Esto se trata de una investigación dónde se realizó el diseño e implementación de un dispositivo encargado de obtener las coordenadas del Sol en cualquier momento del día, es decir, un seguidor solar a dos ejes por punto luminoso.
Este seguidor consta de dos bloques principales: donde esta la tarjeta controladora y la parte mecánica, este diseño se basó en el uso de fotorresistencias, microcontroladores y motores de pasos, el mismo posee altas prestaciones y bajo costo. El prototipo construido es utilizado en las
investigaciones de aprovechamiento de la energía solar que se realizan en el Grupo de Energía Renovable Aplicadas de la Universidad de Oriente, particularmente en los paneles fotovoltaicos y los calentadores de agua.
En la comunidad científica internacional existen diversos diseños de Sistemas de Seguimiento Solar que optimizan la energía solar, citando algunos ejemplos se tienen: los Seguidores solares de alta tecnología: MecaSolar en España, el Seguidor Solar SunPower T0: Máxima producción de energía por hectáreafabricado por la corporación SunPower en los Estados Unidos de Norteamérica, el Sistema de seguimiento solar activo Lorentz-Etatrack del grupo TRITEC S.A en Alemania y los Sistemas de Seguimiento Solar: Energía ERCAM S. A. en España y el GEA- Generación de Energías Alternativas de Chile.
En esta investigación se tiene como objetivo diseñar e implementar un seguidor solar de bajo costo y altas prestaciones, para así obtener con precisión la posición del Sol, importante para optimizar los trabajos con los paneles fotovoltaicos y calentadores de agua del GERA. Con dicho dispositivo se logra una mayor eficiencia desde el punto de vista energético, ya que permite un mayor aprovechamiento de la energía solar.
Un seguidor solar es un dispositivo mecánico capaz de buscar la posición del Sol en cualquier momento del día, siguiendo al Sol desde el este hasta el oeste. Está conformado básicamente por una parte fija y una móvil, la cual cuenta con una superficie de captación que debe permanecer perpendicular a los rayos del Sol durante el día y dentro de su rango de movimiento, cuya finalidad es el aumento de la captación de radiación solar. Su movimiento está inspirado en la trayectoria seguida por los girasoles y hay dos movimientos que se deben controlar, el de la trayectoria del Sol durante el día y la variación de esta trayectoria durante el año. Los seguidores solares acoplados a los sistemas captadores (sistema de seguimiento solar) se utilizan para posicionar los sistemas captadores de radiación, de forma que éstos permanezcan cercanos a la perpendicular paralela de los rayos solares, para convertir la energía captada en calor o energía eléctrica y ser utilizada en viviendas, complejos urbanísticos o en la industria.
Los seguidores solares pueden ser clasificados según tipo del movimiento que realicen y según el algoritmo de seguimiento.
= Según su tipo de movimiento: =
- Seguidores a un eje: Presentan un grado de libertad en su movimiento. La rotación de la superficie de captación se hace sobre un solo eje, este puede ser horizontal, vertical u oblicuo. Este tipo de seguimiento representa un mínimo grado de complejidad. Su limitación consiste en que no puede realizar un seguimiento completo del Sol ya que solo puede seguir ya sea la azimut o la altura solar, pero no ambas.
- Seguidores a dos ejes: Poseen dos grados de libertad, capaces de hacer un seguimiento solar más preciso. Este tipo de seguidor está en capacidad de realizar un seguimiento total del Sol, tanto en altura como en azimut, aunque el rendimiento de la instalación puede ser superior en comparación con los de un solo eje.
A modo de comparación puede decirse que los seguidores a un eje tienen como ventaja un menor costo y su simplicidad, y como desventajas su imprecisión y captación de una menor cantidad de energía; por otra parte los seguidores a dos ejes tienen mayor precisión y permiten una mayor captación de energía, pero se incrementa su costo.
= Según su algoritmo de seguimiento: =
- Seguidores por punto luminoso: Poseen un sensor que les indica cuál es el punto del cielo más luminoso y al que deben apuntar. El algoritmo de este tipo de seguidor basa su funcionamiento en la señal integrada por uno o varios sensores, dependiendo de dicha señal se envía un comando de control a uno o varios motores para que se posicionen en el punto más adecuado de luminosidad.
- Seguidores con programación astronómica: Estos mediante un programa conocen en qué punto debería estar el Sol a cada hora y apuntan a dicha posición. Presenta una total independencia de las condiciones climáticas ya que su algoritmo no requiere de sensores que indiquen cual es el punto más luminoso. El seguimiento en este caso depende únicamente de una serie de ecuaciones que predicen la ubicación del Sol en cualquier momento.
Si se comparan estos seguidores puede notarse que los seguidores por punto luminoso presentan una mayor facilidad para implementar el algoritmo de seguimiento, pero presentan poca fiabilidad; mientras que con una programación astronómica se presenta una mayor fiabilidad, pero es más difícil la implementación del algoritmo de seguimiento.
En los sistemas fotovoltaicos basados en un seguimiento directo del Sol, el seguimiento más empleado es el que utiliza las coordenadas calculadas, pero es una tecnología muy cara y engorrosa desde el punto de vista de su mantenimiento y control, por lo que se recomienda utilizar la variante de los fotosensores, que son más baratos y de fácil construcción, además de ser una tecnología robusta y confiable.
El diseño del seguidor solar a dos ejes por punto luminoso presenta dos bloques principales: el de la tarjeta controladora y el de la parte mecánica.
La tarjeta controladora es la que realiza el control del sistema en general, ya que en esta se encuentra el micro controlador, el cual es el encargado de realizar todas las tareas necesarias para lograr un seguimiento directo al Sol. Además se encuentran los bloques de entrada de la medición de los foto sensores y los actuadores usados en el control de los motores de pasos.
La parte mecánica consta de los elementos necesarios como bases, plataformas, cilindros, engranajes, entre otros, donde van acoplados los motores de pasos y las fotorresistencias.
La parte mecánica del seguidor solar está compuesta por dos estructuras: una para las fotorresistencias y la otra para los motores de pasos.
Estructura para las fotorresistencias: Está conformada por dos tubos cilíndricos de unos 5 cm de largo por 1,5 cm de diámetro unidos entre sí. Dentro de ellos a una profundidad de 3,5 cm se encuentran situados los fotosensores, para lograr precisión de la captación de la luz solar se ha colocado una rejilla con una abertura de 1 mm, que se encuentran en la boca de cada tubo.
Estructura de los Motores de Pasos: Es una estructura de mayor tamaño, ya que debe soportar a los motores de pasos y realizar los movimientos en los ejes horizontal y vertical. El primer motor está acoplado debajo de una base de 10x10x3 cm de largo, ancho y altura, pues debe soportar el peso de toda la estructura en general y tiene que hacer girar a un cilindro de 10 cm de altura por 7 cm de diámetro, para lograr el movimiento azimut. El segundo motor se encuentra en una pequeña base de unos 5 cm en todas sus dimensiones donde se encuentra los tubos cilíndricos de las fotorresistencias. Estas van acopladas por un engranaje reductor de 3 a 2, es decir, al dar tres vueltas el motor, los tubos se mueven dos solamente, para lograr un menor desplazamiento en el eje vertical.
Fuente:
http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1815-59012015000200008
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