Desenvolvimento de um Sistema de Controle para Integração da Iluminação Natural e Artificial com Recursos de IoT

Abstract

O consumo de energia no mundo vem crescendo nos últimos anos, implicando fortemente na utilização de fontes não renováveis. A utilização deste recurso não renovável, que representa cerca de 75% da matriz elétrica mundial, está diretamente ligada a fatores que impactam na sustentabilidade do planeta. Tendo em vista que a iluminação de ambientes é um dos grandes responsáveis por este consumo, representando cerca de 22% do consumo de energia no setor comercial e 14% no setor residencial no Brasil, buscam-se alternativas que auxiliem na redução deste gasto sem que o desempenho da iluminação seja prejudicado. Nesse contexto, o trabalho em questão apresenta o desenvolvimento de um protótipo de baixo custo, que tem por objetivo automatizar e controlar a quantidade luz presente em um ambiente, que utiliza tanto a a iluminação natural quanto a iluminação artificial, para realizar a redução no consumo de energia elétrica. A automação apresentada contará com a utilização de um dispositivo microcontrolado, conceitos de internet das coisas (IoT), técnicas de controle e a criação de uma plataforma web possibilitando o controle, monitoramento e análise dos dados. Com este trabalho, realizou-se a análise do protótipo desenvolvido para verificar a efetividade das técnicas utilizadas para redução da energia. Foram analisados três cenários utilizando o controle PID (Proporcional, Integral e Derivativo), nos quais foram adotados os valores de referência de 300, 500 e 750 lx, como valores de entrada no sistema. Os resultados obtidos nos testes foram comparados com o cenário sem a utilização do controle PID, o que resultou em uma redução média de potência consumida de 95, 56%, 84, 14% e 69, 51% nos cenários testados. Esses resultados demonstram a viabilidade de utilizar o controle PID juntamente com recursos de IoT para a redução do consumo de energia com iluminação no ambiente proposto, conforme o esperado.

The consumption of energy in the world has been growing in recent years, strongly implying the use of non-renewable sources. The use of this non-renewable resource, which represents about 75% of the world’s electrical matrix, is directly linked to factors that impact the planet’s sustainability. Bearing in mind that ambient lighting is a major contributor to this consumption, representing about 22% of energy consumption in the commercial sector and 14% in the residential sector in Brazil, alternatives are sought to help reduce this expense without impairing lighting performance. In this context, this work presents the development of a low-cost prototype, which aims to automate and control the amount of light in a room using both natural and artificial lighting to reduce electricity consumption. The automation presented will include the use of a microcontroller device, Internet of Things (IoT) concepts, control techniques and the development of a web platform allowing the control, monitoring and analysis of data. In order to verify the effectiveness of the techniques used to reduce energy, an analysis of the prototype developed was carried out. Three scenarios were analyzed using the PID (Proportional, Integral and Derivative) controller, where the reference values of 300, 500 and 750 lx were adopted. The results obtained in the tests were compared with the scenario without using the PID control, which resulted in an average power reduction of 95.56%, 84.14% and 69.51%. As expected, these results demonstrate the feasibility of using the PID control together with the IoT resources to reduce lightning energy consumption in the proposed room.