Desde el Acuerdo de París, numerosos países se comprometieron a una transición energética hacia un modelo más sostenible, centrado en reducir las emisiones de gases de efecto invernadero mediante el uso de energías renovables. La energía solar y eólica se han destacado como las principales fuentes renovables, con un crecimiento significativo impulsado por sus menores costos de generación y políticas favorables. España, en particular, ha liderado el crecimiento de la energía solar en 2023, con un enfoque en el autoconsumo que permite a los propietarios ahorrar en la factura de la luz y vender excedentes de energía.
Sin embargo, un desafío clave en la adopción de la energía solar fotovoltaica es su naturaleza intermitente, lo que hace necesario el uso de baterías para adaptar la producción a la demanda. Las baterías de Li-Ion, aunque populares por su rápida carga y larga vida útil, presentan problemas como su alto costo y la necesidad de sistemas de gestión avanzados (BMS) para garantizar su estabilidad y rendimiento óptimo. Esto resalta la importancia de contar con controladores eficientes que regulen la carga y descarga de las baterías, asegurando un funcionamiento fiable del sistema.
Las baterías disponibles en el mercado hoy en día cuentan con sistemas de control cuyas lógicas y códigos suelen ser difíciles de acceder. Por ello, este proyecto tiene como objetivo principal desarrollar un sistema de control en código abierto y flexible, que sirva como base para implementar futuras estrategias de control de baterías con fines de investigación, dando independencia respecto a los distintos fabricantes y a las estrategias de control comerciales, que ya han sido desarrolladas.
El proyecto se llevará a cabo utilizando un PLC M-Duino 50RRA+, programado a través de la plataforma Arduino. Este PLC, en conjunto con una placa PCB diseñada específicamente para el proyecto, conformará el núcleo del sistema de control para un sistema de autoconsumo fotovoltaico. Aunque el sistema real está basado en simulaciones, utilizando señales analógicas y digitales para representar las variables clave como la producción solar y la demanda energética, este enfoque permite una validación eficiente del control sin necesidad de un hardware costoso y complejo desde el inicio.
Con este diseño, se logrará construir un sistema básico pero robusto, que no solo cumplirá con las necesidades inmediatas de este proyecto, sino que también servirá como una base sólida para futuras investigaciones. Además, permitirá una mejor comprensión y optimización de los sistemas de almacenamiento de energía, contribuyendo así al avance de las tecnologías de autoconsumo y gestión energética.
Abstract:
Since the Paris Agreement, many countries have committed to an energy transition towards a more sustainable model, focused on reducing greenhouse gas emissions using renewable energies. Solar and wind have stood out as the top renewable sources, with significant growth driven by their lower generation costs and favorable policies. Spain has led the growth of solar energy in 2023, with a focus on self-consumption that allows homeowners to save on electricity bills and sell surplus energy.
However, a key challenge in the adoption of solar PV is its intermittent nature, which makes it necessary to use batteries to adapt production to demand. Li-Ion batteries, while popular for their fast charging and long lifespan, present issues such as their high cost and the need for advanced management systems (BMS) to ensure their stability and optimal performance. This highlights the importance of having efficient controllers that regulate the charging and discharging of batteries, ensuring reliable operation of the system.
The batteries available on the market today are often difficult to access. Therefore, this project has as its main objective to develop an open source and flexible control system, which serves as a basis for implementing future battery control strategies for research purposes.
The project will be carried out using an M-Duino 50RRA+ PLC, programmed through the Arduino platform. This PLC, together with a PCB board designed specifically for the project, will form the core of the control system for a photovoltaic self-consumption system. Although the actual system is based on simulations, using analog and digital signals to represent key variables such as solar production and energy demand, this approach allows for efficient validation of the control without the need for expensive and complex hardware from the start.
With this design, it will be possible to build a basic but robust system, which will not only meet the immediate needs of this project but will also serve as a solid foundation for future research. In addition, it will allow a better understanding and optimization of energy storage systems, thus contributing to the advancement of self-consumption and energy management technologies.
Desde el Acuerdo de París, numerosos países se comprometieron a una transición energética hacia un modelo más sostenible, centrado en reducir las emisiones de gases de efecto invernadero mediante el uso de energías renovables. La energía solar y eólica se han destacado como las principales fuentes renovables, con un crecimiento significativo impulsado por sus menores costos de generación y políticas favorables. España, en particular, ha liderado el crecimiento de la energía solar en 2023, con un enfoque en el autoconsumo que permite a los propietarios ahorrar en la factura de la luz y vender excedentes de energía.
Sin embargo, un desafío clave en la adopción de la energía solar fotovoltaica es su naturaleza intermitente, lo que hace necesario el uso de baterías para adaptar la producción a la demanda. Las baterías de Li-Ion, aunque populares por su rápida carga y larga vida útil, presentan problemas como su alto costo y la necesidad de sistemas de gestión avanzados (BMS) para garantizar su estabilidad y rendimiento óptimo. Esto resalta la importancia de contar con controladores eficientes que regulen la carga y descarga de las baterías, asegurando un funcionamiento fiable del sistema.
Las baterías disponibles en el mercado hoy en día cuentan con sistemas de control cuyas lógicas y códigos suelen ser difíciles de acceder. Por ello, este proyecto tiene como objetivo principal desarrollar un sistema de control en código abierto y flexible, que sirva como base para implementar futuras estrategias de control de baterías con fines de investigación, dando independencia respecto a los distintos fabricantes y a las estrategias de control comerciales, que ya han sido desarrolladas.
El proyecto se llevará a cabo utilizando un PLC M-Duino 50RRA+, programado a través de la plataforma Arduino. Este PLC, en conjunto con una placa PCB diseñada específicamente para el proyecto, conformará el núcleo del sistema de control para un sistema de autoconsumo fotovoltaico. Aunque el sistema real está basado en simulaciones, utilizando señales analógicas y digitales para representar las variables clave como la producción solar y la demanda energética, este enfoque permite una validación eficiente del control sin necesidad de un hardware costoso y complejo desde el inicio.
Con este diseño, se logrará construir un sistema básico pero robusto, que no solo cumplirá con las necesidades inmediatas de este proyecto, sino que también servirá como una base sólida para futuras investigaciones. Además, permitirá una mejor comprensión y optimización de los sistemas de almacenamiento de energía, contribuyendo así al avance de las tecnologías de autoconsumo y gestión energética.
Abstract:
Since the Paris Agreement, many countries have committed to an energy transition towards a more sustainable model, focused on reducing greenhouse gas emissions using renewable energies. Solar and wind have stood out as the top renewable sources, with significant growth driven by their lower generation costs and favorable policies. Spain has led the growth of solar energy in 2023, with a focus on self-consumption that allows homeowners to save on electricity bills and sell surplus energy.
However, a key challenge in the adoption of solar PV is its intermittent nature, which makes it necessary to use batteries to adapt production to demand. Li-Ion batteries, while popular for their fast charging and long lifespan, present issues such as their high cost and the need for advanced management systems (BMS) to ensure their stability and optimal performance. This highlights the importance of having efficient controllers that regulate the charging and discharging of batteries, ensuring reliable operation of the system.
The batteries available on the market today are often difficult to access. Therefore, this project has as its main objective to develop an open source and flexible control system, which serves as a basis for implementing future battery control strategies for research purposes.
The project will be carried out using an M-Duino 50RRA+ PLC, programmed through the Arduino platform. This PLC, together with a PCB board designed specifically for the project, will form the core of the control system for a photovoltaic self-consumption system. Although the actual system is based on simulations, using analog and digital signals to represent key variables such as solar production and energy demand, this approach allows for efficient validation of the control without the need for expensive and complex hardware from the start.
With this design, it will be possible to build a basic but robust system, which will not only meet the immediate needs of this project but will also serve as a solid foundation for future research. In addition, it will allow a better understanding and optimization of energy storage systems, thus contributing to the advancement of self-consumption and energy management technologies. Read More
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