InGenio Journal
Revista de Ciencias de la Ingeniería de la Universidad Técnica Estatal de Quevedo
https://revistas.uteq.edu.ec/index.php/ingenio
e-ISSN: 2697-3642 - CC BY-NC-SA 4.0
InGenio Journal
Revista de Ciencias de la Ingeniería de la Universidad Técnica Estatal de Quevedo
https://revistas.uteq.edu.ec/index.php/ingenio
e-ISSN: 2697-3642 CC BY-NC-SA 4.0
Volumen 7 | Número 2 | Pp. 1–21 | julio 2024 Recibido (Received): 2023/10/20
DOI: https://doi.org/10.18779/ingenio.v7i2.773 Aceptado (Accepted): 2024/05/30
Implementación de un sistema de generación
fotovoltaica con seguidor solar y control automático
(Implementation of a Photovoltaic Generation System with Solar Tracker
and Automatic Control)
Edison Jonathan Guanuche Largo
, Santiago Josué Polo Flores
, Santiago Arturo Moscoso
Bernal
Universidad Católica de Cuenca, Cuenca, Ecuador
edison.guanuche.12@est.ucacue.edu.ec, santiago.polo@est.ucacue.edu.ec, smoscoso@ucacue.edu.ec
Resumen: Encontrar nuevos medios que permitan la generación de energías amigables con
el medio ambiente es un problema constante de las sociedades modernas. Para la presente
investigación se emplean los paneles solares como recurso para producir energía,
complementándolos con un sistema que permita el control para la orientación adecuada de
los mismos y así captar los rayos solares de manera eficiente. El objetivo es desarrollar un
sistema de control que permita mejorar la captación de energía solar y, por ende, la
producción de energía. Para ello, se describe el sistema de control propuesto para la adecuada
ubicación del panel solar, determinando los componentes con sus características que
permitan evaluar el rendimiento del sistema. Se desarrolló un sistema de control para el
aprovechamiento de la energía solar mediante una estructura que seguirá la posición del sol
en determinadas horas del día, dependiendo de su intensidad lumínica; además, se
determinaron las características y los componentes del mismo. En conclusión, se define un
sistema para el seguimiento de un solo eje, lo que permite obtener una eficiencia mayor del
12 % al 23 % en comparación con los sistemas de posicionamiento fijo.
Palabras clave: generación fotovoltaica, panel solar, seguidor solar, radiación, eficiencia
energética.
Abstract: Finding new means that allow the generation of environmentally friendly energy
is a constant problem of modern societies. For this research, solar panels are used as a
resource to produce energy, complementing them with a system that allows control for their
proper orientation and thus captures the sun's rays efficiently. The objective is to develop a
control system that allows improving the collection of solar energy and, therefore, energy
production. To do this, the proposed control system is described for the appropriate location
of the solar panel, determining the components with their characteristics that allow evaluating
the performance of the system. A control system was developed for the use of solar energy
through a structure that will follow the position of the sun at certain times of the day,
depending on its light intensity; In addition, its characteristics and components were
determined. In conclusion, a system is defined for tracking a single axis, which allows
obtaining a higher efficiency of 12 % to 23 % compared to fixed positioning systems.
Keywords: Photovoltaic generation, solar panel, solar tracker, radiation, automatic,
mechanical, algorithm.
1. INTRODUCCIÓN
La implementación de paneles solares para producir electricidad a partir de la radiación solar
ha sido una tendencia en los últimos años y ha marcado uno de los mayores avances en desarrollo
e investigación, puesto que este modo de generación es uno de los más amigables con el medio
ambiente y surge como una nueva opción de consumo de energía frente al efecto creado por las
Volumen 7 | Número 2 | Pp. 1–21 | Julio 2024
DOI: https://doi.org/10.18779/ingenio.v7i2.773
Recibido (Received): 2023/10/20
Aceptado (Accepted): 2024/05/30
Implementación de un sistema de generación
fotovoltaica con seguidor solar y control automático
(Implementation of a Photovoltaic Generation System with Solar Tracker
and Automatic Control)
Edison Jonathan Guanuche Largo
, Santiago Josué Polo Flores
, Santiago Arturo Moscoso
Bernal
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energías convencionales. Existen varios factores que causan reducciones significativas en la
eficiencia; entre ellos, la temperatura, la calidad de la celda, la suciedad y la radiación que se
obtiene en la zona. Frente a estos inconvenientes, se han realizado investigaciones para encontrar
formas de reducir los efectos mencionados, como mejoras en las técnicas de creación de las celdas
fotovoltaicas, la utilización de áreas disipadoras de calor y el posicionamiento de los paneles
solares mediante dispositivos de seguimiento, los cuales ayudan a reducir el ángulo de incidencia,
aumentando así la generación de energía por parte del sistema. La posición del sol cambia
diariamente y en las diversas épocas del año, por lo que la detección de la posición del sol y la
elaboración de dispositivos que logren direccionar los diversos tipos de paneles perpendiculares
al sol juegan un papel importante en el funcionamiento de los mismos, ya que la radiación a
captarse será máxima y, por consiguiente, se optimiza la eficiencia en el sistema en relación con
los sistemas clásicos en los que los paneles están fijos, lo que nos permite aprovechar al máximo
la radiación solar diaria [1]. En el presente proyecto, se desarrolló un sistema de generación
fotovoltaica con seguidor solar de un solo eje usando un algoritmo de posicionamiento según la
luminosidad mediante un microcontrolador Arduino uno, al cual se puede adaptar una secuencia
de códigos con los cuales tenemos la posibilidad de orientar y monitorear las condiciones de
desempeño del panel, en especial en cuanto a la luminosidad y proporción de energía generada, y
por ende evaluar las condiciones de rendimiento del seguidor y del panel.
2. METODOLOGÍA
El sistema de generación fotovoltaica con seguidor solar de un eje se utilizará en la unidad
académica de posgrado de la Universidad Católica de Cuenca, alimentando una bomba de agua
de 650 W. El seguimiento solar se realiza en un eje para poder aprovechar los mejores niveles de
radiación solar, manteniendo el panel perpendicular a los rayos del sol, los cuales durante el día
van de Este a Oeste, desde el amanecer hasta el atardecer. Esto también permite visualizar
parámetros del sistema como potencia nominal, corriente nominal, voltaje, etc.
Dentro de la metodología se logró establecer las siguientes etapas. En la Figura 1 se describe
la metodología y las etapas para el diseño e implementación de un seguidor solar de un eje.
Etapa 1. En esta etapa se tomaron en consideración los factores ambientales que podrían afectar
la estructura y el funcionamiento normal del seguidor solar.
Etapa 2. Elección del tipo de seguidor solar acorde con las condiciones físicas y ambientales.
Para nuestra implementación en el lugar antes mencionado, se diseñó un tipo de seguidor activo
que tendrá un grado de libertad en el movimiento. Este movimiento estará dado por medio de un
motor AC que funcionará como un motor paso a paso. Del mismo modo, se acoplará al sistema
de transmisión una cadena con piñón y corona.
Etapa 3. El diseño del mecanismo de orientación del panel solar, el cual mediante sensores foto
resistivos LDR ayudarán a determinar el ángulo de incidencia que se forma entre la luz solar y la
placa solar. Este tipo de sensor convierte una señal física en magnitud eléctrica.
Etapa 4. Para el diseño de control automático, se utiliza un microcontrolador Arduino uno, el
cual se encarga de procesar y definir mediante un algoritmo las acciones, como el movimiento
del motor AC (Figura 2), la toma de mediciones de voltaje, corriente y potencia.
La programación se realiza en base a los tipos de sensores y actuadores utilizados, con el fin
de orientar al seguidor solar en la posición adecuada.
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Figura 1. Etapas establecidas para el diseño e implementación de un seguidor solar de un eje.
2.1. Estructura de soporte
Se realizó un modelado de la base y la estructura que soportará al seguidor solar sus sistemas
mecánicos y sus respectivos dispositivos que conforman un sistema de generación fotovoltaica
esta estructura deberá ser un material muy resistente ya sea de material metálico o acero
galvanizado debido a que se ubicará cerca del invernadero de la unidad académica de posgrado.
Observamos del siguiente modelo secundario de un seguidor fotovoltaico (Figura 2) que orienta
la placa fotovoltaica hacia el sol para la captación máxima de los rayos solares:
• Placa fotovoltaica. Es aquel principal componente que recibe la energía solar y la convierte
en energía eléctrica, está compuesta por células fotovoltaicas que son encargadas de generar
la corriente eléctrica cuando recibe los rayos solares.
• Servomotor. Es un motor eléctrico encargado de controlar el movimiento de la placa
fotovoltaica, está conectada a un sistema de control el cual determina la posición del sol.
• Circuito eléctrico. Conformado por cables y componentes los cuales son necesarios para la
conexión de la placa fotovoltaica, el servomotor, la batería y otros elementos eléctricos.
• Batería. Encargado del almacenamiento de la energía eléctrica creada por la placa
fotovoltaica para su uso posterior cuando no haya suficiente luz solar.
• Estructura. Es la base principal el cual soporta la placa fotovoltaica, el servomotor y demás
componentes del sistema de seguimiento solar, este soporte o estructura debe ser de una
materia robusta y debe estar diseñada para resistir las condiciones climáticas.
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Figura 2. Modelado secundario de un seguidor solar fotovoltaico.
2.2. Cargas que Actúan
• Pesos de la estructura metálica para la placa solar.
• Paso de la placa solar, como se observa el diagrama de fuerzas en la Figura 3 y 4.
Figura 3. Etapas establecidas para el diseño e implementación de un seguidor solar de un eje.
Figura 4. Modelado secundario de un seguidor solar fotovoltaico.
La placa solar tomará una orientación en torno a su eje horizontal para lograr una mayor
captación de radiación solar. Esta orientación será controlada por el motor AC (Figura 2), el cual
será controlado por el microcontrolador Arduino. El motor girará el panel de forma gradual,
aplicando una fuerza que permitirá ajustar la posición del panel solar de acuerdo con la posición
del sol.
2.3. Modelo matemático
Se debe establecer mediante el uso de un modelado matemático la posición exacta del sol
con respecto a la tierra para poder conocer su exacta posición.
Ecuaciones para encontrar los ángulos del movimiento solar
Para ello, se ha utilizado la declinación solar (
), que es el ángulo entre los rayos solares y el
plano del ecuador terrestre (1), adicionalmente la fórmula para calcular el ángulo horario (
) del
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sol (2), además, se utiliza la ecuación para calcular el ángulo cenital () del Sol, que es el ángulo
entre la vertical local y la dirección del sol (3). Por otro lado, se utiliza para calcular el ángulo
acimutal () del sol, que es el ángulo a lo largo del horizonte desde el norte, en el sentido de las
agujas del reloj, hasta la proyección del sol en el horizonte (4).
= (0.39795
0.98563
(
173
)
)
(1)
= 15
(
12
)
(2)
=
2
(+ )
(3)
=
(4)
Ecuaciones matemáticas prestablecidas.
=
+
2
+
2
(5)
=
+
2
+
2
(6)
2.4. Sistema de control de movimiento
El control de movimiento del panel solar se da mediante la interacción entre los sensores
LDR que captan la radiación solar para transformarla en una magnitud eléctrica y mediante el
control con microprocesador, que actúa sobre el sistema de transmisión constituido por el motor
AC, una cadena con piñón y corona, como se observa el esquema en la Figura 5.
Figura 5. Control y posicionamiento del panel.
2.5. Sistema mecánico (etapa de potencia)
El dispositivo realizado está constituido por una base fija donde se acopló el panel, el motor
de inclinación, el piñón, la corona y la cadena. Ya que el sistema consta de 1 grado de libertad,
como se observa en la Figura 6.
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Figura 6. Representación mecánica del sistema.
A. Sensores.
B. Panel solar.
C. Engranajes para movimiento de inclinación.
D. Motor de inclinación
2.6. Sistema de adquisición de datos
Esta etapa condujo a la adquisición de datos donde se podrán notar las variaciones tanto de
corriente como de tensión que produce la placa solar. Se utilizó una tarjeta Arduino uno, un
regulador de carga, una batería y sensores.
2.7. Diagrama eléctrico
Se utiliza el Arduino uno como controlador programable donde se realizan las siguientes
conexiones: se conectan los 2 LDR al pin analógico A0 y A1 respectivamente. El pin 9 de Arduino
está conectado al motor, dado que se utiliza un motor de 5 V. Para el circuito, se instalarán las
resistencias en serie para que exista un divisor de voltaje para cada resistencia, tanto la de 10K
como la LDR. En la mitad de las resistencias, saldrán para el Arduino una para A0, A1, A2, A3,
las cuales serán las señales analógicas variables. Una vez conectadas al Arduino, de D10 y D9
saldrán para los servomotores. D10 controlará la parte vertical y D9 controlará la parte horizontal
del panel solar. Este cambio es de digital con Arduino a un analógico con los servomotores. En
la Figura 7 se observa la conexión del circuito.
Figura 7. Diagrama eléctrico.
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2.8. Programación del microcontrolador
Se la realiza introduciendo códigos al microcontrolador Arduino uno usando como lenguaje
de programación C++, de manera de cumplir con el propósito de dar movilidad al seguidor solar
con los actuadores utilizados.
2.9. Componentes que se utilizaron
A. Panel solar. El panel solar mostrado en la Figura 8 se colocará sobre una estructura,
asegurando así su estabilidad en todo momento. Las características del panel de muestran en la
Tabla 1.
Figura 8. Panel monocristalino.
Tabla 1. Panel solar EGE-350M-72.
Numero de células 72
Tipo de células
Monocristalino
Tensión máxima del sistema
1500 V
Potencia nominal
322.72 W
Corriente nominal
8.93 A
Corriente de corto circuito
9.11 A
Eficiencia del módulo
18,04 %
Dimensión
1956x992x40 mm
Peso
22,5 kg
B. Regulador de carga. Para implementar el sistema de generación fotovoltaica, se utilizó un
regulador de carga tipo MPPT. Las características de este regulador se detallan en la Tabla 2 y se
pueden observar en la Figura 9.
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Figura 9. Regulador de carga.
Tabla 2. Regulador de carga MPPT.
Voltaje máximo de batería 12/24 V
Voltaje panel
100 V(25 C), 90 V(-25 C)
Corriente de carga
20ª
Corriente de descarga
20ª
Figura 10. Batería de Litio.
Tabla 3. Batería.
Voltaje nominal 12V
Capacidad constatada
100 Ah
Corriente máxima de descarga
1000A (5 Segundos)
C. Almacenamiento de energía. Para realizar el sistema de generación fotovoltaica se utilizó
una batería de litio donde en la Tabla 3 se describen sus características, esto representado en la
Figura 10.
D. Microcontrolador. Para el control de movimiento y programación se utilizó un
microcontrolador Arduino uno. En la Tabla 4 se describen sus características, como se muestra a
continuación, en la Figura 11.
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Figura 11. Microcontrolador.
Tabla 4. Microcontrolador Arduino uno.
Voltaje de operación: 5 V
Pines de E/S digitales: 14
Pines de entrada analógica: 6
Corriente DC por pin de E/S: 40 mA
Velocidad de reloj: 16 Hz
E. Sensores LDR. Para determinar la posición del sol se usaron 4 fotorresistores donde en la
siguiente Tabla 5 y Figura 12 se describen sus características.
Figura 12. Sensores LDR.
Tabla 5. Sensor LDR.
Sensibilidad ajustable
Tensión de funcionamiento 3.3 V-5 V
Salidas de conmutación digitales (0 y 1) -D0
F. Motores AC. El motor necesario para accionar la estructura del módulo de SSFV, será de
corriente alterna que mediante la incorporación de un circuito inversor trabajar con corriente
continua. El motor posee una con caja de reducción y multiplicador de torque de forma que la
transmisión de los mismos hace que aumente el torque, pero se reduzca la velocidad angular. En
la Tabla 6 y Figura 13 se describen sus características.
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Figura 13. Motor AC.
Tabla 6. Motor AC
Tipo de motor Bipolar
Pasos por revolución 200
Corriente de operación 1.7 A
Tensión de operación 1 – 4 V
Torque de retención 52 N.cm (4.6 lb.in) (5,3 kgf cm)
Peso 350 g
G. Engranajes. El acoplamiento del eje del motor con el eje se realiza con una transmisión por
cadena con piñón y corona, como se demuestra en la Figura 14.
Figura 14. Engranajes piñón corona y cadena.
En el presente diagrama de bloques del sistema se detalla la metodología aplicada, como se
representan en la Figura 15.
Figura 15. Programa de bloques del sistema seguidor solar.
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3. ESTADO DEL ARTE
3.1. Sistema fotovoltaico.
La energía fotovoltaica forma parte del conjunto de las energías renovables, el sistema
fotovoltaico es un procedimiento de generación eléctrica que convierte la radiación solar fuente
inextinguible en energía eléctrica a través de una célula solar, donde se crea el impacto
fotovoltaico [2]. El esquema del efecto fotoeléctrico se representa en la Figura 16.
Figura 16. Efecto fotoeléctrico.
Los elementos característicos de un sistema aislado son:
3.2. Módulo fotovoltaico.
Es un dispositivo que aprovecha la energía del sol y convertirla en electricidad.
3.3. Tipo de paneles más comunes.
Hay varios tipos de tecnologías para las células solares: arseniuro, galio, entre otros.
a) Policristalino. Su rendimiento es bajo y se estima entre el 11 % y 15 % su costo es más barato,
su color es azul, a continuación, se representa en la Figura 17.
Figura 17. Panel Policristalino.
b) Monocristalino. Destacan por su rendimiento y eficiencia, estos alcanzan rendimiento del
17 % pero es más caro, su apariencia es negra [3]. La representación de un panel monocristalino
se muestra en la Figura 18.
Figura 18. Panel Monocristalino.
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3.4. Banco de baterías sistema solar.
Método que se emplea para almacenar energía y luego distribuirla a toda la red mediante el
inversor [1]. Los parámetros y características de este se detallan en la Tabla 7.
Tabla 7. Tipo de batería.
Parámetro Ni-Cd Ni-MH Li-Ion
Ciclo de vida
Largo: más de
1000 cargas
Variable: puede ser
igual que ni NI-Cd si
se almacena y carga
correctamente
Corto: 300-500
ciclos o 2-3 años
Autodescarga
Moderada: 15% -
20%
Rápido: 20% -30%
Muy lenta o nula
Capacidad
Baja: 1,2 Ah - 2,2
Ah
Moderada: 2,2 Ah -
3,0 Ah
Alta: más de 3,0
Ah
Tiempo de carga optima
Rápido
Rápido
Moderado
Mantenimiento
Alto: descarga
total
recomendada una
vez al mes
Moderado: descarga
total recomendada
una vez cada tres
meses
Ninguno
Efecto memoria
Alto si no se
mantiene
adecuadamente
Moderado: se puede
evitar con una carga
adecuada
Sensibilidad
Muy resistente
Muy sensible a la
temperatura
Sensible al calor y
al impacto
3.5. Regulador de carga sistema solar
Tipos más usados:
• Controlador de carga PWM. Estos se caracterizan por ser económicos y dan muchas perdidas
de voltaje.
• Controlador de carga MPPT. Son los más utilizados ya que no permite que haya fallos en el
sistema y controla mejor la potencia máxima [4]. El esquema de regulador utilizado se
representa en la Figura 19.
Figura 19. Tipos de reguladores de carga.
3.6. Inversor solar
Es el encargado de convertir la corriente continua de 12 v o 24 v que viene de las baterías en
corriente alterna que se suministra en la red de 220 v [5]. Su funcionamiento se esquematiza en
la Figura 20.
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Tipos de inversor:
• Onda cuadrada
• Onda modificada
• Onda senoidal
Figura 20. Inversor solar.
La radiación solar es aquella energía que libera el sol en diferentes formas como el calor y la
luz visible [6]. Esto se puede detallar en la Figura 21.
Figura 21. Ángulos de rayos solares que impacta en la tierra.
3.7. Recurso solar en la Ecuador
El sol como recurso energético en el Ecuador tiene altos niveles de radiación solar al estar en
la línea equinoccial [7].
3.8. Inclinación y orientación de un Panel Solar
La orientación idónea para dirigir los paneles solares es hacia el sur (ángulo azimutal de 180º).
Si orientamos los módulos hacia esta dirección, la instalación de módulos fotovoltaicos recibirá
la máxima irradiación solar posible durante el día y, por tanto, el rendimiento del sistema será
óptimo. Asimismo, es importante verificar que no haya sombras sobre nuestro sistema
fotovoltaico [8].
3.9. La estructura del panel
La estructura es uno de los componentes más importantes, porque debe soportar su propio
peso y el peso de los paneles solares fotovoltaicos, y si es de un eje tener la posibilidad mecánica
de girar en el eje vertical u horizontal [9]. A continuación, se esquematiza en la Figura 22.
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Figura 22. Estructura del panel.
3.10. Sistema de seguimiento solar
Un sistema de seguimiento solar es un dispositivo mecánico capaz de orientar los paneles
solares de forma perpendicular a los rayos solares para un mejor aprovechamiento de la radiación
solar, ya sea siguiendo al sol desde el Este al amanecer hasta el Oeste en la puesta, o bien
empleando el punto de máxima potencia [10]. Lo cual se puede representar en la Figura 23.
Figura 23. Seguidor solar de un eje.
La clasificación de los tipos de seguidores solares se evidencia en el diagrama presentado en
la Figura 24 y los tipos de seguidores solares con sus respectivas características se detallan en la
Tabla 8.
Tabla 8. Ventajas y desventajas.
Ventajas
UN EJE DOS EJES
Representa un menor costo. Seguimiento solar más preciso.
Simplicidad.
Incremento de la producción en
tomo al 35% con respecto a un
panel fijo.
Posibilidad de adaptación a
cubiertas.
Generalmente dificultan el robo de
paneles.
Desventajas
Seguimiento solar impreciso. Representa un mayor costo.
Menor energía captada.
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Figura 24. Tipos de seguidores solares.
3.11. Bombeo fotovoltaico
Los sistemas de bombeo fotovoltaicos se caracterizan por ser de alta confiabilidad, larga
duración y mínimo mantenimiento. Un sistema de bombeo FV es similar a los sistemas
convencionales excepto por la fuente de potencia. Los componentes principales que lo constituyen
son: un arreglo de módulos FV, un controlador, un motor y una bomba [11]. A continuación, se
representa en la Figura 25.
Figura 25. Bombeo fotovoltaico.
3.12. Tarjeta y software Arduino
Arduino es una de estas plataformas la cual simplifica el proceso de trabajo con
microcontroladores, que ofrece algunas ventajas a los estudiantes, unas de ellas serán descritas a
continuación [10]. El diagrama de la tarjeta y software se evidencia en la Figura 26.
Tipos de seguidores
solares
Seguidor solar de un
eje
Eje horizontal
Eje vertical
Eje inclinado
Seguidor sola de dos
ejes
Azimutal-Elevación
Rolla de Inclinación
o polar
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Figura 26. Microcontrolador Arduino.
3.13. Relé
Los relés son dispositivos que se usan para hacer cadenas de control y para controlar el
accionamiento o desconexión de diferentes máquinas y equipos eléctricos. Esto se demuestra en
la Figura 27.
Figura 27. Relevador o relé.
3.14. Sensores
a) Sensor LDR. Permite realizar el cálculo de la dirección del sol, para que el procesador del
controlador reaccione haciendo operar los actuadores, lo cual puede observarse en la Figura 28.
Figura 28. Sensor LDR.
3.15. Actuadores
Los actuadores son en general motores eléctricos trifásicos, cuando la estructura del módulo
es demasiado grande con paneles fotovoltaicos de más de un número de 5, también se utilizan
motores de corriente continua y para un control de precisión motores paso a paso [11]. Esto se
demuestra en las Figuras 29 y 30.
Figura 29. Motor AC.
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| 17
Figura 30. Motor a pasos.
3.16. Mecanismos de transmisión de movimiento
Son mecanismos que transmiten el movimiento, fuerza y potencia de un punto a otro sin
cambiar la naturaleza del movimiento, pueden ser de dos tipos:
A. Mecanismos de trasmisión lineal.
B. Mecanismos de transmisión circular.
3.17. Engranes de cadena
Este sistema de transmisión circular consiste en dos ruedas dentadas de ejes paralelos, situadas a
cierta distancia la una de la otra, y que giran a la vez por efecto de una cadena que engrana a
ambas [9].
Ecuación para relación de transmisión:
=
2
1
=
1
2
(7)
4. RESULTADOS
Para el diseño y la construcción del sistema de generación fotovoltaica con seguidor solar de
un solo eje se debe hacer:
Para realizar el dimensionamiento de la potencia que generara el panel solar partimos de los
datos de las Tablas 9, 10 y 11.
Tabla 9. Factores físicos y medioambientales.
Parámetros Mínimo Máximo
Temperatura
7 °C
19 °C.
Humedad.
78,96 %
86,56 %
Velocidad del Viento.
10 m/s
50 m/s
Rango de Lluvia
14 mm
94 mm
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Tabla 10. La insolación mensual promedio que incide sobre una superficie horizontal (Kwh /
m2 / día) en la unidad académica de posgrado.
Latitud -3.034
Lon-78.928
Promedio anual
Enero 4,17
Febrero
3,97
Marzo
4,17
Abril
4,05
Mayo
4,01
Junio
3,98
Julio
3,9
Agosto
4,2
Septiembre
4,41
Octubre
4,56
Noviembre
4,76
Diciembre
4,41
Media Anual
4,216
Tabla 11. Consumo de energía promedio de bomba de agua.
Descripción
Bomba de agua de
650 W
Energía Total
Potencia (W) 650
Cantidad
1
Tiempo de operación (h)
5
Tiempo de operación /
semana
7
Potencia (KW)
0,65
KWh
3,25
3,25
KWH/Semana
22,75
22,75
Para realizar el cálculo del sistema fotovoltaico se toma como referencia el consumo diario
de la bomba; los mismos que se representan en las Ecuaciones 8, 9, 10, 11, 12 y 13.
• Hora solar promedio (HSP) 3,99.
=
∗
(8)
=
(9)
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| 19
= í á
(10)
=
(11)
= . (0.9 )
(12)
=
3.250 ℎ/
0.9 ∗3.99
= 905.04
(13)
Dentro de los resultados obtenidos de la instalación del sistema de generación fotovoltaica
determinamos que se procedió a cumplir con todas las etapas planificadas y se logró construir una
estructura resistente a condiciones ambientales improvistas, como muestra en la Figura 31.
Figura 31. Engranajes con cadena.
Seguidamente instalado el sistema de generación fotovoltaica se condujo a poner en
funcionamiento el sistema de seguimiento solar de tal forma de realizar pruebas de
funcionamiento electromecánicos y con el fin de monitorear los parámetros eléctricos.
Se puso a primera prueba el montaje o soporte del panel solar con el motor instalado con
catalinas la cual, el motor instalado no tuvo la suficiente fuerza para poder mover el peso del panel
solar, la cual encontramos que el motor no es tan eficiente para el movimiento del panel solar ya
que se necesita más potencia para el seguimiento al sol.
Sobre el circuito Arduino tenemos datos que nos da los componentes LDRS, en esta ocasión
se tomó muestras de los rayos UV en la facultad de ingeniería, industria y construcción la cual
nos dio resultados de la reflexión solar dentro de la institución, como se evidencia en la Figura
32.
Figura 32. Datos UV del circuito LDRS.
Realizando un estudio comparativo el sistema de generación fotovoltaica más eficiente en la
captación y generación de energía eléctrica es el sistema de seguidor solar de un solo eje, debido
a que tiene una eficiencia de captación que va a partir del 12 % al 23% de eficiencia
comparativamente con el sistema de posicionamiento fijo dichos datos son tomados en días a lo
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largo de una semana, la eficiencia de captación variara dependiendo del día y los componentes
climáticos, de tal forma que se log de esta forma que con el uso de este sistema optimizaremos de
un sistema solar fotovoltaico el mejoramiento de captación de rayos UV mejorando así la
eficiencia y potencia al 100 % del panel solar.
5. CONCLUSIONES
• Se realizó el sistema de generación fotovoltaica con seguidor solar y la programación del
mismo de una manera satisfactoria cumpliendo con el funcionamiento esperado que
optimizará el aprovechamiento de la energía solar mediante una estructura que seguirá la
posición del sol en determinadas horas del día dependiendo de su intensidad lumínica.
• Se cumplió con los objetivos planteados de desarrollar un mecanismo capaz de mejorar la
captación de energía solar a un bajo costo y con ayuda de un microcontrolador como lo es
Arduino, de igual manera se implementó de manera comprensible el uso de modelos
matemáticos para describir el funcionamiento dinámico del sistema propuesto.
• La estructura diseñada tiene características de resistencia a la intemperie y orientara al panel
solar siempre perpendicularmente a los rayos del sol.
• Se pudo comprobar que los dispositivos seleccionados para este tipo de generación
fotovoltaica son fundamentales para abastecer la demanda energética de la bomba de agua
haciéndolo autónomo energéticamente.
AGRADECIMIENTOS: Este trabajo ha sido desarrollado en el Laboratorio de Gestión de
Calidad Educativa dentro del Centro de Investigación, Innovación y Transferencia de Tecnología
de la Universidad Católica de Cuenca forma parte de los proyectos de investigación formativa en
la carrera de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Católica de Cuenca, pertenece al proyecto de
investigación “INSTALACIÓN DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO AISLADO EN EL
CENTRO DE HIPOTERAPIA KAWALLU” con código PIFCIV22-22.
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