Tesis doctoral de Ignacio Luque Heredia
Se ha desarrollado un equipo electrónico de control de seguimiento solar, capaz de alcanzar precisiones de apuntamiento en el rango de la decima de grado, para concentradores fotovoltaicos con alto factor de concentración. en el aun incipiente mercado de la concentración fotovoltaica, el control de seguimiento solar, imprescindible en estos sistemas, suele estar basado en sensores de apuntamiento, usualmente analógicos. Generalmente estos sensores son los responsables de lograr las precisiones de seguimiento solar inferiores al grado, requeridas por los actuales concentradores fotovoltaicos con alto factor de concentración. Sin embargo estos sensores además de exigir un diseño robusto y con bajas derivas que no requiera mantenimiento especial, cosa de por sí difícil de conseguir, no aseguran por definición el preciso apuntamiento del concentrador fotovoltaico en cada momento, entendiéndose este como la orientación en que se genera la máxima potencia, sino en principio únicamente el preciso apuntamiento del propio sensor. Es por ello que para poder asegurar buenas precisiones estos sensores habrán de estar bien alineados con el eje de apuntamiento del concentrador, cosa difícil si tenemos además en cuenta que en los seguidores solares con grandes superficie de colección en el rango de los 50-200m2, como son la mayoría de los hoy diseñados para estas aplicaciones, este puede variar con la orientación del seguidor por motivo de sus flexiones estructurales. por otro lado a pesar de que existen efemérides solares de gran precisión que pueden ser calculadas por equipos de electrónicos basados en microprocesadores, para poder trasladar esta alta precisión al control de un seguidor solar es necesaria la caracterización geométrica de este seguidor de tal modo que las coordenadas solares calculadas se puedan convertir en ángulos de giro de los ejes de seguimiento. Sin este postprocesado de la las efemérides, las precisiones de seguimiento que logran son por lo general mayores que el grado, y solo se pueden utilizar en controles de precisión como apoyo de ajuste grueso en sistemas basados en sensores. el equipo de control de seguimiento desarrollado en este trabajo, trataba de evitar el uso de sensores de apuntamiento, y en su lugar conseguir trasladar sin merma la precisión de efemérides solares al control de seguimiento mediante el desarrollo de un procedimiento de calibración, y el «hardware» necesario para su automatización. Para ello se desarrolla un modelo de geométrico de seguidor solar genérico que cuenta con una serie de parámetros que caracterizan las especificidades de construcción de cada seguidor, y en última instancia sirve para convertir de manera precisa las coordenadas suministradas por las efemérides, en ángulos de giro de los ejes de seguimiento. Los parámetros de dicho modelo se ajustan por mínimos cuadrados a partir de conjunto de medidas de la posición del sol realizadas automáticamente durante un día soleado durante la instalación del seguidor. Una vez determinado el conjunto de parámetros que minimiza el error entre las posiciones medidas y las calculadas por las efemérides más el modelo de conversión a ángulos de giro, termina el proceso de autocalibración. Se pasa entonces a seguimiento continuo a partir de las coordenadas suministradas por las efemérides en cada momento que son convertidas a rotaciones de los ejes seguimiento por el modelo geométrico, en el que se han sustituido los valores encontrados durante la autocalibración para los sus parámetros. comienza este trabajo con el desarrollo del modelo geométrico utilizado en la calibración, incluyendo una serie de variantes para describir variedades menos comunes de seguidores o efectos de segundo orden como es la flexión estructural en un seguidor, y pasa luego a detenerse en la descripción de los algoritmos de ajuste de este modelo que dada su no linealidad requiere de algoritmos numéricos de optimización, y en su implementación en un equipo electrónico con un microprocesador de bajo coste. A continuación se valida la consistencia física del modelo geométrico con un pequeño seguidor de laboratorio en el que se pueden prefijar los valores sus parámetros, y tras realizar el proceso de calibración en este se confirma que los valores obtenidos para los parámetros coinciden con los valores prefijados. A continuación se diseña y fabrica un sensor electrónico para medir la precisión de apuntamiento del control de seguimiento calibrado, y de nuevo con un seguidor de laboratorio se realizan campañas de monitorización de esta precisión de seguimiento durante un periodo de seis meses que resultan en la obtención de precisiones diarias medias en el rango de los 0.05 grados y precisiones mejores que 0.1 grados el 97% del tiempo. Tras esta comprobación de la eficacia del control de seguimiento calibrado obtenido, se pasa a describir los algoritmos y «hardware» desarrollados para su operación completamente automática. Se concluye con la descripción de las pruebas de campo realizadas con el control de seguimiento autocalibrado en concentradores reales de diversos fabricantes de primer orden, y tras la adquisición de esta tecnología por una compañía líder del sector se describe el proceso de su tránsito a la fabricación en serie y su instalación en volumen en diversas plantas de producción fotovoltaica. el resultado fundamental de este trabajo ha sido la realización de un equipo de control de seguimiento efectivo para aplicaciones que requieren seguimiento solar de alta precisión como es la concentración fotovoltaica, hasta el punto que ha sido adquirida e industrializada por una compañía lider del sector. Conclusión fundamental es el efecto importante que la consecución de altas precisiones de seguimiento puede tener para reducir el coste de un seguidor solar de precisión al posibilitar mayor tolerancia en su rigidez estructural que en última instancia se traduce en una reducción de coste sensible.
Datos académicos de la tesis doctoral «Control de seguimiento solar de alta precisión con autocalibración«
- Título de la tesis: Control de seguimiento solar de alta precisión con autocalibración
- Autor: Ignacio Luque Heredia
- Universidad: Politécnica de Madrid
- Fecha de lectura de la tesis: 12/04/2010
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Gabriel Sala Pano
- Tribunal
- Presidente del tribunal: eduardo Lorenzo pigueiras
- kenji Araki (vocal)
- gabino Almonacid puche (vocal)
- viacheslav Andreev (vocal)