UNIVERSIDAD LATINA DE COSTA RICA

Ingeniería en Electromedicina

Sistemas de Control

Proyecto: Seguidor Solar

Profesor: Carlos Rodríguez

Estudiante: Martin García Sancho

Fecha de entrega: 1 de Diciembre de 2010

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Siguiendo al Sol

El seguidor solar sigue la ruta del sol desde que aparece por el este hasta

que se oculta en el oeste, lo que permite que los paneles solares estén siempre

enfrentados al sol, y por tanto aumentará el rendimiento del panel solar situado

sobre ella. El seguidor solar también se diferencia si posee un eje o dos de

movimiento. En el primer caso, se pueden distinguir diferentes alineamientos,

dependiendo del lugar geográfico en el que se ubique el dispositivo para aprovechar

mejor los rayos solares. En cuanto a los sistemas de dos ejes, permiten un

seguimiento perfecto del Sol.

Introducción

Figura #1 Figura #2

Justificación

Un seguidor solar es una especie de girasol mecánico, ya que su misión

consiste en que su panel solar siga al Sol desde su salida hasta su puesta. De esta

manera, aprovecha la radiación solar mucho mejor que los sistemas solares fijos. La

gran variedad de prototipos permite su uso de manera accesible a grandes y

pequeños consumidores, por lo que cada vez más empresas desarrollan dispositivos 2

muy diversos. La imagen típica de una instalación solar es la de unos paneles

fotovoltaicos ubicados en una estructura fija y orientada a la zona del cielo en la que

el Sol se encuentra en lo más alto. Sin embargo, durante el resto del día, los rayos

solares inciden con un ángulo inferior a 90º, lo que disminuye la radiación captada.

Por ello, el seguidor solar se creó para aprovechar al máximo la luz solar durante

todo el día. Así, dependiendo del tipo de instalación, pueden aumentar el rendimiento

de los paneles solares entre un 30 y un 40%.

Una de los aspectos a tomarse en cuenta de este diseño es que mover los

paneles requiere una cierta entrada de energía, y esta energía, por supuesto, se

restará del total de energía que los paneles produzcan. Además, en algunos casos el

diseño no es aplicable – por ejemplo si son paneles de montaje de techo, sería

ilógico que se proceda a "cambiar la posición de su techo" cada vez que el sol se

mueve. En este proyecto vamos a construir un circuito que se puede utilizar para

rastrear los movimientos del sol y alinear con él un panel solar en consecuencia. El

circuito es muy simple, y encenderá un pequeño motor para fines didácticos

únicamente, sin embargo, con la correcta circuitería adicional, el circuito podría ser

utilizado para manejar motores de gran potencia. El seguidor aquí presentado

corresponde al tipo de un eje polar (1xp) en el cual la superficie gira sobre un eje

orientado al sur e inclinado un ángulo igual a la latitud. El giro se ajusta para que la

normal a la superficie coincida en todo momento con el meridiano terrestre que

contiene al Sol. La velocidad de giro es de 15° por hora, como la del reloj.

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Objetivo:

Automatizar una base mecánica para que funcione como un seguidor de luz. El

seguidor de luz funcionara como un girasol aplicando los conceptos y herramientas

de la materia de Sistemas de Control.

Alcances y Limitaciones

Los sistemas de seguimiento solar pueden utilizarse para obtener calor y

energía renovable tanto en viviendas como en grandes complejos urbanísticos o

industriales. Por un lado, se pueden aprovechar para producir agua caliente de uso

doméstico o para instalaciones colectivas o de uso industrial; para climatizar

piscinas; o para la calefacción y refrigeración de grandes superficies.

Por otro lado, su producción energética puede servir para abastecer de

electricidad a lugares sin conexión a la red general eléctrica; para la extracción de

agua en pozos aislados mediante bombeo; o para hacer funcionar centros de

comunicaciones, alarmas, sistemas automáticos, etc., como por ejemplo las señales

luminosas de tráfico.

Fundamento Teórico

La energía solar es la energía obtenida mediante la captación de la luz y el calor

emitidos por el Sol. La radiación solar que alcanza la Tierra puede aprovecharse por

medio del calor que produce o también a través de la absorción de la radiación, por

ejemplo en dispositivos ópticos o de otro tipo. Es una de las llamadas energías

renovables, particularmente del grupo no contaminante, conocido como energía

limpia o energía verde. Si bien, al final de su vida útil, los paneles fotovoltaicos

pueden suponer un residuo contaminante difícilmente reciclable al día de hoy. La

potencia de la radiación varía según el momento del día, las condiciones

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atmosféricas que la amortiguan y la latitud. Se puede asumir que en buenas

condiciones de irradiación el valor es de aproximadamente 1000 W/m² en la

superficie terrestre. A esta potencia se la conoce como irradiación.

La radiación es aprovechable en sus componentes directa y difusa, o en la

suma de ambas. La radiación directa es la que llega directamente del foco solar, sin

reflexiones o refracciones intermedias. La difusa es la emitida por la bóveda celeste

diurna gracias a los múltiples fenómenos de reflexión y refracción solar en la

atmósfera, en las nubes y el resto de elementos atmosféricos y terrestres. La

radiación directa puede reflejarse y concentrarse para su utilización, mientras que no

es posible concentrar la luz difusa que proviene de todas las direcciones. La

irradiancia directa normal (o perpendicular a los rayos solares) fuera de la atmósfera,

recibe el nombre de constante solar y tiene un valor medio de 1354 W/m² (que

corresponde a un valor máximo en el perihelio de 1395 W/m² y un valor mínimo en el

afelio de 1308 W/m²).

Según informes de Greenpeace, la energía solar fotovoltaica podría suministrar

electricidad a dos tercios de la población mundial en 2030.[1]

Un seguidor solar es un dispositivo mecánico capaz de orientar los paneles

solares de forma que éstos permanezcan cercanos a la perpendicular de los rayos

solares, siguiendo al sol desde el este en la alborada hasta el oeste en la puesta.

Existen de varios tipos:

• En dos ejes (2x): la superficie se mantiene siempre perpendicular al sol.

• En un eje polar (1xp): la superficie gira sobre un eje orientado al sur e inclinado

un ángulo igual a la latitud. El giro se ajusta para que la normal a la superficie

coincida en todo momento con el meridiano terrestre que contiene al Sol. La

velocidad de giro es de 15° por hora, como la del reloj.

• En un eje acimutal (1xa): la superficie gira sobre un eje vertical, el ángulo de la

superficie es constante e igual a la latitud. El giro se ajusta para que la normal a la

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superficie coincida en todo momento con el meridiano local que contiene al Sol. La

velocidad de giro es variable a lo largo del día.

• En un eje horizontal (1xh): la superficie gira en un eje horizontal y orientado en

dirección norte-sur. El giro se ajusta para que la normal a la superficie coincida en

todo momento con el meridiano terrestre que contiene al Sol.

Rentabilidad del seguimiento solar

De forma general, se suele admitir que el seguimiento acimutal colecta un 7%

menos de radiación que el seguimiento en dos ejes, y un 4% menos que el

seguimiento polar. Sin embargo, el tener un solo eje de giro y el que éste sea vertical

hacen que la mecánica de los seguidores acimutales sea particularmente sencilla y

robusta. Para muchos, esta ventaja compensa con creces la menor colección de

radiación, por lo que son más utilizados en la práctica.

Si tenemos en cuenta que el costo de instalar este tipo de seguidores puede

suponer un incremento del 20% del valor del proyecto, que supondría un incremento

en los ingresos del 40%, y un coste en mantenimiento prácticamente nulo, parece

innegable que instalar seguidores solares resulta rentable, por lo menos en países

con gran radiación solar, como España.

Beneficios

Mejorar hasta en un 40% el rendimiento de las instalaciones solares, por lo que

pueden contribuir a generalizar esta energía renovable entre los consumidores.

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Diagrama Esquemático del Circuito

Lista de Materiales

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Parte CantidadLDR 3R33 1R7 1R75 1

TIP120 1Pot 10k 1Pot 20k 12N4401 1

Motor 5V DC 1

Cómo trabaja el circuito???

Tenemos tres foto resistores, cuyo valor de resistencia es de varios

megaohms cuando no están expuestos a la luz. Sin embargo, cuando los

exponemos a la luz su resistencia disminuye a alrededor de un par de cientos de

ohmios.

La tercera fotorresistencia se monta envuelta en un recinto de manera que

sólo se ilumina cuando se alinea directamente hacia el sol. Cuando el sol ilumina

esta fotocélula, su valor de resistencia cae, y poniendo nuestro nuestra Darlington

a tierra manteniéndolo apagado. Cuando el sol se aleja de la línea de visión del

fotorresistor 3, aumenta su resistencia. Este permite a nuestro Darlington activarse, 8

generando un flujo de corriente gradual conforme su corriente de base aumenta,

impulsando el motor DC conectado a su colector.

La resistencia en línea con el motor nos permite regular la velocidad del motor.

La velocidad de este debe a su vez ser lo suficientemente lento como para mover el

panel, pero no tan rápido que llegue más allá de la posición de alineación del sol

antes que el fotorresistor 3 tenga una oportunidad de responder al cambio.

EL fotorresistor 2 se monta a ras con el panel para que pueda ver todo el

cielo. Su función es la de comprobar que el sol está presente, para evitar que el

conjunto rote buscando un sol que no está allí! Si el sol está presente, lo detectará y

pondrá la base de nuestro transistor NPN a tierra. Sin embargo, si el sol desaparece

detrás de una nube se eleva su resistencia y la base del transistor NPN se vuelve

activa, este a su vez pone a tierra la base del Darlington, que impide que el seguidor

siga funcionando.

Nuestra fotorresistor #1 se monta en la parte posterior de nuestro panel. Si se

detecta la nueva luz proveniente del este (amanecer) activa la unidad de giro para

permitir a nuestros los paneles solares girar hacia el sol para coger la nueva luz.

Referencia Bibliográfica en la Red

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1. Las renovables fueron responsables del 19,8 % de la producción eléctrica

de nuestro país - IDAE, Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía

2. García Ortega, José Luis et al. (2006) Renovables 100%. Un sistema

eléctrico renovable para la España peninsular viabilidad económica Greenpeace.

3. La ONU hará una cumbre contra el cambio climático - 20minutos.es

4. La tecnología revolucionará la producción eléctrica en 10 años

5. Industria prevé que las renovables cubran 41% de la demanda eléctrica

en 2030. Terra Actualidad - EFE. Publicado el 2007-12-11. Con acceso el 2007-12-

13.

6. La prospectiva de Industria para 2030 contempla triplicar la energía eólica

y mantener la nuclear Europa Press. Publicado el 2007-12-11. Con acceso el 2007-

12-13.

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