Sistema de gestión energética del prototipo de casa autosostenible del DIEE

En zonas rurales y periurbanas de Colombia, la conexión al sistema eléctrico es limitada o inexistente. Las soluciones sostenibles como la implementación de paneles solares o turbinas eólicas resultan apropiadas; sin embargo, suelen presentar un suministro inconsistente debido a la alta variabilidad...

Full description

Autores:
Estrada Gallardo, Jesús Andrés
López Monsalve, María Victoria
Tipo de recurso:
Fecha de publicación:
2025
Institución:
Universidad del Norte
Repositorio:
Repositorio Uninorte
Idioma:
eng
OAI Identifier:
oai:manglar.uninorte.edu.co:10584/13375
Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/10584/13375
Palabra clave:
energías renovables
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inteligencia artificial
telecontrol
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description En zonas rurales y periurbanas de Colombia, la conexión al sistema eléctrico es limitada o inexistente. Las soluciones sostenibles como la implementación de paneles solares o turbinas eólicas resultan apropiadas; sin embargo, suelen presentar un suministro inconsistente debido a la alta variabilidad de las condiciones climáticas. Esto dificulta la planificación y gestión de los recursos energéticos disponibles, lo que resulta en un aprovechamiento inadecuado de la energía y a una falta de confianza por parte de los usuarios en estos sistemas. Este proyecto propone la implementación de un sistema de gestión energética en el prototipo de casa autosostenible del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica (DIEE). Se emplea un controlador híbrido MPPT (solar y eólico), que proporciona información en tiempo real sobre la generación y el estado de la batería. Además, se integra un medidor Shark 200 para monitorear el consumo total y enchufes inteligentes para controlar los dispositivos y medir su consumo. El usuario puede visualizar esta información actual e histórica en una plataforma web. Además, se utiliza un modelo Random Forest para mostrarle al usuario una estimación de la generación energética de los próximos días a partir de datos históricos locales y de la NASA. Un modelo de lenguaje (LLM) ofrece recomendaciones personalizadas para un consumo consciente. Desde la misma plataforma, el usuario puede encender o apagar dispositivos conectados. El sistema también incluye un algoritmo que apaga cargas automáticamente cuando la batería está baja, priorizando ciertos dispositivos según lo definido por el usuario. Como resultado, se logró implementar un sistema integral que promueve el uso de energías renovables, fomenta la conciencia energética y facilita la toma de decisiones informadas para mantener, en lo posible, un suministro continuo de energía.
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Se emplea un controlador híbrido MPPT (solar y eólico), que proporciona información en tiempo real sobre la generación y el estado de la batería. Además, se integra un medidor Shark 200 para monitorear el consumo total y enchufes inteligentes para controlar los dispositivos y medir su consumo. El usuario puede visualizar esta información actual e histórica en una plataforma web. Además, se utiliza un modelo Random Forest para mostrarle al usuario una estimación de la generación energética de los próximos días a partir de datos históricos locales y de la NASA. Un modelo de lenguaje (LLM) ofrece recomendaciones personalizadas para un consumo consciente. Desde la misma plataforma, el usuario puede encender o apagar dispositivos conectados. El sistema también incluye un algoritmo que apaga cargas automáticamente cuando la batería está baja, priorizando ciertos dispositivos según lo definido por el usuario. Como resultado, se logró implementar un sistema integral que promueve el uso de energías renovables, fomenta la conciencia energética y facilita la toma de decisiones informadas para mantener, en lo posible, un suministro continuo de energía.In rural and peri-urban areas of Colombia, access to the electrical grid is limited or nonexistent. Sustainable solutions such as the implementation of solar panels or wind turbines are appropriate; however, they often provide inconsistent supply due to the high variability of weather conditions. This challenges the planning and management of available energy resources, leading to poor energy use and a lack of trust in such systems. This project proposes the implementation of an energy management system in the self-sustainable house prototype of the Department of Electrical and Electronic Engineering (DIEE). A hybrid MPPT controller (solar and wind) is used to provide real-time data on energy generation and battery status. Additionally, a Shark 200 meter is integrated to monitor total consumption, and smart plugs are used to control devices and measure their individual consumption. Users can view both current and historical data through a web platform. A Random Forest model is used to estimate energy generation for the coming days, based on historical local data and NASA datasets. A language model (LLM) provides personalized recommendations to encourage conscious energy use. From the same platform, users can also turn connected devices on or off. The system includes an algorithm that automatically shuts down loads when the battery is low, prioritizing devices according to user-defined settings. As a result, a comprehensive system was implemented that promotes the use of renewable energy, raises energy awareness, and supports informed decision-making to help maintain a continuous power supply whenever possible.engBarranquilla, Universidad del Norte, 2025Universidad del Nortehttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2energías renovablesautososteniblepanel solaraerogeneradormonitoreointeligencia artificialtelecontrolrenewable energiesself-sustainablesolar panelwind turbinemonitoringmachine learningSistema de gestión energética del prototipo de casa autosostenible del DIEEEnergy Management System for the Self-sustainable House Prototype of the Department of Electrical and Electronic Engineeringarticlehttp://purl.org/coar/resource_type/c_6501Tello Portillo, Juan PabloORIGINALDiagrama de bloques.pngDiagrama de bloques.pngDiagrama de bloques (png)image/png232700https://manglar.uninorte.edu.co/bitstream/10584/13375/1/Diagrama%20de%20bloques.png10d2a4a25f51970f3996f58954282ebbMD51Diagrama de bloques.pdfDiagrama de bloques.pdfDiagrama de bloques (pdf)application/pdf1009742https://manglar.uninorte.edu.co/bitstream/10584/13375/2/Diagrama%20de%20bloques.pdf94b21309172c355963d78ee37fea5c05MD52Block diagram.pngBlock diagram.pngBlock diagram (png)image/png230199https://manglar.uninorte.edu.co/bitstream/10584/13375/3/Block%20diagram.png0b6d671429d3f6cad7076f9aa9898a97MD53Block diagram.pdfBlock diagram.pdfBlock diagram (pdf)application/pdf1009211https://manglar.uninorte.edu.co/bitstream/10584/13375/4/Block%20diagram.pdff5b07bef1d43b8f025e424e3006722e8MD54LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748https://manglar.uninorte.edu.co/bitstream/10584/13375/5/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD5510584/13375oai:manglar.uninorte.edu.co:10584/133752025-06-04 14:19:28.379Repositorio Digital de la Universidad del Nortemauribe@uninorte.edu.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