diseño de un prototipo de seguidor solar

DISEÑO DE UN PROTOTIPO DE SEGUIDOR SOLAR CONTROLADO POR UN COMPUTADOR

PRESENTACIÓN PROYECTORUBÉN MERINO CAÑIZAL

NOVIEMBRE DE 2009

INTRODUCCIÓN

OBJETIVOS Y PROPÓSITODESARROLLOHITOS CONSEGUIDOSCONCLUSIONESMEJORASDEMOSTRACIÓNRONDA DE PREGUNTAS

2MASTER EN MEDIOAMBIENTE Y ENERGÍAS RENOVABLES

OBJETIVOS Y PROPÓSITO

Desarrollo de una simulación de un sistema de seguimiento solar mediante un prototipo de seguidor solar con dos ejes.

Realizar el cálculo de la inclinación y orientación óptima de una superficie en cualquiera de los municipios de España.

Integrar un conjunto de células fotovoltaicas en la estructura de seguimiento y obtener el voltaje ofrecido por las mismas.


OBJETIVOS Y PROPÓSITO

En definitiva el sistema se compone de:

Mecanismo formado por 2 servo-motores y 4 células fotovoltaicas.

Micro-controlador programado para controlar los servo-motores y para obtener el voltaje ofrecido por las células.

Aplicación software de control de posicionamiento y de cálculo de la inclinación y orientación óptima para una superficie en un determinado lugar y momento determinados.


DESARROLLO - PLANIFICACIÓN


DESARROLLO - BASE CONCEPTUAL

Se ha considerado que el sistema posiciona enfrentándose al Sur al encontrarnos en el hemisferio norte.El seguidor se considera de dos ejes y se orienta e inclina en secuencia. El objetivo es mantener la estructura de células perpendicular al ángulo de incidencia de los rayos solares.El intervalo de seguimiento de la orientación va desde un rango de 180º grados desde el Este al Oeste.Las coordenadas del Este se consideran negativas y las del Oeste positivas. El intervalo de seguimiento va desde la hora de salida del sol y la hora de puesta del sol.


DESARROLLO - BASE CONCEPTUALSecuencia cálculos:• Angulo Diario (radianes)

• Declinación (grados) – Equinoccios = 0– Solsticio de verano = +23º 27’– Solsticio de invierno = -23º 27’

• Ecuación de tiempo – Donde B = (n - 1)*(360/365)

• Hora Solar


365

12

J

E = 229,2(0,000075+0,001868 cosB-0,032077 senB-0,014615 cos2B-0,04089 sen2B)

Hora solar = hora civil + 4 (LmeridianoRef - LLugar ) + E.

sen070257.0cos399912.0006918.0( 2sen000907.02cos006758.0

180)3sen00148.03cos002697.0

DESARROLLO - BASE CONCEPTUALSecuencia cálculos:• Altura solar

δ = Declinación Φ = Latitud ω = Ángulo horario

• La inclinación de la estructura se corresponderá al ángulo cenital que sería el complementario a la altura solar 90º - h

• La orientación o ángulo de acimut


sin h = sin δ * sin Φ + cos ω * cos δ * cos Φ

1 _Cos SenSen

Cos

DESARROLLO - BASE CONCEPTUAL• Cálculo para pérdidas por orientación e inclinación en estructura fija.


DESARROLLO - PROGRAMACIÓN MICROCONTROLADOR

SECUENCIA PROGRAMA INICIO

CALCULAR VOLTAJE

LEER CARÁCTER RECIBIDO 1

LEER POSICION

POSICIONAR ORIENTACIÓN

LEER POSICION

POSICIONAR INCLINACIÓN

ENVIAR VOLTAJE A PC


Si 0x01 Si 0x00

DESARROLLO - MONTAJE PROTOTIPO


2 SERVO MOTORES FUTABA 3003

UNIVERSAL TRAINER 4 CÉLULAS FOTOVOLTAICAS

PIEZAS MECCANO MICROCONTROLADOR 16F690CABLEADO DE ELECTRÓNICA

DESARROLLO - LAYOUT


DESARROLLO - CONFIGURACIÓN CÉLULAS FV


Realizaremos un conexionado en serie para obtener la mayor tensión posible.

Dispondremos de 4 células con una tensión nominal de la estructura 1,80 V y con una intensidad de corriente de 100 mA. Potencia = 0,045 w

REFERENCIA PESO INTENSIDAD DE CORRIENTE

TENSIÓN NOMINAL MEDIDAS

C - 0120 10 gr 100 mA 0,45 V 45 x 25 x 7,5 mm

HITOS CONSEGUIDOS

BASE DE DATOS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA

Para el soporte de información de la aplicación software se ha creado una base de datos con las coordenadas de cada uno de los municipios de España organizados por provincias.Además de esto se almacena la radiación y la temperatura media por provincia.


MODELO DE DATOS

HITOS CONSEGUIDOS

PROTOTIPO DE SEGUIDOR SOLAR DE DOS EJES.Sin depender de elementos externos como sensores de luzSin almacenar la carta astral en la memoria del sistema de control.Realizando los cálculos en demanda de una determinada localización.Permitiendo el posicionamiento en cualquier localización.

APLICACIÓN SOFTWAREOfreciendo múltiples datos de las localizacionesObtiene las pérdidas por orientación e inclinación para una estructura fija.Informes de datos astronómicos y geográficos.Control del prototipo mediante comunicación SERIAL


CONCLUSIONES

Se ha diseñado un sistema donde se aglutina conocimiento técnico de varias tecnologías.

La necesidad de seguidores solares se ve incrementada por el auge de sectores como la solar fotovoltaica de concentración y la tecnologías termosolares.

La instalación de los módulos fotovoltaicos sobre seguidores solares de un eje aumenta la inversión en más de un 20%, y el rendimiento en torno a un 33%. Los seguidores de dos ejes aumentan dicho rendimiento pero sin duplicarlo.

Los seguidores deben combinarse con células fotovoltaicos de alto rendimiento.


MEJORAS

Evolucionar el software para que realice más de un seguimiento en paralelo – servidor de posicionamiento para diferentes localizaciones

Estimar y calcular el momento de inicio y parada del seguimiento según cálculos de radiación, valorar la conveniencia de posicionar cuando “merece la pena”.

Ampliar la aplicación para generar gráficas de un seguimiento realizado durante un día en concreto.

Obtener gráficamente los voltajes obtenido para un día en concreto. Almacenar los valores de los posicionamientos en base de datos.


DEMOSTRACIÓN


PREGUNTAS.

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