Tesis (Magíster en Ingeniería Eléctrica)

En el siguiente trabajo se exponen los problemas a los que est´an expuestos los p´aneles
solares fotovoltaicos instalados en el laboratorio de energ´ıa de la Universidad Escuela Colombiana de Ingenier´ıa. En este sitio los p´aneles est´an susceptibles a factores como p´erdidas
por polvo, heces de aves y sombras; estas se presentan cuando hay una capa de part´ıculas o
poluci´on sobre la superficie de los p´aneles y causa una disminuci´on de la corriente y voltaje
entregado. Tambi´en est´a la posibilidad que haya suciedades localizadas por heces de aves
que dan lugar a un aumento de las p´erdidas energ´eticas, lo cual puede llevar a formaci´on
de puntos calientes. Adicional, se encuentran las p´erdidas de voltaje por alta temperatura
debido al coeficiente beta dado por los diferentes fabricantes de p´aneles, junto a esto se pueden presentar p´erdidas por sombreado en determinadas horas del d´ıa sobre la superficie de
los p´aneles solares, que provocan p´erdidas energ´eticas por la disminuci´on de captaci´on de
irradiaci´on solar.
Teniendo en cuenta las condiciones descritas, se propuso implementar un sistema embebido de monitoreo t´ermico y fotogr´afico con acceso remoto v´ıa web, con el fin de hacer
seguimiento al impacto en la producci´on energ´etica y dejar un registro para el an´alisis futuro
de la vida ´util de los p´aneles. Para lograr el sistema planteado, se revis´o las especificaciones t´ecnicas dadas por los fabricantes de los sensores matriciales infrarrojo AMG8833 y
MLX90640 y se seleccion´o el m´as adecuado en cuanto a resoluci´on, distancia de medida y
precisi´on. Se hizo la selecci´on de la c´amara fotogr´afica oficial para Raspberry Pi de 8MP; se
escogi´o la tarjeta de desarrollo Raspberry pi 4 la cual cumpli´o con las caracter´ısticas y requisitos necesarios en cuanto a Hardware, Software, perif´ericos, compatibilidad con los sensores
´opticos e infrarrojos matriciales utilizados y la conectividad con la plataforma de acceso web
ThingSpeak.
Lo anterior, se hizo con el objeto de monitorear los datos de temperatura para determinar
la mejor distancia y el mejor ´angulo entre el sensor t´ermico y la superficie del panel. Se trabaj´o
con la plataforma de acceso web ThingSpeak, se hizo el an´alisis de los datos de temperatura
capturados, pruebas de capacidad de env´ıo, recepci´on, p´erdidas y fidelidad de la informaci´on.
Seguido, se dise˜n´o e implement´o un sistema de adquisici´on de datos(DAQ) de corriente y
v
vi
temperatura. Finalmente, durante un periodo de 2 meses se implement´o en el laboratorio de
energ´ıa de la Escuela el sistema embebido de monitoreo t´ermico con acceso v´ıa web, y se
cre´o ambientes artificiales para simular efectos de sombras, polvo y heces de ave, con el fin
de hacer seguimiento sobre las p´erdidas de corriente en los p´aneles y de comportamiento de
las im´agenes t´ermicas capturadas.
Como resultado de este trabajo se obtuvo el desarrollo de un sistema embebido de monitoreo t´ermico y fotogr´afico con acceso remoto v´ıa web con capacidad de almacenamiento
de hasta 280.000 im´agenes t´ermicas o hasta 56.000 im´agenes fotogr´aficas, f´acil conexi´on a
internet y con una portabilidad que permite ser llevado a cualquier sitio. Adicional, con la
creaci´on de los ambientes artificiales de polvo, heces de ave y sombras, se analiz´o el impacto
sobre la producci´on energ´etica, y se encontr´o que las p´erdidas de corriente m´as significativas
se dieron por efectos de sombras horizontal 76 % y vertical 36 %, al igual que p´erdidas de
corriente del 16 % y 20 % por polvo y dep´osito de heces de aves en la superficie de los p´aneles. Por ´ultimo se observ´o que el principal deterioro de los p´aneles solares es por corrosi´on
derivado de la humedad del sitio de instalaci´on.