01 Diseño de un sistema de seguimiento solar híbrido

Título: Diseño de un sistema de seguimiento en dos ejes para sistemas solares térmicos
y fotovoltaicos
Alumno: oferta abierta
Director: Carlos Armenta Déu
Sinopsis
La captación de energía solar en sistemas solares térmicos y fotovoltaicos de geometría
plana se ve notablemente influenciada por el ángulo de incidencia de los rayos solares,
que motiva una disminución de la energía recibida, tanto mayor cuanto mayor es dicho
ángulo. Con objeto de mejorar dicha captación se recurre tradicionalmente a sistemas de
seguimiento que permiten orientar la superficie captadora de modo que reciban los
rayos solares perpendicularmente. Estos sistemas de seguimiento son de dos tipos, de
acuerdo al tipo de movimiento solar, acimutales y ecuatoriales. Los sistemas de
seguimiento acimutal se encargan del seguimiento solar a lo largo del día, en tanto que
los sistemas de seguimiento ecuatorial son responsables de seguir al Sol a lo largo de los
diferentes días del año.
En el primer caso, sistemas de seguimiento acimutal, lo que se pretende es variar el
ángulo horario para ajustarlo a la posición del Sol en la órbita celeste en cualquier
momento del día. Dentro de este tipo se distinguen dos clases de seguimiento, los de
ciclo abierto y los de ciclo cerrado. En los sistemas de ciclo abierto, el seguimiento se
lleva a cabo en función de la intensidad de irradiancia, o luminosidad, solar, de manera
que el sistema apunta la superficie de captación de la energía solar hacia la zona donde
la intensidad luminosa es mayor, generalmente la posición del Sol. En los sistemas de
ciclo cerrado, el sistema de seguimiento realiza un movimiento síncrono con el del Sol,
de acuerdo con el desplazamiento de éste en la órbita celeste, es decir un giro de 360º o
2π radianes en un tiempo de 24 horas, o lo que es lo mismo, 15º/h.
En el segundo caso, seguimiento ecuatorial, el método de seguimiento es siempre
mediante ciclo abierto, es decir, el sistema sigue al Sol buscando la zona de mayor
intensidad luminosa o irradiancia solar; esto es así, debido a que el movimiento del Sol
a lo largo del año, que se computa a través de la variación de altura solar, es muy lento,
apenas 0.25º/día.
Objetivo general
Diseñar, desarrollar, fabricar y montar un sistema de seguimiento solar acimutal de
carácter híbrido, que opere normalmente mediante lazo de ciclo abierto cuando el cielo
esté despejado o completamente nublado, y que conmute a lazo de ciclo cerrado cuando
el cielo esté parcialmente cubierto con alternancia de nubes y claros.
Objetivos específicos
1. Utilizar los algoritmos que definen el movimiento del Sol a lo largo del día para
establecer la función de seguimiento solar en lazo de ciclo cerrado
2. Definir y establecer las funciones y parámetros que permitan realizar el seguimiento
del Sol en lazo de ciclo abierto
3. Establecer los criterios que permitan definir el proceso de conmutación entre lazos
en función del nivel de luminosidad o irradiancia solar
4. Integrar los algoritmos y funciones definidas en los apartados anteriores en un chip
de control para el seguimiento solar
5. Diseñar la electrónica de un placa de control para el sistema de seguimiento solar
propuesto
6. Desarrollar y fabricar dicha placa de control
7. Instalar la placa de control en un sistema experimental y verificar su funcionamiento
Metodología
Para el desarrollo del proyecto se plantean las siguientes acciones:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Diseño del programa de control para seguimiento acimutal en lazo cerrado
Diseño del programa de control para seguimiento acimutal en lazo abierto
Diseño de las sentencias de control para la conmutación entre lazos
Diseño del circuito electrónico y placa de control
Fabricación de la placa de control
Instalación de la placa de control en un sistema experimental
Ensayos del sistema de seguimiento
Verificación del buen funcionamiento del sistema y detección de posibles errores, si
los hubiere
9. Corrección de los errores detectados, en caso que los haya, y rediseño del sistema de
seguimiento
10. Nuevos ensayos de verificación, si procede, y verificación de la nueva versión
11. Operación del sistema de seguimiento en modo de lazo cerrado únicamente
12. Operación del sistema de seguimiento en modo de lazo abierto únicamente
13. Operación del sistema de seguimiento en modo híbrido
14. Comparación del funcionamiento entre los tres modos, determinado la cantidad de
energía solar recibida en cada uno de los casos
Resultados esperados
1. Incremento de la energía recibida operando con el sistema de seguimiento en modo
híbrido respecto a los de lazo cerrado o abierto