Ingeniería Eléctrica · 2025
Mejoramiento del desempeño del seguidor solar de dos grados de libertad ubicado piso 5 del Edificio de Ingeniería Eléctrica - Fase 1
El seguimiento solar es una tecnología clave para maximizar la captura de energía fotovoltaica, lo que permite una mayor eficiencia en los sistemas solares. Este proyecto mejoró el seguidor solar de dos ejes ubicado en el quinto piso del Edificio de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Industrial de Santander (UIS). El seguidor presentaba problemas que comprometían su funcionamiento, como la avería recurrente del controlador L298N, fallos en la estabilidad y la continuidad del funcionamiento, errores en el sistema de seguimiento y deficiencias en la protección contra fluctuaciones de tensión. Para mejorar su desempeño, se implementaron las siguientes estrategias: actualización de componentes electrónicos, sustitución de los sensores de elevación y azimut por otros de mayor resolución, recableado completo del sistema e instalación de un Sistema de Alimentación Ininterrumpida (SAI) que permite proteger el sistema ante cortes de energía y variaciones de tensión asegurando el funcionamiento continuo del sistema. Además, se mejoró el software de control con nuevas protecciones que garantizan el movimiento seguro del sistema. Como resultado, se incrementó la precisión del seguimiento solar, pasando de tres a cuatro niveles de orientación de elevación y de doce a cuarenta niveles de azimut. Estas mejoras propenden por el desempeño del seguidor favoreciendo su uso como herramienta de investigación en energía solar en la E3T.
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Contenido
- Introducciónp. 9
- 1. Marco teóricop. 12
- 1.1 Seguidor solarp. 12
- 1.2 Encoders en sistemas de seguimiento solarp. 12
- 1.2.1 Encoders rotativos mecánicosp. 13
- 1.2.2 Encoders ópticosp. 13
- 2. Desarrollo de la soluciónp. 14
- 2.1 Diagnóstico inicial del sistemap. 14
- 2.1.1 Fallas en el control de movimientop. 15
- 2.1.2 Baja Precisión en el seguimiento solarp. 16
- 2.1.3 Problemas en la alimentación eléctricap. 17
- 2.1.4 Deficiencias en la estructura mecánicap. 18
- 2.1.5 Filtraciones en el gabinete de controlp. 20
- 2.1.6 Falta de protecciones en el software de controlp. 21
- 2.2 Implementación del hardwarep. 22
- 2.2.1 Reemplazo del controlador L298Np. 22
- 2.2.1.1 Implementación de un arranque progresivo en los motoresp. 23
- 2.2.1.2 Uso de un driver L298N independiente para cada motorp. 23
- 2.2.2 Instalación de nuevos encoder rotativosp. 25
- 2.2.3 Recableado del sistemap. 30
- 2.2.4 Instalación y reparación de la UPSp. 31
- 2.2.5 Refuerzo del eje del piñón de elevaciónp. 32
- 2.2.6 Sellado del gabinete de controlp. 34
- 2.3 Mejora del software de controlp. 35
- 2.3.1 Calibración de los encoderp. 35
- 2.3.2 Ajuste y mejora de la programación del sistemap. 37
- 2.3.2.1 Implementación de protecciones de movimientop. 37
- 2.3.2.2 Ajuste de la programación en la Raspberry Pi 3 B+p. 38
- 3. Resultados obtenidosp. 40
- 3.1 Mejoras del movimiento en azimut y elevaciónp. 40
- 3.2 Seguimiento Solar Mejoradop. 43
- 3.3 Estabilidad y protección del sistemap. 45
- 3.3.1 Mejoras Físicas Implementadasp. 46
- 3.3.2 Implementación de Protecciones en el Códigop. 46
- 4. Conclusionesp. 47
- 4.1 Evaluación de los Objetivos Inicialesp. 47
- 4.2 Patrones y tendencias identificadasp. 48
- 4.3 Restricciones y desafíos identificadosp. 48
- 4.4 Impacto y contribución del proyectop. 49
- 5. Recomendacionesp. 50
- Referenciasp. 51
- Apéndicesp. 52
- Tabla 1. Características del encoder rotativo KY-040p. 26
- Tabla 2. Comparación entre la Programación Anterior y la Mejoradap. 39
- Figura 1. Descripción del estado inicial y mejoras realizadas en el seguidor solarp. 11
- Figura 2. Driver L298N dañado y mediciones de continuidad que evidencian su fallap. 16
- Figura 3. Encoder HW-040 en estado de sulfatación y deteriorop. 17
- Figura 4. Verificación de batería defectuosa en la UPSp. 18
- Figura 5. Desgaste en el eje del piñón de elevaciónp. 19
- Figura 6. Inclinación del paral del piranómetrop. 20
- Figura 7. Seguidor solar atascado debido a la falta de proteccionesp. 22
- motorp. 24
- Figura 9. Encoder rotativo KY-040 y su instalación en el seguidor solarp. 26
- Figura 10. Señales del encoder HW-040 inicialmente instalado para ambos ejesp. 28
- Figura 11. Señales del encoder KY-040 y su mejora en la precisiónp. 29
- Figura 12. Proceso de recableado del seguidor solarp. 31
- Figura 13. Reemplazo de la batería y reinstalación de la UPSp. 32
- Figura 14. Desmontaje del panel para reparación del eje y mantenimiento generalp. 33
- Figura 15. Instalación de sellos en el gabinete de controlp. 35
- Figura 16. Pruebas de calibración de los encoder con medición de inclinación y brújulap. 37
- Figura 17. Esquema de los niveles de azimut y elevación antes de la mejorap. 41
- Figura 18. Esquema de los niveles de azimut y elevación después de la mejorap. 42
- Figura 19. Registro del seguimiento solar en distintos horarios del díap. 44
- Apéndice A. Esquemático de conexiones físicas del seguidor solarp. 52
- Apéndice B. Mapa de conexiones del sistema de seguimiento solarp. 53
- Apéndice C. Plan de Futuras Intervencionesp. 54
- Apéndice D. Comparativa de Encoders y Sensor de Velocidadp. 56
- Apéndice E Video Explicativo del uso general de los archivosp. 57
- Apéndice F Video sobre como realizar la calibración del sistemap. 57
- Apéndice G Repositorio GITHUB de los códigosp. 57
- Apéndice H. Diagrama Solidp. 58
- Apéndice I. Diagrama de estructura modular del software implementadop. 59
- Apéndice J. Algoritmo de Controlp. 60