Indaga Solar: un proyecto colaborativo innovador para la gestión inteligente y digital de plantas fotovoltaicas

Partiendo de la constatación que la industria fotovoltaica se ha convertido en protagonista para lograr la transición energética a nivel nacional y europeo, el proyecto Indaga Solar plantea mejorar, digitalizar y transformar los procesos de operación y mantenimiento del sector fotovoltaico mediante la investigación, la implementación y el uso de tecnologías y técnicas incipientes de la industria 4.0 (gemelo digital, procesamiento en la nube, inteligencia artificial, sensores industriales IoT distribuidos, visión artificial, algoritmos de predicción de energía, etc.).

La energía fotovoltaica viene experimentando un gran crecimiento sostenido entre las tecnologías de generación instaladas a nivel nacional e internacional (tanto renovables como no renovables) a lo largo de los últimos años. Las previsiones indican que este crecimiento se va a mantener en el futuro, consolidando así tanto su papel protagonista a la hora de abordar los retos energéticos actuales, como para llevar a cabo la necesaria transición energética. Por ello, es notable la necesidad de llevar a cabo investigaciones y desarrollos como los planteados en el proyecto Indaga Solar, ya que su objetivo es innovar en beneficio del futuro crecimiento de la competitividad del sector, la creación de riqueza, la cohesión social, el fomento de la economía, la creación de trabajo cualificado y la consecución de los objetivos medioambientales y de transición energética establecidos y anteriormente explicados.

Coordinado por Solartys, clúster de la energía solar, y con el soporte de Smartech Cluster y la participación de Infaimon, Instituto de Sistemas Fotovoltaicos de Concentración (ISFOC), Logikers y Skylife Engineering, el proyecto Indaga Solar (INnovación DigitAl para la Gestión Avanzada de grandes plantas SOLARes Fotovoltaicas) surge de la necesidad de abordar nuevas investigaciones e innovaciones que permitan continuar aumentando la competitividad del sector y, por ende, los beneficios económicos, sociales y territoriales que este sector ha demostrado aportar a nuestra sociedad.

De este modo, Indaga Solar propone un proyecto de investigación industrial para digitalizar y transformar los procesos de operación y mantenimiento llevados a cabo actualmente en la industria fotovoltaica. Para ello, se plantea la indagación y el análisis de diversas tecnologías incipientes de la industria 4.0 (gemelo digital, procesamiento en la nube, inteligencia artificial, sensores industriales IoT distribuidos, visión artificial, algoritmos de predicción de energía, etc.) aplicables e integrables en la operativa del sector. De esta manera, se obtendrán nuevos procedimientos basados en estas tecnologías incipientes, llevando a cabo una validación tecnológica y evaluando en un demostrador piloto los beneficios obtenidos de la integración de aquellas tecnologías para las cuales se haya identificado un mayor potencial de mejora.

El objetivo del proyecto, por lo tanto, es beneficiar al sector fotovoltaico español gracias a compartir los avances y resultados obtenidos, al alinear la operativa llevada a cabo en la actualidad con la estrategia de la industria 4.0, sentando así las bases para obtener procesos, de mayor calidad, rendimiento y seguridad que los existentes en el mercado.

Iniciado en octubre 2022, el proyecto tiene una duración de 10 meses y es financiado por el Ministerio de Industria, Comercio y Turismo, mediante la segunda convocatoria 2022 de Agrupaciones Empresariales Innovadoras, en el marco del Plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia, financiado por los fondos Next Generation de la Unión Europea.

Más allá de una simple digitalización de la operativa, Indaga Solar persigue a través de la investigación industrial, el estudio de las tecnologías, la evaluación de las mejoras y los desarrollos planteados, transformar dichos procesos y demostrar los beneficios del uso de estas innovaciones y tecnologías aplicadas al sector fotovoltaico. Las dimensiones sobre las cuales trabaja el proyecto son: la mejora de la calidad, el rendimiento y la seguridad de estos, así como la huella medioambiental derivada de la operativa del sector, a través de la integración de técnicas de la industria 4.0.

En esta línea, el consorcio ha centrado su acción en el análisis de plantas fotovoltaicas y la identificación de las capacidades de mejora, posibilidades de digitalización y la identificación de las decisiones complejas que puedan ser automatizadas gracias a la gestión de los datos y la integración de simulaciones de resultados. Paralelamente, y en continua retroalimentación de los datos que se han ido obteniendo, se ha llevado a cabo un estudio de la aplicación potencial de diferentes técnicas y tecnologías de la industria 4.0, analizando el grado de adecuación de éstas para mejorar la eficiencia de la gestión de la producción eléctrica y el mantenimiento de estos elementos productivos: gracias al procesamiento en la nube, la visión por computador, la inteligencia artificial, el internet de las cosas en su derivada industrial (IIoT), el gemelo digital o la inclusión de un sistema de soporte a la decisión (Decision Support System - DSS).

Una vez finalizada ambas líneas de investigación, se ha trabajado en las mejoras potenciales y de la capacidad de digitalización de la gestión de plantas fotovoltaicas y análisis de tecnologías de industria 4.0, habilitadoras para la consecución de los objetivos y mejoras marcadas, se han fijado los requisitos técnico-funcionales y definido estrategias de cómo aplicar las ventajas que ofrece cada una de las técnicas y tecnologías analizadas, generando módulos funcionales desde los que resolver algunos de los requisitos fijados de manera conjunta.

Para ello, basándose en el concepto de gemelo digital, el consorcio ha trabajado en la adquisición centralizada de la información de la planta (SCADA) y cómo conectar este sistema con la plataforma IIoT, de manera que todos los datos de la planta se aglutinen en un sistema centralizado, gracias al procesamiento en la nube y el diseño de diferentes algoritmos para la toma de decisiones (DSS).

Toda esta información será procesada para la toma de decisiones en cuestión de aplicar de manera eficiente los tipos de mantenimientos (preventivo y correctivo), a través de la gestión de los recursos de la planta, tanto por parte del personal como para las operaciones de mantenimiento. Otro objetivo para tener en cuenta es la optimización de la producción energética y el aumento de los beneficios estimados.

Gracias al procesamiento en la nube, se han obtenido un conjunto de reglas para la toma de decisiones basadas en inteligencia artificial o en algoritmos, que permita una visualización adaptativa a las necesidades de cada usuario, para procesar altos contenidos de datos provenientes de fuentes diversas. Asimismo, la inclusión de la inteligencia artificial, la cual permite procesar imágenes gracias a redes neuronales convolucionales (o de aprendizaje profundo), sin necesidad de supervisión humana, viene motivada para el procesamiento de las imágenes obtenidas por las cámaras de cielo, por ejemplo, para eliminar la propia interferencia del sol en la imagen o para realizar un seguimiento y posterior predicción de una masa de nubes que reduzcan la producción eléctrica.

Indaga Solar inició con una primera fase de análisis de las necesidades del sector y una investigación industrial de las tecnologías de la industria 4.0 aplicables a la operativa de operación y mantenimiento de plantas fotovoltaicas. Tras ello, se han identificado aquellas innovaciones cuyo desarrollo se traducirá en un mayor beneficio y, por ende, en un mayor grado de consecución de los objetivos establecidos en el proyecto en sus diversas dimensiones: calidad, rendimiento, seguridad y reducción de la huella medioambiental.

De esta manera, se ha definido a nivel técnico y funcional los diversos componentes y subsistemas a desarrollar dentro del proyecto y que están siendo actualmente integrados en el prototipo demostrador final, que será evaluado en las instalaciones de ISFOC.

Despliegue de una red de sensores IoT en la planta fotovoltaica:

1. Diagrama de sensores IoT del proyecto.

2. Sensor de limpieza desplegado en el proyecto.

Detección y clasificación de fallos a través de visión artificial:

3. Imágenes obtenidas por la cámara de espectro visible y termográfica instaladas en el proyecto.

De cara a la generación de información accionable como soporte a la toma de decisiones, Logikers ha implementado y desplegado un sistema de procesamiento de información en tiempo real, incluyendo procesos de aprendizaje computacional para la predicción del recurso solar a corto y largo plazo de cara a mejorar la operativa en plantas fotovoltaicas.

A través de una cámara de cielo ubicada en las instalaciones de ISFOC que permite el análisis de la progresión nubosa, la información de la red de sensores IIoT y la integración de portales OpenData, el sistema permite la estimación de la información meteorológica, clave para la optimización del uso del recurso solar, así como la gestión de las operaciones de mantenimiento sobre la propia planta.

Esta arquitectura supone un incremento sustancial no sólo en la digitalización del sector energético sino en la investigación y desarrollo tecnológico que aportan las actividades realizadas. Han sido desarrollados novedosos algoritmos de inteligencia artificial que permiten obtener respuesta en un tiempo demandante para hacer un mejor uso de un recurso en auge, la energía solar.

Sistema de Soporte a la Decisión (DSS):

4. Esquema de componentes e interacción con la plataforma software.

El proyecto Indaga Solar finaliza su desarrollo el próximo mes de abril de 2023, con la realización de una validación técnica y funcional que demostrará los beneficios reales derivados de la digitalización y transformación realizada para los procesos de operación y mantenimiento del sector fotovoltaico.

El aspecto novedoso e innovador del proyecto residen en que en él convergen diversos desarrollos y tecnologías, hasta ahora independientes, a favor de la gestión inteligente y digital de plantas fotovoltaicas (sistema de soporte a la decisión para plantas fotovoltaicas): recogida de datos de sistemas SCADA y sensores distribuidos IIoT, detección y clasificación de fallos en la planta fotovoltaica a través de técnicas de Deep Learning, predicción del recurso solar a través de técnicas de visión artificial e inteligencia artificial, entre otras innovaciones y soluciones. Es el paso previo necesario a un futuro despliegue de un gemelo digital de una planta.

Con el desarrollo y demostración del proyecto, además de contribuir con el logro de los objetivos propios del proyecto (mejorar el rendimiento, la calidad y la seguridad en los procedimiento de O&M) se impulsa la digitalización del sector fotovoltaico y se contribuye a lograr los objetivos de transición energética, desarrollo sostenible y neutralidad climática establecidas en la políticas nacionales (PNIEC, Plan Nacional Integrado de Energía y Clima) así como a nivel Europeo en el European Green Deal y en la European Climate Law aprobada por el Parlamento Europeo para conseguir la neutralidad climática y la sostenibilidad económica.

5. Equipamiento instalado en la planta fotovoltaica de ISFOC.