SISFOTON: Sistema autónomo e integral de supervisión de plantas fotovoltaicas

SISFOTON monitoriza de forma remota numerosos procesos industriales entre los que destacan las plantas fotovoltaicas. A través de una innovadora plataforma de tratamiento de la información basada en técnicas estadísticas y de inteligencia artificial, SISFOTON permite la predicción y el análisis de diferentes indicadores de la instalación, entre los que destacan los de producción y rendimiento. Permite también gestionar incidencias, alertas y mantenimientos tanto predictivos como correctivos.

Introducción
El objetivo de una instalación fotovoltaica conectada a la red es a) captar energía proveniente de la radiación solar, b) transformarla en energía eléctrica y c) exportar la producción a la red eléctrica. Una instalación solar fotovoltaica conectada a la red y con capacidad de exportación de su producción global, está compuesta por varios elementos entre los que destacan los módulos fotovoltaicos, los inversores y los contadores. Respectivamente, estos elementos se encargan de 1) captar la energía proveniente de la radiación solar y convertirla en corriente continua; 2) convertir la corriente continua en corriente alterna y 3) registrar y medir la energía producida y exportada. En ocasiones mediante una Estación Meteorológica, también se monitorizan variables como la radiación solar, la intensidad del viento o la temperatura ambiente.

Las instalaciones fotovoltaicas operan normalmente de manera ininterrumpida y mediante supervisión remota para garantizar su correcto funcionamiento y planificar tareas tempranas de mantenimiento. Para ello, existen sistemas de captación de datos en diferentes puntos de la instalación.  La información proporcionada por todos los elementos de captación es habitualmente transmitida a un centro de supervisión remoto en el que existe una plataforma de adquisición, almacenamiento e interfaz al operario de la misma. Estas plataformas comerciales son mayoritariamente herramientas Web que poseen funcionalidades como la posibilidad de generar gráficos, estadísticas de producción o enviar datos a los usuarios adecuados para distintos dispositivos: PCs, teléfonos inteligentes, etc. Dentro de estas plataformas destaca Green Power Monitor [1] o Heliostat [2].

El control de la eficiencia de la producción eléctrica de las plantas fotovoltaicas, por su impacto en la rentabilidad de las mismas, se ha definido como una necesidad básica de las empresas operadoras y/o promotoras en este tipo de instalaciones [3]. Dicha eficiencia está ligada a multitud de factores que han de ser monitorizados y analizados para llegar a efectuar un control adecuado. Por ejemplo, en una planta de 18MWp con una tasa de disponibilidad del 99%, el 1% provocado por fallos no controlados puede provocar un impacto de 156.000,00 euros/año y a su vez supone un aumento de 0,25 meses por año de amortización en la instalación.

Por todo esto, es de especial importancia que las herramientas de motorización permitan el análisis inteligente de todos los elementos de la cadena de producción de energía detectando y previniendo fallos de una forma automatizada [4]. La mayoría de las herramientas existentes en la actualidad se limitan a la captación y envío de datos con una inteligencia básica, normalmente basada en umbrales o rangos de  funcionamiento. Esta limitación acarrea la necesidad de intervención experta para realizar diagnósticos de funcionamiento con las dificultades que ello supone. Además, debido a las diferentes capacidades e informaciones ofrecidas por equipos de diferentes fabricantes, es complicado realizar diagnósticos que crucen datos de toda la planta o permitan comparar su rendimiento con otras plantas similares. En este último caso la comparación resulta aún más compleja debido a factores ligados a las características propias de cada planta como su posición geográfica o condiciones climatológicas diferentes.

TSK, identificó en el año 2012 la necesidad de trabajar en herramientas de supervisión que permitan realizar una monitorización inteligente englobando módulos de diagnóstico automatizado en tiempo real, predicción y análisis de producción y rendimiento y gestión de incidencias, alertas y mantenimientos. La identificación de esta necesidad dio lugar al proyecto SISFOTON para el que TSK contó con la colaboración de CTIC Centro Tecnológico y la financiación de CDTI.

Descripción del sistema
La solución SISFOTON permite mejorar los aspectos clave de operación y mantenimiento de una instalación fotovoltaica mejorando las características de los actuales sistemas de supervisión integrando capacidades de auto-diagnóstico basadas en técnicas estadísticas y de inteligencia artificial, puesto que los actuales sistemas de supervisión de plantas fotovoltaicas no cuentan con estas características ([1],[2]). Para ello, SISFOTON hace uso de los últimos avances tecnológicos mediante la incorporación de tecnologías de tratamiento masivo de datos (Big Data), almacenamiento NoSQL y procesamiento distribuido, entre otros.

La solución SISFOTON, como se puede apreciar en la Figura 1, se compone de 4 módulos principales: módulo de adquisición de datos, módulo de procesamiento de datos, módulo de almacenamiento de datos y módulo de explotación de datos. A continuación se comentan dichos módulos.

Módulo de adquisición de datos
Es el encargado de capturar la información proveniente de los elementos de la instalación fotovoltaica y es el único módulo del sistema que debe instalarse en la planta. Para ello integra los elementos software requeridos para poder garantizar la interoperabilidad entre los distintos fabricantes y protocolos utilizados. El objetivo del módulo de adquisición de datos es crear una única interfaz de comunicación entre la planta a monitorizar y el módulo de procesamiento de datos.

A nivel hardware, el módulo de adquisición de datos incorpora la electrónica requerida para la comunicación con cada elemento de planta además de los elementos necesarios para garantizar su funcionamiento 24x7.

Módulo de procesamiento de datos
Este módulo se alberga en un servidor remoto y recibe en tiempo real toda la información captada en planta por el módulo de adquisición de datos. Este módulo se basa en el uso de tecnologías de tratamiento masivo de datos (Big Data) para la aplicación de técnicas inteligentes de análisis que permitan 1) diagnosticar de forma automatizada el estado de los equipos y procesos,  2) predecir y analizar la producción y el rendimiento de las instalaciones y 3) gestionar de forma eficiente incidencias, alertas y tareas de mantenimiento.

Módulo de almacenamiento de datos
SISFOTON lleva a cabo el almacenamiento tanto de toda la información capturada en planta como de toda la información e indicadores procesados. De esta forma, se crea un repositorio de información que permite disponer de todos los datos referentes a la planta fotovoltaica y su proceso asociado. Este módulo de basa en el uso de tecnologías NoSQL al trabajar con grandes volúmenes de datos donde la velocidad de inserción y consulta es crítica.

Módulo de explotación de datos
Se trata de una interfaz de visualización que permite la supervisión remota y ubicua de cualquier planta fotovoltaica a partir de toda la información adquirida y procesada por el sistema. SISFOTON se basa en una interfaz web usable y en el uso de técnicas de visualización que permiten un renderizado escalable con una baja latencia.

Conclusiones
SISFOTON se trata de una solución tecnológica que permite el análisis y la monitorización remota de instalaciones fotovoltaicas a partir de técnicas de análisis inteligente de datos con tres funcionalidades que diferencian a SISFOTON del resto de sistemas de supervisión de plantas fotovoltaicas:

• Diagnóstico automatizado en tiempo real de equipos y procesos
• Predicción y análisis tanto de la producción como del rendimiento de la instalación
• Gestión de incidencias, alertas y mantenimientos predictivos y correctivos

Además, SISFOTON no sólo sirve para plantas fotovoltaicas, sirve también para la supervisión de diferentes plantas industriales, como se puede observar en la Figura 2. SISFOTON se está integrando  actualmente con éxito en diversas plantas industriales alrededor del mundo.

Referencias

• Green Power Monitor: monitoring, control and asset management solutions. URL: http://www.greenpowermonitor.com/. Acceso: 05/06/2016
• Proxima Systems: Heliostat. URL: http://www.proximasystems.net/producto/heliostat/. Acceso: 05/06/2016
• Eltawil, M. A., & Zhao, Z. (2010). Grid-connected photovoltaic power systems: Technical and potential problems—A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14(1), 112-129.
• Obi, M., & Bass, R. (2016). Trends and challenges of grid-connected photovoltaic systems–A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 58, 1082-1094.