Projeto do sistema de controle de posição de concentradores solares parabólicos através de coletor por acionamento elétrico
DOI:
https://doi.org/10.5935/jetia.v9i39.848Resumo
A energia solar é uma das energias renováveis mais importantes devido à sua abundância e sustentabilidade. Isto levou a um grande desenvolvimento das tecnologias utilizadas para a sua obtenção, cada vez mais eficazes e variadas, como é o caso da tecnologia de captação solar térmica. A tecnologia de captação solar térmica para obter uma maior captação de energia solar requer um mecanismo de monitoramento para sua utilização, seja manual ou automático. Este trabalho apresenta uma proposta de rastreamento solar automático em Concentradores Solares de Calha Parabólica, com o objetivo de que os mesmos absorvam o máximo possível de energia solar durante o dia a partir do controle de posição de seus refletores para acompanhar fielmente a trajetória solar. O posicionamento destes coletores é feito por um acionamento elétrico e utilizando um computador de placa única Raspberry Pi como unidade de controle e comando. O motorredutor e os demais elementos conformes ao sistema foram selecionados de acordo com os requisitos da aplicação. A programação do sistema de controle de posição implementado no Raspberry Pi é realizada e os coletores são providos de proteção contra vento. Por fim, são realizados e mostrados os resultados dos testes de simulação feitos com o auxílio da ferramenta MATLAB. Além de uma análise econômica e ambiental que demonstra a confiabilidade do projeto. O projeto do sistema gerou um resultado satisfatório para rastreamento solar usando o algoritmo desenvolvido.
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Referências
K. Solangi, M. Islam, R. Saidur, N. Rahim, and H. Fayaz, "A review on global solar energy policy," Renewable and sustainable energy reviews, vol. 15, no. 4, pp. 2149-2163, 2011.
B. J. I. Nuvarez, "Diseño y construcción de un concentrador solar lineal tipo Fresnel didáctico.," Universidad Del Zulia, 2016.
J. C. López Valdés, "Análisis de variantes de sistemas fotovoltaicos con seguimiento solar en las condiciones de Cuba," Universidad Central" Marta Abreu" de Las Villas, Facultad de Ingeniería Eléctrica, 2017.
D. J. Arrieta Morelo and S. Y. Puello Bravo, "Diseño y construcción de un seguidor solar para aumentar el rendimiento energético en paneles fotovoltaicos de un sistema de bombeo," 2018.
A. J. Abdulhamed, N. M. Adam, M. Z. A. Ab-Kadir, and A. A. Hairuddin, "Review of solar parabolic-trough collector geometrical and thermal analyses, performance, and applications," Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 91, pp. 822-831, 2018.
A. Amelia, Y. Irwan, I. Safwati, W. Leow, M. Mat, and M. S. A. Rahim, "Technologies of solar tracking systems: A review," in IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2020, vol. 767, no. 1, p. 012052: IOP Publishing.
D. I. K. Cardozo and E. A. M. Jara, "Automatización de Panel Solar," FPUNE Scientific, no. 5, 2014.
A. R. M. Cancio, "Análisis del estado del arte del calentamiento de agua con energía solar: Minirrevisión," Márgenes, vol. 4, no. 2, pp. 58-85, 2016.
W. AJBAR, "Sistema de concentradores solares de canal parabólico para la generación de calor de proceso: diseño, construcción y modelado matemático," 2019.
C. Paredes Velasco, "Diseño de captador solar cilíndrico parabólico para aplicaciones rurales en Paraguay," 2012.
V. P. Arellano Mancheno and A. L. Chamorro Páez, "Diseño y construcción de un calentador solar cilíndrico parabólico con fines investigativos para la Escuela de Ingeniería Mecánica," Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, 2017.
G.-F. Power-Porto, "Estudio de prefactibilidad para la instalación de una planta generadora de electricidad de 120 MW por medio de concentradores solares cilíndricos parabólicos," 2019.
D. Mentado-Islas, S. Elizalde-Carrizo, D. Jiménez-Islas, and J. Azuara-Jiménez, "Simulación de un concentrador solar de canal parabólico mediante el software SolTrace," Revista de Prototipos Tecnológicos, p. 68, 2016.
C.-Y. Lee, P.-C. Chou, C.-M. Chiang, and C.-F. Lin, "Sun tracking systems: a review," Sensors, vol. 9, no. 5, pp. 3875-3890, 2009.
A. M. Pérez Sánchez, "Diseño y evaluación de un campo de concentradores solares integrados en el esquema de fluido térmico de la Empresa textil “Desembarco del Granma”," Universidad Central" Marta Abreu" de Las Villas. Facultad de Ingeniería …, 2017.
C. F. Iglesias Forns, "Diseño y fabricación de un motor Stirling de bajo diferencial de temperatura para la generación de energía eléctrica, mediante energía solar térmica," Universidad Autónoma de Nuevo León, 2019.
H. M. Castro Chamorro, "Análisis técnico y financiero de plantas de concentración solar con tecnología de cilindro parabólico en las Islas Galápagos," Quito, 2021., 2021.
C. Echevarría López, "Diseño de un colector cilindro parabólico compuesto con aplicación para el calentamiento de agua," 2012.
G. R. Barrera, "Prototipo de un colector solar parabólico para la generación de energía eléctrica," UGCiencia, vol. 22, no. 1, pp. 149-158, 2016.
J. Quinteros Grijalva, "Estudio teórico y experimental de colector solar parabólico para generación de energía eléctrica," 2008.
A. T. Morales, "Adaptación de algoritmo de posicionamiento solar embebido con aplicación en energía solar," 2019.
J. F. Moreno, "Estudio comparativo de eficiencias térmicas en colectores solares cilindro parabólicos utilizando diferentes sustancias de trabajo.," Instituto tecnológico de Pachuca, 2015.
J. A. Carballo, J. Bonilla, L. Roca, and M. Berenguel, "New low-cost solar tracking system based on open source hardware for educational purposes," Solar Energy, vol. 174, pp. 826-836, 2018.
S. Naveen, M. A. A. Baig, and A. Saxena, "A novel scheme for dynamically tracking solar panel," IOSR J Mech Civil Eng, vol. 16, pp. 29-35, 2017.
B. K. S. Vastav, S. Nema, P. Swarnkar, and D. Rajesh, "Automatic solar tracking system using DELTA PLC," in 2016 International Conference on Electrical Power and Energy Systems (ICEPES), 2016, pp. 16-21: IEEE.
A. Marrero Valdivia, "Control de paneles solares fotovoltaicos," Universidad Central" Marta Abreu" de Las Villas. Facultad de Ingeniería …, 2017.
K. M. Velázquez Lucho, "Construcción y evaluación de un concentrador solar de canal parabólico para calor de proceso de baja entalpía," 2014.
O. A. Calzadilla Napoles, "Control de posición de Concentradores Solares de Canal Parabólico mediante accionamiento hidráulico," 2020.
G. Prinsloo and R. Dobson, "Solar Tracking: High Precision Solar Position Algorithms, Programs, Software, and Source-Code for Computing the Solar Vector, Solar Coordinates," Sun Angles in Microprocessor, PLC, Arduino, PIC and PC-Based Sun Tracking Devices or Dynamic Sun Following Hardware. E-Book, 2014.
R. P. Fundation. (2021, 20 agosto). Raspberry Pi 1 modelo B+. Available: https://www.electronicoscaldas.com/es/boards-raspberry-pi/800-raspberry-pi-1-modelo-b-plus.html
A. Martín Montero, "Programación y control de un reloj de tiempo real con Raspberry Pi," 2018.
Adafruit. (2012, 16 de julio). Adicionando un reloj en tiempo real para Raspberry Pi (1 ed.). Available: https://learn.adafruit.com/adding-a-real-time-clock-to-raspberry-pi?view=all
Tiendatec. (2021, 2 de septiembre). Módulo ZS-042ZS-042 , reloj en tiempo real RTC basado en DS3231 AT24C32 Available: https://www.tiendatec.es/arduino/modulos/400-modulo-zs-042-reloj-en-tiempo-real-rtc-basado-en-ds3231-at24c32-arduino-y-raspberry-pi-8404001180013.html
Baumer, "Encoder Absoluto HMG 161," in HMG 161 datasheet, ed, 2021.
Dusco.E. (2021, 18 de septiembre). Módulo LCD 1602, pantalla azul 1602 i2c, módulo de pantalla LCD HD44780, caracteres 16x2 5V, Serial IIC Jumpr Wire para Arduino ,Raspberry Pi. Available: https://es.aliexpress.com/item/32370241702.html
Adafruit. (2021, 15 de septiembre). 4-channel I2C-safe Bi-directional Logic Level Converter - BSS138. Available: https://www.adafruit.com/product/757
R. Estrada Marmolejo. (2016, 19 de septiembre). Optoacoplador, qué es y como funciona. Available: http://www.google.com/amp/s/hetpro-store.com/TUTORIALES/optoacoplador/amp/
Waveshare. (2021, 15 de julio). Batería de polímero de litio para Raspberry Pi SW6106 Power Bank Solution con circuitos de protección integrados Available: https://www.amazon.com/-/es/Waveshare-Raspberry-circuitos-protecci%C3%B3n-integrados/dp/B07YZK24RT
E. Balado Leal, "Prototipo de campo de colectores solares cilindro-parabólicos para generación de calor a alta temperatura," 2011.
L. A. Aros Salazar, "Proyectar estación meteorológica con Raspberry Pi 4 Modelo B," Universidad Técnica Federico Santa María, Chile, 2020.
Adafruit. (2021, 10 de septiembre). Anemómetro Analógico. Available: https://www.pcfactory.cl/producto/29017-adafruit-anemometro-analogico
CALT. (2021, 18 de octubre). Sensor de dirección del viento 5 V CC fuente 0 – 2,5 V voltaje de salida CALT YGC-FX Available: https://www.amazon.com/-/es/Sensor-direcci%C3%B3n-del-viento-fuente/dp/B07GNY8XYB
L. Bravo Ballén and F. Quevedo Sánhez, "MATLAB 6.1," Cieencias Económicas, Universidad Nacional de Colombia, Colombia, 2014.
