Rastreador Solar con Panel FotovoltaicoKeren Aldeano, Julissa Bahamóndez, Guillermo Bailey, Eric Guerrero, Harry Sánchez

Facultad de Ingeniería Eléctrica, Universidad de Panamá

Abstract– El proyecto consiste en dos celdas fotovoltaicas y un juego de servomotores controlados por un arduino. Utilizaremos el arduino para configurar mediante un código la rotación de los servomotores, cada arduino aportará una rotación de 180°, uno en vertical y el otro horizontal. Además con ayuda del arduino y 4 fotoresistores haremos que los paneles se posicionen en el lugar más favorable para que obtengan más iluminación. Luego con los voltajes proporcionados por las dos celdas colocadas en serie se cargará algún dispositivo de bajo consumo, en nuestro caso será una batería de 5 voltios.

Palabras Claves:

Arduino: es una plataforma de hardware libre, basada en una placa con un microcontrolador y un entorno de desarrollo, diseñada para facilitar el uso de la electrónica en proyectos multidisciplinares.

Celda Fotovoltaica: son sistemas fotovoltaicos que convierten directamente para de la luz sola en electricidad.

Energía eléctrica: forma de energía que resulta de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos, lo que permite establecer una corriente eléctrica entre ambos cuando se los pone en contacto por medio de un conductor eléctrico.

Fotoresistencias :  es un componente electrónico cuya resistencia disminuye con el aumento de intensidad de luz incidente. Puede también ser llamado fotorresistor, fotoconductor, célula fotoeléctrica o resistor dependiente de la luz, cuya siglas, LDR, se originan de su nombre en inglés light-dependent resistor. Su cuerpo está formado por una célula o celda y dos patillas.

Servomotores : es un motor eléctrico que puede ser controlado tanto en velocidad como en posición. Los servos se utilizan frecuentemente en sistemas de radio control y en robótica, pero su uso no está limitado a éstos.

I. Introducción Hoy en día hay una alta demanda por la energía eléctrica además de tener un alto costo. En nuestros días utilizamos muchos dispositivos de bajo consumo eléctrico en nuestros hogares que a larga tendrán un costo significativo. Por esto decidimos buscar la solución más factible y eficiente a esta problemática, consideramos que sería la utilización de celdas fotovoltaicas [1].Para llevar acabo esto elegimos las celdas fotovoltaicas y utilizamos servomotores para la optimización del proyecto. Mediante un arduino configuramos los servomotores para que permitieran la rotación de las celdas hacia la zona de mayor intensidad de luz, así aprovechamos al máximo la intensidad lumínica disponible.Por último, gracias al voltaje dado por las celdas podremos cargas diferentes dispositivos de bajo consumo de aproximadamente 5 voltios.

II. DiseñoDejar estático un panel solar significa desperdiciar la potencia que el sol nos da cada día. Para mejorar el rendimiento de los paneles solares fotovoltaicos se colocan sobre un dispositivo que siga la trayectoria del sol, con el fin de que los rayos siempre incidan perpendicularmente al panel y obtener así mayor rendimiento.A continuación veremos el diseño del proyecto, bajo que estándares fue confeccionado. Los diagramas de bloque de ambos servomotores serían los siguientes:

Figura 1. Diagrama de bloques servomotor “x”.

Figura 2. Diagrama de bloques servomotor “y”.

Figura 3. Diagrama del control de los servomotores.

Figura 4. Dimensiones de los servomotores

Como mencionamos anteriormente los servomotores estarían controlados por un arduino. También con la ayuda de los LDR se controla la rotación de los servo hacia la posición con mayor intensidad de luz, ya que gracias al cambio del valor de su resistencia con la intensidad de luz podemos crear un código que compare los LDR superior e inferior, y los LDR izquierdo y derecho para así saber hacia dónde se tendrán que rotar los servomotores. En la figura 3 podemos ver el diagrama creado para llevar a cabo esta parte del proyecto.

Código fuente del sistema:

III. Armado del Prototipo A continuación veremos el proceso de armado del proyecto y todas las partes que constituyen el mismo.

(a) (b)Figura 5. Servomotores

Figura 6. Soporte para Servomotores

En la figura 5 se muestra los servomotores que fueron utilizados para la realización de este proyecto. Se eligió el uso de servomotores con ángulo de rotación de 180° porque, el uso de dos de estos en conjunto con los soportes mostrados en la figura 6, permitirán una rotación que simule casi por completo una semi-esfera, y de esta forma poder alinearse hacia el sol en donde se encuentre.

Figura 7. Montaje del servo 1

Figura 8. Montaje del soporte

En la figura 7 se aprecia la unión del primer servomotor a la base de nuestro proyecto y con el uso

de uno de los soportes, montamos el segundo servomotor sobre este, y de esta forma obtener los dos ejes de movimiento que permitirán las rotaciones deseadas. Finalmente en la figura 8 se muestran los servomotores con el ultimo soporte que es donde posteriormente se montará el panel fotovoltaico y su base.

Figura 9. Panel Solar y Base

El panel solar que utilizamos, compuesto de 2 paneles solares, se muestra en la figura 9. Para facilitar su montaje se fijaron ambos paneles con madera balsa. De esta misma figura podemos observar que ambos paneles fueron conectados en paralelo, ya que cada panel es de 6v, y queremos maximizar la corriente con que se cargará la batería posteriormente.

Especificaciones básicas de los servomotores Hitec:

Cotizaciones:Buscando en línea los mejores precios para las partes de nuestro proyecto, encontramos que la página www.jameco.com encontramos precios más accesible para las partes más costosas del proyecto:

IV. ResultadosEn la figura 10 podemos ver el proyecto en su fase final, este se comporta como fue programado y acorde a las modificaciones pertinentes que se le hicieron a este. Nuestra mayor preocupación es que la capacidad de los servos no fuese acorde a la hoja de datos, y por tanto no aguantarían el peso de los paneles, sin embargo, estos fueron capaces de manejarse sin dificultad.Luego de diversas pruebas, hicimos modificaciones en la tolerancia entre la diferencia de iluminación entre un fotorresistor y otro, a fin de reducir movimientos innecesarios por pocos cambios de luz. Igualmente, modificamos la velocidad, para que los movimientos no fuesen tan bruscos que puedan causar inestabilidad al soporte del mismo.

Figura 10. Módulo finalizado

V. Administración del Proyecto Administración del proyecto (papel de cada integrante, cronograma, costos)

Cronograma:Semanas Fecha Actividad

12-8 de septiembre Entrega de propuesta

29-15 de septiembre

Diseño del proyecto / Cotización de materiales

316-22 de septiembre

Compra de materiales e inicio de la programación

423-29 de septiembre

Compra de materiales, ensamblaje/ Programación

530-6 de octubre Prototipo inicial

67-13 de octubre

Correcciones del prototipo inicial

714-20 de octubre Inicio del Informe

821-27 de octubre Continuación del Informe

928-4 de noviembre

Culminación de proyecto e informe

104-10 de noviembre Presentación Final

Costos:Cantidad

Elemento Costo (c/u)

2 Servomotor 14.992 Panel Solar 14.001 Arduino 30.001 Caja 7.994 LDR 1.00

Total 99.97

Papel de cada integrante:En el proyecto todos colaboramos conjuntamente para poder hacer un proyecto preciso y de calidad. Nos distribuimos el trabajo de la siguiente manera.

Aldeano, KerenInformes semanales, cotización y armado del proyecto.

Bahamóndez, JulissaInformes semanales, armado del proyecto, informe final y PPT.

Bailey, Guillermo

Informes semanales, programación de arduino y armado del proyecto.

Guerrero, EricInformes semanales, armado del proyecto, compra de materiales y programación de arduino.

Sánchez, HarryInformes semanales, compra de materiales, armado del proyecto e informe final.

VI. ConclusionesLa producción de energía mediante celdas fotovoltaicas se realiza de manera limpia y directa por ende esta tiende a proyectarse como una de las mejores alternativas a nivel mundial para obtener energía eléctrica.Aunque la disponibilidad de luz solar no es siempre la ideal en todo momento ya que factores como el clima, posición del sol y hora del día.Por esto diseñamos un sistema para obtener siempre la mejor intensidad de luz posible y luego almacenarla en alguna batería, como en nuestro caso, para su uso inmediato o a largo plazo. Esta es una buena manera de empezar a bajar la demanda eléctrica, bajar algunos costos, y a su vez ayudar al medio ambiente utilizando una fuente inagotable de energía como lo es el sol.

De esta manera incentivamos el uso de dicha fuente de energía a través de la elaboración de diferentes sistemas donde el uso de la energía solar sea el más óptimo [2].

VII. RecomendacionesAlgunas recomendaciones para trabajos futuros que podrían mejorar la funcionalidad del proyecto:

Utilizar celdas más grandes que proporcionen mayor energía.

Utilizar más servomotores para obtener más grados de libertad y así poder conseguir más precisión en la orientación de las celdas.

Como complemento del punto anterior, también tendría que usarse más cantidad de LDR’s.

Optimización en el proceso de alimentación del dispositivo, para más rapidez y mayor carga.

Agregarle un convertidor digital-analógico para no limitarse a cargas solamente por dispositivos USB.

VIII. Referencias[1] (2013) Definición de panel fotovoltaico [online].

Disponible en: http://www.technologystudent.com[2] (2013) Definición de panel fotovoltaico [online].

Disponible en: http://www.wikipedia.org