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Sistema inteligente de ahorro de energía en base a energía fotovoltaica aplicado a la domótica Espin Parsifal, Guerra Ana, Paredes Luis, Taco Miguel OBJETIVO: Construir un sistema que controle la iluminación, calefacción y alimentación de los equipos electrónicos del hogar aprovechando y optimizando la energía fotovoltaica para minimizar los consumos de energía eléctrica. Resumen.- Actualmente el uso de energías no contaminantes, denominadas energías verdes, han cobrado gran fuerza en muchos países, buscando optimizar los recursos utilizando medios renovables. El siguiente proyecto presenta una forma de optimizar la energía obtenida a través de un panel solar (energía fotovoltaica), dicha energía será utilizada para el control de la iluminación, calefacción y alimentación de los equipos electrónicos de una casa prototipo, lo que hace que no sea necesario la utilización de energía eléctrica convencional. La iluminación, calefacción y seguridad de la casa serán los parámetros que establezca el usuario, todo esto atreves de un menú principal que cuenta con cinco opciones: igualar reloj, configurar temperatura rangos de temperatura, activar seguridades, desactivar seguridades, cambiar la clave del menú y salir. Todo esto en un microcontrolador maestro con energía independiente, de darse algún problema con la alimentación de la casa, el maestro tiene respaldo de energía, es decir este funcionara siempre.
Para una máxima captación de energía, se ha construido un modulo metálico acoplado con engranajes, que permite el movimiento del panel solar, este se desplazara 30° cada dos horas, con esto el panel siempre se encuentra perpendicular a los rayos solares, retornando a su posición inicial al final del día. Para obtener la temperatura, se ha realizado un ponderado de las medidas de cuatro sensores colocados a cierta distancia en la estancia, con esto se obtiene la temperatura real del ambiente, ya que la temperatura es diferente en cada punto dependiendo de las condiciones físicas del lugar, el usuario puede seleccionar el valor de la temperatura máxima y el valor de la temperatura mínima a la cual permanecerá la casa. La iluminación trabaja de dos formas, manual y automático, en modo manual el encendido de las luces se realiza con la activación de un interruptor, el modo automático es parte del sistema de seguridad, cuando este es activado realiza una secuencia de encendido, denominada presencia artificial. Se tiene dos modos de seguridad implementados en la casa, el primero es para el acceso hacia el menú, y el segundo para la seguridad y alarma de la casa.
2 El acceso hacia el menú se realiza mediante una clave, si esta clave no es correcta no se permitirá ingresar a las opciones del menú, con esto se tiene un seguro ante personas indeseables o travesuras infantiles que puedan alterar el normal funcionamiento del hogar. La seguridad de la casa se trabaja con una cámara web, esta se utiliza con sensor de presencia gracias a las opciones de visión artificial que nos brinda el programa LabVIEW, especificando una zona de seguridad se detecta a cualquier intruso que cruce dicha zona, encendiendo una alarma visual en la interfaz de la computadora y enviando una señal al microcontrolador para encender una alarma sonora. Solo la opción salir del menú, nos lleva fuera de este, luego de realizar cualquier cambio en los parámetros se regresa a las opciones de menú.
ESTRUCTURA FISICA: ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA. Se basa en la captación de energía solar y su transformación en energía eléctrica por medio de celdas fotovoltaicas. Celdas fotovoltaicas: Son obleas planas y delgadas de materiales denominados semiconductores que pueden conducir, o transportar, electricidad. Cuando los fotones golpean una célula fotovoltaica, pueden reflejarse, atravesarla o ser absorbidos. Los fotones absorbidos proporcionan energía para generar electricidad. La celda consta de dos capas una externa negativa, y una interna positiva, separadas por un material aislante. Cuando un fotón golpea la celda, los electrones son expulsados de sus órbitas en el átomo que forman el material, y generan una corriente eléctrica.
INTRODUCCIÓN: Con los avances tecnológicos, y con un medio consumista en el que vivimos, se tratará de implementar el control de una vivienda como una plataforma prototipo, para incrementar y mejorar el estilo de vida de las personas. Se tratará de que por medio de mandos a distancia se pueda controlar al prototipo para ahorrar tiempo y dinero en el caso de la implementación y aplicación de energías renovables. Debido a la curiosidad que el hombre siente por descubrir nuevas cosas, y debido al hecho de que en ciertos lugares es difícil el acceso se vio la necesidad de construir un robot evita obstáculos, el cual nos permitirá ingresar en lugares muy pequeños únicamente limitados por el tamaño del carro, la programación implementada permitirá que el robot busque caminos alternativos a fin de seguir adentrándose cada vez mas. Además de poder adentrarnos dentro de lugares de difícil acceso se vio la necesidad de conocer cuan accidentado es el camino por lo que la comunicación con el PC permitirá obtener información de cuantos obstáculos a evitado el robot.
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Panel solar:
Es un modulo que consta de muchas células fotovoltaicas, una placa de vidrio que las protege, una capa antirreflexiva para aumentar la luz solar, contactos o electrodos delanteros y traseros.
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Acumulador de energía
Se encarga de almacenar parte de la energía producida por los paneles (la que no se consume inmediatamente) para disponer de
3 ella en periodos de baja o nula irradiación solar. •
CONTROL DEL PANEL
Muestro la hora
Equipos de consumo
Son los equipos que se conectan al sistema y que consumen la energía del mismo (elementos de iluminación, electrodomésticos, etc) •
Comparo la hora
SI Hora = 10
Regulador de carga
Mover panel 30°
NO SI Hora = 12
Determina el estado de carga de la batería a partir de la tensión a la que esta se encuentra. A partir de este parámetro controla la entrada y salida de corriente en la misma.
Mover panel 30°
NO SI Mover panel 30°
Hora = 14
NO
FUNCIONAMIENTO: Hora = 16
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SI
Mover panel 30°
Obtención de energía:
La casa se alimente con la energía obtenida de un panel solar, el panel solar capta la mayor cantidad de energía, esto debido a que este siempre se encuentra en forma perpendicular a los rayos solares, la energía no utilizada en la casa se utiliza para cargar la batería, todo esto está conectado a través de un regulador de carga, con lo que evitamos problemas de sobrecarga o sobredescarga en las baterías o daños en el panel. Como consideraciones del grupo, y después de observar el comportamiento que tenía el sol en nuestra ciudad se decidió hacer que este girase 30° cada dos horas, es decir, a las 8 am, hora en la cual el sol ya habría salido, el panel estaría a 30° sobre la horizontal, a las 10 am el panel estará a 60° sobre la horizontal, a las 12 pm, hora en la cual el sol se encuentra en su máxima posición el panel estará a 90° sobre la horizontal, a las 14 horas pm, el panel estará a 120° sobre la horizontal, a las 16 horas el panel tendrá un giro de 150° sobre la horizontal y a las 18 horas, este retornara 120° hasta estar a 30° nuevamente, listo para el siguiente día.
NO SI Hora = 18
Retornar panel 150°
FIN
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Iluminación:
Para el diseño del control de iluminación se tomó en cuenta dos aspectos: 1. Sistema manual: Se utiliza un interruptor, el cual nos permite prender o apagar las luces de los diferentes ambientes. 2. Sistema automático: La idea del sistema automático es dar la intensión de presencia artificial. La presencia artificial en este caso consiste en que al dejar activada la alarma se genera al mismo tiempo una secuencia de encendido y apagado de las luces, de tal manera que simule la presencia de alguien en su interior.
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Seguridad:
Existes dos tipos de seguridades que se van manejar en la casa, la primera es el acceso al menú, es entendible que no todos pueden acceder al menú principal, ya que de ser este el caso, se podría alter los valores establecidos hasta llegar a puntos críticos o provocar daños en la casa, un ejemplo claro de esto es al establecer los valores de temperatura.
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Temperatura:
Para el control de la temperatura se utiliza un sensor LM35, como salidas tenemos un ventilador y una secadora de cabello, emulando así el tener un sistema completo de control de temperatura. Para el control, se lo realizara mediante un control ON/OFF. Encendiendo el ventilador cuando la temperatura del ambiente sobrepase la temperatura máxima programada por el usuario y cuando la temperatura baje de la temperatura mínima se encenderá la secadora, caso contrario ninguno de ellos estarán encendidos así logramos tener la temperatura deseada por el usuario.
El otro aspecto de seguridad será el establecido por una cámara y a través de labview, ya que se utiliza este como sensor de presencia. La cámara se encuentra enfocando en tiempo real la entrada principal de la casa, es decir que tenemos siempre un vista de las personas que entran y salen, cuando se activa la seguridad, también se activa en la computadora una región se seguridad, es decir se detectara cualquier presencia dentro de esta región que se considere peligrosa, activándose una señal sonora cuando se sobrepase de esta región y la persona que quiere ingresar no sea conocida, todo esto gracias a la visión artificial. •
Menú Principal:
El menú principal consta de seis opciones: 1. Igualar el reloj 2. Configurar rangos de temperatura 3. Activar seguridad. 4. Desactivar seguridad. 5. Cambiar clave del menú. 6. Salir. Con cada uno de estas opciones se accede a los distintos esclavos, indicando cuales son las actividades que deben realizar. Para esto se utiliza comunicación SPI.
5 MENU
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La integración de paneles solares al medio del hogar mejora la calidad de la energía, teniendo menor contaminación, mayor eficiencia de la energía y de la iluminación, y un mejor aprovechamiento de la energía proveniente de otras fuentes.
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Con la iluminación se pueden lograr cosas impresionantes, solamente es necesario conocer la manera como se refleja la luz, la dirección con la que la luz natural llega a las habitaciones, y que tipo de ambiente de quiere dar, tomando ese tipo de consideraciones se puede tener un buen concepto para realizar la implementación de la iluminación en un lugar.
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Demótica es un tema bastante amplio y costoso; a la vez ya que su parte básica comprende del control del ambiente y confort dentro de la casa.
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Al realizar el control de temperatura se debe tomar en cuenta que la variable no tiene cambios bruscos sino que al contrario es lenta, además el control de esta se lo realiza de manera ON/OFF.
B Ingresar Clave de acceso
Clave es correcta A Desplegar menú
0 Igualar reloj
1 Configurar rangos de temperatura
2 Activar Seguridades
3 Desactivar Seguridades
4 Cambiar la clave
Desactivar modo SPI
Desactivar modo SPI
Desactivar modo SPI
Desactivar modo SPI
Tomar nueva clave
Tomar datos teclado
Tomar datos teclado
Tomar datos teclado
Tomar datos teclado
Guardad nueva clave
Seleccionar esclavo
Seleccionar esclavo
Seleccionar esclavo
Seleccionar esclavo
A
Enviar hora y minuto
Enviar temperatura max y min
Activar alarma Activar presencia artificial
Apagar alarma Apagar presencia artificial
Desactivar modo SPI
Desactivar modo SPI
Desactivar modo SPI
Desactivar modo SPI
A
A
A
A
5 Salir
B
CONCLUSIONES: •
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Se llego a cumplir con el trabajo planteado para este proyecto, construyendo un sistema que controle iluminación, calefacción y alimentación de los equipos electrónicos del hogar aprovechando y optimizando la energía fotovoltaica para minimizar los consumos de energía eléctrica. Se pudo comprobar la utilización de otro tipo de energías, buscando siempre que estas sean limpias, no contaminantes, que su utilización no afecte al medio ambiente y aprovechado los recursos naturales existentes. Aunque la implementación de un sistema fotovoltaico es costoso, este es muy eficiente y el único gasto que se realiza es el de adquisición e instalación de equipos, luego de eso no es necesario realizar ningún otro gasto ya que su mantenimiento es simple y es una buena forma de crear conciencia en las personas sobre el ahorro de energía y la correcta utilización de los equipos eléctricos.
BIBLIOGRAFIA: [1] ROMERO MORALES Cristobal, VAZQUEZ SERRANO Francisco, DE CASTRO LOZANO Carlos, Domotica e inmotica, Viviendas y edificios inteligentes. [2] Colección Coperativa y tecnología No 6, Energía solar fotovoltaica y cooperación al desarrollo. [3] INDOMO; Indomo ingeniería & domótica; http://www.indomo.es/english/indexenglish.html [4] P. Cruz, Apuntes tomados en de control con microprocesadores.
clases