Wireless Sensor Network para mejorar la eficiencia energética en hogares y pymes y su integración en la Smart Grid

Abstract

[SPA] Durante los últimos años los ámbitos tecnológicos de la Redes de Sensores Inalámbricas – WSN –y la aplicación de las tecnologías de la información y comunicación sobre la redes eléctricas – Smart Grid – se han convertido en importantes campos de interés científico. De igual forma, la mejora de la Eficiencia Energética se ha convertido en una necesidad de la sociedad actual, debido al volumen de crecimiento de la población, y por lo tanto la demanda, y la dependencia energética actual de los combustibles fósiles. Esta Tesis analiza en profundidad las diferentes posibilidades de aplicación de las WSN en el control energético de bajo voltaje, a través del diseño e implementación de un sistema, de bajo coste y de fácil implantación, capaz de optimizar el consumo energético en hogares y pymes. El sistema descrito cuenta con una unidad de almacenamiento energético de respaldo que ayuda a minimizar la potencia pico requerida en la instalación, ayudando a balancear la curva de consumo del hogar o empresa. Este sistema opera conjuntamente con la WSN como un nodo más, haciendo la función de Gateway con la nube a la vez que aporta control e información a los usuarios de forma que estos puedan adoptar medidas por su parte en relación al uso que hacen de la energía. Para dotar al sistema de capacidad de interoperación con otros sistemas y hacerlo accesible desde Internet en general se le ha dotado de capacidad de comunicación basada en IPv6 haciendo que la red pase a formar parte de lo que se ha dado a conocer como Internet de las Cosas – Internet of Things, IoT–. De igual forma se expone la posibilidad de realizar una comunicación bidireccional con la productora eléctrica de forma que se obtenga información sobre las variaciones del precio de la electricidad que se consume, así como la posibilidad de reportar previsiones y modelos de demanda en tiempo real a la misma de forma que se acerca al concepto de Demanda Gestionada por el Hogar – Home Energy Management, HEM –.

[ENG] In last years the technological knowledge areas of Wireless Sensor Networks – WSN – and the Smart Grid – Information and Communications Technology application over the electrical transportation network – became scientific areas of great interest. Similarly, the improvement on Energy Efficiency became a necessity in actual social context, due to the high population growth volume, and therefore the energy demand, and the actual energy dependency on fossil fuels. This Thesis deeply analyses the different possibilities of WSN application on the low voltage energy control, through the design and implementation of a low cost system, easy to deploy, and able to optimise the energy consumption in households and SMEs. The described system has a back-up energy storage unit that helps to minimise the peak power required in the installation. It also helps to balance the demand curve in the household or SME. This system jointly operates with the WSN as a extra node, making the role of Gateway with the cloud, at the same time it provides control capabilities and information to final users. This give final users the capacity of take measures relatives to the way they use the energy. The system has a communication protocol based in IPv6 in order to provide it with interoperation capacity with other system and with access from Internet devices. In this way, all the nodes in WSN are included in the Internet of Things. Finally, the possibility of perform a bidirectional communication with the Utility to obtain prices changes information from the Utility and the possibility of report back foreseen and demand models in real time to the Utility. It approaches the system to the concept of Home Energy Management –HEM –.