Seguidor Fotovoltaico
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8/12/2019 Seguidor Fotovoltaico
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SISTEMA FOTOVOLTAICO CON RASTREADOR SOLAR
Autores: Juan Pablo Marimn Campos [email protected]
Luis Paul Palacios Aramayo [email protected]
Asesores: Dr. Antonio Morn Crdenas
Ing. Jos Oliden Martnez
Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas UPC
Direccin: Av. Prolongacin Primavera 2390
Monterrico, Surco, Lima 33
RESUMEN
El presente proyecto tiene como objetivo principal
disear y construir un sistema fotovoltaico capaz
de seguir el movimiento solar para maximizar laproduccin de de energa elctrica a lo largo de
todo el da.
El sistema consta de una estructura metalmecnica
con dos paneles solares de 75 Watts cada uno, un
mdulo central de procesamiento basado en el usode un microcontrolador PIC, un sistema de control
manual/automtico de potencia para el
movimiento de motores, un sistema de rastreo de
intensidad luminosa, un mdulo detransformacin y almacenamiento (en bateras) de
energa.
OBJETIVOS
Disear y construir una estructura metalmecnica
capaz de orientarse a cualquier posicin frente al
sol.
Disear y construir un mdulo de procesamiento
utilizando un microcontrolador para orientar
automticamente a la estructura frente al sol.
Disear y construir un sistema de rastreo de
intensidad luminosa.
Disear y construir un sistema de control
(manual/automtico) con etapa de potencia para el
movimiento de motores de la estructura.
Disear y construir un sistema de almacenamiento
de energa paralelo a un sistema de regulacin einversin de voltaje.
INTRODUCCIN
El futuro del uso de la energa, mundialmente
apunta hacia el aprovechamiento y uso deenergas renovables abundantes en la naturaleza,
existen energas no contaminantes al medio
ambiente como las que proporciona el viento
(energa elica) o la del agua (energa hidrulica)
o la del sol (energa solar), entre otras.
En tal sentido, la energa solar es prcticamente
una fuente inagotable de recursos energticos que
se pueden aprovechar en cualquier lugar dentro y
fuera del planeta.
Es importante destacar que, en la actualidad, la
demanda de energa solar rebasa la ofertaexistente de dispositivos que transformen la
energa solar en energa elctrica, y por ello que
dichos dispositivos de transformacin no han
disminuido notablemente sus costos.
El gobierno peruano, apunta el uso de este
novedoso aprovechamiento de energa solar
fotovoltaica como la principal fuente de
generacin de energa para las zonas donde no han
llegado los tendidos elctricos limitando de este
modo el desarrollo de dichas comunidades.
Los principales Programas que actualmente
apuestan por la autogeneracin de energa son el
Ministerio de Salud, el plan Huascarn, Foncodes
y los proyectos de Fitel para la telefona celular y
de algunos gobiernos regionales.
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8/12/2019 Seguidor Fotovoltaico
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Los Beneficios que se pueden obtener
El principal beneficio que se puede obtener de un
sistema electromecnico de paneles solares es que
se puede maximizar el aprovechamiento de
energa elctrica comparado con un sistema de
paneles solares que estn fijados en undeterminado lugar todo el tiempo.
As, no importa la ubicacin (considerando un
lugar despejado) de la estructura que soporta a los
paneles, porque estos siempre optimizarn la
mejor posicin para la captacin de energa.
En la figura 1 se muestra el esquema del proceso
de conversin de energa solar a elctrica.
Fig. 1 Esquema de un proceso de conversin deenerga solar a energa elctrica.
Descripcin del funcionamiento del sistema
Los paneles solares son orientados a una posicin
perpendicular frente a los rayos solares.
El proceso de orientacin se realiza mediante el
modulo central de control.
Este mdulo est construido en base a un
microprocesador PIC que recibe informacin de
los dos encoders ubicados junto a cada motor de
la estructura.
As mismo, el mdulo recibe informacin
(coordenadas) del sistema de rastreo de intensidad
luminosa, y que adelante explicamos su
funcionamiento.
Con estos dos canales de informacin, el
procesador enva la seal de control de
movimiento utilizando para ello las tarjetas de
potencia para mover los dos motores.
El sistema de rastreo de intensad luminosa, se
basa en la utilizacin de un sensor de
luminosidad, dos motores de paso, y dos drivers
que permiten la transmisin de datos desde el
microprocesador hasta los motores.El mtodo para detectar la luminosidad mas
intensa es el siguiente: Se hace un barrido
semiesfrico para determinar cul es el punto ms
luminoso sobre el sensor, se almacena las
coordenadas en el procesador.
En la figura 2 se muestra el diagrama de flujo del
sistema.
Capturar nuevas
coordenadas de
sistema de
sensado luminoso
Inicio Capturar
nuevas
coordenadas
Iniciar
Secuenciadebarrido en motores
de paso
(X,Y)>(Xant,
Yant)?
Leer datos de
sensor LDR
(X,Y)=(XNew,YNew)
(Xant,Yant)=(XNew,
YNew)
Entregar
(XNew,YNew)
Inicio
OrientacionPaneles
Iniciar ModuloCentral de
Control PIC
Capturar datos
angulares de
encoders M1y M2
Procesar datos
Xnewm Ynew
Angulo M! y M2Reorientar
estructura
Inicio
Almacenamiento
e Inversin
Energa
Almacenar
Energa enBaterias
Extraccin
EnergayRegulacin a 12
Voltios
Etapa de Inversor
de Voltaje
Inicio Reorientar
Estructura
Etapa potencia
para entregar
voltaje a M1 y M2
Entrega de
voltaje220V AC
Fig. 2 Diagrama de Flujo de todo
el proceso del sistema
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1. La Estructura Metalmecnica
El diseo de la Estructura Metalmecnica es un
diseo que cuenta con dos grados de libertad con
el objetivo de poder posicionar a los panelessolares en cualquier posicin frente a los rayos
incidentes del sol.
Para su diseo se consider ciertas caractersticas
que permiten el movimiento estable:
Estabilidad y Solidez
Peso Ligero
Proteccin contra agentes externos
Eliminacin de friccin
En la figura 3 se muestra el diagrama para el
sistema fotovoltaico
Fig. 3 Esquema diseado por computadora
para la estructura metalmecnica
En la figura 4 muestra una estructura metal
mecnica del sistema
Fig. 4 Fotografa de la estructura metalmecnica
construida
2. Eleccin de los paneles solares
Al elegir los paneles solares, se debe tomar en
cuenta principalmente el voltaje de entrega, la
corriente y la potencia que se desea obtener de
dichos dispositivos.
Es as que se compraron dos paneles
fotovoltaicos con las siguientes caractersticas:
Marca: SiemensModelo: SP75
Potencia: 75 Watts
Voltaje: 17 Voltios
Voltaje de Circuito Abierto: 21.7 Voltios
Corriente de Circuito Abierto: 4.4 Amperios
Corriente de Cortocircuito: 4.8 Amperios
Fusible: 15 Amperios
Irradiacin Solar: 1000 W/m2
Temperatura de Celda: 25 C
En la figura 5 se muestra el modelo de panel solar
SP75.
Paneles
Motor M1
Motor M2
Concreto
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Fig. 5 Panel Solar
3. Modulo de central de procesamiento.
El modulo de central de procesamiento, se basa en
el uso de un microcontrolador PIC que permite la
recoleccin de datos por medio del sistema de
sensado de luminosidad, dicho sistema le entrega
al microprocesador los datos (coordenadas X, Y)
que contienen la luminosidad del sol en una
determinada rea y este los utiliza para reorientar
la estructura metalmecnica.
Paralelamente al sistema de sensado deluminosidad, el microprocesador captura los
valores angulares de los motores M1 y M2 de la
estructura mediante la utilizacin de dos encoders
situados junto a los motores M1 y M2
respectivamente.
Cuando el sistema ya procesado las coordenadas
X, Y, los ngulos de M1 y M2, se pasa a la etapa
de potencia.
Para ello el microprocesador genera una seal
PWM que permite a las tarjetas electrnicas de
potencia poder mover los motores M1 y M2.
4. Modulo de sensado de luminosidad
Este mdulo se basa en la utilizacin de dos
motores de pasos y un sensor de luminosidad:
LDR (Resistencia Dependiente de Luz), juntos
realizan un barrido semiesfrico en un rea que
presenta condiciones similares de luminosidad
frente a la estructura que contiene a los paneles
solares.
El mdulo de sensado de luminosidad entregar
80 muestras al Modulo central de procesamiento y
este determinar las coordenadas x, y que
contienes el Punto ptimo de luminosidad y que
servir para reorientar todo el Sistema.
El la figura 6 se muestra el hardware de senado de
luminosidad
Fig. 6 Sistema de sensado de luminosidad
5. Modulo de control de motores
El mdulo de control de motores contiene a los
drivers de los motores DC que se ubican en la
estructura metalmecnica y que permiten el
movimiento en dos grados de libertad logrando ascualquier posicin perpendicular frente a los rayos
incidentes del Sol.
La seal PWM proviene del microprocesador y es
llevada a las tarjetas de potencia para que esas
permitan el movimiento de los motores M1y M2.
La figura 7 se muestra el diagrama esquemtico
de las tarjetas de potencia
Fig. 7 Diagrama esquemtico de
las tarjetas de potencia.
Motor de
pasos M1Motor depasos M2
Sensor LDR
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En la figura 8 se muestra el layout de las tarjetas
de potencia.
Fig. 8 Circuito Electrnico de
las tarjetas de potencia.
En la figura 9 muestra el hardware del sistema de
control de los motores.
Fig. 9 sistema de control manual de motores
6. Sistema de Almacenamiento Regulacin einversin de Voltaje DC /AC
Esta etapa permite que la energa que no es
utilizada puede ser almacenada en bateras
especiales para este tipo de aplicaciones y as
utilizarse la energa en otro momento.
Asimismo, la energa debe ser previamente
regulada tanto para la etapa de almacenamiento o
para su transformacin a energa con corriente
alterna mediante un inversor de voltaje de300Watts.
BIBLIOGRAFA
[1] Oliden Martnez Jos, Programacin y
Aplicaciones del Microcontrolador PIC de
Microchip
[3]Gonzlez Tello Jorge, Apuntes de Estudio delCurso Electrnica de Potencia UPC 2002
[3] La energa del futuro, suplemento especial deldiario El Comercio. Lima 16 de Noviembre del
2002.
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