Investigación · Paneles solares · LoRa
Este trabajo integra captura remota de variables ambientales y eléctricas (temperatura, humedad, corriente, tensión, potencia y energía), transmisión de bajo consumo mediante LoRa, y un backend que centraliza las lecturas para análisis y monitoreo en tiempo real del comportamiento de instalaciones fotovoltaicas.
Selección de sensores y periféricos según rango eléctrico de los paneles, condiciones de campo, respaldo energético y comunicaciones (I²C, 1-Wire, RS485, LoRa).
Sensor de efecto Hall para medir corriente continua (DC) o alterna (AC) hasta ±100 A. Salida analógica proporcional a la corriente. Baja pérdida de potencia (resistencia interna de 100 µΩ). Alimentación: 5 V / 3,3 V. Apto para control y monitorización de potencia.
Criterio de selección: se escogió en función de la corriente máxima de los paneles, con un rango superior para operar de forma segura en picos de corriente.
Sensor digital de temperatura y humedad relativa. Comunicación I²C (dos hilos). Rango: temperatura −40 a 125 °C; humedad 0 a 100 % HR. Precisión: ±0,5 °C y ±4,5 % HR. Muy bajo consumo, adecuado para alimentación a batería.
Criterio de selección: buena resistencia a condiciones exteriores; permite medir temperatura ambiente para contrastarla con la temperatura en el panel.
Convertidor de nivel lógico TTL a RS485. Comunicación serie a larga distancia (hasta ~1 km). Control automático de dirección de flujo (sin pin extra de control). Velocidad hasta 256 000 baudios. Alimentación: 3,3 a 30 V CC.
Uso previsto: comunicación entre la placa Heltec ESP LoRa y el sensor de voltaje con interfaz RS485.
Reloj en tiempo real de alta precisión. Oscilador compensado por temperatura (TCXO). Deriva típica menor que ±2 minutos al año. I²C, batería de respaldo (CR2032). Alarma programable y salida de onda cuadrada.
Objetivo: que el nodo emisor conserve fecha y hora y no se pierda el registro temporal de los datos ante cortes de energía o fallos del sistema, facilitando la correlación de incidencias.
Fuente conmutada AC-DC compacta. Entrada: 85–265 V CA. Salida: 5 V CC / 2 A (10 W). Aislada, encapsulada, montaje tipo DIP. Apta para alimentar microcontroladores y sensores desde red eléctrica.
Objetivo: alimentar el sistema desde la red cuando esté disponible.
Medidor de energía en corriente continua. Mide voltaje (0–300 V), corriente (0–10 A), potencia y energía. Comunicación RS485 con protocolo Modbus-RTU.
Criterio de selección: permite medir el voltaje de los paneles con un rango seguro respecto al voltaje máximo esperado.
Temperatura digital con bus 1-Wire. Rango: −55 a +125 °C. Precisión ±0,5 °C (entre −10 y +85 °C). Cada sensor tiene dirección única (varios sensores en un solo bus). Alimentación: 3,0 a 5,5 V; modo parásito opcional.
Objetivo: medir la temperatura del panel solar.
Función: elevador de tensión para suministrar ~5 V a los componentes que lo requieran (por ejemplo el canal de medida de voltaje).
Si falta red eléctrica, el sistema puede seguir enviando información para detectar fallos o periodos sin generación.
Almacenamiento local de respaldo en el nodo que transmite. Permite comparar con los datos recibidos en el receptor, verificar pérdida de enlace y conservar copia ante cortes de comunicación.
Placa de desarrollo IoT que combina ESP32-S3 con radio LoRa de largo alcance, en formato compacto y orientado a bajo consumo.
Microcontrolador (ESP32-S3FN8): SoC dual-core Xtensa® 32 bit (LX7), hasta 240 MHz. Flash interna 8 MB (SiP). SRAM 512 KB.
Conectividad:
Periféricos: OLED 0,96″ 128×64, cargador LiPo integrado (conector SH1.25-2), USB-C (programación), ~36 GPIO (7× ADC, 7× touch, 3× UART, 2× I²C, 2× SPI, etc.), USB-serie CP2102.
Alimentación: lógica 3,3 V; alimentación por USB-C o batería LiPo 3,7 V. Modos de bajo consumo y deep sleep (<10 µA) para despliegue remoto.
Para el diseño esquemático y PCB se utilizará EasyEDA: entorno gratuito y abierto, con biblioteca de componentes y máscaras de soldadura listas para fabricación.
Entre 6:00 y 18:00, registrar aproximadamente 30 muestras cada 2 segundos por hora (o más), durante 12 horas de ventana útil solar, repetido durante 20 días, para caracterizar el comportamiento diario y la variabilidad entre días.
Obligatorias para cumplir los objetivos de monitorización energética.
| Variable | Símbolo | Utilidad |
|---|---|---|
| Voltaje panel | Vp | Potencia |
| Corriente panel | Ip | Potencia |
| Potencia | P | Rendimiento |
| Energía acumulada | E | Consumo / generación |
| Voltaje batería | Vb | Estado de batería |
| Corriente de carga | Ib | Flujo energético |
| Estado de carga | SOC | Gestión energética |
| Variable | Símbolo |
|---|---|
| Irradiancia solar | G |
| Temperatura del panel | Tp |
| Temperatura ambiente | Ta |
| Humedad relativa | H |
A partir del conjunto eléctrico + ambiental se derivan indicadores como:
Los paneles no cambian de forma abrupta: las variaciones relevantes provienen del paso de nubes, la temperatura, la carga conectada, sombras, la orientación solar y efectos acumulativos del día. Por ello el esquema de muestreo puede espaciarse de forma coherente con la física del fenómeno (ver tabla de frecuencias).
| Tipo de variable | Frecuencia recomendada |
|---|---|
| Voltaje / corriente | Cada 2 s |
| Irradiancia | Cada 2 s |
| Temperatura | Cada 2 s |
| Energía acumulada | Cada 1 min |
Los nodos pueden enviar lecturas en JSON por POST al endpoint siguiente (prefijo /api incluido por Laravel):
https://www.lorametrics.com/api/sensor-readings
Solo POST guarda datos (abrir la URL en el navegador es GET y no registra lecturas). Cabecera: Content-Type: application/json