Articulo académico / Academic Paper
Recibido: 29-10-2023, Aprobado tras revisión: 21-12-2023
Forma sugerida de citación: Moreira, A.; Intriago, J.; Pazmiño, I.; Ponce, M. (2024). “Análisis Comparativo del Potencial
Energético Extraíble entre Paneles Fotovoltaicos Fijo y con Sistema de Seguimiento de un Eje Instalados en la ULEAM”. Revista
Técnica “energía”. No. 20, Issue II, Pp. 98-107
ISSN On-line: 2602-8492 - ISSN Impreso: 1390-5074
Doi: https://doi.org/10.37116/revistaenergia.v20.n2.2024.599
© 2024 Operador Nacional de Electricidad, CENACE
Esta publicación es de acceso abierto bajo una licencia Creative Commons
Comparative Analysis of the Extractable Energy Potential between Fixed
Photovoltaic Panels and with an Axis Tracking System Installed at the
ULEAM
Análisis Comparativo del Potencial Energético Extraíble entre Paneles
Fotovoltaicos Fijo y con Sistema de Seguimiento de un Eje Instalados en la
ULEAM
A.A. Moreira-Espinoza1
0009-0003-9867-9778
J.C. Intriago1
0009-0003-9039-4778
I.P. Pazmiño1
0000-0002-5673-8915
M.A. Ponce-Jara1
0000-0002-4450-4740
M.E. Moreano1
0000-0003-3369-4793
1 Universidad Laica Eloy Alfaro de Manabí, Manta, Ecuador
E-mail: e1351209208@live.uleam.edu.ec, e1315172443@live.uleam.edu.ec, ivan.pazmino@uleam.edu.ec
marcos.ponce@uleam.edu.ec, milton.moreano@uleam.edu.ec
Abstract
For years, solar energy has been a subject of study for
electricity generation as an alternative power source.
The main objective of this project is to carry out a
comparative analysis of the production of electrical
energy between fixed photovoltaic panels and those
with tracking systems on one axis. Three solar modules
were designed and built with the same technical
characteristics but different solar tracking systems;
Single-axis tracking systems will use tracking systems
by astronomical programming and light tracking by
LDR sensors. Current, voltage and temperature sensors
were implemented along with software capable of
obtaining the characteristic curves of the production
behavior in each prototype. The data processing, as well
as the management of I/O signals coming from the
different electronic components associated with the
operation of each system, are governed by an Arduino
mega board linked to an Ethernet module to be able to
observe the curves of production from a website, all
operating automatically. Therefore, we determined that
the PV system by astronomical programming is the
most convenient, due to its lower energy consumption
when correcting the panel's position.
Resumen
Desde hace años la energía solar viene siendo motivo de
estudio para la generación eléctrica como fuente de
alimentación alternativa. El objetivo principal de este
proyecto es realizar un análisis comparativo de la
producción de energía eléctrica entre paneles
fotovoltaicos fijos y con sistemas de seguimiento en un
eje. Se diseño y construyó tres módulos solares con las
mismas características técnicas, pero con diferentes
sistemas de seguimiento solar; los sistemas seguidores
de un eje utilizaron sistemas de seguimiento por
programación astronómica y seguimiento de luz por
sensores LDR. Se implementaron sensores de corriente,
voltaje y temperatura, así como un software encargado
de obtener las curvas características del
comportamiento de la producción en cada prototipo. El
procesamiento de los datos, así como la gestión de
señales de E/S proveniente de los diferentes
componentes electrónicos asociados al funcionamiento
de cada sistema, son gobernados por una placa Arduino
mega unida a un módulo ethernet con la finalidad de
poder observar las curvas de producción desde un sitio
web, todo esto operando de manera autómata. Por tanto,
determinamos que el sistema FV por programación
astronómica es el más conveniente, debido a su menor
consumo energético al corregir la posición del panel.
Index terms— System, solar tracker, analysis, LDR,
astronomical programming.
Palabras clave— Sistema, seguidor solar, análisis,
LDR, programación astronómica.
98
Edición No. 20, Issue II, Enero 2024
1. INTRODUCCIÓN
La energía solar es una fuente de energía limpia,
renovable, que no modifica el medio ambiente y sobre
todo gratuita, con amplias aplicaciones en los sistemas
eléctricos de potencia en general [1] . El veintiunavo
estudio del The World Energy Council, menciona que
para el año 2100 el 70% de la energía consumida será de
origen solar [2]. Para poder producir energía eléctrica, el
panel solar no solo depende de la intensidad de la
radiación solar que incide sobre el mismo, sino que
también depende del ángulo en la que esta llega. Ambas
variables son importantes para determinar la producción
de energía, la cual se lleva a cabo a través del efecto
fotovoltaico. Este efecto es la aplicación del efecto
fotoeléctrico de tal manera que se puede generar
electricidad por diferencia de potencial entre dos puntos
al incidir la radiación electromagnética de la luz sobre un
mismo material semiconductor denominado unión p-n.
Este efecto se caracteriza por la producción de corriente
eléctrica mediante dos materiales, piezas que están en
contacto y expuestas a la luz o por lo general, a una
radiación electromagnética
El módulo fotovoltaico tiene un comportamiento que
sigue una curva denominada I-V, según la cual, en un
estado de irradiación solar y de temperatura determinado,
el módulo es capaz de generar una curva de tensión-
intensidad de una morfología representada en la Fig. 1.
[3].
En general el fabricante provee datos operacionales
como la tensión de circuito abierto Voc, la corriente de
cortocircuito Isc, estos datos están referidos a
condiciones estándar de radiación (1000 W/m2) y
temperatura de celda (25° C) [4].
Una de las técnicas utilizadas para aumentar la
captación de radiación solar y por ende la energía
suministrada por la instalación solar fotovoltaica pasa por
implementar un dispositivo como lo es un seguidor solar.
Un seguidor solar es básicamente un dispositivo
formado por una parte fija y una móvil, cuya finalidad es
el aumento de la captación de radiación solar, para esto
necesita una superficie de captación que lo mantenga lo
más perpendicular posible a los rayos del, dentro de su
rango de movimiento [5].
2. DESARROLLO
2.1 Diseño y construcción de parte mecánica del
sistema solar (estructura fija y móvil)
La estructura de cada prototipo se elaboró bajo la
orientación de proyectos como [6]–[8], de tal manera que
sea resistente a fenómenos ambientales que pudieran
afectar el funcionamiento eléctrico y mecánico. Para el
caso de los seguidores de un eje, se determinaron los
siguientes requerimientos de diseño:
• Se necesita el movimiento libre en un eje (este a
oeste) y así mismo poder establecer una
inclinación fija, según la localidad.
• La base principal será de un solo poste fijo al
lugar de instalación.
• La estructura debe soportar el peso del panel
fotovoltaico de 120W (22,5 Voc-7,2 A Icc) con
dimensiones de 670*970*30 mm, para este caso
6,5kg.
• El panel realizará su movimiento mediante un
motor eléctrico en conjunto con un tornillo de
potencia el cual convertirá el movimiento
rotacional a movimiento lineal, otorgando
mayor fuerza y precisión al movimiento del
panel solar
.
La estructura que sujeta el panel fotovoltaico debe
tener la capacidad de girar en un eje, este tiene que
moverse de una manera muy suave y con el coeficiente
más bajo de rozamiento para evitar posibles
atascamientos y desgastes producidos en la acción. La
idea principal del diseño se detalla en la Fig. 3.
Figura1: Curva I-V modelo fotovoltaico [Martínez
Rubio, 2014]
Figura 2: Diseño de seguidor solar [Los autores, 2023]
Figura 1: Plataforma del seguidor solar [Los autores, 2023]
99
Moreira et al. / Análisis del Potencial Energético entre Paneles Fotovoltaicos Fijo y con Sistema de Seguimiento
Para efectuar el movimiento, el eje del motor eléctrico
estará unido a un perno sin fin y así mismo, una tuerca
introducida en un tubo se desplazará a lo largo del perno
haciendo el recorrido, convirtiendo el movimiento
rotacional a lineal [9]. Se utilizó un motor paso a paso
NEMA23, esto se lo aprecia en la Fig. 4.
Teniendo los datos de entrada, se realizaron los
cálculos para determinar el torque del motor a
implementar para elevar y descender la masa del panel
colocado sobre un eje de rotación, (para este caso, se
contempla la elevación como el momento más crítico).
El par para un tornillo de potencia, en este caso (con rosca
ACME o rosca unificada sin collarín) se expresa
mediante (1).
(1)
Por consiguiente, utilizando los datos de la Tabla 1,
se reemplazan los valores y obtenemos el valor que se
observa en (2).
Tabla 1: Datos del tornillo de potencia
Datos de entrada (tornillo de potencia)
(ACME)
6,37 N
10mm
9,25mm
1,5mm
0,2
30º
(2)
En el movimiento de este a oeste, debido a
limitaciones de diseño, la estructura posee 130º libres de
recorrido, lo cuales deberán ser proporcionales a un
numero de vueltas del perno sin fin. Lo antes mencionado
se muestra en la Fig. 5.
En la Fig. 6, observamos los valores de los lados “a y
b”, donde “a” es la medida que forma el actuador lineal
en su punto de máximo de estiramiento (o cuando el
panel se encuentra a 25º de inclinación tal y como se
muestra en la fig. 5). Por otra parte “b” es la distancia que
hay desde el origen del perno sin fin (tomado como
referencia) hasta donde se interceptan las estructuras de
la base y la encargada de sostener el panel fotovoltaico.
Finalmente, la distancia “c” es importante conocerla para
la correcta instalación del segundo punto de apoyo del
actuador lineal.
Proponemos la solución a este problema mediante la
ley del seno para triángulos oblicuángulos. Inicialmente
no tenemos el ángulo , con lo cual:
(3)
Por lo tanto:
(4)
Entonces:
(5)
Por consiguiente, “c” debe tener una distancia de
11.57cm para que el panel fotovoltaico recorra los 130º.
Figura 4: Actuador Lineal [Los autores, 2023]
Figura 5: Rango de movimiento de seguidor solar [Los
autores, 2023]
Figura 6: Representación de triangulo oblicuángulo formado
por la base [Los autores, 2023]
100
Edición No. 20, Issue II, Enero 2024
Para encontrar la relación entre centímetros
recorridos vs grados de inclinación se recurre a plantear
el triángulo de la Fig. 7.
Mediante la ley de coseno buscamos la solución para
este problema, entonces se resuelve se la siguiente forma:
(6)
Finalmente se determina que por cada 0,6mm de
movimiento lineal, el panel aumenta o disminuye 1º en
su inclinación. El paso del tornillo utilizado en el
actuador lineal es de 1,5mm, entonces se concluye que
por cada vuelta completa del motor eléctrico moverá 2,5º
al panel fotovoltaico.
2.2 Diseño electrónico general de los seguidores
solares y panel fijo.
Se utiliza principalmente un Arduino Mega 2560, el
cual será el encargado de gestionar señales de E/S y
ejecutar acciones para el correcto funcionamiento del
sistema, también será quien administre la información de
temperatura y potencia entregada por los seguidores
solares, así como el panel que se encuentra en una
posición fija. El diagrama de funcionamiento del sistema
se muestra en la Fig. 8.
Para obtener la potencia eléctrica que están
entregando los paneles solares a lo largo del día, se optó
por el uso de relevadores, quienes conmutaran los
sensores mediante un pulso proveniente del Arduino
durante un tiempo determinado (9,5 Seg.), colocando en
CC y CA cada panel para conseguir los parámetros de
“Voc y Icc”, luego mediante la programación en Arduino
se obtiene la potencia, esto se detalla en la Fig. 9.
Para el funcionamiento de los sensores y demás
componentes, se necesita un voltaje estable de +5V, por
lo que, se implementó un regulador de voltaje LM7805
en conjunto con un transistor de potencia, el cual
manejara la corriente que circule por el circuito y así
evitar la quema del regulador debido al bajo amperaje
que este puede manejar (500mA). A continuación, se
muestra en la Fig. 10
El motor eléctrico para los dos tipos de seguidores
actuará con dirección de giro y número de vueltas,
aumentando o disminuyendo la longitud del actuador
lineal. Cuando el panel llegue a los limites en cada
extremo “0° y 130°”, el circuito parará la secuencia
debido al accionamiento de los finales de carrera y luego
de esto invertirá el giro del motor, tal y como se muestra
en la Fig. 11.
Figura 7: Representación de triangulo resultante [Los
autores, 2023]
Figura 8: Diagrama de bloques del sistema general [Los
autores, 2023]
Figura 9: Circuito de conmutación [Los autores, 2023]
Figura 10: Regulador de voltaje 5V-10A [Los autores, 2023]
Figura 11: Conexión de motor y finales de carrera [Los
autores, 2023]
101
Moreira et al. / Análisis del Potencial Energético entre Paneles Fotovoltaicos Fijo y con Sistema de Seguimiento
2.3 Diseño de seguidor solar por sensores LDR.
El circuito seguidor por punto luminoso tiene que
detectar el desequilibrio de luz entre las dos
fotorresistencias que controlan la posición del panel. Se
detalla el dispositivo de censado en la Fig.12
Cuando las señales provenientes de estos sensores
determinen que el panel no está orientado perpendicular
al sol, el circuito realizara la acción de enviar una señal
que activara el motor eléctrico encargado de posicionar
el panel, esto se lo representa en la Fig. 13
La señal emitida por los sensores de luz es enviada a
los pines analógicos del Arduino mega y este tendrá la
tarea de leer el voltaje que viajará según la intensidad de
la luz receptada por los LDRs, para después hacer la
comparación entre ambos valores mediante el código de
programación y así enviar la señal hacia los motores, tal
y como se muestra en el diagrama de flujo de la Fig. 14
2.4 Diseño de seguidor solar por programación
astronómica.
Para el desarrollo de este seguidor se utilizó la misma
estructura que el seguidor por punto luminoso; la única
diferencia es que este no requiere sensores de luz
adicionales debido a que su funcionamiento se basa en
cálculos predecibles.
Este seguidor solar utiliza una programación
astronómica para determinar el ángulo de orientación del
panel solar en función de la posición del sol en el cielo
por lo que es importante conocer datos como hora del día,
fecha, latitud y longitud para calcular la posición exacta
del sol en el cielo en un momento dado. Entonces el
diagrama de flujo el cual representa la secuencia de toma
de decisiones para el seguidor solar por programación
astronómica se lo aprecia en la Fig.15
Para determinar el número de pasos del perno sin fin
vs la inclinación (en grados) del panel se usa la aplicación
de Android “El camino del sol”. Esta aplicación muestra
la posición y la trayectoria del sol sobre la localidad
donde se encuentra instalado el panel fotovoltaico (en
este caso Manta-Ecuador) [10]. Con esta información
podemos establecer un rango de 12 horas, que va desde
las 6:00h AM hasta las 18:00H PM de las diferentes
estaciones del año, esto se lo observa en la Fig. 16
Figura 12: Sensores de luz [Los autores, 2023]
Figura 13: Esquema de bloques de seguidor solar por LDR [Los
autores, 2023]
Figura 14: Diagrama de flujo de seguidor solar por sensores
LDR [Los autores, 2023]
Figura 15: Diagrama de flujo de seguidor solar por programación
astronómica [Los autores, 2023]
Figura 16: Trayectoria del sol App “El camino del sol” [Los
autores, 2023]
102
Edición No. 20, Issue II, Enero 2024
Como se aprecia en la Tabla 2 con la información de
la Fig. 15, se realizó un promedio de los ángulos de
inclinación pertenecientes a las diferentes estaciones del
año en función de las horas seleccionadas. Considerando
que la inclinación inicial y final del panel es de 25º se
establece el rango de funcionamiento desde las 9:00h AM
hasta las 17:00h PM.
Tabla 2: Ángulo promedio de altitud del sol de diferentes épocas
del año en Manta
Hora
Inclinación en grados (º) de las diferentes
estaciones del año
Ángulo de
inclinación
promedio (º)
Solsticio
de verano
Solsticio
de
invierno
Equinoccio
de
primavera
Equinoccio
de otoño
6:00
-4,40
-6,10
-3,80
-7,70
-5,50
7:00
9,50
7,80
11,20
7,50
9,0
8:00
23,10
21,40
26,20
22,40
23,30
9:00
36,50
34,70
41,20
37,40
37,50
10:00
49,10
47,20
56,20
52,40
51,20
11:00
60,20
58,10
71,20
67,40
64,20
12:00
67
64,90
86,10
82,40
75,10
13:00
65,60
64,10
78,80
82,50
72,80
14:00
57,10
56,40
63,80
67,40
61,20
15:00
45,40
45,10
48,80
52,60
48,0
16:00
32,50
32,40
33,80
37,60
34,10
17:00
19
19
18,80
22,60
19,90
18:00
5,40
5,40
4
7,70
5,60
En el controlador del motor (TB6600) se elige una
configuración de 3200 pasos por vuelta completa del eje
del motor, ya que se necesita un movimiento suave,
fuerte y preciso. También se configura la corriente que se
va a entregar al motor para su funcionamiento, esto
tomando en cuenta los datos del fabricante. Se puede
observar en la Fig. 17
Teniendo esta información (2,5° por vuelta; 3200
pasos por vuelta), utilizando una regla de tres podemos
determinar el número de pasos necesarios para corregir
la inclinación del panel según las horas del día como se
muestra en la Tabla 3.
Tabla 3: Movimiento del motor Nema23
Hora
Posición
en grados
(º)
Grados (º)
de
movimiento
N: vueltas
para
ejecutar
N: pasos
para
ejecutar
9:00
2537,50
12,50
5
16 000
10:00
37,5051,
20
13,70
5,48
17 536
11:00
51,2064,
20
13
5,20
16 640
12:00
64,2075,
10
10,90
4,36
13 952
12:30
75,1090
14,90
5,96
19 072
13:00
9072,80
17,20
6,88
22 016
14:00
72,8061,
20
11,60
4,64
14 848
15:00
61,2048
13,20
5,28
16 896
16:00
4834,10
13,90
5,56
17 792
17:00
34,1025
9,10
3,64
11 648
Movimiento total
130
2.5 Diseño de panel fijo.
El ángulo de inclinación óptimo de un panel solar fijo
es generalmente igual a la latitud local [11]. Dado que la
latitud del Ecuador es aproximadamente 0 grados, se
recomienda un ángulo de inclinación de alrededor de 0
grados. Esto significa que el panel solar fijo se debe
instalar de manera horizontal, paralelo al suelo.
El panel fotovoltaico reposara sobre una estructura
fija con una inclinación de 5 grados, esto para evitar la
acumulación de lodo, producto de la mezcla del polvo y
agua, considerando los criterios antes mencionados.
Dicho panel estará conectado a los sensores de corriente,
voltaje y temperatura, que a su vez hacen conjunto con la
etapa de conmutación para el proceso de lectura de datos
realizado por el Arduino mega, tal y como se lo realizo
en los sistemas de movimiento, esto se lo aprecia en la
Fig. 18
Figura 17: Configuración de controlador de motor (TB6600)
[Los autores, 2023]
Figura 18: Estructura de panel FV fijo [Los autores, 2023]
103
Moreira et al. / Análisis del Potencial Energético entre Paneles Fotovoltaicos Fijo y con Sistema de Seguimiento
3. EVALUACION DE LOS RESULTADOS
En los predios de la Universidad Laica Eloy Alfaro
de Manabí (ULEAM) se encuentra instalada una estación
meteorológica automática que permite monitorear la
dirección y velocidad del viento, así como la los datos de
radiación de la zona. Los datos se exportaron en
intervalos de 2 minutos a la plataforma Web (IoT) de
Ubidots, esto mediante la incorporación de una Ethernet
shield con la finalidad poder visualizar los valores de
potencia y temperatura en tiempo real. En la MicroSD los
datos se guardaron después de realizar el producto de
mediciones promedio de los paneles FV “Icc y Voc”
(cada 20 segundos), de igual forma la potencia
consumida por los sistemas de movimiento en un eje
medida por sensores independientes, esto con la finalidad
de tener una mayor precisión en el estudio. En la Fig. 19,
se observa que ambos sistemas fueron colocados a pocos
metros de la estación meteorológica.
El análisis de rendimiento de producción se lo realizo
diariamente, a partir desde el momento de la instalación
(durante 16 días).
La Tabla 4 muestra los datos de radiación solar de la
zona durante el tiempo de estudio, también de la energía
extraída de cada sistema solar como lo son: el sistema de
seguimiento por programación astronómica (SFV1),
sistema de seguimiento por punto luminoso o sensores
LDR (SFV2) y sistema solar fijo (SFV3). Desde el SFV1
la producción de energía eléctrica total en los días de
estudio fue de 9,46 kWh respectivamente. Por
consiguiente, desde el SFV2 la producción de energía
eléctrica fue de 9,96 kWh respectivamente. Por su parte,
desde el SFV3 la producción de energía eléctrica fue de
7,19 kWh respectivamente. La fig. 20 muestra la
comparación de las curvas características de energía
eléctrica de cada sistema FV y también la radiación de la
zona. Esto demuestra que sistema estuvo liderando la
producción en comparativa al sistema FV fijo.
Tabla 4: Análisis de rendimiento de los sistemas FV instalados en
la ULEAM
Rendimiento energético de los sistemas Fv
Días de estudio "
desde (06:00AM-
18:00PM)"
Radiación
Solar
Wh/m2
SFV1
(Wh)
SFV2
(Wh)
SFV3
(Wh)
19-jun
3826,64
397,08
458,57
371,31
20-jun
3500,01
510,15
535,08
380,24
21-jun
4077,14
667,82
695,27
501,46
22-jun (Mayor)
5523,03
1038,34
1064,25
713,53
23-jun
4253,94
688,13
724,07
56,42
24-jun
3197,88
448,39
479,08
342,69
25-jun
3064,91
360,24
394,07
316,24
26-jun
4327,52
965,42
1002,40
681,24
27-jun
3132,33
480,12
505,81
347,86
28-jun (Promedio)
3142,84
559,47
587,72
495,18
29-jun
2711,52
264,50
297,76
261,19
30-jun
3801,56
509,76
531,28
432,45
1-jul
3740,82
552,05
586,59
381,98
2-jul (Menor)
1907,45
191,81
211,28
152,77
3-jul
4260,42
834,87
862,62
586,56
4-jul
4632,28
992,11
1022,37
666,16
TOTAL (*k)
59,10
9,46
9,96
7,19
(a)
Figura 19: Sistema FV y estación meteorológica instalados en la
ULEAM. Tablero general de conexiones del hardware de los
sistemas fotovoltaicos [Los autores, 2023]
(b)
104
Edición No. 20, Issue II, Enero 2024
La Tabla 5 muestra los valores de temperatura
promedio alcanzados por los paneles de cada sistema FV,
testeados por los sensores de temperatura (LM35) que
fueron colocados sobre el panel. También se encuentran
los valores del consumo de los motores eléctricos
NEMA23 durante las horas de funcionamiento en el
trayecto de los días de estudio, colocados en los SFV1 y
SFV2. La fig. 21 muestra la comparativa de las curvas
características de temperatura promedio por día de cada
panel que conforman los diferentes sistemas FV.
Tabla 5: Datos de temperatura y consumo de energía eléctrica por
los motores de los SFV1 y SFV2
Temperatura promedio de los sistemas FV y consumo de motores
Días de estudio "
desde (06:00AM-
18:00PM)"
SFV1
(ºC)
SFV2
(ºC)
SFV3
(ºC)
M1
SFV1
(Wh)
M2
SFV2
(Wh)
19-jun
28,4
30,1
27,5
3,63
37,68
20-jun
34,04
34,38
32,89
4,02
36,45
21-jun
32,38
32,25
28,49
3,72
44,23
22-jun (Mayor)
36,11
36,20
31,12
3,66
41,54
23-jun
30,59
31,03
30,70
3,46
37,77
24-jun
30,71
31,00
27,57
3,19
37,74
25-jun
29,36
30,17
27,29
3,46
37,24
26-jun
32,81
32,88
29,48
3,26
39,37
27-jun
30,18
30,80
28,50
2,84
35,42
28-jun (Promedio)
31,15
32,00
31,17
3,26
37,45
29-jun
27,21
27,94
25,61
3,17
36,34
30-jun
31,54
32,87
28,98
3,09
35,95
1-jul
30,87
31,77
28,52
3,01
35,43
2-jul (Menor)
27,39
28,30
26,42
3,32
35,04
3-jul
32,83
33,97
31,40
3,21
35,97
4-jul
33,62
33,13
31,75
3,05
35,28
TOTAL (*k)
0,05
0,60
La Tabla 6 muestra el consumo promedio de los
componentes electrónicos que conforman el sistema,
determinado por su “datasheet” y horas de uso, consumo
que se suma al consumo de los motores para el análisis.
Tabla 6: Consumo de energía por componentes que conforman el
sistema FV general y costos.
Consumo en (W)
Horas
de uso
Wh
diarios
Valor por sistema con
motor y panel FV $
Arduino + RTC
1,2
24
28,8
SFV1
210
Sistema de (relé
y sensores)
2,4
12
28,8
SFV2
260
LDR
0,1
12
1,2
SFVfijo
120
Total
58,8
Estructura
12
La Tabla 7 muestra los datos del estudio global de los
sistemas fotovoltaicos, en donde se analiza la producción
de los seguidores solares (SFV1 y SFV2) respecto al
panel fijo, contemplando las pérdidas que tiene cada uno
por el movimiento realizado para corregir la posición del
panel para mantenerlo perpendicular al sol. Se propuso
dos escenarios para el análisis, con el sistema de
medición de potencia (circuito de conmutación)
incorporado para la investigación y sin este. Por
consiguiente, el SFV1 obtuvo una producción energética
total de 9,46 kWh, superior en un 31,63% (2,27 kWh
extra) a la producción del panel fijo quien tuvo una
producción energética total de 7,19 kWh. De esos 2.27
Figura 20: Comparativa general de las curvas características de
radiación solar y energía extraída de los sistemas fotovoltaicos
por día [Los autores, 2023]
Figura 21: Comparativa general de las curvas características de
temperaturas en paneles FV [Los autores, 2023]
105
Moreira et al. / Análisis del Potencial Energético entre Paneles Fotovoltaicos Fijo y con Sistema de Seguimiento
kWh, el SFV1 pierde alrededor del 20,80% al corregir la
posición del panel FV, aprovechando netamente 1,8
kWh, equivalentes a 25% (este análisis sin el sistema de
medición) y con el sistema de medición pierde alrededor
del 43,26% quedando con un rendimiento adicional neto
de 1,29 kWh, equivalentes a un 18%.
Por consiguiente, el SFV2 obtuvo una producción
energética total de 9,96 kWh, superior en un 38,55%
(2,77 kWh extra) a la producción del panel fijo quien tuvo
una producción energética total de 7,19 kWh. De esos
2.77 kWh, el SFV2 pierde alrededor del 38,50% al
corregir la posición del panel FV, aprovechando
netamente 1,7 kWh, equivalentes a 24% (este análisis sin
el sistema de medición) y con el sistema de medición
pierde alrededor del 55,23% quedando con un
rendimiento adicional neto de 1,24 kWh, equivalentes a
un 17%.
Tabla 7: Datos de producción y consumo durante las pruebas.
% de potencial extraíble y consumible de
sistemas FV
Equivalente en kWh
panel fijo
100
7,19
SFV1
100
9,46
SFV2
100
9,96
Consumo de motor-SFV1
100
0,05
consumo de motor-SFV2
100
0,60
Incremento % de Energía E. de SFV
Equivalente en kWh
SFV1 vs panel fijo
31,63
2,27
SFV2 vs panel fijo
38,55
2,77
SFV2 vs SFV1
5,26
0,50
Diferencia % de consumo entre motores
Equivalente en kWh
SFV2 vs SFV1
1022,
68
0,55
Consumo en (kWh) por
movimiento sin sistema de
medición
%
kWh
útil
% Perdidas
por
movimiento
(kWh)
Netos
Arduino + motor de SFV1
0,47
79,20
20,80
1,80
Arduino + LDR+ motor
SFV 2
1,07
61,50
38,50%
1,70
Consumo en (kWh) por
movimiento con sistema de
medición
%
kWh
útil
% Perdidas
por
movimiento
(kWh)
Netos
SFV1
0,98
56,74
43,26
1,29
SFV2
1,53
44,77
55,23
1,24
4. CONCLUSIONES
Una vez finalizada la presente investigación se ha
llegado a las siguientes conclusiones:
• Mediante el uso de los seguidores solares se
obtiene un incremento en la captación de
energía solar de un 31,63% para el SFV1 y
38,55% para el SFV2 lo que representa un 2,27
y 2,77 kWh superior al rendimiento del panel
solar fijo durante los días de estudio según la
tabla 7.
• Debido a la capacidad de ajustar su posición en
función del ángulo óptimo de incidencia solar a
lo largo del día, los seguidores FV en un eje
presentan una mayor eficiencia en la captación
de energía solar en comparativa con el sistema
solar fijo, siendo hasta 25% más eficiente el
SFV1 y 24% el SFV2 (considerando las
pérdidas de energía en ambos casos) tal y como
se lo muestra en la Tabla7. Esto es muy
importante ya que el sistema SFV2 tiene un
costo superior al SFV1 según la Tabla 6, por lo
tanto, resulta más conveniente el SFV1 por
obtener casi los mismos valores porcentuales de
extracción energética.
• Mientras que el seguidor solar por sensores
LDR es quién más porcentaje de producción
adicional consigue, también es quién más
energía pierde en el movimiento ya que su
motor siempre está activo y el SFV1 solo
ejecuta movimientos en las horas programadas,
quedando así con un porcentaje de energía
levemente superior. Como se muestra en la
Tabla 4, el sistema de rastreo justifica su uso en
lugares donde existe un índice continuo de
buena radiación solar, tal y como se lo demostró
en el día 22 de junio, mientras que en lugares
donde el índice de radiación es bajo y escaso no
se justifica el uso de estos sistemas, ya que la
diferencia de producción es despreciable según
se observa en el día 2 de julio.
5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] I. Pazmiño, D. Ochoa, E. P. Minaya, and H. P. Mera,
“Use of Battery Energy Storage Systems to Enhance
the Frequency Stability of an Islanded Microgrid
Based on Hybrid Photovoltaic-Diesel Generation.,”
Energy and City. CSECity 2021. Lecture Notes in
Networks and Systems, vol. 379, 2022.
[2] S. Gochhait, R. Asodiya, T. Hasarmani, V. Patin and
O. Maslova, "Application of IoT: A Study on
Automated Solar Panel Cleaning System," 4th
International Conference on Electrical, Control and
Instrumentation Engineering (ICECIE),
KualaLumpur, Malaysia, 2022, pp. 1-4, doi:
10.1109/ICECIE55199.2022.10000375, 2022
106
Edición No. 20, Issue II, Enero 2024
[3] A. Barman, M. Islam, M. Mannan and M. B. H.
Bhuian, "Energy Payback Analysis of Building
Integrated Photovoltaic of High-rise Buildings in
Urban Areas," International Conference on Energy
and Power Engineering (ICEPE), Dhaka,
Bangladesh, 2022, pp. 1-5, doi:
10.1109/ICEPE56629.2022.10044909, 2022.
[4] C. A. Belhadj, A. M. Ba-Abbad and R. Ben-
Mansour, "An Integrated Thermal and Electrical
Model for PV Panel Performance," 15th
International Multi-Conference on Systems, Signals
& Devices (SSD), Yasmine Hammamet, Tunisia,
2018, pp. 769-772, doi:
10.1109/SSD.2018.8570608, 2018.
[5] M. H. Bin Ishak, N. Burham, M. Masrie, Z. Janin
and R. Sam, "Automatic Dual-Axis Solar Tracking
System for Enhancing the Performance of a Solar
Photovoltaic Panel,", IEEE 9th International
Conference on Smart Instrumentation, Measurement
and Applications (ICSIMA), Kuala Lumpur,
Malaysia, 2023, pp. 279-283, doi:
10.1109/ICSIMA59853.2023.10373430, 2023.
[6] C. M. Alarcón Aguirre and C. D. Lopéz Estévez,
“Desarrollo e Implementación del Control de un
Seguidor Solar en un eje con Estrategias de
Posicionamiento Para Paneles Fotovoltaicos en la
Ciudad de Quito,” Escuela Politécnica Nacional,
Quito, 2019.
[7] V. Kher, S. Sharma, S. H. M, M. N, Y. O. M and N.
A. Bhinge, "Scheduled single axis solar tracker
system for improvisation of energy efficiency," 4th
International Conference on Smart Systems and
Inventive Technology (ICSSIT), Tirunelveli, India,
2022, pp. 787-791, doi:
10.1109/ICSSIT53264.2022.9716418. 2022
[8] R. Z. Suárez and H. F. V. Flores, “Comparación
tecno-económica de la implementación de algoritmo
de retroceso en sistemas fotovoltaicos sobre terreno
con seguidores solares de un eje en Honduras.,”
ENERLAC. Revista de energía de Latinoamérica y
el Caribe, vol. 5, pp. 72–90, 2021.
[9] Á. Rey-Baltar de la Rica, “Diseño y análisis de un
actuador lineal electromecánico anti bloqueante.,”
Escuela de Ingeniería de Bilbao, Bilbao, 2023.
[10] M. Gutiérrez Chávez, “Seguidor Solar con
Plataforma Stewart (Solar Tracker with Stewart
Platform),” Universidad de Cantabria, 2022.
[11] "IEEE Draft Recommended Practice for Testing
the Performance of Stand-Alone Photovoltaic Systems,"
in IEEE P1526/D7, August 2020 , vol., no., pp.1-31, 3
Sept. 2020.
Biografías Anghelo A. Moreira Espinoza. -
Nació en Santo Domingo de los
Tsáchilas, Ecuador en 1999.
Recibió su título de Ingeniero
Eléctrico de la Universidad Laica
Eloy Alfaro de Manabí en 2023.
Juan Carlos Intriago. - Nació en
Manabí en 1992. Recibió su título
de Ingeniero Eléctrico de la
Universidad Laica Eloy Alfaro de
Manabí en 2023.
Iván P. Pazmiño Ordoñez.–
Ingeniero Eléctrico, Escuela
Politécnica Nacional, 2015. M.Sc.
Ingeniería Eléctrica, Universidad
Politécnica de Madrid, 2019.
MBA mención Operaciones de
Sectores Estratégicos, Escuela
Politécnica Nacional, 2023.
Actualmente se desempeña como Docente en la Carrera
de Ingeniería Eléctrica en la Universidad Laica Eloy
Alfaro de Manabí.
Marcos. A. Ponce-Jara.–Ingeniero
Técnico en Telecomunicaciones,
especialidad en Sistemas
Electrónicos, Universidad
Politecnica de Cataluña, España
(UPC), 2008. Doctor en
Tecnologías Insdustriales,
Universidad Nacional de Educación
a Distancia de España (UNED), 2019. Actualmente se
desempeña como Docente en la Carrera de Ingeniería
Eléctrica en la Universidad Laica Eloy Alfaro de Manabí.
Milton E. Moreano Alvarado.–
Ingeniero Eléctrico, Universidad
Laica Eloy Alfaro de Manabí
(ULEAM) (2009), Máster en
Energias Renovables y Eficiencia
Energética, Universidad de
Zaragoza, España (2014).
Actualmente es Docente en la
carrera de Ingenieria Electrica en la Universidad Laica
Eloy Alfaro de Manabí.
107
