Seguidor solar

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Seguidor solar con sensores fotovoltaicos

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Seguidor solar

  1. 1. Perteneciente A: − Alarcón Torres, Giancarlo AlonsoProfesora: − Revoredo Peña, Adriana SofíaCurso: − Metodología de la Investigación CientíficaFacultad: − FIMAASEspecialidad: − Ingeniería Mecánica
  2. 2. SEGUIDOR SOLAR 2013 ÍNDICEÍNDICE 1Introducción 2Capítulo 1 3Descripción de la Realidad Problemática 3 Delimitación de la Investigación 3 Planteamiento del Problema de la Investigación 3Problema Principal 3 Problemas Secundarios o Subproblemas 3Objetivos de la Investigación 3 Objetivo General 3 Objetivos Específicos 4Justificación e Importancia 4Limitaciones 4 Limitaciones de Información 4 Limitaciones de Tiempo 4 Limitaciones Económicas 4Definición de términos básicos 4 Diseño de la Investigación 4Metodología de la Investigación 4 Tipo de Investigación 5 Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos 5 Procedimientos 5Capítulo 2 6Energía Solar y sus Diferentes Usos 6 Ventajas de la Energía Solar 7 Desventajas de la Energía Solar 7Definición de un Seguidor Solar 7Seguidor Solar según el tipo de movimiento 7 Seguidor de un solo eje 7 Seguidor de dos ejes 7Seguidor Solar según el tipo de algoritmo de seguimiento 7 Según la Luminosidad 7 Con programación astronómica 8Estructura Física del Seguidor Solar 8Observaciones 10Conclusiones 10Fuentes de información 10Anexos 11 2 Alarcón Torres, Giancarlo Alonso
  3. 3. SEGUIDOR SOLAR 2013INTRODUCCIÓNEn la actualidad, se evidencia como el desarrollo industrial y económico de granparte de las empresas conlleva a una clara expansión de los sistemas mecánicosen potencia. En países en donde se requiere la utilización de recursos norenovables o la combustión de materiales tales como el carbón, gas natural,derivados del petróleo entre otros para la generación de energía, se encuentrandiferentes inconvenientes, entre los que se cuentan principalmente el impactoambiental y la limitada duración de estos recursos como fuente de energía. Larepercusión de la generación de energía eléctrica de manera convencional sobreel medio ambiente se evidencia en el deterioro de la calidad del aire, además segenera un efecto de calentamiento del planeta, conocido como efecto invernadero.El otro gran inconveniente resulta ser el inminente agotamiento de las principalesfuentes de generación de energía convencionales, ya que el carácter de norenovables del gas, carbón, petróleo entre otros, así como el aumento constantede la demanda de estos materiales hace que sea una obligación buscaralternativas para reemplazarlos.Afrontar las necesidades energéticas de manera sostenible contribuirá en granmedida a la solución de los retos de principio de siglo, como la pobreza, el cambioclimático, la seguridad alimentaria, etc. La convergencia actual de diversas crisis(económica, junto con la continua volatilidad de los precios del petróleo y losalimentos) configura un escenario adecuado para plantear una nueva formulaciónde las políticas, así como para destinar mayores inversiones hacia un proceso dedesarrollo más seguro y sostenible.Uno de los factores en los que se viene trabajando y el cual contribuirá a aumentarla popularidad de las energías alternativas es el aumento de su uso eficiente. Laenergía solar presenta un gran inconveniente en cuanto a la dificultad de suintroducción al mercado eléctrico debido al elevado costo MW/h, sin embargo seestima que se presentará una reducción del 18% cada que la producción seduplique. Las diferentes tecnologías de fabricación, así como la producción a granescala han contribuido de manera significativa a la reducción de los precios de losmódulos fotovoltaicos.El objetivo de este proyecto es presentar el desarrollo de un prototipo que permitarealizar el seguimiento. El dispositivo que se utilizara permite aumentar laradiación captada por el modulo solar mediante el movimiento continuo del panel.El único inconveniente que obtuve en la investigación es hallar un sistema lógicoprogramable para programar los sensores con el motor. 3 Alarcón Torres, Giancarlo Alonso
  4. 4. SEGUIDOR SOLAR 2013CAPÍTULO I PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1 Descripción de la Realidad Problemática La energía solar es la energía obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación del sol con el cual se puede obtener energía eléctrica (utilizando paneles fotovoltaicos) y poder aprovecharlo en diversas cosas, por ejemplo una población que por muchos años no tienen el servicio de electricidad en sus casas, con un panel solar fotovoltaico podrían obtener este beneficio según la condición del clima (si los rayos solares aparecen la mayor parte del día y del año) y para lograr una mayor eficiencia en la absorción es donde aparece el seguidor solar ya que si los paneles siguen al sol en todo momento los rayos solares incidirán con un ángulo de 90° logrando así una mayor absorción y tener un mayor aprovechamiento que un panel solar estático. No solo se puede usar el seguidor solar para ayudar a otras personas de recursos bajos o que la ubicación de su hogar sea lejana a una ciudad, sino también lo puede utilizar una persona en su hogar para disminuir gastos de energía eléctrica. 1.2 Delimitación de la Investigación La investigación se reduce solo en darle movimiento a los paneles solares porque en datos experimentales se observa que la absorción de energía no es la misma cuando aparece el sol por el oeste y se oculta en el este. El dato que recurrió la investigación fue que los rayos que inciden en 90°con los paneles, provocan una mayor absorción que los que inciden en otros ángulos. Para lograr el objetico se utilizara unos sensores de luz que activaran un mecanismo que provocara el movimiento del panel hacía el sol cada vez que no haya un ángulo de incidencia de 90°. 1.3 Planteamiento del Problema de la Investigación 1.3.1 Problema Principal ¿Por qué la necesidad de que los paneles solares sigan el movimiento del sol? 1.3.2 Problemas Secundarios o Subproblemas ¿Cuál es la finalidad de que los paneles solares sigan el sol? 1.4 Objetivos de la Investigación 1.4.1 Objetivo General Conocer la necesidad de que los paneles solares sigan el movimiento del sol. 4 Alarcón Torres, Giancarlo Alonso
  5. 5. SEGUIDOR SOLAR 2013 1.4.2 Objetivos Específicos Determinar la finalidad de que los paneles solares sigan el sol; un ejemplo es que puede dar muchos beneficios a poblaciones rurales, como también poblaciones que viven en muy al interior del país.1.5 Justificación e Importancia Se justifica que el seguidor solar es más eficiente que un panel solar estático, por la cantidad de energía que absorben cada uno. Es por esta razón que opte por realizar esta investigación, puesto que traería un beneficio a la población sobre todo a poblaciones que vive alejados a la ciudad o capital, las cuales no gozan del servicio eléctrico en sus viviendas. Otro beneficio es llevar esta investigación en el departamento de Puno con el objetivo de utilizar la electricidad para encender calefactores, sobre todo en temporada de invierno en donde llegan a temperaturas bajo cero. Este beneficio se pondrá en investigación posteriormente.1.6 Limitaciones1.6.1 Limitaciones de Información La única información que no he tenido acceso es como hacer la programación de un controlador lógico programable (PLC) para que los sensores puedan activar al mecanismo que provocare el movimiento del panel. 1.6.2 Limitaciones de Tiempo El tiempo es una limitación para la investigación, ya que tendría que dejar algunas labores, como ir a la universidad y/o otras labores personales. 1.6.3 Limitaciones Económicas1.7 Definición de términos básicos Fotovoltaico.- material o dispositivo que convierte la energía luminosa en electricidad. PLC.- son dispositivos electrónicos usados en automatización. Azimut.- es el ángulo que forma el horizonte con el punto cardinal Norte.1.8 Diseño de la Investigación1.8.1 Metodología de la Investigación Generales.- se obtiene de un análisis, porque en el transcurso del día se observó que la absorción de los rayos solares no es la misma en todo momento.5 Alarcón Torres, Giancarlo Alonso
  6. 6. SEGUIDOR SOLAR 2013 1.8.2 Tipo de Investigación Mixta.- Porque se recurrió a bibliografías del curso de física en especial al tema de ondas y óptica, en donde se encontró una solución al problema de la eficiencia de absorción. 1.8.3 Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos Análisis de Documentos. – Porque se acudió a bibliografías para encontrar alguna teoría y dar solución al problema. También se consultó en algunas revistas obtenidas de la página web Redalyc. Observación Directa.- En conjunto con el análisis ayudo a determinar el problema de absorción de rayos y a partir de ella dar la solución desde una nueva perspectiva. Internet.- Algunas informaciones fueron recopiladas de páginas web Redalyc que tienen una información de gran confiabilidad. 1.8.4 Procedimientos Planeación.- Las celdas solares sirven para absorber energía solar y convertirla en electricidad, y para que el nivel de electricidad sea lo más constante en todo momento se determinó en colocar un sensor de luz para poder seguir el sol en todo momento y que los rayos incidan en un ángulo de 90° logrando así la mejor absorción durante el día. La realización de los seguidores solares no tiene un gasto muy alto por lo que se puede utilizar en algunas zonas en donde el sol aparece la mayor parte del año y porque no con esta nueva obtención de electricidad poder brindarlas en zonas rurales. Recopilación.- Para determinar el problema de absorción se investigó en libros y en algunas revistas científicas de Redalyc, se pudo obtener algunos datos para la solución y como poner en marcha cada cambio de los paneles solares a un seguidor solar.6 Alarcón Torres, Giancarlo Alonso
  7. 7. SEGUIDOR SOLAR 2013CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO 2.1 Energía Solar y sus Diferentes Usos Existen fuentes de energía que por su carácter de renovables o por la enorme cantidad de reserva de la que se dispone pueden ser consideradas ilimitadas, es el caso del sol. Este se comporta como un proceso de fusión nuclear, en donde se unen los núcleos de átomos ligeros como el hidrogeno y el helio, liberan grandes cantidades de energía radiante que llegan hasta la superficie del sol pasando de unos 20 millones de grados centígrados a unos 6000 grados centígrados. Toda esta energía viaja por la atmosfera; en este punto del camino se filtran los rayos ultravioleta gracias a la acción de la capa de ozono. El sol es la principal fuente de energía para los procesos biológicos del planeta, de esta manera el ser humano ha dependido de este sin darle la importancia que representa en las actividades humanas. En este sentido, la calefacción fue uno de los primeros usos de la energía solar, sin embargo, la utilización de combustible para este mismo fin reemplazo y limito hace unos 2500 años la posibilidad de expandir la energía solar como fuente importante en las actividades que requieren energía calorífica, debido a que la quema de combustibles presentaron una mayor eficiencia y facilidad en la manipulación. La cantidad de energía solar recibida anualmente por la tierra es 1.5x1018 KWh, representa 10000veces el consumo de energía en ese mismo periodo, esto se interpreta como que además de que el sol es el actor principal de los procesos biológicos en la tierra, este puede ser considerado una fuente inagotable de energía la cual puede ser aprovechada mediante un adecuado sistema de captación y conservación a otro tipo de energía, por ejemplo energía eléctrica, térmica entre otras. 2.1.1 Ventajas de la Energía Solar La energía solar es una de las alternativas energéticas más importantes en la actualidad, esta ofrece una serie de ventajas tales como: • Utiliza recursos naturales inagotables, la luz solar. • Es una energía limpia que no genera emisiones de gases contaminantes ni otro tipo de residuos. • Es una solución ideal para disponer de electricidad en zonas aisladas. • Es la única energía renovable que puede instalarse a gran escala dentro de las zonas urbanas. • En el caso de instalaciones conectadas a la red, hay subvenciones públicas y primas a la producción. 7 Alarcón Torres, Giancarlo Alonso
  8. 8. SEGUIDOR SOLAR 2013 • Los paneles y la estructura de soporte pueden desmontarse al final de la vida útil, pudiendo reutilizarse.2.1.2 Desventajas de la Energía Solar Entre los inconvenientes no comparables con los de las fuentes de energías convencionales y más bien propias de las instalaciones y parques solares, se encuentran: • El impacto visual de los parques solares, que suelen ocupar grandes superficies de captación. • Solo se produce energía mientras hay luz y depende del grado de insolación. • El costo de las instalaciones es elevado, sobre todo si se compara con otro tipo de instalaciones que generen la misma potencia. • El periodo de amortización de la inversión es largo. • El rendimiento es bastante bajo, debido a la baja eficiencia de las células solares, en muchos casos inferior al 40%. • El tiempo que deben esperar, según manifiesta la Asociación de la Industria Fotovoltaica.2.2 Definición de un Seguidor Solar Un seguidor solar es un dispositivo mecánico capaz de orientar los paneles solares de forma que estos permanezcan aproximadamente perpendiculares a los rayos solares, siguiendo al sol desde el oeste en la alborada hasta el este en la puesta.2.3 Seguidor Solar según el tipo de movimiento2.3.1 Seguidor de un solo eje La rotación de la superficie de captación se hace sobre un solo eje, este puede ser horizontal, vertical u oblicuo. Este tipo de seguimiento representa un mínimo grado de complejidad y su costo es menor en comparación con otros tipos de seguidores. La limitación de este tipo de seguidor consiste en que no puede realizar un seguimiento completo del sol ya que solo puede seguir la azimut o la inclinación solar, pero no ambas.2.3.2 Seguidor de dos ejes Este tipo de seguidor cuenta con dos grados de libertad y está en capacidad de realizar un seguimiento total del sol, tanto en inclinación como en azimut, aunque el rendimiento de la instalación puede ser superior en comparación con los de un solo eje, es importante mencionar que el de dos ejes resulta ser más costoso.2.4 Seguidor Solar según el tipo de algoritmo de seguimiento2.4.1 Según la Luminosidad8 Alarcón Torres, Giancarlo Alonso
  9. 9. SEGUIDOR SOLAR 2013 El algoritmo de este tipo de seguidor basa su funcionamiento en la señal entregada por uno o varios sensores, dependiendo de dicha señal se envía un comando de control a uno o varios motores para que se posicionen en el punto más adecuado de luminosidad. Este tipo de seguimiento resulta ser de fácil implementación.2.4.2 Con programación astronómica Este tipo de seguidor presenta una total independencia de las condiciones climáticas ya que su algoritmo no requiere de sensores que indiquen cual es el punto más luminoso. El seguimiento en este caso depende únicamente de una serie de ecuaciones que predicen la ubicación del sol en cualquier momento. Aunque este tipo de seguidor resulta ser de gran precisión cabe mencionar que la implementación del algoritmo representa un alto grado de complejidad.2.5 Estructura Física del Seguidor Solar Las dimensiones del panel solar fotovoltaico que se utiliza para la aplicación particular del prototipo del seguidor solar, es de 14x20 cm. Este tamaño define el espacio comprendido entre los pilares principales que sostiene el panel. En primera instancia se encuentra la base, que comprende tres laminas rectangulares de madera triplex unidas, con las dimensiones necesarias para albergar la totalidad de dispositivos del sistema incluyendo el panel solar fotovoltaico, la parte superior de estos se encuentra perforada con el objetivo de darle paso al eje. Ver anexo 1. El eje que pasa a través de los agujeros de los pilares principales posee en uno de sus extremos un acople que es útil al motor que mueve al eje. El acople está compuesto por 4 láminas cuadradas de dimensiones de 7x7 cm. Este tamaño depende del piñón del motor y de la forma que tenga. En este caso el piñón que va encajado al motor es en forma de estrella. Ver anexo 2. Para permitir que el panel solar fotovoltaico sea sostenido por el eje, se utiliza un par de piezas de madera y un contrapeso, necesario para mantener el equilibrio. Este debe tener igual peso que el panel. El peso del panel solar es de 0.63 Kg y para obtener un contrapeso de esa magnitud es necesario unir láminas de madera con dimensiones igual al panel. Ver anexo 3. El motor que mueve el panel solar debe estar sostenido por una pieza que le pueda brindar firmeza en el momento en que entre en acción. Ver anexo 4. Se evidencia nuevas piezas que contienes la estructura del seguidor solar; el soporte lateral y el transversal, este último es donde descansa el motor; la pieza de presión evita que el9 Alarcón Torres, Giancarlo Alonso
  10. 10. SEGUIDOR SOLAR 2013 motor se salga del acople y las cuñas impide que el motor se salga hacia los lados. A partir de dos celdas fotovoltaicas independientes al panel solar, se puede manejar la posición del panel. La diferencia de voltaje entre las celdas determina la inclinación con respecto al punto en el que se encuentra el sol. La manera en que se puede configurar las celdas para este objetivo es como se muestra en el Anexo 5.10 Alarcón Torres, Giancarlo Alonso
  11. 11. SEGUIDOR SOLAR 2013 El algoritmo de este tipo de seguidor basa su funcionamiento en la señal entregada por uno o varios sensores, dependiendo de dicha señal se envía un comando de control a uno o varios motores para que se posicionen en el punto más adecuado de luminosidad. Este tipo de seguimiento resulta ser de fácil implementación.2.4.2 Con programación astronómica Este tipo de seguidor presenta una total independencia de las condiciones climáticas ya que su algoritmo no requiere de sensores que indiquen cual es el punto más luminoso. El seguimiento en este caso depende únicamente de una serie de ecuaciones que predicen la ubicación del sol en cualquier momento. Aunque este tipo de seguidor resulta ser de gran precisión cabe mencionar que la implementación del algoritmo representa un alto grado de complejidad.2.5 Estructura Física del Seguidor Solar Las dimensiones del panel solar fotovoltaico que se utiliza para la aplicación particular del prototipo del seguidor solar, es de 14x20 cm. Este tamaño define el espacio comprendido entre los pilares principales que sostiene el panel. En primera instancia se encuentra la base, que comprende tres laminas rectangulares de madera triplex unidas, con las dimensiones necesarias para albergar la totalidad de dispositivos del sistema incluyendo el panel solar fotovoltaico, la parte superior de estos se encuentra perforada con el objetivo de darle paso al eje. Ver anexo 1. El eje que pasa a través de los agujeros de los pilares principales posee en uno de sus extremos un acople que es útil al motor que mueve al eje. El acople está compuesto por 4 láminas cuadradas de dimensiones de 7x7 cm. Este tamaño depende del piñón del motor y de la forma que tenga. En este caso el piñón que va encajado al motor es en forma de estrella. Ver anexo 2. Para permitir que el panel solar fotovoltaico sea sostenido por el eje, se utiliza un par de piezas de madera y un contrapeso, necesario para mantener el equilibrio. Este debe tener igual peso que el panel. El peso del panel solar es de 0.63 Kg y para obtener un contrapeso de esa magnitud es necesario unir láminas de madera con dimensiones igual al panel. Ver anexo 3. El motor que mueve el panel solar debe estar sostenido por una pieza que le pueda brindar firmeza en el momento en que entre en acción. Ver anexo 4. Se evidencia nuevas piezas que contienes la estructura del seguidor solar; el soporte lateral y el transversal, este último es donde descansa el motor; la pieza de presión evita que el9 Alarcón Torres, Giancarlo Alonso

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