El impacto de la comunicación inalámbrica en la revolución de la industria solar

Radiocrafts ha acumulado décadas de experiencia en la industria solar brindando servicios a clientes de todo el mundo en proyectos de seguimiento solar, monitoreo de inversores y almacenamiento de energía, entre otros. Aunque ofrecemos soluciones de radio inalámbricas en varios sectores dentro de IoT, hace unos años surgió una tendencia perceptible. Cada vez son más los clientes que nos piden soluciones relacionadas con aplicaciones solares. Conscientes de la importancia de esta tendencia, decidimos profundizar en nuestro conocimiento de la industria solar.

Por consiguiente, decidimos empezar a tomar parte activa en la revolución de la industria solar participando en Intersolar Europe y US, RE+ y otras ferias relacionadas con la energía solar. Estos eventos nos proporcionaron oportunidades inestimables para interactuar con clientes existentes y potenciales dentro del sector de la energía solar. Gracias a nuestro compromiso con el conocimiento de la industria solar, gran parte de la información que presentaremos ha sido adquirida a través de nuestros esfuerzos por profundizar en este segmento específico.

(Fuente de la imagen: Radiocrafts)

Por lo tanto, en este blog no adentraremos en la industria solar. Empezaremos definiendo lo que abarca la industria solar, explorando las tendencias de la industria, examinando la amplia gama de dispositivos esenciales para alimentar las instalaciones solares y ampliando las funciones que desempeña cada dispositivo dentro del sistema. También compararemos las soluciones de cableado con las alternativas inalámbricas, debatiremos las soluciones inalámbricas adaptadas al sector solar y concluiremos destacando la solución de malla RIIM de Radiocrafts, que admite varias características líderes en el mercado optimizadas para las demandas de la industria solar.

¿Qué es la industria solar?

La industria solar abarca tres segmentos distintos pero igualmente importantes:

(Fuente de la imagen: Radiocrafts)

El primer segmento que vamos a destacar es el de las grandes instalaciones a escala comercial. Estas instalaciones constan de grandes conjuntos de paneles solares, que suelen ser miles. Estos paneles solares van acompañados de rastreadores solares que garantizan un seguimiento preciso del sol para obtener ángulos óptimos a lo largo del día. Estas instalaciones suelen estar ubicadas en campos abiertos y paisajes desérticos.

El segundo segmento está formado por instalaciones de tamaño medio, aunque no tan grandes como las de las regiones desérticas. Estos sistemas suelen encontrarse sobre tejados y se clasifican en el segmento de tejados e industrial.

Por último, tenemos el segmento residencial, que suele consistir en viviendas individuales o grupos de viviendas equipadas con paneles solares en sus tejados. Algunas instalaciones también pueden incluir sistemas de almacenamiento de energía y de carga de vehículos eléctricos.

Es interesante observar que las diferencias entre estos sistemas están influenciadas por los códigos de red, que dictan su interacción con la red eléctrica pública. Las instalaciones más grandes cumplen requisitos más estrictos que definen cómo deben inyectar energía a la red y regular la producción para evitar su sobrecarga. Comprender estas diferencias es crucial a la hora de comparar estos diversos sistemas.

(Fuente de la imagen: Radiocrafts)

También cabe mencionar que ciertas normativas de la UE exigen ahora la integración de instalaciones solares en determinados proyectos de construcción de nuevos edificios. Se espera que este requisito aumente significativamente el número de instalaciones, sobre todo en los sectores de tejados y residenciales.

¿Cuál es la tendencia actual de la industria solar?

¿Existe alguna tendencia perceptible dentro de la industria solar? ¿Estamos presenciando un desplazamiento hacia las instalaciones residenciales y de menor tamaño, o se está produciendo un crecimiento en todos los segmentos mencionados?

Ciertamente, podemos observar un crecimiento en todos estos segmentos.

Aunque hay ligeras variaciones en los requisitos y las configuraciones de los sistemas para cumplir las especificaciones de radio, en general observamos un crecimiento estable en todos los segmentos.

¿Qué tipo de dispositivos hay en una instalación solar y cuál es su función en el sistema?

Hay muchos dispositivos que suelen encontrarse en las instalaciones solares, con variaciones en la presencia de componentes en los distintos segmentos.

(Fuente de la imagen: Radiocrafts)

En el núcleo de las instalaciones solares se encuentran los paneles solares, que suelen estar conectados en serie y dirigen su voltaje de CC a través de un dispositivo conocido como combinador de CC. El combinador de CC acumula el voltaje de CC de los paneles solares interconectados y lo eleva a un nivel superior antes de introducirlo en el inversor. En las instalaciones a escala comercial, los combinadores de CC desempeñan un papel crucial en la supervisión de los paneles solares, ya que detectan la posible degradación física con el paso del tiempo.

En determinadas configuraciones, los paneles solares pueden suministrar directamente voltaje CC al inversor, lo que permite flexibilidad arquitectónica.

Posteriormente, el inversor convierte el voltaje continuo en voltaje principal de CA, que se transmite a la red eléctrica a través de un medidor de electricidad.

Otro componente vital presente en las instalaciones solares es el controlador de la central eléctrica o registrador de datos. En instalaciones a gran escala con numerosos inversores y combinadores de CC, este dispositivo suele denominarse controlador de la central eléctrica. Su función principal es transmitir órdenes de control a los inversores, permitiéndoles ajustar su producción de acuerdo con los requisitos de la red eléctrica.

En las instalaciones más pequeñas, el dispositivo suele denominarse registrador de datos y su función principal es registrar los datos energéticos producidos por el inversor y detectar cualquier fallo en su funcionamiento.

En las instalaciones a gran escala, suele existir una conexión o una API que vincula al operador de la red con el controlador de la central eléctrica. De este modo, el operador de la red pública puede transmitir órdenes al controlador de la central eléctrica para ajustar la potencia de los inversores a las necesidades de la red. Por ejemplo, si se genera un exceso de electricidad, el operador de la red puede ordenar al controlador de la central eléctrica que reduzca la potencia de los inversores. Esta comunicación suele tener requisitos de latencia ultrabaja para garantizar la adaptación en tiempo real de los inversores y evitar posibles sobrecargas de la red debidas a un flujo excesivo de electricidad.

En las instalaciones a gran escala es habitual encontrar otros dispositivos, como estaciones meteorológicas, seguidores solares para optimizar los ángulos de los paneles con respecto al sol, dispositivos para controlar los ángulos de los seguidores y asegurarse de que se mueven en consecuencia, y pirómetros para medir la intensidad de la luz solar entrante.

El almacenamiento de energía también desempeña un papel importante en las instalaciones solares, con bancos de baterías integrados en instalaciones de todos los tamaños.

(Fuente de la imagen: Radiocrafts)

En las configuraciones residenciales y sobre tejados, la adopción de estaciones de carga para vehículos eléctricos permite la recarga de los mismos. Un componente integral de las configuraciones residenciales es el gestor energético, que controla el consumo en función de la producción local de energía y de los precios de la energía en la red. Optimiza el funcionamiento de las cargas locales para que coincidan con los periodos de costos energéticos más bajos, como cuando se genera el pico de energía solar durante el día.

En resumen, una instalación solar forma un sofisticado sistema IoT con amplias funcionalidades de comunicación.

¿Solución por cable o inalámbrica?

En las instalaciones actuales a gran escala, la norma son las soluciones de cableado, que implican intrincadas redes de bucles de fibra óptica y kilómetros de cables, incluidos cables eléctricos, RS485 y de fibra óptica enterrados bajo tierra. Sin embargo, la tecnología inalámbrica está ganando terreno y ofrece numerosos beneficios para estas instalaciones.

(Fuente de la imagen: Radiocrafts)

Las conexiones por cable plantean problemas como la susceptibilidad a los rayos y los bucles de masa, que pueden interrumpir la comunicación si falla un cable que conecta varios dispositivos. Además, el proceso de sustitución y reparación de cables requiere mucha mano de obra e incurre en costos considerables.

En vista de estos problemas, cada vez hay más interés por las soluciones inalámbricas, debido a que ofrecen un considerable ahorro de costos y flexibilidad de instalación. Mientras que el método convencional por cable suele requerir varios días y una mano de obra considerable, las alternativas inalámbricas ofrecen una instalación y adaptabilidad rápidas y sencillas. Estas ventajas son las que impulsan la creciente adopción de soluciones inalámbricas, sobre todo a medida que aumenta la demanda de instalaciones de sistemas eficientes y sin problemas.

¿Qué tecnologías inalámbricas son adecuadas para las instalaciones solares?

Hay numerosas tecnologías inalámbricas disponibles, cada una adaptada a las necesidades específicas de los tres segmentos solares distintos de los que hemos hablado antes, y los diversos dispositivos necesarios para hacer funcionar una instalación eficiente en cada segmento, lo que da lugar a diversos requisitos.

Un requisito fundamental es la necesidad de un largo alcance. Tomemos, por ejemplo, el segmento residencial, en el que el sistema puede incluir microinversores conectados directamente a un panel solar ubicado en el tejado de la vivienda. Lo más probable es que el controlador esté ubicado dentro de la vivienda, lo que crea problemas de comunicación debido a las interferencias causadas por los muros de cemento. Del mismo modo, en instalaciones no residenciales en tejados, la comunicación eficaz con los inversores de tejado plantea un problema de alcance porque los controladores están situados varios pisos más abajo en el edificio. En instalaciones a gran escala que abarcan kilómetros, es esencial conseguir una comunicación de largo alcance con cada seguidor y combinador de CC.

(Fuente de la imagen: Radiocrafts)

Para resolver estos problemas de alcance, vemos que la radiocomunicación en subGHz ofrece una solución superior a las tecnologías de 2.4 GHz, debido a las mayores propiedades de penetración y a la inmunidad a las interferencias que ofrecen las tecnologías de subGHz. Además, en situaciones en las que los paneles solares o los inversores están repartidos por varios tejados dentro de una misma red, se necesita una solución de malla multisalto para garantizar la escalabilidad.

La combinación de la tecnología sub-GHz y de malla resulta muy eficaz para los tres tipos de instalaciones solares.

Otra ventaja de la tecnología de malla sub-GHz se muestra en la siguiente ilustración. Aquí, un controlador de central eléctrica se comunica con un inversor de tejado, que a su vez funciona como enrutador, extendiendo la comunicación hacia y desde otros inversores. En este tipo de instalación solar, el largo alcance es fundamental.

Sin embargo, también es importante tener en cuenta que los requisitos de latencia ofrecen una consideración contradictoria con el alcance. Cuando se trata de equipos sensibles a la latencia, es esencial prestar especial atención al equipo de comunicación.

(Fuente de la imagen: Radiocrafts)

Por ejemplo, cuando se supervisa una estación meteorológica, no es necesario recopilar datos cada milisegundo, ya que las condiciones meteorológicas no suelen fluctuar con tanta rapidez. Sin embargo, las situaciones que requieren ajustes rápidos, como la reducción de la afluencia de voltaje a la red, exigen una comunicación casi en tiempo real, especialmente cuando se gestionan varios inversores simultáneamente.

Tecnología de malla RIIM de Radiocrafts para instalaciones solares

Radiocrafts ofrece una solución de malla sub-GHz de largo alcance y baja latencia, RIIM, que es muy adecuada para los tres segmentos de instalaciones solares mencionados anteriormente.

(Fuente de la imagen: Radiocrafts)

Con RIIM, los usuarios tienen la flexibilidad de realizar varias adaptaciones para ajustarse a diferentes sistemas de instalaciones solares. Por ejemplo, algunos usuarios pueden dar prioridad a tiempos de conexión a la red rápidos, mientras que otros pueden dar prioridad a una baja latencia o a la capacidad de tener numerosos dispositivos dentro de una misma red. Todos estos requisitos pueden ajustarse y priorizarse en la configuración de la red. Por otra parte, ofrecemos un amplio soporte para el desarrollo específico del cliente, lo que significa que si un cliente desea características adicionales más allá de las ofertas de productos estándar, podemos satisfacer esas demandas.

Además de los problemas de alcance y latencia mencionados, la confianza también es un aspecto crucial. Aunque los cables suelen ser de confianza, igual son susceptibles al desgaste, lo que puede provocar problemas como roturas de cables y acumulación de conectores. Por otro lado, la comunicación inalámbrica presenta la posibilidad de pérdida de paquetes de datos. Para mitigar este desafío, RIIM emplea tecnologías avanzadas como "Time-Slotted Channel Hopping (TSCH)" (Salto de canal por ranuras de tiempo). TSCH es un protocolo que permite transmitir paquetes de datos en distintas frecuencias y franjas horarias de forma sincronizada. El TSCH es mundialmente conocido como un sistema de salto de frecuencia que funciona excepcionalmente bien para obtener una transmisión de datos confiable al 99,99% o superior dentro de un sistema.

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La tasa de producción de datos también es un factor crucial en el diseño de un sistema solar. La cantidad de datos generados por cada dispositivo varía significativamente. Por ejemplo, una estación meteorológica produce relativamente pocos datos, mientras que un inversor solar puede generar una cantidad considerable. Las decisiones de diseño del sistema deben tener en cuenta la capacidad de procesamiento local del inversor o los paneles solares, el filtrado de datos y la compresión. En última instancia, el objetivo es transferir una determinada cantidad de datos entre dispositivos de forma eficiente. Por ejemplo, si la red transmite principalmente alarmas, una latencia baja es crucial, pero el volumen de tráfico sigue siendo bajo. Sin embargo, si cada dispositivo genera cientos de bits de datos por segundo, pueden producirse congestiones debido al elevado volumen de tráfico.

Resolver este problema de latencia es un aspecto clave del diseño de la red RIIM, sobre todo para las redes de alto rendimiento. En la UE, las limitaciones del ciclo de trabajo plantean un desafío. Por ejemplo, según la directiva RED, solo se pueden transmitir datos el 1% del tiempo. Esta limitación afecta significativamente a los sistemas de alta tasa de producción. Por ejemplo, utilizando una red LoRaWAN, las transmisiones de paquetes de datos de largo alcance requieren una espera de 10 minutos entre cada paquete para cumplir la norma del ciclo de trabajo. RIIM aborda este desafío aprovechando el salto de frecuencia, lo que permite el uso de múltiples canales de radio para enviar datos. Además, RIIM es compatible con la característica de Adaptive Frequency Agility (Agilidad de frecuencia adaptativa) para identificar y excluir los canales ruidosos de la lista de saltos de frecuencia para garantizar que el sistema solo utilice los canales de radio más óptimos para enviar datos. Asimismo, RIIM utiliza la función Listen-Before-Talk (LBT) (escuchar antes de hablar) al enviar paquetes de datos. La combinación de estas características se conoce como Polite Spectrum Access, que según la Directiva RED y las normas de la UE permite la transmisión de datos hasta el 37% del tiempo. Esta combinación hace posible una red de alta tasa de producción con una congestión de tráfico y una pérdida de paquetes mínimas.

(Fuente de la imagen: Radiocrafts)

Además, la solidez de RIIM gestiona eficazmente las interferencias de ruido de otros protocolos, como Sigfox o las estaciones base LoRa, que operan dentro de un único canal de radio. Si se detecta ruido significativo en un canal concreto, RIIM ofrece la flexibilidad de no utilizar ese canal.

Además, la arquitectura RIIM se adapta bien a escenarios escalables que implican múltiples redes paralelas en instalaciones a escala comercial. Por ejemplo, en una instalación a gran escala con hasta 10.000 paneles solares, no es factible conectarlos todos a una única red. En su lugar, es necesaria una solución en la que varias redes funcionen en paralelo, a menudo muy cerca unas de otras. Si todas estas redes funcionaran en el mismo canal de radio, sufrirían importantes interferencias entre sí. Nos hemos encontrado con casos en los que clientes que utilizaban sistemas de un solo canal se enfrentaban a importantes problemas de interferencias al ampliar sus redes. Sin embargo, la compatibilidad de RIIM con saltos de frecuencia y métodos de sincronización únicos garantiza que las redes eviten automáticamente las interferencias. Esta capacidad inherente mitiga los problemas de escalabilidad sin requerir la intervención del cliente.

¿Qué rescatar de esto?

La demanda de energías renovables aumenta a medida que luchamos contra el calentamiento global. La industria solar está a la vanguardia de esta búsqueda de una generación de energía y unas prácticas de vida más sostenibles. Desde implementaciones a gran escala con cientos de miles de paneles solares e inversores en regiones desérticas hasta hogares individuales en nuestras comunidades, todos los sectores de la sociedad desempeñan un papel vital en el avance del movimiento solar.

Cada segmento de la industria solar depende de una cantidad diversa de equipos y dispositivos para establecer instalaciones solares eficientes. Estos dispositivos incluyen controladores de centrales eléctricas, inversores, medidores de energía, estaciones de carga de vehículos eléctricos, sistemas de almacenamiento de energía, y más. Asimismo, a medida que la industria solar evoluciona, se está produciendo un cambio gradual hacia las soluciones inalámbricas como alternativa rentable a las soluciones cableadas. Las soluciones cableadas suelen conllevar costos significativos relacionados con el mantenimiento, la instalación y la mano de obra.

Una solución inalámbrica líder adaptada al segmento solar es la tecnología de malla sub-GHz de Radiocrafts, RIIM. RIIM ofrece una serie de beneficios, como comunicación de largo alcance a través de su arquitectura de malla multisalto, baja latencia y fiabilidad ultraelevada gracias a las funciones de salto de canal. Además, RIIM permite un alto caudal de datos gracias a las funciones de Adaptive Frequency Agility y Listen-Before-Talk, lo que la hace idónea para funcionar en entornos ruidosos.