requieren baterías. Una
vez que el lector recibe los datos capturados de
los sensores RFID, el Middleware en una PC
destino permite procesar los datos entrantes
provenientes de los diversos sensores RFID y los
envía a través de la web. Se ha creado y
verificado con éxito un prototipo funcional del
sistema en situaciones exigentes.
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Lopez-Vargas et al. (2019) han desarrollado un
innovador datalogger y puesto a prueba para el
monitoreo de sistemas SAPV mediante sitios
web y aplicaciones móviles, utilizando
tecnología inalámbrica 3G y plataformas (IoT).
Se han evaluado dos opciones de
almacenamiento de datos: un servidor dedicado
(método tradicional) y una plataforma en la nube
(aplicación novedosa de IoT). Las dos
alternativas permiten monitorear el sistema de
manera remota. La incorporación de la
plataforma de IoT fundamentada en la nube ha
posibilitado el monitoreo en tiempo real de
pequeños sistemas PV autónomos a un bajo
costo.
Suciu et al. (2019) mencionan que CitiSim ha
desarrollado una plataforma de monitoreo y
simulación de energía basada en IoT, alojada en
la nube, con el propósito de mejorar el uso de
recursos y apoyar la toma de resoluciones de
inversión que busca incrementar la eficiencia
energética. La integración de diversos
componentes, como el monitoreo de producción
y consumo de energía, la representación de
producción de energía y análisis empresarial,
ofrece un valor añadido en comparación con
otras soluciones existentes.
Xia et al.(2020) presentan un sistema de
monitoreo en tiempo real para la generación de
energía fotovoltaica en una red inteligente. (IoT)
ha implementado una red inalámbrica de
sensores (WSN) como una de las principales
topologías y formas específicas. Utiliza
tecnologías inalámbricas como ZigBee y 4G para
permitir la transmisión de datos a larga distancia
entre los dispositivos y la aplicación del usuario.
El sistema proporciona una solución confiable
para el monitoreo de la generación fotovoltaica.
Además, el sistema incluye un modelo de
extracción de características y clasificación en el
servidor para analizar el estado de salud del
inversor fotovoltaico.
Ftirich et al. (2023) desarrollaron un innovador
dispositivo de registro de datos para supervisar
sistemas de paneles solares fotovoltaicos
autónomos (SAPV) a través de una plataforma
web, empleando tecnología inalámbrica,
específicamente WIFI, y plataformas (IoT). Para
almacenar los datos, se implementó Firebase
como una solución de almacenamiento a través
de la nube. La integración de una plataforma IoT
en la nube permitió el monitoreo remoto y en
tiempo real de sistemas fotovoltaicos autónomos
de pequeña escala, todo ello a un costo más bajo.
Monitoreo y control de sistemas fotovoltaicos
De Arquer Fernández et al. (2021) desarrollaron
una solución de monitoreo para una planta
fotovoltaica de tamaño medio utilizando
tecnologías IoT. La plataforma Eclipse Kura
permite una implementación flexible, y se ha
creado un dispositivo IoT Gateway con Moxa
UC-2112 y Kura para recolectar datos de los
inversores y cajas de cadenas. Los datos se
envían a un servidor Kapua mediante MQTT
para almacenamiento y visualización. Esta
solución rentable y de alto rendimiento elimina la
necesidad de PLCs adicionales y ofrece un
monitoreo eficiente y preciso para plantas
fotovoltaicas.
Abdullah y Lata (2022) implementaron un
sistema de monitoreo solar basado en las
plataformas (IoT). Al comparar los valores de
corriente, voltaje y potencia medidos mediante
este sistema con los proporcionados por un
simulador fotovoltaico integrado, se ha
observado un error muy bajo, esto debido a que
el monitoreo fotovoltaico basado en IoT opera
sin intervención humana, minimizando así
posibles errores e incertidumbres inducidos por
el factor humano. En perspectiva, la inclusión e
implementación de la tecnología IoT en sistemas
híbridos de energía solar permitirá supervisar y
controlar los niveles de voltaje, corriente y
potencia de los paneles solares incluso en
condiciones ambientales cambiantes, como
variaciones en la temperatura y humedad. Esto
proporcionará una mayor confiabilidad y
estabilidad al sistema de energía en su totalidad.
Moura et al. (2021) diseña una plataforma IoT
que garantiza el seguimiento de la demanda y la
generación del edificio, iniciando por el diseño
del sistema fotovoltaico mediante baterías de
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iones de litio. La plataforma es de bajo costo y se
podría integrar en edificios existentes con
mínimos requisitos para su instalación, la
característica principal se basa en la capacidad de
realizar controles automáticos para gestionar las
cargas del edificio en función de la temporada,
hora, día, luminosidad, presencia de usuarios y
temperatura.
Almonacid-Olleros et al. (2020) presentan
modelos de datos para pronosticar la generación
de energía de salida empleando módulo de IoT e
integrados en la plataforma digital opera. El
módulo IoT se basa en Arduino y sensores de
bajo costo que recopilan fuentes de datos
ambientales y energéticos en un sistema
fotovoltaico, lo que permitió evaluar varios
modelos de aprendizaje automático para predecir
el comportamiento y la producción de energía de
un sistema fotovoltaico (PV).
Waheb et al. (2022) utiliza componentes de
hardware como Arduino Uno R3, sensores de
corriente y voltaje, sensor de temperatura y
humedad, y una puerta de enlace LoRaWAN.
También incluye un sistema fotovoltaico portátil
con panel solar y batería. La placa Arduino Uno
R3 es el núcleo del medidor, que permite la
conexión de varios sensores y su comunicación
con una computadora. La placa proporciona un
bajo costo y mayor compatibilidad. El módulo de
hardware se combina con el programa terminal
para implementar la construcción de la
comunicación de red y el monitoreo visual. En
general, el sistema propuesto proporciona una
solución confiable para el monitoreo de sistemas
de generación de energía fotovoltaica.
Rouibah et al. (2021) diseñaron un sistema de dos
placas electrónicas: un convertidor elevador
(DC/DC boost converter) y una placa de
adquisición de datos. Incorpora varios sensores
como voltaje, corriente y temperatura, junto con
dos microcontroladores Arduino Mega 2560 para
el control y adquisición de datos, adicional
dispone de un LCD para visualizar los datos
monitoreados en tiempo real y el estado del
sistema. Un módulo Wi-Fi (ESP8266) permite la
transmisión de los datos monitoreados a Internet.
El sistema mide parámetros como corriente,
voltaje, potencia, temperatura e irradiación solar.
La configuración permite monitorear y controlar
un módulo fotovoltaico en tiempo real,
proporcionando datos valiosos para análisis y
optimización.
Ramadhan et al. (2021) mencionan que el
prototipo del sistema de monitoreo del
rendimiento de la planta de energía solar emplea
los sensores INA219 y PZEM004t, junto con el
microcontrolador ESP32, para medir y mostrar
datos de carga eléctrica y producción de energía.
El tiempo de respuesta promedio del broker es de
237.48 ms, mientras que el tiempo promedio de
ejecución desde la publicación de datos hasta el
almacenamiento que se establece en la base de
datos es de 1.410 segundos. Los valores de
producción de energía y carga eléctrica se
visualizan en una base de datos virtual en Google
Cloud Platform. Los sensores presentan un error
de ±1%, y el sistema de transmisión de datos
opera en tiempo real con un tiempo de respuesta
mínimo del broker. La consistencia del tiempo de
respuesta se ve afectada por la velocidad de poder
transmitir datos de la red de internet utilizada.
Discusión
La investigación se enfoca en evaluar la
confiabilidad de un sistema de monitoreo de
sistemas fotovoltaicos que utiliza un registrador
de datos de bajo costo y tecnología IoT. Los
resultados experimentales demuestran que el
registrador de datos es altamente confiable, con
un bajo número de fallas, la mayoría de las cuales
se deben a factores externos. Además, se discute
la visualización de datos en tiempo real a través
de la web o un smartphone, y se presenta el
presupuesto del sistema de monitoreo.
Su enfoque en la implementación y desarrollo de
una plataforma de simulación y monitorización
de energía basada en IoT y en la nube. Se destaca
cómo esta plataforma puede ser una herramienta
valiosa para que las empresas controlen su
consumo de energía, predigan el potencial de
producción de energía y simulen la eficiencia
económica en diferentes escenarios de inversión.
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Se aborda la importancia de la eficiencia
energética y se resalta el papel crucial de las
tecnologías IoT en la gestión del consumo de
energía. Además, se mencionan diversas
herramientas y soluciones de software utilizadas
para facilitar la gestión y simulación de energía.
En conjunto, esta plataforma ofrece una
perspectiva prometedora para optimizar el uso de
energía y tomar decisiones informadas en materia
de inversión en el sector energético.
El monitoreo y control de los sistemas
fotovoltaicos es esencial para garantizar su
rendimiento óptimo y maximizar la producción
de energía, que nos implica el seguimiento y
recopilación de datos sobre el rendimiento y la
condición de los paneles solares en tiempo real,
mientras que el control se entiende como la
capacidad de ajustar y optimizar el
funcionamiento del sistema. Un aspecto
importante a destacar es la implementación de
una arquitectura de nube de borde para el
monitoreo y control de dispositivos
fotovoltaicos.
Plataformas de pago
Grafana and InfluxDB, InfluxDB es la base de
datos utilizada para almacenar las métricas
enviadas desde el agente, y está especialmente
diseñada para soportar grandes volúmenes de
escritura y lectura. Por otro lado, Grafana permite
analizar y visualizar datos mediante consultas y
gráficos. Por lo que se le considera una
plataforma de análisis de datos
LoRaWAN™ se utiliza para implementar redes
de amplia área (LPWAN) y baja potencia, creada
para dispositivos que requieren poco consumo de
energía y que utilicen redes de alcance, regional,
nacional o global y local. Esta tecnología permite
la transmisión de datos de forma eficiente y
confiable, lo que la hace ideal para aplicaciones
(IoT) y para conectar dispositivos en áreas
extensas.
Google Cloud Platform IoT dentro de todos los
servicios que brinda Google Cloud Platform, se
encuentra el servicio de soluciones para (IoT).
Que está diseñado para objetos conectados y les
concede escalabilidad desde etapas iniciales,
donde es disminuido el tráfico de datos, hasta
donde la cantidad de información es
significativa. Esto permite adaptarse a las
necesidades cambiantes de los proyectos de IoT
y garantiza un rendimiento óptimo en todas las
etapas del desarrollo.
IBM Watson™ IoT Platform Es un servicio
gestionado totalmente alojado en la nube,
diseñado para facilitar la obtención de valor de
los dispositivos (IoT). Este servicio permite
analizar y gestionar datos generados por los
dispositivos que estuviesen conectados, lo que
brinda a las empresas la posibilidad de obtener
información valiosa, realizar predicciones y
tomar decisiones informadas para mejorar la
rentabilidad de sus operaciones además de su
eficiencia.
Azure IoT Hub es un beneficio de Microsoft
establecido en la nube de Azure que se porta
como un nodo central de recados para facilitar la
comunicación bidireccional entre ArcGIS
Velocity y dispositivos (IoT). Este servicio
administrado permite la transmisión segura y
confiable de datos entre los dispositivos
conectados y la plataforma de ArcGIS Velocity,
que nos deja un correcto análisis y recopilación
de datos en tiempo real para tomar decisiones
informadas y optimizar las operaciones.
ThingWorx de PTC es una plataforma líder en la
industria que ofrece un desarrollo rápido de
aplicaciones para conectar de manera segura a las
empresas con sus fábricas, productos y entornos
de servicio posventa. Esta plataforma facilita la
creación de soluciones IoT personalizadas y
escalables, permitiendo una comunicación
eficiente entre dispositivos, sistemas y usuarios.
Plataformas gratuitas
Thinger.io plataforma IoT de código abierto que
proporciona gran cantidad de herramientas que
pueda integrar fácilmente sus productos o
arquitectura con tecnologías 4.0 de manera
escalable y económica. Esta plataforma permite
la conexión y comunicación de dispositivos,
recopilación y análisis de datos, y ofrece
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soluciones para control y monitoreo remoto de
activos y procesos.
ThingSpeak plataforma desarrollada base a la
nube que permite recopilar, analizar y visualizar
datos de sensores y otros dispositivos habilitados
para Internet. Proporciona una API para que los
dispositivos envíen datos a la plataforma y
también permite la integración con sitios web de
redes sociales para compartir los datos
recopilados.
Cayenne myDevices es una plataforma de
prototipado de dispositivos del IoT que ofrece
una ventaja significativa al ser una solución
visual y basada en arrastrar y soltar. Facilita y
agiliza el proceso de creación y diseños de
proyectos de IoT.
Firebase de Google plataforma desarrollada en
base a la nube diseñada para la formación de
aplicaciones web y móviles. Ofrece servicios y
herramientas que facilitan la creación, el
crecimiento y el monitoreo de aplicaciones en
múltiples plataformas, incluyendo iOS, Android
y web. Esto permite a los desarrolladores trabajar
de manera más rápida y eficiente, ya que pueden
utilizar las mismas herramientas y recursos en
diferentes plataformas, lo que ahorra tiempo y
esfuerzo en el proceso de desarrollo.
3. CONCLUSIONES
Es importante seleccionar de manera cuidadosa
la plataforma de IoT más adecuada para el
monitoreo en tiempo real de sistemas
fotovoltaicos, considerando aspectos de
compatibilidad, facilidad de uso, capacidades de
análisis de datos e integración con otros sistemas
de gestión.
Es fundamental capacitar al personal encargado
del monitoreo en el uso adecuado y en la
interpretación de datos recopilados, para obtener
resultados al máximo de las diferentes
capacidades de la plataforma Iot y tomar
decisiones concretas basados en los datos
obtenidos.
La investigación permitió analizar las
características y funcionalidades de diversas
plataformas de IoT utilizadas en tiempo real para
el monitoreo de sistemas fotovoltaicos,
identificando tanto los beneficios como las
limitaciones de cada una.
Se destaca la importancia de los sistemas de
gestión y análisis de datos de energía en la
optimización de sistemas fotovoltaicos, y se
recomienda seleccionar la plataforma de IoT
adecuada y establecer protocolos de
mantenimiento para una recopilación confiable
de datos.
En cuanto a mejoras futuras, se sugiere la
implementación de un sistema de copia de
seguridad para garantizar la integridad de los
datos, así como un sistema de refrigeración más
efectivo para mantener el funcionamiento óptimo
del sistema. En conjunto, estos hallazgos
respaldan la viabilidad y eficacia del sistema de
monitoreo y ofrecen posibilidades para su mejora
y expansión en el futuro.
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