CONTROL AUTÓNOMO DE PANEL SOLAR PARA UN SISTEMA FOTOVOLTAICO EFICIENTE EN ALTITUD Y AZIMUT PARA ADQUISICIÓN ENERGÉTICA

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Para el adecuado aprovechamiento de la energía solar, es necesario contar con equipos apropiados que permitan lograr este fin. Uno de estos equipos consiste en un seguidor solar, con el cual se busca orientar el elemento que capta la energía solar siempre en la dirección de la máxima radiación. En los sistemas de aprovechamiento de energía solar, es de gran importancia tener la capacidad de realizar un seguimiento adecuado del sol con la finalidad de poder adquirir la máxima cantidad de radicación de este en todo momento del día.

Este sistema que sigue el sol está compuesto, principalmente, de cuatro subsistemas fundamentales: parte mecánica, sistema de control, captador de la radiación y adquisición de datos.

En esta primera parte de la investigación, nos enfocaremos en el control análogo.

Un control análogo es un proceso en el cual se modifica o se manipulan variables que pueden estar internas o externas al proceso en una planta o sistema, de tal manera que su salida siga un set point determinado o ajustado [2].

Sobre las técnicas empleadas comúnmente para los sistemas de seguimiento solar, se tiene: control On-Off, control proporcional, integral, derivativo (PID) [2], control difuso y redes neuronales [3].

En este trabajo, se muestra el diseño y experimentación de diferentes controladores análogos para el seguidor solar.

Los controladores análogos implementados son del tipo On-Off, proporcional y PID. Se partirá del supuesto según el cual la trayectoria solar será la misma para todo el delta t (tiempo), por tal motivo lo tomaremos lineal e invariante en el tiempo.

Metodología

Para determinar cuál es el controlador más eficiente se procede a ensayar con los ya existentes y observar cuál es el más adecuado en el seguimiento del sol; para lograr este objetivo se requiere determinar el modelo del sistema sobre los diferentes dispositivos de seguimiento solar para paneles fotovoltaicos, diseñar y construir un dispositivo discreto para seguir el movimiento del sol, el cual se acoplara a un panel fotovoltaico para mejorar su eficiencia en la captura de energía, comparar y evaluar el funcionamiento del dispositivo con respecto a un panel solar fijo en términos energéticos, con base en definir el intervalo de tiempo entre movimientos tanto azimutal como cenital.

Modelo del sistema

El montaje realizado del seguidor solar se puede apreciar en la figura 1.

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Figura 1. Seguidor solar

Fuente: Autores

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Figura 1.1. Prototipo para el modelo del sistema

El sistema de posición de un panel solar, mediante el método de seguidor solar, se emplearon dos motores DC, los cuales darán el movimiento para que el panel solar se pueda desplazar en dos ejes, con la velocidad y torque necesario para obtener un correcto funcionamiento de todo el sistema.

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Figura 1.2. Configuración de ejes más utilizados en la práctica

- Montaje polar.

- Montaje Azimut-Elevación

Un modelo lineal para el sistema resulta al considerar motores de corriente directa (D.C,) acoplados con una inercia en la presencia de una fricción.

Para realizar el modelo del sistema, se considera inicialmente la parte eléctrica y, posteriormente, la parte mecánica.

Parte eléctrica

El motor es una parte fundamental del modelo dinámico, ya que este proporciona el torque necesario para que reflector gire. La figura 2 muestra el diagrama eléctrico del motor.

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Figura 2. Esquema eléctrico del motor

Fuente: Nise [4]

Inicialmente, se tiene que el torque del motor es proporcional a la corriente de armadura, tal como se presenta en la siguiente ecuación:

TM = Ktia(t)

Ecuación 1. Torque de motor