Desarrollo y creación de un prototipo de seguidores solares de dos ejes en paralelo con un sistema de accionamiento descentralizado

Abstract

[ES] Los seguidores solares son una tecnología que mejora la eficiencia de las huertas solares. Esto se debe a que el hecho de que permiten aumentar la potencia máxima y el espaciamiento temporal de la producción. El principal inconveniente de este tipo de seguidores es su elevado coste de fabricación de fabricación en comparación con los seguidores solares fijos. Las desventajas de estos dispositivos y su elevado coste hacen pertinente el diseño de una propuesta de mejora. Los seguidores solares de dos ejes existentes se comportan como soportes móviles que incorporan todos los componentes necesarios para funcionar como unidades completas en sí mismas. Sus componentes pueden ser divididos en tres categorías, sistema de control, sistema de accionamiento y estructura. Si se tienen todos los seguidores en la misma ubicación deben moverse de forma sincronizada. Esto le permite centralizar los sistemas de control y accionamiento. Es mediante la centralización de estos sistemas que se pretende reducir los costes de fabricación de los seguidores. de fabricación de los seguidores. Se ha fabricado un prototipo a pequeña escala para demostrar que este concepto de centralización de sistemas es posible. Para ello, se utilizó un software de CAD y una impresora 3d para fabricar las piezas estructurales. Para el sistema de movimiento se utilizó un sistema basado en 4 motores paso a paso que transmiten su movimiento a la estructura mediante el uso de cables y poleas. Se utilizó un Arduino Mega para recibir y enviar comandos o datos a sensores, servidores web y motores. Para el control y monitorización del prototipo se estableció una plataforma plataforma web. En el proceso de diseño se utilizaron diferentes herramientas y métodos entre los que destacan: caracterización de sensores, simulaciones vectoriales en Matlab y programación de algoritmos de movimiento. Se realizaron pruebas de rendimiento en el prototipo y en las plataformas web. A partir de de ellas fue posible demostrar la funcionalidad del diseño, así como obtener los ángulos de giro máximos. Estos ángulos de giro fueron de tiene 360º de giro en acimut y 80º de giro en elevación. También se probó con éxito la funcionalidad de las plataformas web. Una vez demostrado el concepto de diseño, era necesario demostrar que la centralización de los sistemas se traducía en una reducción de costes. Para ello, se creó un modelo de costes de fabricación a escala real se creó un modelo de costes de fabricación a escala real. Para ello se utilizó un software de CFD y estructural. Esto permitió obtener los datos de carga y tensión necesarios para el dimensionamiento. Con este estudio fue posible determinar las relaciones de las variables de las que dependía la estimación de costes. Entre las relaciones pudo determinar el impacto de la selección de un límite de velocidad del viento, o la relación del número de seguidores en serie con la relativa mejora en los costes de fabricación. Finalmente, para comprobar que estos costes se el modelo creado se comparó con los costes de fabricación del modelo de seguidor ST2408PH del modelo de seguidor ST2408PH. Desde el punto de vista económico, esta comparación arrojó una reducción de costes real del 23,5%.

[EN] Solar trackers are a technology that improves the efficiency of solar farms. This is due to the fact that they allow for an increase in the peak power and the temporary spacing of the production. The main drawback of these types of trackers is their high manufacturing cost compared to fixed solar trackers. The disadvantages of these devices and their high cost make it pertinent to design an improvement proposal. Existing two-axis solar trackers behave as mobile supports incorporating all the necessary components to work as complete units in themselves. Its components can be divided into three categories, control system, drive system and structure. If you have all the trackers in the same location they should move synchronously. This allows you to centralize the control and drive systems. It is by centralizing these systems that the manufacturing costs of the trackers are intended to be reduced. A small-scale prototype was fabricated to prove that such a concept of centralizing systems is possible. For this purpose, a CAD software and a 3d printer were used to manufacture the structural parts. For the movement system it was used a system based on 4 stepper motors that transmit their motion to the structure through the use of cables and pulleys. An Arduino Mega was used for receiving and sending commands or data to sensors, web servers and motors. For the control and monitoring of the prototype a web platform was established. In the design process different tools and methods were used, among which are: sensor characterizations, vector simulations in Matlab, and programming of motion algorithms. Performance tests were carried out on the prototype and on the web platforms. From these it was possible to demonstrate the functionality of the design as well as to obtain the maximum rotation angles. These turn angles were of has 360º of azimuth turn and 80º of elevation turn. The functionality of the web platforms was also successfully tested. Once the design concept was demonstrated, it was necessary to prove that centralizing systems resulted in a cost reduction. To this end, a full-scale manufacturing cost model was created. For this purpose it was used a CFD and structural software. This allowed him to obtain the load and stress data needed for sizing. With this study it was possible to determine the relationships of the variables on which the cost estimation depended. Among the relationships it was able to determinate the impact of selecting an operating wind speed limit, or the relationship of the number of trackers in series with the relative improvement in manufacturing costs. Finally, in order to verify that these costs were reduced, the model created was compared with the manufacturing costs of the ST2408PH tracker model. Financially, this comparison yielded a 23.5% actual cost reduction.