Bogotá - Ingeniería - Maestría en Ingeniería - Ingeniería Electrónica · 2026
Diseño de un sistema de seguimiento solar de dos ejes para la optimización energética de paneles fotovoltaicos
Este trabajo desarrolla el diseño y modelado en simulación de un sistema de seguimiento solar de doble eje orientado a optimizar la captación energética de un panel fotovoltaico mediante tecnologías accesibles y criterios técnicos verificables. La propuesta integra un modelo mecánico con dos grados de libertad implementado en Simscape Multibody, una estrategia de referencias basada en geometría solar que genera trayectorias suaves para el azimut del poste y la inclinación del panel a partir de variables temporales y de ubicación, y un modelo energético que estima la irradiancia sobre el plano del panel y la potencia fotovoltaica instantánea a partir de componentes directa, difusa y reflejada. La metodología comprende una fase de especificación y selección de arquitectura, seguida del modelado cinemático y la calibración geométrica para asegurar consistencia entre las coordenadas mecánicas y las variables ópticas. Posteriormente, se realiza una validación comparativa frente a una configuración fija de referencia, cuantificando la energía diaria y anual captada en condiciones controladas. Adicionalmente, se estima la energía requerida por el accionamiento a partir de potencia mecánica e integración temporal, con el fin de construir un balance energético neto. Los resultados muestran un incremento consistente de energía captada con el seguimiento frente al caso fijo, así como un consumo de accionamiento reducido debido a la suavidad de las referencias y a velocidades angulares moderadas dentro del modelo. Finalmente, se incorpora un apartado de componentes, criterios de selección y costos que traduce el diseño simulado a una implementación física plausible, dejando una base replicable para futuras extensiones con pérdidas eléctricas, cargas ambientales y validación experimental. (Texto tomado de la fuente)
Texto completo 106 páginas con texto de 110
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Contenido
- Agradecimientosp. 6
- Resumenp. 8
- Abstractp. 9
- 1. Introducciónp. 16
- 2. Justificaciónp. 18
- 3. Planteamiento del problemap. 20
- Pregunta de investigaciónp. 22
- 4. Objetivos de investigaciónp. 22
- Objetivo Generalp. 22
- Objetivos Específicosp. 22
- Hipótesisp. 22
- 6. Antecedentesp. 23
- Evolución del seguimiento solarp. 23
- Impacto en la eficiencia energéticap. 24
- Tecnologías aplicadas al seguimiento solar de doble ejep. 25
- Comparación con otros enfoques de captación solarp. 26
- Marco Teóricop. 28
- Energía Solar Fotovoltaica y Factores que Afectan su Eficienciap. 28
- Sistemas de Seguimiento Solarp. 30
- Seguimiento de un ejep. 30
- Seguimiento de dos ejesp. 31
- Comparación entre Seguidores de Un Eje y Dos Ejesp. 31
- Modelos de posición solar y variables astronómicas relevantesp. 32
- Modelos de desempeño fotovoltaicop. 33
- Alcance:p. 35
- Metodología y plan de trabajop. 36
- Arquitectura general del sistemap. 36
- Modelo mecánico del seguidorp. 37
- Entorno de modelado y representación multibodyp. 37
- Juntas, grados de libertad y convenciones de orientaciónp. 38
- Actuación y señales de movimientop. 39
- Sensado de variables mecánicasp. 40
- Restricciones, límites y supuestos del modelop. 40
- Estrategia de control y referenciasp. 41
- Cálculo de parámetros solares: función refs_dia_solsticiop. 41
- Conversión a referencias mecánicas: función refs_controlp. 43
- Coherencia geométricap. 45
- Aplicación de referencias al modelo y escalabilidad a implementación realp. 45
- Calibración geométrica y consistencia mecánico-ópticap. 48
- Modelo energéticop. 48
- Posición solar y ángulos relevantesp. 49
- Modelo simplificado de irradianciap. 50
- Geometría del panel y coseno del ángulo de incidenciap. 52
- Irradiancia en el plano del generador (POA)p. 53
- Potencia fotovoltaica instantánea y energía generadap. 53
- Energía consumida por accionamiento y energía netap. 55
- Salidas adicionales del bloque POA_PV y utilidad para análisis extendidop. 56
- 10. Resultadosp. 60
- Validación de la altura y declinación solarp. 61
- Validación cualitativa del movimientop. 65
- Comparativa con algoritmo de ubicación solar (NREL SPA)p. 69
- Resultados energéticosp. 72
- Generación diariap. 73
- Generación anualp. 75
- Comparativa con algoritmo de generación anual (PVGIS)p. 82
- 11. Especificaciones del sistema y estimación de costosp. 84
- Componentes funcionales del sistemap. 84
- Criterios técnicos que gobiernan el diseñop. 85
- Especificación mínima implementablep. 85
- Estimación de costos (BOM) del prototipop. 86
- 12. Discusiónp. 88
- 13. Conclusionesp. 90
- 14. Trabajo futurop. 92
- 15. Código fuente (Matlab)p. 94
- Cálculo de parámetros solaresp. 94
- Función para definir movimiento del arreglop. 95
- Función para calcular irradiancia captadap. 97
- 16. Referenciasp. 103
- Figura 1: Rotación de paneles……………………………………………………………p. 30
- Figura 2: Arquitectura general del sistema………………………………………………p. 36
- Figura 3: Entorno de modelado rígido……………………………………………………p. 38
- Figura 5: Entorno de modelado con sensado de variables mecánicas……………………p. 41
- Figura 6: Diagrama de flujo de refs_dia_solsticio y refs_control…………………………p. 46
- Figura 7: Diagrama de flujo de POA_PV…………………………………………………p. 55
- Figura 8: Diagrama de flujo global………………………………………………………p. 58
- Figura 9: Entorno de simulación global (Simulink)………………………………………p. 59
- Figura 11: Carta solar (Bogotá, 21 de Junio)…..…………………………………………p. 63
- Figura 12: Carta solar (Bogotá, 21 de Diciembre)………………………………………p. 63
- Figura 13: Declinación solar vs Desplazamiento relativo local (Simulado)……………p. 64
- Figura 14: Comportamiento del panel en un día…………………………………………p. 66
- Figura 15: Señal de inclinación diaria……………………………………………………p. 66
- Figura 18: Velocidad angular del azimut…...……………………………………………p. 67
- Figura 20: Velocidad angular azimutal (Zoom)………………………………….………p. 69
- Figura 21: Azimut y elevación (NREL SPA)……………………………………………p. 70
- Figura 22: Generación diaria del sistema seguidor de dos ejes……………………………p. 73
- Figura 23: Generación diaria del sistema fijo……………………………………………p. 74
- Figura 24: Gráfica generación anual Arreglo fijo vs Seguidor……………………………p. 81
- Figura 25: Gráfica generación anual (PVGIS)……………………………………………p. 82
- Tabla 5: Especificaciones del panel solar…………………………………………………p. 60
- Tabla 6: Comparativa elevación simulado con algoritmo de alta precisión (NREL)……p. 70
- Tabla 7: Comparativa azimut simulado con algoritmo de alta precisión (NREL)………p. 71
- Tabla 8: Resultados de simulación anual…………………………………………………p. 76