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Title in Portuguese: Rede de monitoramento IoT aplicada em plantas de microgeração fotovoltaica
Author: Pereira, Renata Imaculada Soares
Advisor(s): Carvalho, Paulo Cesar Marques de
Co-advisor(s): Jucá, Sandro César Silveira
Keywords: Engenharia elétrica
Internet das coisas
Geração de energia fotovoltáica
Internet of things
Monitoring network
Photovoltaic microgeneration
Issue Date: 3-Sep-2018
Citation: PEREIRA, R. I. S. Rede de monitoramento IoT aplicada em plantas de microgeração fotovoltaica. 2018. 20 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2018.
Abstract in Portuguese: A rede de monitoramento IoT desenvolvida no presente projeto de tese propõe a redução de custos associados ao hardware e ao software de dataloggers e módulos de sensoriamento comerciais, que são importados, de alto custo e com controle e armazenamento de dados via softwares proprietários. Adicionalmente, apresentam conexões limitadas de sensores com baixa flexibilidade de expansão, manutenção restritiva ao fabricante, além de longas distâncias de comunicação por cabo. A rede IoT desenvolvida foi implementada e testada em três plantas fotovoltaicas (FV) conectadas à rede: Fortaleza - CE, Maracanaú - CE e Colônia - Alemanha. A rede de monitoramento IoT aplicada em plantas de microgeração FV instaladas em diferentes locais, pode ser considerada como a inovação principal do presente projeto de tese. Os sistemas embarcados IoT propostos são baseados em software livre, permitindo a distribuição online, uso gratuito e se comunicam com um servidor na Nuvem de forma sem fio via WiFi. O uso de código aberto e multiplataforma (Linux, Windows® e Mac OSX) permite maior interação e acessibilidade ao usuário. A proposta permitiu realizar a programação do ESP 32 de forma remota através de OTA (over the air) e armazenar os dados de forma offline com uso do SPIFSS (SPI Flash File System) em caso de servidor fora do ar ou problema na conexão WiFi. Uma página chamada Web Monitor foi desenvolvida para consulta online dos dados e para monitoramento em tempo real das três plantas. O monitoramento de temperatura de módulos FV individuais tem o objetivo de fornecer dados para a análise de eficiência da geração elétrica e para detecção de falhas com relação a sobreaquecimento das células. Dados meteorológicos como irradiância solar, temperatura ambiente, umidade relativa do ar e velocidade do vento foram também monitorados com o intuito de possibilitar uma análise mais completa sobre o efeito destas variáveis na resposta de temperatura dos módulos. Nos resultados obtidos, a média de irradiância diária de março a julho de 2018 em Fortaleza (4,9 a 5,5 kWh/m²) é maior que em Maracanaú (4,1 a 5,1 kWh/m²), resultando em maior geração elétrica em Fortaleza. O fator de capacidade (FC) da planta de Fortaleza em junho e julho atingiu valores em torno de 21%, com mínimo de 16% em fevereiro, período chuvoso. Em Maracanaú, o máximo FC foi 17,5% em março e o mínimo, 13,8% em maio. A velocidade do vento máxima em Maracanaú foi de 3,4 m/s em julho e em Fortaleza, 0,55 m/s. A máxima temperatura mensal dos módulos FV em Fortaleza chegou a 65ºC, enquanto em Maracanaú, 50ºC. As medições da temperatura comprovam que a borda do módulo FV apresenta 1,5ºC a menos em relação ao centro.
Abstract: The IoT monitoring network developed in this thesis project proposes the reduction of costs associated with hardware and software of dataloggers and commercial sensing modules that are imported, have high costs with control and data storage through proprietary software. Additionally, they have limited sensor connections with low expansion flexibility, restrictive maintenance to the manufacturer and long cable communication distances. The developed IoT network was implemented and tested in three photovoltaic (PV) plants grid connected: Fortaleza - CE, Maracanaú - CE and Cologne - Germany. The IoT monitoring network applied to PV microgeneration plants installed in different locations can be considered as the main innovation of this thesis project. The proposed IoT embedded systems are based on free software, allowing online distribution, free usage and communicate with a server in the Cloud wirelessly via WiFi. The use of open source and cross-platform (Linux, Windows® and Mac OSX) allows greater interaction and accessibility to the user. The proposal made it possible to program the ESP 32 remotely through OTA (over the air) and to store the data offline using the SPI Flash File System (SPIFSS) in the case of problems with the server or with WiFi connection. A web page called Web Monitor was developed for online data consultation and for real-time monitoring of the three plants. The temperature monitoring of individual PV modules has the objective of providing data for the analysis of electric generation efficiency and for failure detection in relation to the overheating of the PV cells. Meteorological data such as solar irradiance, ambient temperature, relative humidity and wind speed were also monitored to allow a more complete analysis of the effect of these variables on the temperature response of the modules. In the obtained results it was verified that the average daily irradiance from March to July 2018 in Fortaleza (4.9 to 5.5 kWh/m²) is higher than in Maracanaú (4.1 to 5.1 kWh/m²), resulting in greater electric generation in Fortaleza. The capacity factor (CF) of the plant in Fortaleza in June and July reached values around 21%, with a minimum of 16% in February, rainy season. In Maracanaú, the maximum FC was 17.5% in March and the lowest, 13.8% in May. The maximum wind speed in Maracanaú was 3.4 m/s in July and in Fortaleza, 0.55 m/s. The maximum monthly temperature of the PV modules in Fortaleza reached 65ºC, while in Maracanaú, 50ºC. Temperature measurements show that the edge of the PV module is 1.5ºC below the center.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/37389
Appears in Collections:DEEL - Teses defendidas na UFC

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