Vicerrectorado de Ordenación Académica, Innovación Docente y Profesorado Secretariado de Innovación Docente

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1 UNIVERSIDAD DE JAÉN Vicerrectorado de Ordenación Académica, Innovación Docente y Profesorado Secretariado de Innovación Docente MEMORIA FINAL DE PROYECTOS DE INNOVACIÓN DOCENTE CONVOCATORIA CURSO 2010/2012 DATOS DEL/DE LA SOLICITANTE Nombre FRANCISCO JOSÉ Apellidos MUÑOZ RODRÍGUEZ D.N.I J Centro E.P.S Teléfono Departamento INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y AUTOMÁTICA Categoría TITULAR DE UNIVERSIDAD DATOS DEL PROYECTO Título PROYECTOS PARA ASIGNATURAS Línea de actuación Herramienta docente para el estudio y análisis del funcionamiento de los Sistemas Fotovoltaicos Autónomos a partir de datos monitorizados. Departamento/s implicados INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y AUTOMÁTICA Asignatura/s implicada/s Ingenierías Técnicas: Instalaciones Fotovoltaicas y Electricidad Fotovoltaica. Grado de Ingeniería Industrial Esp. Electrónica Industrial: Instalaciones Fotovoltaicas, Electrónica Aplicada a los Sistemas Fotovoltaicos, Gestión y Mantenimiento de Sistemas Fotovoltaicos, Tecnología Eléctrica en Sistemas Fotovoltaicos Máster de Energías Renovables: Ingeniería de los Sistemas Fotovoltaicos Autónomos. 1

2 UNIVERSIDAD DE JAÉN Vicerrectorado de Ordenación Académica, Innovación Docente y Profesorado Secretariado de Innovación Docente Titulación/Grado implicado/s Ingeniería Técnica Industrial Especialidad Electrónica Industrial, Ingeniería Técnica Industrial Especialidad Electricidad, Ingeniería Técnica Industrial Especialidad Mecánica, Grado de Ingeniería Industrial especialidad Electrónica Industrial. Máster de Energías Renovables. Curso/s implicado/s 2º y 3º de las Ingenierías Técnicas 3º y 4º del Grado de Ingeniería Industrial. Máster de Energías Renovables Nº de alumnos afectados 70 2

3 UNIVERSIDAD DE JAÉN Vicerrectorado de Ordenación Académica, Innovación Docente y Profesorado Secretariado de Innovación Docente DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO Justificación En la actualidad, las asignaturas Instalaciones Fotovoltaicas y Electricidad Fotovoltaica son materias optativas en la titulación de Ingeniero Técnico Industrial ofertadas en las especialidades de: Electrónica Industrial, Electricidad y Mecánica. Así mismo, en el Grado de Ingeniero Industrial especialidad Electrónica Industrial se oferta el próximo año académico una intensificación de Electricidad Fotovoltaica donde el alumno que escoja esa trayectoria curricular deberá cursar las siguientes asignaturas: Instalaciones Fotovoltaicas, Electrónica Aplicada a los Sistemas Fotovoltaicos, Gestión y Mantenimiento de Sistemas Fotovoltaicos y Tecnología Eléctrica en Sistemas Fotovoltaicos. Los objetivos de estas asignaturas se centran en la adquisición, por parte del alumno, de las competencias necesarias, a nivel cognitivo, así como procedimental-instrumental, que le capaciten en el diseño, cálculo y análisis de instalaciones fotovoltaicas, tanto conectadas a red como autónomas. El alumnado se enfrenta a un gran salto a nivel conceptual, tanto en su vertiente teórica como práctica, ya que es la primera vez que este último entra en contacto con la Energía Solar Fotovoltaica. Todo ello pone de manifiesto la dificultad con la que se encuentra el alumno cuando cursa estas asignaturas, haciéndose totalmente necesario que el docente considere y aproveche todos los medios a su alcance para favorecer el aprendizaje de la misma. Es muy frecuente que, en la actualidad, los alumnos sigan centrando su aprendizaje exclusivamente en los apuntes suministrados por el profesor de la asignatura y en las colecciones de problemas propuestos por este último. No obstante, las nuevas tecnologías ponen a nuestro alcance una serie de medios que presentan un alto potencial docente. En ese sentido, la utilización de estos 3

4 UNIVERSIDAD DE JAÉN Vicerrectorado de Ordenación Académica, Innovación Docente y Profesorado Secretariado de Innovación Docente últimos podrá redundar en la calidad de la enseñanza, además de permitir que su aprendizaje sea más interesante para el alumno. Objetivos conseguidos El objetivo principal de este proyecto es desarrollar e implementar una herramienta docente que permita al alumno estudiar y analizar de una manera dinámica e interactiva el funcionamiento de tres sistemas fotovoltaicos autónomos (SFA) reales que se encuentran actualmente operativos en la Universidad de Jaén. Para ello, el alumno, a través de una interfaz vía web, podrá modificar, dentro de unos límites permitidos, el perfil de carga del sistema durante unos días determinados. El objetivo será, para ese perfil de carga escogido por él mismo, analizar el funcionamiento del sistema a partir de los documentos que ya existen a tal efecto (e.g. IEC 61724, así como las guías propuestas por el Joint Research Centre en ISPRA). El análisis del mismo le proporcionará al alumno una completa visión del modo de funcionamiento global de los sistemas fotovoltaicos autónomos en general así como de la operación individual de cada unos de los elementos que lo conforman. Este análisis será posible ya que se le proporcionará un archivo *.txt con las diferentes variables monitorizadas durante el periodo de estudio. Los objetivos conseguidos en estos dos años han sido: - Desarrollar una aplicación en LabView para la monitorización de los tres sistemas fotovoltaicos autónomos. - Desarrollar una interfaz web donde se pueden observar en tiempo real las diferentes variables monitorizadas de los tres sistemas fotovoltaicos autónomos así como un análisis pormenorizado de su funcionamiento atendiendo a los diferentes estándares internacionales que existen a tal efecto. Así mismo, el alumno se puede descargar el archivo *.txt que contiene las variables monitorizadas así como los parámetros de análisis. Esta página web está disponible en: 4

5 UNIVERSIDAD DE JAÉN Vicerrectorado de Ordenación Académica, Innovación Docente y Profesorado Secretariado de Innovación Docente - Presentación de la herramienta docente en diferentes congresos de Innovación docente y de Energía Solar. En el anexo I se incluyen copias de las diferentes ponencias presentadas. Contenidos desarrollados En la aplicación desarrollada, y desde el punto de vista del alumno, se han incluido los contenidos que se indican a continuación. 1. Interfaz Web en la que se habilitan unas opciones de menú para mostrar las distintas variables monitorizadas de los SFA. El alumno puede observar de manera gráfica y en tiempo real las distintas variables que se están monitorizando y que definen el comportamiento de un SFA en su operación normal. Así mismo, también tiene la posibilidad de descargarse un archivo en formato *.txt con las mismas para así poder abordar el estudio del funcionamiento del sistema acorde a los documentos normalizados a tal efecto. Las variables monitorizadas son las que a continuación se indican: - Intensidad y Tensión en el Generador Fotovoltaico - Intensidad y tensión en la batería. - Intensidad y tensión en la carga - Temperatura del Generador Fotovoltaico. - Irradiancia en el plano del generador. 2. En esta misma Interfaz se ha habilitado una página en la que el alumno, una vez que se haya identificado a través de una contraseña, pueda acceder al menú de control del SFA. En él podrá seleccionar el perfil de carga que él en concreto quiera estudiar. Se le dará la posibilidad de escoger diferentes valores de corriente para la carga a lo largo de tramos horarios durante un número de días determinado. 5

6 UNIVERSIDAD DE JAÉN Vicerrectorado de Ordenación Académica, Innovación Docente y Profesorado Secretariado de Innovación Docente 3. Base de Datos de diferentes componentes fotovoltaicos utilizados en los SFA (e.g. Módulos fotovoltaicos, reguladores de carga, baterías, inversores, acondicionadores de potencia, ). Cada componente presentará un enlace a su correspondiente hojas de características en formato electrónico (e.g. *pdf). De esta forma, el alumno podrá conocer las características de los elementos que componen los tres SFA objeto de estudio. 4. Documentos donde se desarrollan los conceptos teóricos necesarios para el diseño de SFA, el análisis del funcionamiento de los mismos, la diferente Normativa que los ampara, etc. Descripción Global de la Experiencia Actualmente, ya están operativos los tres SFA de acuerdo a las exigencias planteadas para desarrollar este proyecto. Se ha dispuesto también el sistema de adquisición de datos y los sensores de corriente del generador fotovoltaico y de la batería. También se han colocado los sensores de temperatura y las células calibradas de irradiancia. Así mismo, se han sustituido las cargas que había inicialmente por tres cajas de cargas desarrolladas expresamente para este proyecto con sus correspondientes relés de estado sólido para así poder definir diferentes perfiles de corriente en la carga, figura 1. A continuación, se va a describir la aplicación desarrollada para definir por completo la herramienta docente, figura 2. El proceso comienza con la medida de las distintas magnitudes físicas implicadas en el funcionamiento de un SFA, tensiones e intensidades en los distintos elementos del sistema, así como la temperatura de los módulos y la irradiancia que llega a los mismos. Este proceso se realiza de forma automatizada desde una aplicación desarrollada bajo LabVIEW, figura 3, que controla el dispositivo de adquisición a través del bus GPIB. Estos datos, 6

7 UNIVERSIDAD DE JAÉN Vicerrectorado de Ordenación Académica, Innovación Docente y Profesorado Secretariado de Innovación Docente recibidos desde el data logger, son almacenados, tratados y procesados en la aplicación mencionada anteriormente y se utilizan para generar un archivo en formato *.txt las diferentes variables monitorizadas. Así mismo, se deben generar gráficos de evolución de las mismas en formato*.png. Estos últimos son mostrados en la interfaz web a la que accederá el alumno. Figura 1. Caja de cargas desarrollada para el presente Proyecto de Innovación Docente. Cada SFA consta de una de estas cargas. La siguiente etapa consiste en el volcado de los datos y de las gráficas en un Servidor WEB, del que también se dispone. A partir de estos ficheros, se van a graficar en un interfaz webs las evoluciones temporales de las distintas magnitudes monitorizadas así como gráficos de barras de los diferentes parámetros que definen el funcionamiento del sistema, con un histórico de hasta varios días, figura 4. Todo ello con vistas a facilitar el estudio del sistema por parte del alumno. 7

8 UNIVERSIDAD DE JAÉN Vicerrectorado de Ordenación Académica, Innovación Docente y Profesorado Secretariado de Innovación Docente Figura 2. Esquema de la Herramienta Docente Así mismo, esta interfaz permite al alumno definir, durante un número de días determinado, el perfil de carga que va a presentar el sistema. Habrá que imponer unos límites a la hora de definir el mismo para no degradar sobre todo a la batería. El servidor web generará un fichero *.txt con el perfil de carga definido por el alumno y se lo transmitirá al PC de monitorización para que éste pueda aplicarlo. 8

9 UNIVERSIDAD DE JAÉN Vicerrectorado de Ordenación Académica, Innovación Docente y Profesorado Secretariado de Innovación Docente Figura 3. Aplicación desarrollada en LabVIEW para la monitorización y análisis de los SFA Figura 4. Interfaz web para observar online y en tiempo real el análisis del funcionamiento de los SFA 9

10 UNIVERSIDAD DE JAÉN Vicerrectorado de Ordenación Académica, Innovación Docente y Profesorado Secretariado de Innovación Docente Al mismo tiempo, la interfaz web proporciona al alumno el fichero *.txt con las variables monitorizadas para así poder abordar el análisis y el estudio del funcionamiento del SFA, figura 5. Por otro lado, la interfaz incluirá diferentes hipervínculos a documentos elaborados por el profesorado donde se puedan encontrar los conceptos teóricos necesarios para el diseño de SFA, el análisis del funcionamiento de los mismos, los diferentes estándares que los regulan, etc, figura 6. También se incluirán las hojas de características de los diferentes componentes utilizados en los SFA. Todo ello orientado a favorecer y promover el autoaprendizaje del alumno, figura 7. Figura 5. Base de datos para descargar el fichero *.txt con las variables monitorizadas y parámetros de análisis para un determinado día. 10

11 UNIVERSIDAD DE JAÉN Vicerrectorado de Ordenación Académica, Innovación Docente y Profesorado Secretariado de Innovación Docente Figura 6. Acceso a documentos donde se desarrollan los conceptos teóricos necesarios para el diseño de SFA, el análisis del funcionamiento de los mismos, la diferente Normativa que los ampara. SFA Figura 7. Hojas de características de los diferentes componentes utilizados en los Se puede acceder a la herramienta docente en la siguiente dirección: 11

12 UNIVERSIDAD DE JAÉN Vicerrectorado de Ordenación Académica, Innovación Docente y Profesorado Secretariado de Innovación Docente Metodología y Recursos La metodología usada para la elaboración del presente proyecto se basa en la convocatoria de reuniones de trabajo entre los integrantes del proyecto para la planificación y seguimiento de nivel de ejecución de las diferentes tareas: 1. Revisión bibliográfica y documental relacionada con el análisis del funcionamiento de los SFA a partir de datos monitorizados. 2. Revisión bibliográfica sobre los sistemas online de monitorización en tiempo real. 3. Definición de los elementos necesarios para el desarrollo de la aplicación de monitorización, tanto a nivel de hardware como de software. 4. Elección de un software comercial para el desarrollo de una aplicación con un software adecuado (e.g. LabVIEW) para la monitorización de las variables y del control de la caja de cargas, así como de para la generación de los elementos necesarios que hará uso la interfaz web. 5. Definición del software así como de los elementos necesarios para la elaboración de la Interfaz Web cuya misión será ofrecer en tiempo real las variables monitorizadas así como los parámetros de análisis de funcionbamiento. Así mismo, se debe permitir al alumno definir el perfil de carga de los SFA así como para proporcionarle en un archivo *.txt las variables monitorizadas. 6. Búsqueda de información para la creación de la Base de datos con las hojas de características de diferentes fabricantes de los componentes utilizados en SFA. 7. Puesta en marcha de la Herramienta Docente. 8. Evaluación de la herramienta Docente por parte del profesorado y del alumnado. Los recursos utilizados en el presente proyecto de Innovación docente son los que se enumeran a continuación: 12

13 UNIVERSIDAD DE JAÉN Vicerrectorado de Ordenación Académica, Innovación Docente y Profesorado Secretariado de Innovación Docente - Tres Sistemas Fotovoltaicos Autónomos operativos. - Tres Sistemas de Cargas para ofrecer diferentes perfiles de descarga. - PC de Monitorización con su correspondiente Sistema de Adquisición de Datos. Su misión es monitorizar los tres sistemas fotovoltaicos así como los sistemas de cargas. - Servidor PC. Se encarga de gestionar la página web que ofrece en tiempo real las variables monitorizadas, así como los parámetros de análisis de los tres sistemas. Resultados obtenidos (los materiales o documentos que se hayan producido en la experiencia deben presentarse en forma de anexo) Se han presentado los siguientes congresos orientados a la educación y a la innovación docente: Educational web tool for the analysis of stand-alone photovoltaic systems. M.Torres, F.J.Muñoz, J.V.Muñoz, G.Nofuentes and J.Aguilera. VI International Technology, Education and Development Conference. Valencia, 2012 Laboratorio Remoto para el Aprendizaje de los Sistemas Fotovoltaicos Autónomos. F.J. Muñoz, M. Torres, J.V. Muñoz, C. Rus, J.D. Aguilar, J. Aguilera. X Congreso de Tecnologías Aplicadas a la Enseñanza de la Electrónica (TAEE 2012) Sistema de monitorización online para el análisis del funcionamiento de los Sistemas Fotovoltaicos Autónomos. M. Torres, F. J. Muñoz. XV Congreso Ibérico y X Congreso Iberoamericano de Energía Solar. Vigo, Así mismo, se ha publicado un artículo en una revista indexada en el Journal Citation Report (JCR): 13

14 UNIVERSIDAD DE JAÉN Vicerrectorado de Ordenación Académica, Innovación Docente y Profesorado Secretariado de Innovación Docente Online Monitoring System for Stand-Alone Photovoltaic Applications Analysis of System Performance From Monitored Data. M. Torres, F. J. Muñoz, J. V. Muñoz, C. Rus. Journal of Solar Engeeniring. AUGUST 2012, Vol En el anexo I se incluyen copias de las mismas. Proyección e Impacto (transferencia de los resultados y mejoras en el aprendizaje demostrables) La herramienta docente desarrollada ha gozado inicialmente de un gran impacto en la comunidad docente e investigadora, garantía de ello son la generación de tres comunicaciones a congresos así como un artículo en una revista indexada en el JCR. Con respecto a su impacto en el alumnado, todavía es pronto para sacar conclusiones objetivas. Sobre todo porque hubo ciertos problemas, que ya han sido subsanados, con el servidor y que impidieron aplicar en toda su extensión la mencionada herramienta. En concreto, los alumnos no pudieron seleccionar los perfiles de descarga y bajarse los ficheros. No obstante, si tuvieron acceso a toda la información que se ofrecía en forma gráfica en la plataforma en relación al funcionamiento de los tres SFA: parámetros monitorizados, análisis Del funcionamiento de los sistemas, etc. En ese sentido, las críticas recibidas sobre la herramienta fueron muy positivas. El siguiente año académico (i.e ) ya se espera sacar todo el provecho a la herramienta. Evaluación del proceso y Autoevaluación Debido al carácter bianual del proyecto, durante el curso académico 2010/2011 se desarrolló la mencionada herramienta. En el siguiente curso académico (2011/2012), se puso a disposición de los alumnos la misma. Se han tenido en cuenta las diferentes críticas realizadas por los alumnos lo que 14

15 UNIVERSIDAD DE JAÉN Vicerrectorado de Ordenación Académica, Innovación Docente y Profesorado Secretariado de Innovación Docente ha permitido una retroalimentación muy interesante a la hora de la elaboración definitiva de la herrramienta. En ese sentido se ha intentado priorizar el punto de vista de los alumnos, que, en definitiva es crucial, porque a ellos va dirigido la misma. Gastos generados Fungibles ---- Inventariables ---- Viajes/Actividades Inscripción a diferentes Congresos 1000 euros Otros ---- Justificación DATOS DEL/DE LA SOLICITANTE Nombre FRANCISCO JOSÉ Apellidos MUÑOZ RODRÍGUEZ D.N.I J Centro E.P.S. Teléfono Departamento INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y AUTOMÁTICA Categoría T.U. DATOS DE LOS MIEMBROS DEL GRUPO Nombre Leocadio Apellidos Hontoria García D.N.I C Centro E.P.S Teléfono Departamento Ingeniería Electrónica y Automática Categoría T.U. Firma 15

16 UNIVERSIDAD DE JAÉN Vicerrectorado de Ordenación Académica, Innovación Docente y Profesorado Secretariado de Innovación Docente DATOS DE LOS MIEMBROS DEL GRUPO Nombre Catalina Apellidos Rus Casas D.N.I X Centro E.P.S Teléfono Departamento Ingeniería Electrónica y Automática Categoría Profesor Contratada Firma Doctorr DATOS DE LOS MIEMBROS DEL GRUPO Nombre Florencia Almonacid Cruz Apellidos Almonacid Cruz D.N.I D Centro E.P.S Teléfono Departamento Ingeniería Electrónica y Automática Categoría Profesora Contratada Firma Doctora DATOS DE LOS MIEMBROS DEL GRUPO Nombre Pedro Jesús Apellidos Pérez Higueras D.N.I. Centro E.P.S Teléfono Departamento Ingeniería Electrónica y Automática Categoría T.U. Firma 16

17 UNIVERSIDAD DE JAÉN Vicerrectorado de Ordenación Académica, Innovación Docente y Profesorado Secretariado de Innovación Docente DATOS DE LOS MIEMBROS DEL GRUPO Nombre Miguel Apellidos Torres Ramírez D.N.I S Centro E.P.S Teléfono Departamento Ingeniería Electrónica y Automática Categoría Becario de Colaboración Firma VºBº de Coordinador/a Fdo.: Francisco José Muñoz Rodríguez Jaén, a 1 de Septiembre de 2012 VICERRECTOR DE ORDENACIÓN ACADÉMICA, INNOVACIÓN DOCENTE Y FORMACIÓN DEL PROFESORADO 17 DE LA UNIVERSIDAD DE JAÉN

18 UNIVERSIDAD DE JAÉN Vicerrectorado de Ordenación Académica, Innovación Docente y Profesorado Secretariado de Innovación Docente ANEXO 18

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28 Actas del TAEE 20Lz X Congreso de Tecnologías Aplicadas en la Enseñanza de la Electrónica Escuela de Ingeniería Industrial Universidad de Vigo Vigo, España L 3 ai 15 Junio de 20L2

29 X Congreso de Tecnologías Aplicadas en la Enseñanza de la TAEE ISBN: DL: VG 43L-20L2 2

30 Laboratorio Remoto para el Aprendizaje de los Sistemas Fotovoltaicos Autónomos F.J. Muñoz, M. Torres, J.V. Muñoz, C. Rus, J.D. Aguilar, J. Aguilera. Grupo de Investigación IDEA Departamento de Ingeniería Electrónica & Automática Escuela Politécnica Superior. Universidad de Jaén Campus de Las Lagunillas, s/n. CP 23071, Jaén, Spain Tlf: Fax: Resumen La enseñanza de disciplinas técnicas como la Electrónica requieren que el alumno esté en contacto con sistemas reales, donde puedan aplicar los conocimientos teóricos de forma práctica. Sin embargo, normalmente los recursos prácticos de los que se disponen son en su mayoría reducidos y suelen estar limitados a un número de alumnos. No obstante, existen herramientas, como son los laboratorios remotos, que facilitan al alumnado el acceso a estos equipos prácticos a través de internet, lo que permite el optimizar los recursos disponibles y llegar a un mayor número de alumnos y en un abanico horario mayor. En este sentido, el objetivo principal de esta comunicación es presentar una herramienta docente que permite al alumno estudiar y analizar de una manera dinámica, interactiva e independiente el funcionamiento de los sistemas fotovoltaicos autónomos (SFA). A través de esta última, el alumno tendrá acceso a tres sistemas fotovoltaicos autónomos reales que se encuentran actualmente operativos y monitorizados en la Universidad de Jaén. A través de una interfaz web podrá modificar el perfil de consumo del sistema durante unos días determinados. El objetivo será, para ese perfil de consumo escogido por él mismo, analizar el funcionamiento del sistema a partir de los documentos que ya existen a tal efecto. El análisis del mismo le proporcionará al alumno una completa visión del modo de funcionamiento global de los SFAs, así como de la operación individual de cada unos de los elementos que lo conforman. Este análisis será posible ya que se le proporcionará un archivo *.txt con las diferentes variables monitorizadas durante el periodo de estudio dado y por las condiciones de trabajo por él definidas. Index Terms Sistemas Fotovoltaicos Autónomos, Laboratorio Remoto, LabVIEW TM, Herramienta Docente, Autoaprendizaje. I. INTRODUCCIÓN En el Grado de Ingeniero Industrial especialidad Electrónica Industrial se abrirá en breve una intensificación en Electricidad Fotovoltaica donde el alumno que escoja esa trayectoria curricular deberá cursar varias asignaturas, con el fin de adquirir las competencias necesarias, a nivel cognitivo, procedimentalinstrumental así como actitudinal para quedar capacitado en el diseño, cálculo y análisis de instalaciones fotovoltaicas, tanto conectadas a red como autónomas. El alumnado se enfrenta a un gran salto a nivel conceptual, tanto en su vertiente teórica como práctica, ya que es la primera vez que el primero entra en contacto con la Energía Solar Fotovoltaica. Todo ello pone de manifiesto la dificultad con la que se encuentra el alumno cuando cursa estas asignaturas, haciéndose totalmente necesario que el docente considere y aproveche todos los medios a su alcance para favorecer el aprendizaje de la misma. El objetivo principal de esta comunicación es presentar una herramienta docente que permite al alumno estudiar y analizar de una manera dinámica, interactiva eindependiente los sistemas fotovoltaicos autónomos (SFA). A través de la primera, el alumno tendrá acceso a tres sistemas fotovoltaicos autónomos reales que se encuentran actualmente operativos en la Universidad de Jaén. A través de una interfaz web, podrá modificar, dentro de unos límites permitidos, el perfil de consumo del sistema durante unos días determinados. El objetivo será, para ese perfil de consumo escogido por él mismo, analizar el funcionamiento del sistema a partir de los documentos que ya existen a tal efecto. El análisis del mismo le proporcionará al alumno una completa visión del modo de funcionamiento global del sistema así como de la operación individual de cada unos de los elementos que lo conforman. Este análisis será posible ya que la propia interfaz web le proporciona un archivo *.txt con las diferentes variables monitorizadas durante el periodo de estudio dado y por las condiciones de trabajo por él definidas. II. SISTEMAS FOTOVOLTAICOS AUTÓNOMOS. MONITORIZACIÓN Y ANÁLISIS DEL FUNCIONAMIENTO El grupo de Investigación IDEA (Investigación y Desarrollo en Energía Solar) dispone de tres SFAs que están siendo monitorizados. Adicionalmente se ha desarrollado una herramienta web donde se muestran en tiempo real las variables monitorizadas, lo que permite establecer un entorno de monitorización remoto y online. La aplicación ha sido desarrollada basándose en los siguientes elementos: 1. Aplicación en LabVIEW TM para la monitorización de los tres sistemas fotovoltaicos autónomos. 2. Interfaz Web en la que se habilitan unas opciones de menú para mostrar: 2012 TAEE 174

31 Figura 1: Sistemas Fotovoltaicos Autónomos. Armario de Conexiones Eléctricas. a) Variables Monitorizadas y Parámetros de Análisis de Funcionamiento de los SFAs. El alumno podrá observar de manera gráfica y en tiempo real las distintas variables que se están monitorizando y que definen el comportamiento de un SFA en su operación normal. Así mismo, también tendrá la posibilidad de descargarse un archivo en formato *.txt con las mismas para así poder abordar el estudio del funcionamiento del sistema acorde a los documentos normalizados a tal efecto. b) Entorno para el Control del Perfil de Consumo. En esta misma Interfaz se habilitará una página en la que el alumno una vez que se haya identificado a través de una contraseña accederá al menú de control del SFA. En él podrá seleccionar el perfil de consumo que él en concreto quiera estudiar. Se le dará la posibilidad de escoger diferentes valores de corriente para la caja de cargas a lo largo de tramos horarios durante un número de días determinado. c) Biblioteca y Recursos Docentes. Así mismo se ha incorporado una biblioteca con documentos de referencia de libre distribución, así como, elaborados por el profesorado donde se puedan encontrar los conceptos teóricos necesarios para el diseño de SFA, el análisis del funcionamiento de los mismos así como la diferente Normativa que existe a tal efecto. Como ya se ha comentado anteriormente, la herramienta que aquí se presenta tendrá una funcionalidad principal y destacada que será la de servir de laboratorio remoto, utilizando para ello los SFAs instalados en la terraza de la Escuela Politécnica de la Universidad de Jaén. En la actualidad existen tres SFA, de los cuales dos de ellos utilizan un regulador de carga sin seguidor del punto de máxima potencia, mientra que el tercero si cuenta con un regulador que incorpora este seguimiento. Todos ellos están siendo monitorizados al mismo tiempo que se muestra en la herramienta anteriormente indicada un análisis de su funcionamiento a través del estándar IEC [1] y del nuevo método de análisis del Grupo IDEA [2]. Los sistemas están instalados en la terraza de la Escuela Politécnica de la Universidad de Jaén (latitud: 37 o 46 N y longitud: 3 o 46 O) y tienen la misma orientación e inclinación, Figura 1. Los módulos están inclinados 50 o respecto de la horizontal y orientados al sur. Cada generador está compuesto por 2 módulos I-106/12 (Isofotón) conectados en paralelo. El Sistema #1 incorpora un regulador de carga serie con modulación PWM (MORNING STAR. ProStar 15), el Sistema #2 un regulador de carga paralelo con modulación PWM (STECA PR2020) y por último el Sistema #3 tiene incorporado un regulador de carga con seguidor del PMP (MORNING STAR. SS MPPT 15L), Tabla I. La principal función de la herramienta web, comentada anteriormente, va a ser la de facilitar al alumnado donde pueda visualizar la evolución diaria de las variables monitorizadas, así como los parámetros de análisis más destacados. Además, va a ofrecer la posibilidad de permitir la descarga de elementos gráficos y de ficheros de texto relacionados con las variables monitorizadas y los parámetros de análisis de los dos métodos considerados, IEC y el Método IDEA. De esta forma el alumno podrá establecer de manera offline su propio análisis y comparar los resultados obtenidos con los ofrecidos a través de la herramienta web. Además de esta opción, los alumnos, a través del entorno web, podrán establecer un perfil de consumo personalizado, durante un periodo de tiempo limitado, para estudiar el comportamiento de los SFA instalados en la Universidad de Jaén y el efecto que sobre estos provoca ese determinado perfil. Para conseguir un determinado perfil de consumo se podrán modificar los parámetros de control de la caja de cargas que tiene incorporada cada unos de los SFA instalados y que simula un consumo eléctrico sobre el sistema. Estas cajas de cargas están compuestas por 4 lámparas halógenas. Todas ellas pueden ser encendidas y apagadas de una forma automatizada y horaria para establecer diferentes corrientes de descarga que oscilan entre 0,90 A y 13 A. 175

32 Tabla I: Generador fotovoltaico y componentes de los sistemas #1, #2 and #3. Generador Fotovoltaico Potencia del Generador 212 Wp (Módulos: 2x106 Wp). Batería Batería de 200 Ah (C100) VRLA (Sellada e inundada de Plomo-ácido) V S = 12V. Regulador de Carga Sistema #1. Sistema #2. Sistema #3. Regulador de carga serie con modulación PWM de 15 A. MORNING STAR. ProStar-15. Regulador de carga paralelo con modulación PWM de 20 A. STECA PR2020. Regulador de carga con seguidor del PMP de 15 A. MORNING STAR. SS-MPPT-15L. Caja de Cargas Compuesta por cuatro lámparas halógenas de diferente potencia, cuyo encendido está controlado desde el PC de Monitorización. 10W, 20W, 50W y 75W de potencia. III. WEB EDUCACIONAL DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS AUTÓNOMOS La herramienta educacional que aquí se presenta está basada en un sistema robusto y fiable que une flexibilidad, automatización y un fácil acceso a la información que se genera durante el funcionamiento de los sistemas fotovoltaicos autónomos. El diagrama de bloques del sistema online de monitorización de sistemas fotovoltaicos autónomos se muestra en la Figura 2. El funcionamiento de este sistema se basa en dos elementos como serían el Sistema de Monitorización y el Portal Web para SFA. III-1. Sistema de Monitorización: El Sistema de Monitorización se componen del Sistema de Adquisición de Datos (SAD) y del PC de Monitorización. El SAD es el encargado de medir de forma directa las variables físicas, meteorológicas y eléctricas que están presentes en el funcionamiento de los SFAs. Por otro lado, el PC de Monitorización se encarga de gestionar la comunicación con el SAD, de tal manera que la adquisición de las distintas variables se haga de forma automatizada, para luego pasar a almacenar los datos recogidos en un formato adecuado. Además, se encarga del control del perfil de consumo a través de la gestión del encendido y apagado de las lámparas de la caja de cargas. Por otro lado, se encarga también de porprocionar la información necesaria al servidor web, que aloja el portal web. En el caso concreto del sistema experimental que aquí se presenta, instalado en la Universidad de Jaén, el PC de Monitorización se comunica via GPIB con el SAD (Data Logger [Agilent 34970A]) usando una serie de comandos estándares remotos (SCPI IEEE 488.2), debido a que están muy próximos y ubicados en el mismo lugar. Esta comunicación, así como la adquisición, almacenamiento y visualización de los datos recogidos se hace a través de un Virtual Instrument (VI) desarrollado en el entorno de programación de LabVIEW TM. III-2. Portal Web para SFA: Al sistema de monitorización se le ha incorporado una página web de tal forma que, a través de Internet, y para cualquier usuario HTTP, está disponible en tiempo real la evolución diaria de las variables recogidas, así como un histórico de los parámetros de análisis del funcionamiento calculados previamente. Dentro de lo que sería la aplicación web cada SFA tiene habilitado un espacio donde se muestran toda la información referente al mismo. Este portal web está alojado dentro del servidor que dispone el Departamento de Ingeniería Electrónica y Automática de la Universidad de Jaén, a través de la URL La interfaz web se ha desarrollado intentando que el uso de ésta sea lo más sencillo e intuitivo posible, presentando los parámetros más representativos del funcionamiento de los SFAs, de ahí que pueda tener un impacto considerable sobre el proceso de aprendizaje de los alumnos. Es el servidor web el que ofrece una interfaz común al usuario, siendo su principal tarea la de gestionar y responder las peticiones que se realicen por parte de los usuarios externos. Este sitio web está creado usando lenguaje HTML y se encuentra alojado en el PC Servidor Web, por lo que se puede acceder a la información externamente desde cualquier tipo de navegador (I. Explorer, M. Firefox, G.Chrome,...) y desde cualquier dispositivo con conexión a Internet (Android, Apple, BB,...). Por lo que los datos son accesibles para cualquier usuario que los solicite desde cualquier parte del mundo. El portal web es el encargado de actualizar los datos relativos al funcionamiento de los tres SFAs e interactuar con los usuarios que soliciten la información almacenada en él. Se encarga de mostrar las imágenes generadas por el Sistema de Monitorización, al mismo tiempo este último, es el responsable de gestionar la creación de una copia de seguridad, así como garantizar el flujo de datos entre los dos ordenadores para copiar en el Servidor Web todos los ficheros (imágenes y ficheros de texto) generados previamente en el PC de Monitorización. 176

HERRAMIENTA DOCENTE PARA EL DISEÑO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS AUTÓNOMOS ADAPTADA A LOS NUEVOS CRÉDITOS ECTS (Design SFA v1.0)

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