153 p.El presente proyecto tuvo como propósito diseñar e implementar una estación didáctica para el entrenamiento en el manejo de energía solar fotovoltaica que permitiera la adquisición de habilidades y conocimientos en el área de energías renovables, para los docentes y estudiantes del programa de ingeniería de sistemas de la Universidad de Santander UDES - sede Cúcuta. El proyecto se estructuró como una investigación aplicada, identificando la factibilidad del uso de energía solar fotovoltaica en la región, cuyo resultado evidenció que las condiciones geográficas son ideales en la ciudad de Cúcuta. Se aplicaron herramientas de análisis y diseño de desarrollo de software, para el diseño del sistema de control y medición de la estación, con nuevas tecnologías de hardware y el uso de software libre, se realizó un proceso de estudio de los componentes de hardware y software libre que serían usados para el diseño e implementación de la estación, donde se encontró que los sistemas embebidos ofrecían una buena alternativa para satisfacer los requerimientos del proyecto.Introducción pág. RECONOCIMIENTO DEL PROYECTO ...................................................................................... 1 Nombramiento ............................................................................................................................ 1 Problema ..................................................................................................................................... 1 planteamiento del problema. ................................................................................................... 4 formulación del problema. ...................................................................................................... 6 Objetivos ..................................................................................................................................... 7 objetivo general. ...................................................................................................................... 7 objetivos específicos. .............................................................................................................. 7 Justificación, alcances y limitaciones ......................................................................................... 7 justificación. ............................................................................................................................ 7 alcances. .................................................................................................................................. 9 limitaciones. .......................................................................................................................... 10 Marco de referencia ...................................................................................................................... 11 Antecedentes ............................................................................................................................. 11 nivel internacional. ................................................................................................................ 11 nivel nacional. ....................................................................................................................... 12 nivel local. ............................................................................................................................. 13 Bases teóricas ............................................................................................................................ 14 módulo solar fotovoltaico Fundamentos físicos de la celda solar. ....................................... 14 modulo fotovoltaico .............................................................................................................. 18 radiación solar ....................................................................................................................... 20 clases de radiación solar........................................................................................................ 20 la orientación ......................................................................................................................... 21 las sombras ............................................................................................................................ 22 Bases conceptuales.................................................................................................................... 23 glosario .................................................................................................................................. 23 Bases legales ............................................................................................................................. 29 ley 1715 de 2014. .................................................................................................................. 29 resolución 281 de 2015. ........................................................................................................ 30 decreto 2469 .......................................................................................................................... 30 xiii decreto 2492 de diciembre de 2014. ..................................................................................... 31 DISEÑO METODOLÓGICO ....................................................................................................... 32 Tipo de investigación ................................................................................................................ 32 Población y muestra .................................................................................................................. 33 Población............................................................................................................................... 33 muestra. ................................................................................................................................. 33 Procedimientos y técnicas para la recopilación de información ............................................... 33 Tratamiento de la información .................................................................................................. 34 DESARROLLO DEL TRABAJO ................................................................................................ 37 Etapa 1 ...................................................................................................................................... 37 el análisis documental. .......................................................................................................... 38 Estudio Meteorológico. ......................................................................................................... 42 procedimiento para crear la base de datos en Matlab. .......................................................... 45 graficas obtenidas.................................................................................................................. 47 conclusión según evaluación del estudio realizado. ............................................................. 49 Etapa 2. ..................................................................................................................................... 51 estudio Hardware Arduino y Raspberry ............................................................................... 51 Alimentación ..................................................................................................................... 52 memoria. ........................................................................................................................... 53 entradas y Salidas. ............................................................................................................. 53 interrupciones externas. .................................................................................................... 55 comunicaciones. ................................................................................................................ 56 programación. ................................................................................................................... 57 reinicio Automático por Software. .................................................................................... 58 protección contra sobretensiones en USB......................................................................... 59 raspberry. .............................................................................................................................. 59 diseño de la estructura física de la estación. ......................................................................... 62 desarrollo de fase de análisis implementando las técnicas de análisis y diseño de herramientas de software. ..................................................................................................... 63 metodología de desarrollo. ................................................................................................ 64 descripción del negocio..................................................................................................... 64 descripción cliente usuario. ............................................................................................... 66 requerimientos funcionales. .............................................................................................. 66 historias de usuario. .......................................................................................................... 67 diagrama de actores........................................................................................................... 69 xiv diagrama de clases ............................................................................................................ 70 diagrama de flujo .............................................................................................................. 71 diagrama de componentes. ................................................................................................ 74 diseño del circuito de control con el hardware libre. ............................................................ 74 diseño del software para el control con el sistema Arduino y la interface gráfica en la tarjeta Raspberry. ............................................................................................................................. 76 JAVA. ............................................................................................................................... 77 Netbeans. ........................................................................................................................... 77 código base de datos. ........................................................................................................ 77 Código Arduino. ............................................................................................................... 82 Software ............................................................................................................................ 86 Simulación del diseño propuesto y generación de gráficos. ................................................. 93 Etapa 3 ...................................................................................................................................... 96 Montaje de componentes Eléctricos y electrónicos en el banco de entrenamiento de energía Solar Fotovoltaica encargados del control. ........................................................................... 97 Equipos instalados. ........................................................................................................... 99 Instalación del sistema operativo en la tarjeta de control Raspberry PI con sistema operativo Raspbian. ............................................................................................................................. 106 Montaje de paneles y pruebas de medición manipulando variables de potencia, voltajes y corrientes generados por el sistema de generación de energía solar fotovoltaica. .............. 107 Elaboración del manual de funcionamiento y operación. ................................................... 108 Resumen de la aplicación de los ejes temáticos de las diferentes asignaturas vistan en la formación como ingenieros de sistemas que interviene en el proyecto. ............................. 110 CONCLUSIONES ...................................................................................................................... 116 RECOMENDACIONES ............................................................................................................. 117 BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................................ 118 CIBERGRAFIA .......................................................................................................................... 123 ANEXOS .................................................................................................................................... 125Ej. 1The purpose of this project was to design and implement a teaching station for training in the management of photovoltaic solar energy that would allow the acquisition of skills and knowledge in the area of renewable energies, for teachers and students of the systems engineering program of the University of Santander UDES – Cúcuta’s headquarters. The project was structured as an applied research, identifying the feasibility of the use of photovoltaic solar energy in the region, the result of which showed that geographical conditions are ideal in the city. Software development design and analysis tools were applied for the design of the station control and measurement system, with new hardware technologies and the use of free software, a process of studying hardware and software components was carried out would be used for the design and implementation of the station, where embedded systems were found to offer a good alternative to meet project requirements.