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Diseño e implementación de un seguidor solar de un eje para la optimización de un sistema fotovoltaico de 100 W aplicando cálculos matemáticos y automatización industrial
Design and implementation of a single axis solar tracker for the optimization of a 100 W photovoltaic system applying mathematical calculations and industrial automation
Registro en:
10.33262/cienciadigital.v4i3.1359
Autor
Pacheco Cunduri, Mayra Alejandra
Tapia Segarra, Isidoro Enrique
Guevara Cabezas, Esteban Augusto
Institución
Resumen
El presente trabajo se enfoca en el diseño de un seguidor solar de un eje, el cual permitirá la optimización de captación de energía de un sistema solar fotovoltaico de 100 vatios implementado en la ciudad de Riobamba, provincia de Chimborazo. Inicialmente se realizan cálculos matemáticos sobre parámetros ambientales y físicos importantes en la selección de los materiales óptimos para la estructura mecánica del sistema de seguimiento solar y su construcción, además importantes también para la selección apropiada de los elementos electrónicos y de control automático necesarios para el seguidor solar de un eje. El sistema diseñado, está compuesto por sensores electrónicos de corriente, voltaje, irradiancia y HDR´s, los cuales hacen posible el cálculo de la potencia nominal generada por el seguidor solar, irradiancia total captada por el panel en el transcurso del tiempo durante el día, ángulo de elevación solar (altitud) y ángulo de azimut solar; Valores a partir de los cuales y utilizando métodos matemáticos, de programación y técnicas de control automático, han permitido en este trabajo diseñar y programar 2 algoritmos de seguimiento solar: seguimiento solar por programación astronómica y seguimiento solar por punto luminoso, garantizando con ellos una incidencia perpendicular del sol sobre el sistema durante el día y consiguiendo así el objetivo de máxima captación de energía y máxima producción del sistema fotovoltaico. En el sistema, la información obtenida de las variables censadas y los valores calculados, se almacena en una tarjeta de memoria microSD y mediante una conexión ethernet el usuario puede visualizarlas en tiempo real mediante una interfaz gráfica (HMI). Finalmente, una vez implementados los algoritmos de seguimiento y estando el sistema en funcionamiento, utilizando como referencia un sistema fotovoltaico de posicionamiento fijo de 100 W instalado en la ciudad de Riobamba bajo las mismas condiciones que el sistema de seguimientos solar de un eje, se realiza una comparación entre este y el sistema fotovoltaico de seguimiento solar de un eje horizontal planteado, contrarrestando los valores de las variables censadas y los valores calculados de potencia nominal , irradiancia, ángulo de elevación solar (altitud) y ángulo de azimut solar medidos para cada uno de los sistemas. A partir de lo cual se concluye que el sistema de seguimiento solar de un eje supera en eficiencia al sistema fotovoltaico fijo en valores entre 8,51% al 35,46%. This work focuses on the design of a single-axis solar tracker, which will allow the optimization of energy capture from a 100-watt photovoltaic solar system implemented in the city of Riobamba, province of Chimborazo. Initially, mathematical calculations are carried out on environmental and physical parameters important in the selection of the optimal materials for the mechanical structure of the solar tracking system and its construction, also important for the proper selection of the electronic and automatic control elements necessary for the single-axis solar tracker. The designed system is composed of electronic sensors of current, voltage, irradiance and HDR's, which make it possible to calculate the nominal power generated by the solar tracker, the total irradiance captured by the solar panel over time during the day, solar elevation angle (altitude) and solar azimuth angle; values from which and using mathematical methods, programming and automatic control techniques, have allowed in this work to design and program 2 solar tracking algorithms: solar tracking by astronomical programming and solar tracking by light point, guaranteeing with them an incidence perpendicular to the sun on the system during the day and thus achieving the objective of maximum energy capture and maximum production of the photovoltaic system. In the system, the information obtained from the census variables and the calculated values is stored on a microSD memory card and through an ethernet connection the user can view them in real time through a graphic interface (HMI). Finally, once the monitoring algorithms have been implemented and the system is in operation, using as a reference a 100 W photovoltaic system with fixed positioning installed in the city of Riobamba under the same conditions as the single axis solar monitoring system, it is carried out a comparison between this and the photovoltaic system for solar tracking of a horizontal axis, counteracting the values of the surveyed variables and the calculated values of nominal power, irradiance, solar elevation angle (altitude) and solar azimuth angle measured for each one systems. From which it is concluded that the one-axis solar tracking system exceeds the fixed photovoltaic system in efficiency in values between 8.51% to 35.46%.
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