Denominación del proyecto: Sistema de seguimiento automatizado para paneles solares Proyecto GIRASOL.
Breve resumen del proyecto
El proyecto incluye todo el Diseño y desarrollo de un sistema de seguimiento solar para la optimización de la producción energética renovable en instalaciones fotovoltaicas de pequeña y mediana escala. El desarrollo del sistema de detección de puntos de máxima eficiencia usando aprendizaje automático (Machine Learning) en Arduino para controlar el movimiento en un eje (seguimiento este-oeste) y en dos ejes, este último orientado a ofrecer seguimiento solar en instalaciones móviles (barcos, caravanas, etc.).
Este proyecto se desarrolla conjuntamente con alumnos de CFGS de Energías Renovables del IES San Cristóbal.
Justificación del proyecto
La situación actual de dependencia energética, los conflictos bélicos, la emergencia climática y la escasez de recursos; todos estos factores nos empujan hacia un sistema más eficiente de producción energética, las energías de fuentes renovables, con sus limitaciones, son en la actualidad la salida económica y ambientalmente responsable en la renovación del sistema de producción de energía. Los costes de los paneles solares fotovoltáicos han sufrido un gran caída en los precios de adquisición, si bien esta línea descendiente está encontrando un repunte reciente, los costes de una instalación solar fotovoltáica se mantienen en el rango de lo rentable si tenemos en cuenta las subidas e inestabilidad de la energía procedente de otras fuentes.
A nivel formativo nos encontramos con una presencia cada vez más fuerte de sistemas inteligentes, aplicar una solución a pequeña escala permite preparar al alumnado a una realidad profesional plagada de sistemas emergentes que podrían llegar a desplazar a técnicos no cualificados en la materia.
Con respecto a las áreas a las que se adscribe en el caso de I.E.S. El Rincón es el CFGM Sistemas Microinformáticos y Redes al módulo profesional de Sistemas Operativos Monopuesto. La formación del módulo contribuye a alcanzar, entre otros, los siguientes objetivos generales:
a) Organizar los componentes físicos y lógicos que forman un sistema microinformático, interpretando su documentación técnica, para aplicar los medios y métodos adecuados a su instalación, montaje y mantenimiento.
g) Localizar y reparar averías y disfunciones en los componentes físicos y lógicos para mantener sistemas microinformáticos y redes locales.
h) Sustituir y ajustar componentes físicos y lógicos para mantener sistemas microinformáticos y redes locales
i) Interpretar y seleccionar información para elaborar documentación técnica y administrativa.
j) Valorar el coste de los componentes físicos, lógicos y la mano de obra, para elaborar presupuestos.
k) Reconocer características y posibilidades de los componentes físicos y lógicos, para asesorar y asistir a clientes.
l) Detectar y analizar cambios tecnológicos para elegir nuevas alternativas y mantenerse actualizado dentro del sector.
m) Reconocer y valorar incidencias, determinando sus causas y describiendo las acciones correctoras para resolverlas.
En el caso del C.I.F.P. San Cristóbal este proyecto se adscribe al CFGS de Energías Renovables al módulo profesional de Configuración de Instalaciones Fotovoltaicas ya que la formación del módulo contribuye a alcanzar, entre otros, los siguientes objetivos generales:
i) Gestionar el desarrollo de proyectos de diferentes tipologías de instalaciones solares fotovoltaicas, realizando los cálculos pertinentes y elaborando la documentación técnica.
j) Realizar el montaje, la operación y el mantenimiento de instalaciones solares fotovoltaicas partiendo de la interpretación de la información técnica contenida en proyectos y otros documentos técnicos.
k) Organizar las labores de montaje de instalaciones solares fotovoltaicas, elaborando planes y criterios de supervisión.
ñ) Resolver situaciones, problemas o contingencias con iniciativa y autonomía en el ámbito de su competencia, con creatividad, innovación y espíritu de mejora en el trabajo personal y en el de los miembros del equipo.
Objetivos del Proyecto
El proyecto busca el desarrollo de un sistema de fácil incorporación a los anclajes estándar de placas solares fotovoltaicas para convertir una instalación solar fija en una instalación orientable de forma automática (seguidores fotovoltaicos) que permita maximizar la producción solar.
La producción de una instalación solar fotovoltaica sin seguimiento, para un día despejado, centra su producción pico en las horas de máxima radiación directa del sol. Esta producción, cómo muestran las siguientes imágenes para sendos días despejados, varían dependiendo de la época del año:
Producción solar en invierno Producción solar en verano
Con un sistema de seguimiento se consigue ensanchar las gráficas de producción, según algunos productos comerciales, esta producción se puede incrementar en un 45%.
La producción eléctrica en invierno es naturalmente menor, pero también se ve afectada por una inadecuada inclinación de los paneles ante la posición menos vertical del Sol, este efecto se agrava en instalaciones coplanares (sin apenas inclinación), cada vez más comunes en viviendas y la habitual en automóviles y barcos. Un sistema de seguimiento como el propuesto permitirá también mejorar esta situación.
La solución propuesta resultará en la posibilidad de dos productos el seguimiento en un eje y en dos ejes. El primero pensado para el seguimiento en un eje (seguimiento este-oeste) siendo de aplicabilidad en el caso de instalaciones estáticas (edificaciones). Y el segundo para un seguimiento dinámico norte-sur, este-oeste (seguimiento en 2 ejes) de aplicabilidad en el caso de instalaciones móviles (medios de transporte) en ningún caso pensado para el seguimiento mientras hay movimiento debido a las tensiones producidas por el viento sobre los paneles y el sistema de sujeción, además de los peligros de los posibles cambios en la aerodinámica.
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Sistema de seguimiento en 1 eje (2 puntos de anclaje móviles y bisagra en el lateral estático) |
Sistema de seguimiento en 2 ejes (3 puntos de anclaje) |
En lo que respecta al sistema informático se utilizará Arduino como sistema base. En el ámbito del sistema sensor se contará con una matriz de nueve fotoresistores LDR colocados de manera semiesférica que permitirán adquirir información del nivel de luz del entorno desde distintos ángulos. El sistema actuador constará de motores paso a paso, dos motores para el movimiento en un eje y tres para el movimiento en dos ejes. Junto a estos motores va unido un sistema para subir o bajar las placas solares en el punto de anclaje.
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