UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

LABORATORIO DE SISTEMAS TÉRMICOS

Viernes 9 de Agosto del 2013
SUBGRUPO 9

INFORME SEGUIDOR SOLAR

JUAN CARLOS VILLAMIZAR BAUTISTA 2094028

JHAN CARLOS MANOSALVA SÁNCHEZ 2060956
CARLOS ANDRÉS SEPÚLVEDA ADARTE 2063062
EDWIN LEONARDO CRUZ ESPITIO 2060969
ANDRÉS FERNANDO RODRÍGUEZ ORTIZ 2083817
ALEJANDRO MELÉNDEZ FONTALVO 2073111

INTRODUCCIÓN. rendimiento posible, estos se diferencian

considerablemente en cuanto a calidad,
La civilización humana utiliza unos quince rendimiento, construcción y coste.
(15) Tera watts de potencia y el sol brilla a
una intensidad de ochenta y nueve (89) peta
watts.

La energía solar esta dada en forma de

radiación y es aprovechada mediante la
captación de la luz por medio de placas, que
captan el calor enviado por este astro, como
también puede aprovecharse a través de la
absorción de la radiación, con varios
dispositivos ópticos o de otros tipos.

Este tipo de energía es llamada renovable o

Energía limpia o energía verde, y hacen parte OBJETIVOS
del grupo de las no contaminantes.
GENERAL:
Los paneles solares se instalan normalmente
Verificar la validez de las ecuaciones en un
en los techos o tejados de las casas debido a
día cualquiera, mediante un banco de
que necesitan la mayor captación de energía
paneles a partir de la captación de energía
solar y requieren un área sin sombra,
solar.
además deben estar orientados al sol de
mediodía. ESPECÍFICOS:

Todos los diseños de captadores solares  Evaluar el desempeño relativo de

tienen el objetivo común de convertir la los colectores a partir de la variación
radiación solar en calor con el mayor de la posición.
  Reconocer las posibles fallas que 2. COLECTORES DE PLACA PLANA SIN
pueden presentarse en la práctica. CUBIERTA:
 Analizar los pros y los contras de los Son exactamente iguales a los anteriores, se
diferentes montajes. diferencian en que no tiene ningún tipo de
cubierta (vidrio o plástico) y están expuestas
a las corrientes de aire, aumentando la
MARCO TEÓRICO:
perdida de calor por convección y
COLECTOR SOLAR: disminuyendo la eficiencia.

Son dispositivos diseñados para recolectar la

energía radiada del sol y mediante un
proceso de transferencia de calor,
convertirla en energía térmica.

Se pueden apreciar varios tipos de

colectores:

1. COLECTORES DE PLACA PLANA CON

CUBIERTA:
Se componen de una caja metálica aislada,
por donde recircula el agua una y otra vez
almacenada en un tanque e impulsado por 3. COLECTORES CONCENTRADORES
una bomba, hasta llegar a la temperatura PARABÓLICOS COMPUESTOS (CPC)
deseada, consta además una cubierta de ESTACIONARIOS:
Son colectores de alta temperatura, debido a
vidrio o de plástico y de una placa
que el fluido se calienta mediante la
absorbedora de color oscuro, el
concentración de la radiación solar en
aprovechamiento de la radiación solar es
espejos parabólicos, los cuales acumulan
absorbida por una placa de material
mayor cantidad de calor reflejado en un
conductor y este a su vez le transfiere este
punto específico, dándole las posibilidades
calor a el fluido a calentar que recircula por
de elevar las temperaturas de determinada
una serie de tubos.
aplicación.
4. COLECTORES DE TUBOS AL VACÍO.
Aquí la gran novedad es el aislamiento que
se le da con el vacío, reduciendo las pérdidas
por convección de una forma enorme,
alcanzando temperaturas de hasta 177°C.
Estos colectores se componen de tubos de
vacío, los cuales cuentan con un absolvedor,
(plancha de metal o tratamiento de color
negro), aquí este material recoge la energía y
la transfiere al fluido que va por dentro de
los tubos.

MOVIMIENTO SOLAR:

TRASLACIÓN: Movimiento que hace la tierra

alrededor del sol en trecientos sesenta y
cinco días con seis horas (365 dias con 6
Por su forma cilíndrica, aprovechan la
horas), durante cada año se presentan
radiación de manera más efectiva que los
diversos cambios por los cuales pasa la tierra
otros colectores.
debido a esta posición, debido a que su linea
Estos tubos de vacío pueden mejorar aún de traslación es en forma elíptica, se nos
más su eficiencia adaptándoles los presentan días con mayor duración de horas
concentradores solares, que harán que no de luz o de oscuridad, dependiendo la
solo los rayos de radiación que inciden posición en que se encuentre el plateta en
perpendicularmente al tubo de vacío le den ese dia sobre la orbita eliptica,
una alta temperatura, sino que los rayos que encontrandose el Sol en uno de los focos de
pasaron pero q luego serán reflejados por la elipse. La excentricidad de la orbita
esta serie de espejos que serán nuestros terrestre hace variar la distancia entre el Sol
concentradores solares. y la Tierra al transcurso de los días,
encontrandose la Tierra en sus primeros días
del año muy cerca del Sol, a lo que se conoce
como perihelio (dia mas cercano es el dos de
Enero), a principios de Julio llega la máxima
lejanía conocida como afelio.
Dicha elipse esta inclinada con respecto al
Trae como consecuencia la sucesión de días
plano horizontal 23.5 grados lo que se
y noches, la mitad del globo terrestre
conoce como declinación.
quedará iluminada y la otra en oscuridad.

POSICIONAMIENTO SOLAR:

Las trayectorias solares vistas desde la tierra

se observan con arcos de circunferencia, por
encima del horizonte.

La declinación se hace cero en marzo, el

veinti-uno de Junio tendrá 23,45° y el
veinti.uno de Diciembre tendrá -23.45°
(negativos) que equivalen a decir que esta en
la dirección contraria a la dada en Junio, a lo
que también podemos concluir que en
Septtiembre también tendremos cero grados
de declinación.
Las trayectorias solares vistas desde la tierra
ROTACIÓN: se observan con arcos de circunferencia, por
encima del horizonte.
Cada veinticuatro horas (24 horas) la Tierra
completa un giro sobre su eje vertical en
dirección Este-Oeste (contrario a las agujas
del reloj), pasando por el centro de sus polos
de una forma ideal, a este moviemiento lo
conocemos como rotación.
POSICIONAMIENTO SOLAR
MÉTODO ANALÍTICO:

Mediante fórmulas trigonométricas se

calculan los cuatro ángulos característicos
que el Sol ocasiona sobre la tierra.

DECLINACIÓN:

Ángulo formado por el plano del ecuador del

sol con el plano de la elíptica, se representa
por la letra griega delta. ALTURA O ELEVACIÓN SOLAR (𝜶𝒔 ):

Es el ángulo de elevación del sol durante el

284 + n
= 23,45 · sin 360 · día, en cualquier fecha y lugar del planeta, se
365 representa por B.

Siendo n=número del día del año tomando

como cero el primero de Enero.

ÁNGULO HORARIO (omega):

Es el ángulo de elevación del sol durante el

día, medido en el ecuador terrestre, se
representa por la letra griega omega.

1 hora ----------- 15°

24horas ----------360°
sin s = sin · sin + cos · cos · cos
Tomando como referencia w=0 a las
12 meridiano, donde el sol estará en la Siendo
parte las alta del cielo del lugar donde nos delta= declinación.
encontremos, y tomando las horas antes de omega= Angulo horario.
las 12m como negativas y las de después de phi= latitud del lugar.
las 12 m positivas. Ejem -11am; 2pm.
EL AZIMUT DEL SOL (gamma_s):

Es el ángulo horizontal formado por el norte OBSERVACIÓN: conociendo básicamente la

del lugar y la proyección en el piso del sol, latitud o el lugar donde voy a hacer mi
visto desde el observador, para cualquier análisis junto con el día en el que será objeto
hora, día y lugar del planeta, se representa de estudio, puedo establecer: hora de
por amanecer atardecer, azimut solar, etc.

cos ( ) · sin ( )
sin ( s ) = PROCEDIMIENTO
cos ( s )
1. Revisar que los componentes como los
Siendo delta= declinación. potenciómetros, y conexiones de cables
w= ángulo horario. estén en buen estado.
Alpha_s= Altura solar
2. Ubicar el banco de tal manera que el
norte del banco quede coincidiendo con
el norte terrestre, en un lugar donde no
haya interferencia entre el sol y el panel.
HORA DEL AMANECER/ATARDECER
(omega_ss): 3. Conectar el banco a la fuente eléctrica.

4. Conectar el banco a la tarjeta ARDUINO y

cos ( ss ) = – tan ( ) · tan ( ) hacer la comunicación

5. Observar el movimiento del banco

Depende del signo dado en la respuesta, ya
durante cuatro horas seguidas, el primer
que: como se dijo anteriormente si es
panel se mueve cada 30 min por medio
negativo representará las horas de la
de las ecuaciones de movimiento solar y
mañana y si es positivo serán las horas de la
el segundo mediante fotoceldas.
tarde.
6. Comparar cual de las dos placas es más
precisa, por medio de la aguja guía.
 ANÁLISIS DE LA PRÁCTICA DEL SEGUIDOR este debe coincidir su norte con el
SOLAR norte terrestre y estar nivelado, de
lo contrario aunque el panel
1. ¿cuál de los dos sistemas es más exacto? funcione correctamente, marcara
¿Explique por qué? una posición falsa.
 La fuente de energía está fallando,
como en el caso de una batería
descargada o que se corta la energía,
2. ¿Cuáles podrían ser las causas de error no llega la suficiente energía a los
de posicionamiento en los paneles? actuadores y estos no responden en
Enumere como mínimo cinco. el tiempo que se necesita.

Para una celda fotovoltaica, el sistema 3. Describa un procedimiento en ARDUINO

de control simplemente debe estar capaz de posicionar un panel solar
enfocado a conseguir la mayor cantidad mediante el
uso de fotoceldas (diagrama de bloques).
de área útil expuesta a la luz.

Los factores importantes y

consideraciones que se deben tener en
un sistema de seguimiento son:

 Factores externos, como la lluvia o el

viento. Estos agregan fuerzas
externas y una mayor cantidad de
trabajo para conseguir realizar el
movimiento de posicionamiento.
 Para el sistema fotovoltaico seguidor
de la luz por sensores o fotoceldas,
puede ser un impedimento ubicarse
frente al sol, cuando este se
encuentra bloqueado por una nube.
 El error en la lectura de los sensores
o en el funcionamiento del sistema
de control, es una de las causas que
conllevan a que las placas no se
ubiquen en la posición correcta para
que reciban los rayos del sol en
forma perpendicular.
 Por la mala instalación, en el
posicionamiento del panel que 4. ¿Qué sistemas posicionamiento existen,
funciona por medio de las diferentes a los usados en el banco, y
ecuaciones de movimiento solar,
cuál es bastidor base soportado por tres ruedas
el mejor? motorizadas, y que se encuentra
estabilizado y anclado en su centro por
medio de un eje tubular. Sobre el
SISTEMAS POSICIONAMIENTO
bastidor base se coloca el bastidor del
panel de las placas solares con una
En el estado actual de la técnica existen corona dentada que hace de cremallera
numerosos inventos que satisfacen el con un piñón motor reductor.
objeto de esta invención; seguidores
solares para la mejora de la producción ES 1 061 617 U. Este invento trata de un
de electricidad de las placas fotovoltaicas soporte para paneles solares apoyado en
y/o térmicas, mediante la permanente una muñequilla con dos ejes de giro. Un
exposición de las mismas al sol con eje superior que propicia la orientación
ángulo de incidencia de los rayos solares este-oeste, que se gira por una palanca,
de 90º. y un eje inferior de inclinación norte-sur
que se acciona desde una biela.
A modo de ejemplo los siguientes:
ES 1 061 938 U. Este invento trata de una
ES 1 044 310. Este invento describe un instalación de varios paneles dispuestos
seguidor de dos ejes, el de rotación se alineados horizontalmente, orientados al
efectúa girando el poste soporte del sur, y gobernados desde un actuador
panel entorno a un carril circular y la que los mueve al unísono girándolos
variación angular mediante una bisagra a lateralmente de este a oeste, como si de
través de la cual se fija el panel al poste. una persiana veneciana se tratase.

ES 1 050 814 U. Este invento consta de ES1062111U.Esteinventoserefiereaunsist

una plataforma fija definida por un carril emadesustentaciónmedianteplataformar
circular sustentado por pilares que lo odantesobrelasuperficiehorizontal del
elevan del suelo y lo mantiene a nivel pavimento. Sobre este pavimento se
para permitir que una plataforma dispone un eje central sobre el cual gira
giratoria situada encima y provista de el conjunto. En la parte central se
ruedas gire para orientarse mediante dos disponen los pilares y arriostramientos
motor reductores regulados por una que constituyen las vigas puente para
célula fotoeléctrica y un programador apoyo del bastidor. Sobre la cabeza de
horario. los pilares se coloca un bastidor al cual
se fija a los paneles solares.
ES 1 061 033 U. Este invento consiste en
realizar el seguimiento solar en un solo ES 1 063 708 U. Este invento consiste en
eje inclinado paralelo al eje polar Norte- una pieza base anclada al suelo y
Sur de la Tierra. constituida en soporte del conjunto, que
define una pista de rodadura provista de
ES 1 061 185 U. Este invento consiste guías en las que se apoyan y desplazan
principalmente en la formación de una unos conductores de giro asociados a
estructura característica estable una estructura inferior, disponiendo este
portadora de un panel que podrá conjunto de medios motrices para variar
incorporar distintos tipos de placas el giro norte-sur con, al menos, una
solares. Dicha estructura está formada tracción que relaciona dicha pista de
principalmente por dos piezas: un rodadura y dicha estructura inferior. Un
eje horizontal, montado en ES 1 064 516 U. En este invento el
dichaestructurainferiorcondospuntosdea sistema está formado por una estructura
poyoygiroparaunaestructurasuperiorport metálica que se compone de dos cerchas
adoradeloscaptadores, disponiendo este en “V”, sobre las que se coloca una viga
conjunto de medios motrices para variar puente y una semicercha intermedia. En
el giro acimutal con al menos, una los extremos de las cerchas se disponen
tracción que relaciona dicha estructura dos ruedas motorizadas y en el de la
superior y dicha estructura inferior. semicercha una rueda soporte. El
conjunto gira alrededor del eje central
ES 1 063 906 U. En este invento el que se encuentra anclado al terreno
sistema está formado por una mediante la oportuna cimentación.
plataforma con ruedas motorizadas en Sobre la viga puente se coloca un eje
sus esquinas que circulan por un horizontal formado por dos perfiles
pavimento en forma de corona circular y separados entre sí para un mejor apoyo
consiguiendo así el giro del seguidor de las correas. Sobre el eje horizontal se
sobre un eje vertical que está anclado colocan correas transversales con
mediante cimentación al terreno. Sobre sistema de fijación deslizante para
la plataforma se coloca la estructura adaptarse a la longitud de los paneles
soporte deleje horizontal, la cual dispone solares los cuales se introducen por unas
de dos arriostramientos necesarios en guías en dichas correas. El giro del
todas las direcciones. Sobre el eje seguidor sobre el eje vertical se consigue
horizontal se colocan correas mediante el movimiento de las ruedas
transversales a las cuales quedan fijos a motorizadas que recorren una pista en
los paneles solares. El giro del seguidor forma de corona circular y el giro sobre
sobre el eje vertical se consigue el eje horizontal por medio de manivelas
mediante el movimiento de ruedas accionadas por tornillo sinfín anclado a la
motorizadas y el giro sobre el eje plataforma.
horizontal por medio de dos manivela
seccionadas por bielas de longitud ES 1 064 549 U. En este invento el
variable, anclado a la plataforma. seguidor solar queda soportado sobre
una estructura rodante que gira respecto
ES 1 064 477 U. Este invento se a un eje vertical, estando dicha
caracteriza porque el eje de giro estructura soporte del seguidor solar
horizontal se sitúa sobre una viga de compuesta de un conjunto estructural de
celosía que es parte de la estructura vigas metálicas reticuladas. La estructura
soporte y perpendicular a la superficie soporte dispone de un saliente en su
de rodadura, estando dicha viga de parte anterior a modo de nariz que
celosía dividida horizontalmente en dos aporta estabilidad al conjunto
partes iguales por el eje vertical y cada estructural. El giro del seguidor solar
una de estas dispone de una barra respecto al eje vertical se consigue
superior y una barra inferior conectadas mediante el uso de ruedas de apoyo de
al eje vertical mediante acoplamientos entre las cuales al menos dos serán
móviles, disponiendo cada uno de los motorizadas.
extremos inferiores exteriores de la viga
de celosía de al menos una de las citadas ES 1 064 577 U. Está formado por una
ruedas de apoyo sobre la superficie de plataforma fija, de la que forma parte un
rodadura. rail o pista circular y unas patas de apoyo
en el suelo para nivelación de la pista
circular. También dispone de una accionamiento de dicho moto-reductor
plataforma móvil, giratoria alrededor de un giro en azimut del propio seguidor
un eje vertical central concéntrico a la solar.
pista circular la cual es portadora de
ruedas que descansan en la pista ES 2 219 184 A1. Este invento se
circular. La plataforma móvil incluye una caracteriza porque consiste en un
estructura de brazos radiales que se conjunto de fácil montaje cuya superficie
unen a una perfilería. de captación se encuentra constituida
por una estructura a base de vigas
ES 1 058 985 U. Este invento describe un soporte que alojan los paneles solares y
seguidor que comprende un único poste, se vinculan a su vez a vigas
sobre el que se fija un panel de placas perpendiculares entre las que se
fotovoltaicas, caracterizado porque encuentra una única viga soporte de
presenta dos ejes de giro que se mueven basculamiento
mediante sendos motorreductores que
controlan de forma independiente el EL MEJOR SISTEMA DE
ángulo que el panel forma lateralmente y POSICIONAMIENTO.
la inclinación del mismo.
Seguidor solar para la orientación de
ES 1 063 689 U. Este invento se captadores de energía solar accionado
caracteriza por el hecho de comprender por émbolos:
un poste fijo sobre el que se dispone un
poste pivotante concéntrico y exterior a Seguidor que se caracteriza porque
él formando el sistema de giro, consiste en dos émbolos neumáticos o
existiendo en el poste fijo una placa que hidráulicos (3) y (4), los cuales actúan
soporta un conjunto sinfín-corona que verticalmente sobre una plataforma (1)
actúa sobre el poste pivotante, estando que soporta los elementos captadores
dicho conjunto accionado por un motor de energía solar (9), la cual lleva en su
de CC y que realiza el movimiento parte inferior tres fijaciones articuladas
azimutal, y una barra de elevación que se con dos grados de libertad (5) y (2),
encarga del movimiento de inclinación apoyándose estructuralmente sobre una
solar mediante un acoplamiento de de ellas (2) a un pilar (7) y a los dos
piñón dispuesto sobre un husillo de émbolos (3) (4) van fijados por su base al
acero accionado igualmente por un pilar estructural mediante sendas
motor de CC. fijaciones articuladas (6). El conjunto de
los anteriores permite la oscilación de la
ES 1 064 540 U. Este invento se plataforma (1) y su orientación espacial.
caracteriza porque se constituye a partir El pilar será un cuerpo rígido y resistente
de dos tubos acoplados axialmente entre al peso y a las fuerzas laterales del
sí en disposición vertical, siendo el tubo viento.
inferior fijo y de mayor longitud,
mientras que el tubo superior va
montado giratoriamente y dotado en su
extremo inferior de una corona que
engrana con un piñón accionado por un
moto-reductor dispuesto en un soporte
fijado a la superficie lateral del tubo
inferior y fijo, determinando el
 5. ¿Qué ventajas y desventajas tienen los
sistemas de seguimiento solar
fotovoltaicos?
¿Debería o no debería usarse este
sistema?

VENTAJAS
Este sistema de seguimiento depende de
gran medida del tipo de colector en este
caso fotovoltaico, el cual es deseable que
este apuntando directo al sol, algo muy
sencillo de hacer. Pueden ser utilizados
más eficazmente en áreas con horizontes
bajos y localidades que son libres sombra
de sol a sol todos los días.
Ayudan a mejorar las condiciones del
planeta

DESVENTAJAS
Todos ellos cumplen con su objetivo, no
obstante, la invención propuesta supone Existen piezas móviles y engranajes que
una mejora sobre todos ellos pues requieren un mantenimiento regular. La
simplifica su fabricación, transporte, reparación o sustitución de piezas rotas,
montaje, maniobra y mantenimiento por cabe recordar que estas piezas son algo
lo siguiente:
costosas.
 Reduce la cantidad de piezas.
 Elimina los costosos montajes con El sistema se debería usar ya que en
motores eléctricos, reductores de general es un beneficio para la vida de
velocidad, coronas dentadas, etc. nuestro planeta y a la vez generamos
 Elimina las costosas y pesadas ganancia en la parte de gastos
baterías de acumuladores necesarias energéticos, tendremos una pequeña
para la alimentación de los motores.
colmena de energía; cada KW producido
 Almacena la energía necesaria para
la maniobra en un simple depósito por este sistema de seguidor evita la
de aire a presión generación del mismo kWh con centrales
 Simplifica el control reduciéndose el contaminantes. Y por ende no se
mismo a 4 válvulas generan de emisiones de co2
electroneumáticas.
 Simplifica el almacenamiento de
energía eléctrica al solamente
necesario para la alimentación de la
elec-trónica de control.
 Reduce el mantenimiento