Simulación 3D: estación solar portátil para emergencias

Verla: https://allocco14.github.io/estacion-solar-3d/

Gemelo 3D del proyecto Solar (DSE 2026-2), hecho en la línea de NexoRobot: una sola página (index.html) con three.js, sin compilar y sin servidor. La geometría sigue el diseño mecánico del proyecto (Fusion v4):

• Seguidor de 2 ejes: cruz de perfil 2020, mástil de 40 × 40, rodamiento tipo lazy susan, horquilla, panel de 440 × 350 mm y 4 LDR con divisor en X en el borde norte.
• Caja de control de 306 × 176 × 121 mm. Lleva la AGM 12 V 7 Ah, el controlador PWM, el fusible y una placa de acrílico con la Raspberry Pi Zero 2 W, que reemplaza a la LicheeRV Nano porque nunca llegó. Sobre la misma placa van el STM32 Blue Pill, el INA226, los 2 LM2596 y los 3 relés. En el frente hay un LCD 16×2, 3 interruptores y 2 USB-A.
• Lámpara LED de 12 V, celulares cargando y un panel fijo de referencia virtual (10° al sur) para medir la ganancia del seguidor.

Al hacer clic sobre una pieza aparece una ficha con su función y su valor en vivo. La tapa se puede volver transparente o quitar.

Situaciones

#	Situación	Qué se ve
1	Día soleado (08–16 h)	Seguidor vs. panel fijo. Ganancia de ~+17 % en el día; casi nula al mediodía porque en Bogotá el sol pasa cerca del cenit
2	Amanecer (05:20–07:00)	El seguidor amaneció mirando al oeste y vuelve al este con una rampa suave al detectar luz
3	Nubes pasajeras (50 %)	La corriente cae con cada nube; el filtro y la banda muerta evitan perseguir el ruido de las LDR
4	Noche de apagón	Lámpara hasta las 22:00 + 2 celulares: la batería pasa de 100 % a ~30 %, y el STM32 apaga la RPi
5	Batería baja	El relé 3 corta a 11,8 V, la RPi se apaga y el sistema reconecta a 12,4 V al día siguiente (~10 h)
6	Día de emergencia (24 h)	Uso típico con 6 cargas de celular y lámpara: el balance es negativo con la AGM de 7 Ah y el corte actúa
7	Juego: la estación del barrio	Tú eres el agente durante 24 h (ver abajo)

Las teclas 1–7 cargan las situaciones, espacio pausa y T cambia la tapa. Tapar el sol pone una nube entre el sol y el panel; con un clic se aparta. El botón Compartir genera un enlace y un QR a la situación actual (?escenario=soleado|amanecer|nubes|noche|bateria|emergencia|juego).

Juego: la estación del barrio

El juego empieza a las 06:00 con la batería al 35 % y dura 24 h, unos 2,4 min a 10 min/s. Durante ese tiempo:

• Los vecinos piden cargar el celular (9 pedidos de 1,5 h cada uno). Se aceptan o se rechazan, con un máximo de 2 a la vez por los 2 USB.
• De 18:00 a 22:00 el barrio necesita la lámpara.
• En el día llegan 3 nubes y se quedan tapando el panel hasta que alguien las aparta.
• El agente (la RPi) avisa si la energía alcanza para la noche antes de aceptar un celular.

Acción	Puntos
Celular cargado al 80 %	+10
Hora de lámpara entre 18 y 22 h	+10
Nube apartada	+3
Corte por bajo voltaje	−30
Amanecer con SoC ≥ 40 %	+20

Corrimos partidas automáticas desde la consola con el modelo de arriba. Aceptar todo da ~77 puntos (6 celulares, pero hay un corte a las ~22 h). Rechazar todo da ~69, y seguir al agente da ~99 (5 celulares, sin corte). Si no se apartan las nubes, el corte llega aunque se siga al agente (~60).

Realidad mixta (Meta Quest)

La página usa WebXR. Si el navegador soporta immersive-ar (Meta Quest Browser), aparece el botón Entrar en MR; si solo soporta immersive-vr, el botón dice Entrar en VR.

• La estación aparece a escala real sobre el piso, 1,7 m delante del usuario y con la caja mirando hacia él. En MR se oculta el suelo virtual y las sombras caen sobre el piso real.
• Mover: con hit-test aparece un anillo en el piso real; se aprieta el gatillo sobre él para poner la estación ahí. Sin hit-test, el botón Mover la vuelve a poner delante.
• Controles o manos (el pellizco cuenta como gatillo):
  • Tocar una pieza muestra su ficha en el tablero flotante.
  • LUZ y USB se conmutan en el frente de la caja.
  • El letrero junto a la caja acepta un celular.
• Sol de mano: la esfera amarilla está a 1 m del panel, en la dirección del sol. Si se agarra y se arrastra, el sol pasa a modo manual y el seguidor lo persigue con el error de sus 4 LDR. La simulación queda a 10× para que se vea la respuesta.
• Nube: se agarra y se mueve. Si queda en la línea panel–sol, la corriente cae (DNI −95 %). Un toque la aparta.
• Tablero flotante: muestra la hora, el SoC, el panel, el consumo, el estado del seguidor y el puntaje o la ficha de la pieza. Botones: Juego, Situación ▸, Sol (real/manual), Nube, Tapa, Pausa, Mover y Salir.

Del modo MR solo se probaron en escritorio la lógica, el raycast y el tablero. Antes de la sesión con las gafas hay que probarlo en una Quest real.

Supuestos del modelo

Son aproximados: el modelo sirve para comparar casos, no para dimensionar. Están también en el botón Ayuda de la página.

• Sol: latitud 4,6° N, 22 de octubre, hora solar. Cielo despejado con el modelo de masa de aire de Meinel. Las nubes quitan hasta el 95 % del haz directo y aumentan la difusa.
• Panel: 20 W, Isc ≈ 1,2 A. Con el controlador PWM entrega I ≈ Isc·G/1000 al voltaje de la batería.
• Seguidor: error diferencial de las LDR, filtro τ ≈ 20 s, banda muerta ≈ 2°, rampa de 3°/s. Azimut de este a oeste por el sur, inclinación ±60°. Sin luz útil queda quieto.
• Batería AGM 7 Ah: voltaje en reposo ≈ 11,5 V + 1,2 V·SoC, R interna de 40 mΩ, eficiencia de carga del 90 %. El controlador reduce la corriente sobre el 92 %.
• Cargas:
  • Lámpara de 5 W.
  • USB QC de 10 W por celular (batería de 15 Wh) con convertidor al 88 %.
  • Lógica en el LM2596 al 85 %: STM32 0,1 W, LCD 0,15 W y relés de 0,36 W.
  • Servos: 3 W cada uno mientras se mueven.
  • RPi Zero 2 W: 0,6 W en reposo y 2,5 W trabajando. El STM32 la enciende con más de 3 W de excedente promediado o con SoC > 70 %, y la apaga sin excedente cuando el SoC baja del 50 %.
• LVD (relé 3): abre si V < 11,8 V durante 10 s y cierra cuando el voltaje en reposo estimado (V − I·R) llega a 12,4 V.

Verla localmente

Hay que servirla por HTTP, porque el importmap no funciona abriendo el archivo directamente. Necesita conexión a internet para three.js (cdn.jsdelivr.net) y para el QR.

cd simulacion
python -m http.server 8080

Después se abre http://localhost:8080/. Desde la consola del navegador, solar.S muestra el estado del modelo y solar.G el del juego. WebXR necesita HTTPS (o localhost), así que en la Quest conviene usar la versión publicada.

Publicación

La fuente está en simulacion/ del repositorio del curso, que es privado. El sitio sale del repositorio público Allocco14/estacion-solar-3d, que tiene esta carpeta como raíz. Para actualizarlo, desde la raíz del repo del curso y después de hacer commit:

git subtree push --prefix simulacion https://github.com/Allocco14/estacion-solar-3d.git main

Cada push a main del repo público lo publica en GitHub Pages (.github/workflows/pages.yml).