Diseño y construcción de un sistema de seguimiento solar para un prototipo de colector cilindro-parabólico

Abstract

La búsqueda de alternativas tecnológicas para satisfacer diversas necesidades globales, ha desencadenado un arduo proceso de investigación y desarrollos tecnológicos a nivel mundial para el aprovechamiento de los recursos renovables. Por su parte, los colectores lineales cilindro-parabólicos, han demostrado ser una alternativa para realizar el proceso de calentamiento de agua y para la producción de energia eléctrica. Por su parte, el grupo de investigación en sistemas de energia, automatización y control (GISEAC) de las unidades Tecnológicas de Santander, desarrollo un prototipo de colector Cilindro-Parabólico con materiales de bajo coste y disponibles en la región (Bucaramanga, Colombia). En consecuente, para mejorar el rendimiento del dispositivo, en este documento se presenta el dimensionamiento, implementacion y testeado de un sistema de seguimiento de trayectoria solar en un solo eje, en un colector Cilindro-Parabólico a pequeña escala, aplicando un sistema de control de lazo cerrado. El sistema de control está gobernado por un sistema integrado por un módulo ESP32 y un microcontrolador Raspberry PI3. El eje del dispositivo esta acoplado a un mecanismo compuesto por un sistema de transmisión de engranajes y cadenas, acoplado directamente a un motor eléctrico. El posicionamiento del Angulo del colector está determinado por un sensor que mide directamente la cantidad de LUX e identifica por medio del algoritmo desarrollado, la ubicación con mayores niveles de radiación solar directa incidente. De esta manera, el sistema puede seguir la posición solar durante todo el transcurso del día solar. Finalmente, se puede resaltar que el porcentaje máximo de desviación del sistema de seguimiento solar, es inferior al 1%. A su vez, el rendimiento del sistema de seguimiento de trayectoria solar implementado “Sistema de seguimiento solar Automático”, aumento en un porcentaje superior al 40 % respecto al sistema de seguimiento inicial “Sistema de seguimiento solar manual”.

Performance evaluation of a parabolic cylinder collector applying the Monte Carlo ray tracing method

“…In turn, the DNI in W/m2 corresponding to the prototyping implementation site must be provided, as well as the number of sun rays. In previous works, Tarazona-Romero et al [12] developed a study to determine the performance of a prototype CFL collector at the Technological Units of Santander. The authors carried out a previous traditional study and indicated that the average DNI in the area is 600 W/m2.…”

“…On the other hand, 3D CSPs operate on the point concentration principle and are divided into two technologies [11]; (i) dish-striling and (ii) concentrating tower. The CCPs have single-axis solar tracking systems [12], [13], which ensure year-round utilization of the DNI [14]. The operation of the system is simple, the heat from the DNI is concentrated and transfers to a heat transfer fluid that is fed into a thermodynamic cycle to produce useful energy [15].…”