Diseño e implementación de una red de sensores inalámbricos de radiación solar

El aumento del calentamiento global ha impulsado la búsqueda de alternativas energéticas sostenibles que contribuyan a reducir la huella de carbono, donde destacan la energía solar fotovoltaica y la eólica. La energía solar está ganando mayor relevancia en la lucha contra el cambio climático, lo que la convierte en objeto de intensas investigaciones a nivel mundial. En este contexto, los módulos solares bifaciales han emergido como una solución prometedora, ya que permiten captar radiación por ambos lados del panel, lo que puede aumentar la producción de energía hasta en un 20% en comparación con los módulos monofaciales tradicionales. A pesar de sus beneficios, uno de los principales desafíos de esta tecnología es medir con precisión la contribución del albedo, que corresponde a la radiación reflejada por el suelo hacia la parte posterior de los paneles. El albedo es un factor crucial para optimizar el rendimiento de los módulos bifaciales, ya que influye directamente en su eficiencia energética. Este proyecto busca desarrollar una red de sensores inalámbricos para monitorizar la radiación solar, utilizando sensores autónomos y energéticamente eficientes. Para ellos se emplea la tecnología ZigBee, un protocolo de comunicación inalámbrica ideal para redes de sensores gracias a su bajo consumo energético y capacidad para manejar múltiples dispositivos en una red de malla. Para gestionar la red de sensores, se desarrolla un software específico para cada tipo de nodo que conforma la red, diferenciando entre nodo coordinador y nodo final, siendo estos últimos los encargados de la recolección de datos. Además, se crea una interfaz gráfica intuitiva que permite a los usuarios gestionar los sensores y visualizar los datos recopilados para su posterior análisis. En la fase experimental del proyecto, se llevan a cabo pruebas en una maqueta de un seguidor solar, distribuyendo estratégicamente los sensores de radiación para evaluar la influencia del albedo en diferentes momentos del día. Se modifican las posiciones y alturas de los sensores para observar cómo la distancia al suelo afectaba la cantidad de radiación que alcanzaba las células fotovoltaicas traseras. Los resultados demuestran que al aumentar la altura de los módulos se incrementa la captación de radiación reflejada, lo que mejora la producción de energía al reducir el sombreado producido por los propios sensores. Abstract: The rise in global warming has driven the search for sustainable energy alternatives that help reduce the carbon footprint, with solar photovoltaic and wind energy standing out. Solar energy is gaining increasing relevance in the fight against climate change, making it the focus of intense research worldwide. In this context, bifacial solar modules have emerged as a promising solution, as they can capture radiation from both sides of the panel, potentially increasing energy production by up to 20% compared to traditional monofacial modules. Despite their benefits, one of the main challenges of this technology is accurately measuring the contribution of albedo, which corresponds to the radiation reflected by the ground toward the back of the panels. Albedo is a crucial factor for optimizing the performance of bifacial modules, as it directly influences their energy efficiency. This project aims to develop a wireless sensor network to monitor solar radiation, using autonomous and energy-efficient sensors. ZigBee technology is employed for this purpose, a wireless communication protocol ideal for sensor networks due to its low energy consumption and its capacity to handle multiple devices in a mesh network. To manage the sensor network, specific software is developed for each type of node in the network, distinguishing between coordinator nodes and end nodes, with the latter being responsible for data collection. Additionally, an intuitive graphical interface is created to allow users to manage the sensors and visualize the collected data for further analysis. In the experimental phase of the project, tests are conducted on a model of a solar tracker, strategically distributing the radiation sensors to evaluate the influence of albedo on energy efficiency. The positions and heights of the sensors are modified to observe how the distance from the ground affected the amount of radiation reaching the rear photovoltaic cells. The results show that increasing the height of the modules enhances the capture of reflected radiation, improving energy production by reducing the shading produced by the sensors themselves.