Artículo Académico/ Academic Paper
Recibido: 04-05-2025, Aprobado tras revisión: 04-07-2025
Forma sugerida de citación: Gallardo, C.; Cruz, L. (2025). “Optimización de la Captación Solar mediante un Seguidor de Doble
Eje Basado en Algoritmo Astronómico en una Estación Fotovoltaica de Pequeña Escala. Revista Técnica “energía”. No. 22, Issue
I, Pp. 70-79.
ISSN On-line: 2602-8492 - ISSN Impreso: 1390-5074
Doi: https://doi.org/10.37116/revistaenergia.v21.n2.2025.711
© 2025 Autores Esta publicación está bajo una licencia internacional Creative Commons Reconocimiento
No Comercial 4.0
Optimization of Solar Capture Using a Dual-Axis Tracker Based on an
Astronomical Algorithm in a Small-Scale Photovoltaic Station
Optimización de la Captación Solar mediante un Seguidor de Doble Eje
Basado en Algoritmo Astronómico en una Estación Fotovoltaica de Pequeña
Escala
C.F. Gallardo1
0009-0007-3706-8892
L.R. Cruz1
0000-0003-3618-8853
1Universidad Técnica de Cotopaxi, Cotopaxi, Latacunga, Ecuador
E-mail: cristian.gallardo@utc.edu.ec , luis.cruz@utc.edu.ec
Abstract
This paper presents the design, implementation, and
evaluation of a dual-axis solar tracking system based on
an intermediate-resolution astronomical algorithm. The
system was installed on the rooftop of Block B at the
Technical University of Cotopaxi and consists
exclusively of photovoltaic modules, with no inverters
or loads, allowing safe measurement of short-circuit
current (Isc) as an indicator of energy capture. Two
calibrated photovoltaic reference cells were used to
record the incident irradiance on both a mobile and a
fixed array (inclined at 15° north). The astronomical
algorithm calculates solar elevation and azimuth angles
in real time, triggering actuator movement when angular
deviation exceeds ±1°. Results show a 19.85% average
increase in irradiance captured by the mobile system
compared to the fixed system. Additionally, the
correlation between inclination angle and irradiance is
analyzed, and the solar path model is validated. This
research constitutes the first phase of a broader project
that will integrate hybrid control strategies and
economic analysis in future stages.
Resumen
Este trabajo presenta el diseño, implementación y
evaluación de un sistema de seguimiento solar de doble
eje basado en un algoritmo astronómico de resolución
intermedia. El sistema fue instalado en la terraza del
Bloque B de la Universidad Técnica de Cotopaxi, y se
conforma exclusivamente por módulos fotovoltaicos,
sin inversores ni cargas, permitiendo así la medición
segura de la corriente de cortocircuito (Isc) como
variable de análisis. Se emplearon dos celdas
fotovoltaicas calibradas para registrar la irradiancia
incidente en un sistema móvil y otro fijo (inclinado a
15° hacia el norte). El algoritmo astronómico calcula en
tiempo real los ángulos de elevación y acimut, activando
el movimiento cuando la diferencia angular supera ±1°.
Los resultados indican un incremento promedio del
19.85 % en la irradiancia captada por el sistema móvil
respecto al fijo. Se incluye además un análisis de
correlación entre el ángulo de inclinación y la
irradiancia, así como validación de la trayectoria solar
calculada. Esta investigación representa la primera fase
de un proyecto que integrará control híbrido y análisis
económico en etapas futuras.
Index terms Dual-axis tracking, Photovoltaic system,
Position control, Solar resource optimization
Palabras clave Seguimiento de doble eje, sistemas
fotovoltaicos, control de posición, optimización del
recurso solar.
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Edición No. 22, Issue I, Julio 2025
1. INTRODUCCIÓN
La creciente demanda energética mundial y la
necesidad de reducir el impacto ambiental asociado a la
generación de electricidad han impulsado el desarrollo de
tecnologías basadas en fuentes renovables. Entre ellas, la
energía solar fotovoltaica destaca por su disponibilidad
global, su carácter limpio y su potencial de escalabilidad
tanto en aplicaciones residenciales como industriales [1].
Aunque los costos de los módulos fotovoltaicos han
disminuido de manera significativa en la última década,
mejorar la eficiencia de captación de la radiación solar
sigue siendo un desafío técnico relevante [2].
Tradicionalmente, los sistemas fotovoltaicos de
instalación fija aprovechan solo una fracción de la
energía solar disponible, debido a la variación diaria y
estacional de la posición del sol respecto a la superficie
terrestre.
En respuesta a esta limitación, el uso de sistemas de
seguimiento solar se ha consolidado como una estrategia
efectiva para incrementar la captación de energía. Los
seguidores solares de doble eje permiten que los módulos
fotovoltaicos mantengan una orientación casi
perpendicular a los rayos solares a lo largo del día y del
año, optimizando así el rendimiento del sistema. Estudios
reportan incrementos de hasta un 40 % en la generación
anual de energía en comparación con instalaciones fijas,
dependiendo de la ubicación geográfica y las condiciones
climáticas locales [3][4].
En el contexto ecuatoriano, caracterizado por altos
niveles de irradiación solar y una ubicación geográfica
privilegiada, la implementación de sistemas de
seguimiento solar representa una oportunidad estratégica
para maximizar el aprovechamiento del recurso solar [5].
Sin embargo, el desarrollo de tecnologías de seguimiento
de bajo costo, confiables y adaptables a sistemas de
pequeña escala aún enfrenta desafíos técnicos y de
integración.
Este trabajo presenta la implementación de un sistema
de seguimiento solar de doble eje en una estación
fotovoltaica de 560 Wp ubicada en Latacunga, Ecuador.
El sistema utiliza un algoritmo astronómico para
determinar en tiempo real la posición del sol, combinado
con un esquema de control ON-OFF basado en la
comparación entre los ángulos calculados y los medidos
por un inclinómetro digital. Se evalúa experimentalmente
el desempeño del sistema en comparación con una
instalación fija, analizando la mejora en la captación de
irradiancia diaria.
2. ANTECEDENTES DE INVESTIGACIÓN
El seguimiento solar ha sido ampliamente investigado
como estrategia para incrementar la eficiencia de los
sistemas fotovoltaicos, particularmente en regiones con
altos niveles de irradiancia. De acuerdo con estudios
recientes, un sistema de seguimiento solar de doble eje
puede incrementar la captación de energía entre un 30 %
y un 50 % en comparación con instalaciones de
inclinación fija [3][4].
Los sistemas de seguimiento se clasifican según sus
grados de libertad y la tecnología de rastreo utilizada.
Dentro de los grados de libertad, los sistemas de un
solo eje permiten el movimiento de los paneles en una
dirección (usualmente este-oeste), mientras que los de
doble eje ajustan simultáneamente la elevación y el
acimut, manteniendo de manera más precisa la
perpendicularidad de los módulos respecto a los rayos
solares a lo largo del día y del año [6].
En cuanto a la tecnología de rastreo, se identifican:
Sistemas pasivos, que se activan por efectos
térmicos y no requieren electrónica, aunqye su
ganancia energética es menor.
Sistemas activos, que usan motores eléctricos y
estrategias de control más precisas.
Sistemas ópticos, basados en sensores de luz
(LDR), con buena respuesta en condiciones de
cielo despejado.
Sistemas astronómicos, que emplean algoritmos
de cálculo solar en función de fecha, hora y
coordenadas geográficas, y presentan mayor
robustez en condiciones variables del clima.
Sistemas híbridos (astronómico + óptico),
optimizan su comportamiento al considerar
variables medidas de nubosidad e irradiancia
disponible [7].
Tabla 1: Comparativa de Algoritmos Astronómicos
Algoritmo
Complejidad
Ventajas
principales
Fuente
SPA (Solar
Position
Algorithm)
Alta
Alta precisión;
base del NOAA;
ideal para
sistemas de
concentración
[18]
Grena 15
MediaAlta
Adaptable según
necesidad de
precisión y carga
computacional
[18]
SG2 (Blanc
& Wald)
Baja
Velocidad
computacional
muy alta; útil en
grandes bases de
datos
[18]
Michalsky
Alta
Precisión
aceptable, pero
no funciona bien
en el hemisferio
sur
[18]
La elección del algoritmo depende del tipo de aplicación:
en sistemas de concentración solar se exige alta precisión
(SPA o Grena 5), mientras que en sistemas fotovoltaicos
comunes se toleran errores de hasta sin pérdidas
significativas [18].
71
Gallardo et al. / Optimización de la Captación Solar mediante un Seguidor de Doble Eje Basado en Algoritmo Astronómico
El seguimiento astronómico ha demostrado ser
particularmente efectivo en zonas con alta radiación
directa y variabilidad atmosférica moderada, debido a su
independencia de condiciones locales [8]. Además, su
implementación resulta viable en proyectos de pequeña
escala.
En el contexto ecuatoriano, estudios recientes
muestran niveles de irradiación superiores a 4.5
kWh/m²/día en la región interandina [5]. Investigaciones
locales indican que el uso de sistemas de seguimiento de
doble eje puede aumentar la captación anual de energía
solar en más de un 30 %, dependiendo de las condiciones
específicas de la ubicación [9].
3. MÉTODOS Y MATERIALES
3.1 Descripción del Sistema Fotovoltaico
El sistema fotovoltaico objeto de estudio se encuentra
ubicado en la terraza del Bloque B de la Universidad
Técnica de Cotopaxi, campus matriz, en Latacunga,
Ecuador (Latitud: 0.917342°, Longitud: 78.633058°).
La instalación está compuesta por cuatro módulos solares
policristalinos de 140 Wp cada uno, sumando una
potencia total instalada de 560 Wp.
Los módulos están montados sobre una estructura
metálica adaptada para permitir el movimiento en dos
ejes: azimutal (Este-Oeste) y de elevación (Norte-Sur).
El sistema opera de manera aislada y fue diseñado para
la evaluación comparativa de la captación de energía bajo
condiciones de seguimiento móvil y configuración fija.
Cabe destacar que el sistema implementado no cuenta
con inversores, almacenamiento ni cargas conectadas;
está conformado únicamente por los paneles
fotovoltaicos, lo que permitió realizar ensayos eléctricos
en condiciones de cortocircuito para analizar
directamente la captación de irradiancia mediante la
corriente generada.
Adicionalmente, se monun conjunto de referencia
con módulos fijos inclinados a 15° hacia el norte, para
comparar su captación de irradiancia con la del sistema
móvil.
3.2 Diseño Mecánico y Eléctrico del Seguidor
Solar
El sistema de seguimiento de doble eje está
impulsado por dos actuadores lineales eléctricos de 12
VDC, diseñados para soportar el peso de los módulos y
la estructura, con una carrera de 700 mm y una capacidad
de carga superior a 1000 N.
El control de los actuadores se realiza mediante relés
activados por un controlador lógico, alimentado a 110
VCA, con salidas de 12 VDC para accionar los motores.
La medición de la posición angular se efectúa mediante
un sensor inclinómetro digital con una resolución de 0,1°.
El sistema de seguimiento solar de doble eje fue
diseñado y construido íntegramente para el presente
proyecto. La resolución angular en el diseño mecánico
del sistema se estimó en aproximadamente 0.5° de
corrección de la posición angular. Debido a que cada
actuador cuenta con una carrera de 700 mm, y al estar
articulado en un punto, se genera una variación de
aproximadamente 14 mm que equivale a un
desplazamiento angular cercana a 0.5° por cada
desplazamiento incremental lineal del actuador.
En la Figura 1 se muestra el alcance angular del eje
Norte-Sur, correspondiente al ajuste estacional, que
permite un recorrido total de 46.86°, equivalente a
±23.43° desde la posición perpendicular, abarcando el
rango solar entre los solsticios.
Figura 1: Alcance Angular del Eje de Inclinación Norte-Sur del
Seguidor Solar de Doble Eje
Por su parte, el eje Este-Oeste, correspondiente al
movimiento diario del Sol, el cual permite un giro útil de
±33°, lo que corresponde a un rango total de 66°, como
se ilustra en la Fig. 2.
Figura 2: Alcance Angular del Eje de Orientación Este-Oeste del
Seguidor Solar
La estructura metálica, de construcción robusta y
soldada, se muestra implementada en la terraza del
bloque B de la Universidad Técnica de Cotopaxi en la
Fig. 3, evidenciando su funcionalidad completa y
capacidad para soportar las condiciones climáticas
locales.
Figura 3: Implementación Física del Sistema de Seguimiento
Solar en la Terraza del Bloque B (UTC Matriz)
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Edición No. 22, Issue I, Julio 2025
3.3 Implementación del Algoritmo de Seguimiento
Astronómico
En este proyecto se optó por implementar un
algoritmo astronómico de resolución intermedia, basado
en ecuaciones fundamentales de geometría solar que
permiten calcular los ángulos de elevación y acimut solar
en función de la fecha, la hora y la ubicación geográfica.
Esta elección se debe a su bajo requerimiento
computacional, independencia de las condiciones
atmosféricas y precisión adecuada para sistemas de baja
y media escala.
Aunque existen algoritmos más avanzados como el
SPA (Solar Position Algorithm) o los modelos de Grena,
se seleccionó una formulación inspirada en Spencer y
refinada por Michalsky, ya que ofrece un balance óptimo
entre exactitud (errores menores a 0.5°), velocidad de
cálculo y facilidad de implementación en
microcontroladores de bajo costo.
El objetivo principal del algoritmo es calcular en
tiempo real la posición solar (elevación y acimut),
considerando parámetros como latitud, longitud, fecha y
hora locales. Estos valores son enviados al controlador,
que los compara con las lecturas del inclinómetro digital.
Si la diferencia angular supera el umbral definido, se
activa la lógica ON-OFF que controla el movimiento de
los actuadores lineales.
Las principales ecuaciones utilizadas incluyen:
La declinación solar () es el ángulo que forma el eje
polar terrestre con el eje de la elíptica que describe el
movimiento de la tierra alrededor del sol, este ángulo
varía entre  y dependiendo de las
estaciones del año. Se calcula mediante la ecuación (1).
󰇧
󰇛󰇜󰇨
(1)
Donde d es el número de día del año.
El tiempo estándar del meridiano de Greenwich
() se calcula en función de la diferencia horaria
entre la localidad () y el meridiano Greenwich ()
representado por . Esta diferencia se multiplica por
15° como se indica en (2), considerando positiva la
diferencia al este de Greenwich y negativa al oeste. Para
el caso de estudio  


(2)
La corrección del tiempo por la excentricidad
terrestre (), expresada en minutos, permite ajustar el
desfase producido por la forma elíptica de la órbita
terrestre y su inclinación, según la ecuación (3).
󰇛󰇜󰇛󰇜
󰇛󰇜
(3)
Donde es una función del día del año dada en grados y
se calcula usando la ecuación (4).

󰇛󰇜
(4)
El factor de corrección del tiempo () se calcula
tomando en cuenta la longitud geográfica de la localidad
(), expresada en grados, el tiempo estándar del
meridiano local () calculado en (2), y la corrección
por excentricidad terrestre () obtenida mediante (3).
Esta corrección permite ajustar el tiempo solar local y se
calcula con la ecuación (5).
󰇛
󰇜
(5)
Con este valor se puede obtener el tiempo solar local
(), ajustando el tiempo local con la corrección
mencionada, como se indica en (6).


(6)
El ángulo horario () representa el
desplazamiento angular del sol respecto al medio día
solar, en grados, y se determina a parir del tiempo solar
local usando la ecuación (7). Por cada hora la tierra rota
15º, al medio día su valor es cero, en la mañana el valor
es negativo y en la tarde es positivo.
󰇛󰇜
(7)
La elevación solar (
) depende de la latitud () de la
localidad, la declinación solar () y el ángulo horario
(), según la relación mostrada en (8).
󰇛󰇛󰇜󰇛󰇜󰇛󰇜
󰇛󰇜󰇛󰇜󰇜
(8)
A partir de ese valor, se puede estimar la elevación
máxima (
) que alcanza el sol en el día, utilizando la
ecuación (9), que depende exclusivamente de la latitud y
la declinación solar.
 
(9)
Finalmente, la dirección desde la que llegan los rayos
solares se expresa como el acimut (), cuyo signo
depende del valor de (). Esta dirección se obtiene
mediante la ecuación (10). El signo positivo corresponde
para (), este ángulo aumenta en el sentido
horario partiendo del norte geográfico.
(10)
󰇛󰇜󰇛󰇜󰇛󰇜󰇛󰇜󰇛󰇜
󰇛󰇜
Al aplicar las ecuaciones previamente descritas, se
implementa un algoritmo capaz de calcular el vector
solar. Este procedimiento permite determinar con alta
precisión la posición aparente del Sol en tiempo real, lo
cual es fundamental para aplicaciones de seguimiento
solar, simulación energética y control de sistemas
fotovoltaicos.
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Gallardo et al. / Optimización de la Captación Solar mediante un Seguidor de Doble Eje Basado en Algoritmo Astronómico
3.4 Sistema de Control de Posición
Inicialmente se consideró implementar en la carrera
de los actuadores una resolución angular de ±0.5°,
alineada con la precisión nominal del sensor
inclinómetro. Sin embargo, durante las pruebas de campo
se observó que dicha resolución provocaba activaciones
frecuentes del sistema sin mejoras significativas en la
captación energética. Por esta razón, se adoptó
finalmente una resolución operativa de ±1°, la cual
permite reducir el consumo de energía del control ON-
OFF.
El sistema de control adoptado es de tipo binario
(ON-OFF), en el cual los actuadores se activan
únicamente cuando la diferencia entre el ángulo solar
calculado y el ángulo medido mediante el inclinómetro
supera un umbral de ±1°. Este esquema simple y efectivo
minimiza las oscilaciones innecesarias, reduce el
desgaste mecánico y prolonga la vida útil del sistema.
La arquitectura general del sistema incluye:
Figura 4: Diagrama de Bloques del Sistema de Control de
Posición Angular para el Seguidor Solar
El sistema de control adopta una arquitectura de lazo
cerrado, donde la señal de entrada corresponde al vector
solar teórico calculado por el algoritmo astronómico, y la
salida es la posición angular de los paneles solares. Esta
señal es comparada con la medida entregada por un
sensor inclinómetro digital, generando una señal de error
que es utilizada por el controlador para activar los
actuadores lineales.
El esquema de control se muestra en la Fig. 4, donde
se identifican los bloques principales: cálculo del ángulo
deseado, comparación con la posición real, activación de
los motores y retroalimentación mediante el
inclinómetro.
3.5 Sistema de Adquisición de Datos
Para la obtención de los parámetros eléctricos del
sistema de seguimiento solar se empleó un equipo de
medida para strings fotovoltaicos de la marca
CIRCUTOR TR16-RS-485, el cual permite la medición
de hasta 16 canales de corriente continua mediante
sensores de efecto Hall y la lectura de tensiones hasta
1000 Vcc. Este equipo está diseñado específicamente
para monitorear strings fotovoltaicos, permitiendo
registrar corrientes de cortocircuito (Isc) y tensiones por
cada canal con alta precisión.
Las señales de corriente y tensión fueron registradas
en tiempo real y transmitidas hacia un PC mediante el
estándar de comunicación RS-485 bajo protocolo
Modbus RTU. El sistema se configuró como esclavo de
una red multi-slave que garantiza estabilidad en la
captura de datos.
Por otro lado, la irradiancia fue registrada mediante
celdas fotovoltaicas calibradas compensadas, montadas
sobre la misma estructura de los módulos tanto fijos
como móviles, lo que permite correlacionar la respuesta
eléctrica frente a condiciones reales de captación solar.
Estas celdas proporcionan una lectura confiable en W/m²,
sin requerir correcciones por temperatura ni ángulo de
incidencia, la Fig. 5 se describe el esquema de conexión
empleado.
Figura 5: Esquema del Sistema de Adquisición de Datos
Con el fin de facilitar el monitoreo y la interacción
con el sistema de seguimiento solar, se desarrolló una
interfaz gráfica. Esta interfaz permite visualizar en
tiempo real los parámetros relevantes del sistema, tanto
en modo automático como en modo manual.
En la Fig. 6, se muestra el panel principal de control,
donde el usuario puede:
Visualizar la ubicación geográfica y datos
horarios obtenidos mediante GPS.
Supervisar los valores calculados de elevación
y azimut solar.
Visualizar en una representación 3D el ángulo
actual de los paneles.
Activar el modo automático basado en el
algoritmo astronómico.
Usar el modo manual, mediante controles
direccionales individuales para ajuste Norte,
Sur, Este y Oeste.
Detener la ejecución del sistema en cualquier
momento mediante el botón STOP.
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Edición No. 22, Issue I, Julio 2025
Figura 6: Panel de Control de Posición Angular Desarrollado
para Supervisión del Sistema de Seguimiento Solar
Esta interfaz se comunica con el controlador mediante
protocolo Modbus RTU sobre RS-485, permitiendo
lectura y escritura de registros en tiempo real. Además,
está preparada para futuras ampliaciones hacia un
sistema SCADA completo con funcionalidades de
registro histórico y alarmas.
3.6 Procedimiento Experimental
Dado que el sistema implementado está conformado
únicamente por los paneles fotovoltaicos, sin inversores
ni acumuladores, fue posible realizar ensayos eléctricos
en condiciones de cortocircuito controlado. Esta
característica permitió registrar directamente la corriente
de cortocircuito (Isc) como indicador proporcional de la
irradiancia efectiva captada por los módulos, sin
comprometer la seguridad ni el funcionamiento del
sistema.
La evaluación del sistema se realizó comparando dos
configuraciones:
Sistema fijo, orientado al norte geográfico, con
inclinación fija de 15°, determinada según la
latitud de la zona.
Sistema móvil, operando en modo automático
mediante el seguimiento solar de doble eje.
Para ambas configuraciones, se midió:
Irradiancia global utilizando una celda
fotovoltaica compensada.
Corriente de cortocircuito de los módulos, como
indicador proporcional de la potencia generada.
Las mediciones se realizaron durante 15 días
consecutivos en condiciones de cielo despejado,
registrando valores cada minuto entre las 08:00 y 17:00
horas. Posteriormente, se integraron los datos para
calcular la irradiancia media diaria y la corriente media
generada en cada caso.
4. RESULTADOS
4.1 Validación del Algoritmo Astronómico
Para validar el algoritmo astronómico implementado,
se comparó la trayectoria solar generada por el modelo
implementado en Matlab con la obtenida mediante la
herramienta SunEarthTools.com para la ciudad de
Latacunga (lat. 0.9174154, lon. 78.633166) el 23 de
junio de 2024, día cercano al solsticio de verano. La
herramienta externa utiliza lculos astronómicos
validados ampliamente en estudios solares y proporciona
una referencia fiable de los ángulos de elevación y acimut
solar.
La Fig. 7 muestra la trayectoria solar diaria según
SunEarthTools, mientras que la Fig. 8 presenta la curva
generada por el algoritmo implementado en MATLAB.
En ambas gráficas se observa un ángulo de elevación
máximo de aproximadamente 66,9° alcanzado cerca del
mediodía, y ángulos de elevación mínimos cercanos a 0°
al amanecer y atardecer.
Figura 7: Trayectoria Solar Diaria Según SunEarthTool para el
23 de junio
Figura 8: Trayectoria Solar Calculada con el Algoritmo
Desarrollado para el 23 de junio
Los resultados mostraron una coincidencia superior al
98 % entre los valores generados por el algoritmo propio
y los de la herramienta de referencia, confirmando la
precisión del modelo matemático.
Como parte del análisis del comportamiento solar, se
generó una representación tridimensional de la
trayectoria solar para la ubicación geográfica del
experimento (Latacunga, Ecuador). La Figura 9 muestra
cómo varía el ángulo de elevación solar (
) a lo largo del
año y del día. Esta información permitió validar que el
algoritmo desarrollado genera resultados coherentes con
la geometría solar teórica esperada, al reproducir la
simetría de los solsticios y el patrón de máxima elevación
en fechas cercanas a los equinoccios.
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Gallardo et al. / Optimización de la Captación Solar mediante un Seguidor de Doble Eje Basado en Algoritmo Astronómico
Figura 9: Trayectoria Solar Anual Simulada para Latacunga
(Latitud 0,91735°)
4.2 Comparación de Irradiancia Captada:
Sistema Fijo vs. Sistema Móvil
La captación de irradiancia se evaluó en condiciones
de cielo despejado durante 15 días consecutivos. Para
ello, se emplearon celdas fotovoltaicas compensadas, una
montada sobre el plano móvil y otra fija con una
inclinación de 15° hacia el norte. Esta disposición
permitió comparar la irradiancia global incidente en
ambas configuraciones.
La Fig. 10 muestra la variación de irradiancia en
función del ángulo de seguimiento solar para el sistema
móvil. La curva azul representa la irradiancia teórica
máxima que alcanzaría un sistema fijo perfectamente
orientado, mientras que la curva naranja representa los
datos reales obtenidos por el sistema de seguimiento.
Se evidencia una alta concordancia entre la
irradiancia teórica y la irradiancia medida por el
seguidor solar, especialmente en el rango angular
central (±20°).
Las desviaciones en los extremos del ángulo
(±30° a ±33°) indican leves pérdidas
posiblemente atribuibles a errores de alineación,
dispersión por nubosidad baja o limitaciones
mecánicas del actuador.
Figura 10: Perfil Horario de Irradiancia Promedio Registrada
Manualmente en el Sistema Móvil Durante un Día Representativo
La Fig. 11 presenta la comparación directa entre los
sistemas fijo y móvil en el mismo día. Se observa un
incremento sustancial en la irradiancia captada por el
sistema con seguimiento, especialmente durante las
primeras y últimas horas del día, donde la orientación
óptima proporciona una ventaja significativa.
Las dos gráficas permiten observar el comportamiento
real de irradiancia durante días consecutivos (17 y 8 de
abril de 2025).
En ambos días, el sistema con seguimiento
muestra irradiancias mayores en casi todo el rango
horario respecto al sistema fijo.
El incremento es especialmente pronunciado entre
las 8:00 y 10:00, y después de las 15:30, donde el
sistema fijo pierde eficiencia por su orientación
fija, mientras que el móvil mantiene la captación.
Durante las horas centrales (11:0014:00), ambos
sistemas convergen, lo cual es esperable dado que
la orientación fija está cercana a la óptima en ese
momento.
El comportamiento con “picos” irregulares en los
datos del día 17 sugiere variabilidad atmosférica
o interferencia parcial por sombras o nubes
intermitentes, mientras que el día 8 presenta una
curva más limpia, ideal para análisis comparativo.
Figura 11: Comparación entre la Irradiancia Horaria Captada
por el Sistema Fijo (15° Norte) y el Sistema Móvil.
El promedio de los valores diarios indica que el
sistema de seguimiento incrementó la captación de
irradiancia en un 19.85 % respecto al sistema fijo.
4.3 Producción de Corriente Eléctrica
Dado que el sistema está conformado únicamente por
módulos fotovoltaicos, sin inversores ni acumuladores,
fue posible realizar ensayos de corriente de cortocircuito
(Isc) de manera segura. Esto permitió caracterizar
directamente el comportamiento de captación solar de los
módulos en ambas configuraciones: fija y móvil.
Como indicador complementario, se midió la
corriente de cortocircuito (Isc) de ambos sistemas,
76
Edición No. 22, Issue I, Julio 2025
durante el día 8 de abril. Las Figs.s 12 y 13 presentan los
perfiles horarios de corriente, voltaje e intensidad
generados en cada configuración.
En el sistema fijo, la corriente máxima registrada fue
de aproximadamente 16 A, con oscilaciones y caídas
durante el mediodía atribuibles a la presencia de
nubosidad transitoria. En contraste, el sistema móvil
alcanzó picos de corriente superiores a 30 A y mantuvo
un perfil más estable a lo largo del día, evidenciando una
mejor captación de radiación solar.
Figura 12: Perfil Horario de Corriente, Voltaje y Potencia
Generados por el Sistema Fijo
La potencia generada (curva azul) también fue
superior en el sistema móvil, lo que valida el impacto
positivo del seguimiento solar de doble eje en el
aprovechamiento energético. La diferencia entre las
curvas también permite observar la correlación entre
irradiancia y corriente operativa, y mo la mayor
exposición angular favorece al sistema móvil.
Figura 13: Perfil Horario de Corriente, Voltaje y Potencia
Generados por el Sistema Móvil
Estos resultados confirman que el sistema con
seguimiento solar no solo mejora la captación de
irradiancia, sino que también incrementa notablemente la
corriente y la potencia útil entregada por el generador
fotovoltaico.
Las mediciones de corriente y tensión presentadas
fueron obtenidas mediante el equipo CIRCUTOR TR16-
RS-485 descrito en la Sección 3.5, comunicándose con la
PC a través del protocolo Modbus RTU sobre RS-485.
5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS
El presente desarrollo constituye la primera fase de una
línea de trabajo planificada, que inicia con la
implementación de un algoritmo astronómico básico
acompañado de control ON-OFF para validar la
viabilidad del sistema. En etapas posteriores, se prevé la
integración de variables ambientales como la irradiancia
real y la nubosidad, mediante sensores ópticos o
fotométricos, con el fin de implementar esquemas de
seguimiento híbrido que mejoren la eficiencia energética
del sistema bajo condiciones atmosféricas variables.
Los resultados obtenidos demuestran que la
implementación de un sistema de seguimiento solar de
doble eje, basado en un algoritmo astronómico de
resolución intermedia y controlado mediante lógica ON-
OFF, permite incrementar significativamente la
captación de irradiancia solar en una estación
fotovoltaica de pequeña escala.
Durante la campaña experimental, se registraron datos de
irradiancia con una celda fotovoltaica compensada
solidaria al plano móvil, y otra fija a 15° hacia el norte.
La irradiancia diaria integrada en el sistema móvil
alcanzó un promedio de 6,41 kWh/m²/día, mientras que
en el sistema fijo fue de 5,35 kWh/m²/día, lo que
representa un incremento del 19,85 % en la captación
solar a favor del sistema con seguimiento. Este resultado
fue verificado a partir de la integración horaria de los
datos recolectados durante 15 días consecutivos, en
condiciones mayoritariamente despejadas.
Este incremento valida la hipótesis de que un sistema de
seguimiento puede mejorar sustancialmente el
aprovechamiento del recurso solar disponible,
particularmente en regiones como la Sierra ecuatoriana,
donde los niveles de irradiación global promedio se
encuentran entre 4,5 y 6,5 kWh/m²/día [5], dependiendo
de la época del año y altitud. En el sitio de estudio
(Latacunga, 2800 m s.n.m.), los datos obtenidos se
encuentran dentro de este rango superior.
Los resultados se alinean con investigaciones previas que
reportan incrementos entre el 17 % y el 40 % en la
producción energética mediante seguidores de doble eje
[3][6]. La magnitud relativamente moderada del aumento
observado (19,85 %) en este estudio puede atribuirse a
factores como:
El tamaño compacto del sistema (560 Wp), que
reduce el impacto de pérdidas ópticas marginales.
La pendiente y orientación específicas del sitio.
La precisión mecánica del sistema y su resolución
angular de control (±1°), ya que errores mayores
tienden a reducir el beneficio del seguimiento.
77
Gallardo et al. / Optimización de la Captación Solar mediante un Seguidor de Doble Eje Basado en Algoritmo Astronómico
Además, el análisis de la corriente de cortocircuito en
función del ángulo de inclinación confirma que el sistema
opera eficazmente dentro del rango de movimiento
definido (±33°), maximizando la generación durante el
período útil diario de irradiancia.
6. CONCLUSIONES
Se implementó con éxito un sistema de seguimiento solar
de doble eje en una estación fotovoltaica de 560 Wp,
utilizando un algoritmo astronómico para el cálculo de la
posición solar en tiempo real y un esquema de control
ON-OFF con retroalimentación de un inclinómetro
digital.
El sistema construido permitió mantener la superficie de
los paneles cercana a la perpendicular respecto a la
radiación solar durante el recorrido diario y estacional del
sol, dentro de los límites mecánicos definidos de ±33°
(Este-Oeste) y ±23.43° (Norte-Sur).
La comparación experimental con una instalación fija
evidenció un incremento del 19,85 % en la captación de
irradiancia y corriente generada, lo que valida la
efectividad del sistema de seguimiento solar en
condiciones reales de operación.
El algoritmo astronómico implementado demostró alta
precisión frente a herramientas de referencia, y su
integración con sensores y actuadores permitió un control
confiable y estable del sistema.
7. RECOMENDACIONES
Se recomienda realizar una comparación futura entre
distintos algoritmos de seguimiento (óptico, astronómico
y mixto), para determinar cuál se adapta mejor a las
condiciones atmosféricas locales.
Es aconsejable evaluar el comportamiento del sistema
conectado a cargas reales o acoplado a un banco de
baterías, con el fin de analizar su desempeño energético
completo.
Se sugiere estudiar el reemplazo del control ON-OFF
por técnicas más avanzadas como control PID o fuzzy
logic, que podrían mejorar la eficiencia del
posicionamiento y reducir el desgaste mecánico.
Para mejorar la operación en condiciones de alta
nubosidad o viento, se recomienda integrar sensores de
luminosidad y velocidad de viento con lógica de
seguridad dinámica.
8. AGRADECIMIENTOS
Este artículo se deriva de un proyecto académico
desarrollado en la Universidad Técnica de Cotopaxi, en
el marco de la línea de investigación en energías
renovables. El Ing. Luis Cruz, en calidad de coordinador
general del proyecto, fue responsable de la planificación,
definición del alcance técnico y validación de las
soluciones planteadas. La fase experimental fue
desarrollada por estudiantes como parte de sus trabajos
de titulación, bajo la supervisión académica del Ing.
Cristian Gallardo. La fase de implementación práctica
fue ejecutada por estudiantes de la carrera de Ingeniería
Electromecánica, como parte de sus trabajos de titulación
[10][11].
9. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] REN21, "Renewables 2022 Global Status Report,"
REN21 Secretariat, Paris, 2022.
[2] IRENA, "Renewable Power Generation Costs in
2022," International Renewable Energy Agency,
Abu Dhabi, 2023.
[3] C.R. Batista Rodríguez, R.I. Urquiza Salgado,
"Cálculo y análisis de la máxima eficiencia anual de
los seguidores solares," Entre Ciencia e Ingeniería,
2019.
[4] N.A. Kelly, T.L. Gibson, "Improved photovoltaic
energy output for cloudy conditions with a solar
tracking system," Solar Energy, vol. 83, pp. 2092-
2102, 2009.
[5] Atlas Solar del Ecuador, Ministerio de Energía y
Recursos Naturales No Renovables, 2021.
[6] A. Sabri Allw, I. Hameem Shallal, "Evaluation of
photovoltaic solar power of a dual-axis tracking
system," Journal of Southwest Jiaotong University,
2020.
[7] J.M. Enrique et al., "A reliable, fast and low-cost
maximum power point tracker for photovoltaic
applications," Renewable Energy, 2009.
[8] A. Escobar Mejía et al., "Diseño e implementación
de un seguidor solar para la optimización de un
sistema fotovoltaico," Scientia et Technica, 2010.
[9] Estudio de Seguimiento Solar en Ecuador,
Universidad Técnica Particular de Loja, 2020.
[10] Vaca Padilla, G. P., & Vega Toaquiza, J. S. (2021).
Implementación de un seguidor solar de 2 ejes para
un sistema fotovoltaico de 560 W [Tesis de grado,
Universidad Técnica de Cotopaxi]. Repositorio
UTC. https://repositorio.utc.edu.ec/items/fd71b602-
cbd9-4d7a-8622-ab5d08700d1a
[11] Chisaguano Chicaiza, C. R., & Hurtado Buni, C. F.
(2022). Implementación de un sistema de control de
posición angular para una estación fotovoltaica de
560 W de 2 ejes [Tesis de grado, Universidad
Técnica de Cotopaxi]. Repositorio UTC.
https://repositorio.utc.edu.ec/items/bd550748-55d5-
480a-804f-c708cbdaa081
[12] N. Machado Toranzo, A. Lussó Cervantes, L. L. Oro
Carralero, J. Bonzon Henríquez y O. Escalona Costa,
«Seguidor Solar, optimizando el aprovechamiento
de la energía solar,» SCIELO, vol. 36, nº 2, 2015.
78
Edición No. 22, Issue I, Julio 2025
[13] D. E. M.J. Clifford, «Diseño de un novedoso
seguidor solar pasivo,» ELSEVIER, vol. 77, 3, pp.
269-280, 2004.
[14] C. R. Batista Rodriguez y R. I. Urquiza Salgado,
«Cálculo y análisis de la máxima eficiencia anual de
los seguidores solares,» Entre Ciencia E Ingeniería,
vol. 12, nº 24, pp. 25 - 31, 23 05 2019.
[15] T. Partridge, «Inter Press Service,» 03 02 2021. [En
línea]. Available:
https://ipsnoticias.net/2021/02/proyecto-solar-
aromo-reto-las-renovables-ecuador/. [Último
acceso: 04 12 2021].
[16] A. Escobar Mejia, M. Holguín Londeño y J. C.
Osorio R., «Diseño e implementación de un seguidor
solar para la optimización de un sistema
fotovoltaico,» Scientia et Technica, 44, p. 6, 2010.
[17] J. M. Enrique, J. M. Andújar y M. A. Bohórquez, «A
reliable, fast and low cost maximum power point
tracker for photovoltaic applications,» ELSEVIER,
p. 11, 2009.
[18] J. Reda and A. Andreas, Solar Position Algorithm
for Solar Radiation Applications, NREL Report No.
TP-560-34302, Revised January 2008, National
Renewable Energy Laboratory, Golden, Colorado,
USA.
Cristian Fabián Gallardo.- nació
en Latacunga, Ecuador, en 1982.
Obtuvo el título de Ingeniero
Electromecánico en la Escuela
Superior Politécnica del Ejército,
sede Latacunga, en el año 2010.
Posteriormente, alcanzó el grado de
Magíster en Gestión de Energías
por la Universidad Técnica de Cotopaxi en 2014.
Actualmente se desempeña como docente titular en la
Universidad Técnica de Cotopaxi, y ha desarrollado
importantes trabajos sobre sistemas fotovoltaicos en los
lugares aislados de la red de las empresas eléctricas Sus
áreas de investigación se centran en la eficiencia
energética y las energías renovables en la provincia de
Cotopaxi. Desde el año 2021, ejerce como director de la
carrera de Ingeniería Electromecánica en la cual se han
impulsado proyectos de eficiencia energética y energías
renovables.
Luis Rolando Cruz. - Nació en
Latacunga en 1980. Obtuvo el título
de Ingeniero en Electromecánica
por la Universidad de las Fuerzas
Armadas ESPE en 2008. En 2010
completó el Diplomado Superior en
Redes Digitales Industriales, y en
2013 obtuvo el título de Magíster
en Gestión de Energías por la Universidad Técnica de
Cotopaxi. Recientemente alcanzó el grado de Magíster en
Electricidad con mención en Sistemas Eléctricos de
Potencia por la Universidad Politécnica Salesiana del
Ecuador. Ha trabajado en el sector energético,
desempeñando funciones técnicas en generación
eléctrica durante varios años. Actualmente es docente en
los niveles de pregrado y posgrado en la Facultad de
Ciencias de la Ingeniería y Aplicadas de la Universidad
Técnica de Cotopaxi.
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