ES2273576A1 - "equipo y procedimiento de control de seguimiento solar con autocalibracion para concentradores fotovoltaicos". - Google Patents
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Abstract
Equipo y procedimiento de control del seguimiento con autocalibración para concentradores solares fotovoltaicos. Es un equipo de control electrónico que integra capacidad de cómputo, proceso, y medida de variables eléctricas (1). Integra también un reloj interno (2), módulo electrónico de control de motores eléctricos (3), sensores de corriente (8},(9), y de tensión continua, sensor de irradiancia solar global (10), y sensores de rotación de ejes (4),(5). Admite conexión de sensores de apuntamiento solar, e integración de módulos de conmutación de la línea de potencia del concentrador (6), (7). Capaz de calcular internamente efemérides solares en función del tiempo, contiene un modelo genérico de errores en la instalación y fabricación del concentrador y su seguidor, o en su reloj interno, cuyos parámetros ajusta internamente tras la recolección automática de errores de apuntamiento. Permite un control de seguimiento solar de muy alta precisión en concentradores solares fotovoltaicos, de uno, dos ejes, montados en cualquier configuración.
Description
Equipo y procedimiento de control de seguimiento
solar con autocalibración para concentradores fotovoltaicos.
La presente invención se refiere a un Equipo de
Control de Seguimiento Solar con capacidad de autocalibración para
concentradores fotovoltaicos. El presente equipo es capaz de
controlar el seguimiento solar de concentradores fotovoltaicos en
uno o dos ejes en cualquier disposición, con muy alta precisión.
Los seguidores solares mecánicos que portan en
su superficie de montaje sistemas ópticos para la concentración de
la radiación solar directa, y su posterior conversión en
electricidad a través de procesos térmicos o fotovoltaicos,
requieren una precisión de apuntamiento al sol tanto mayor cuanto
mayor es el factor de concentración empleado. Así pues la precisión
requerida, en estos sistemas, queda por lo general por debajo del
grado, y frecuentemente en el rango de la décima de grado. Si se
tienen en cuenta las grandes dimensiones de las superficies de
montaje, o aperturas, de estos seguidores, actualmente en el rango
aproximado de los 25-250 m^{2}, se advierte la
dificultad de su apuntamiento al sol con tales precisiones. Para
lograr este objetivo por una parte es condición necesaria que el
seguidor solar cumpla estrictas especificaciones de rigidez, y que
su transmisión proporcione una alta resolución de posicionamiento.
Por la otra se requiere un equipo capaz de controlar de modo
permanente el seguimiento solar con la precisión especificada, sin
que esta se vea interferida o deteriorada por la aparición de nubes,
y que alternativamente gestione eficazmente las situaciones de
interrupción del seguimiento solar, bien durante la noche, o por
causa de vientos elevados que pongan en riesgo la estructura del
seguidor, o temperaturas en exceso altas en los receptores de la luz
concentrada que puedan llegar a dañarlos.
Hasta la fecha el control de seguimiento solar
ha sido abordado fundamentalmente por dos caminos, (i) basándose en
sensores de apuntamiento que realimentan el control de los motores
que accionan la rotación de los ejes del seguidor solar (ii)
mediante equipos basados en microcontroladores o microprocesadores
que a partir del computo de efemérides solares obtienen las
coordenadas del sol en cada instante sirviéndose estas como consigna
al citado control de motores. La primera aproximación es el objeto
de la Patente Española ES-488887, o de la Patente de
EE.UU. US-3917942, en cuya línea se han propuesto
con posterioridad numerosas variaciones. El principio subyacente es
la utilización de un fotodiodo de dos o cuatro segmentos de tal modo
que cada eje de seguimiento queda asociado a una pareja de
segmentos, y que queda montado en el interior de un colimador. Este
permite, dentro del rango de una determinada apertura angular (campo
de visión del sensor) impuesta por la longitud del colimador,
detectar la desviación del vector solar con respecto al eje del
colimador en uno o dos ejes de seguimiento, siempre que las salidas
de corriente de la pareja de segmentos asociada a un eje no sean
iguales, y que realimentará el control de motores con el objetivo de
anular dichas desviaciones. En general estos procedimientos llamados
generalmente de "lazo cerrado", si bien sencillos y baratos de
implementar, y capaces de ser suficientemente precisos bajo cielos
despejados, se manejan con dificultad en condiciones de nubosidad
intermitente y se muestran por lo general poco eficientes para
volver a localizar al sol tras periodos de ocultación o gestionar
las citadas situaciones de interrupción de seguimiento solar. Además
en aplicaciones de alta precisión resulta dificultoso conseguir un
montaje para el sensor de tal modo que su eje de apuntamiento del
coincida con el eje del sistema de concentración que monte el
seguidor en su apertura, definido como aquel que maximiza la
potencia eléctrica generada. Por último la experiencia de campo
acumulada con estos dispositivos indica que requieren mantenimiento
y calibración periódica. En suma si bien el control de seguimiento
solar en lazo cerrado puede resultar efectivo en aplicaciones de
medida en laboratorio, donde su empleo se limita a días óptimos y en
todo caso cuentan con mantenimiento y asistencia frecuente, distan
de ser una solución idónea para el control de plantas solares
dotadas con varias decenas de seguidores y en las que se pretende la
máxima fiabilidad a largo plazo con el mantenimiento mas reducido
posible. El control de seguimiento en base al cálculo de efemérides
solares tiene sus primeras propuestas en la Patente Española
ES-522081, o de la Patente de EE.UU.
US-4215410. La disponibilidad de efemérides solares
con precisiones inferiores a la centésima de grado y en muchos casos
con expresiones analíticas bastante compactas, sugiere también,
desde los inicios de los desarrollos en concentración solar, la
posibilidad de un control de seguimiento en base a su calculo en
tiempo real, son las llamadas estrategias de "lazo abierto".
Con la proliferación de potentes microprocesadores y
microcontroladores de bajo coste se hará viable la producción de
equipos electrónicos de control de seguimiento solar, que a la par
que implementan estrategias en base al calculo de efemérides solares
que posibilitan una mucha mayor robustez y eficiencia en el
seguimiento que la alcanzada con sensores de apuntamiento, logran
una gran versatilidad en la gestión de las situaciones alternativas
y emergencias, y la integración de capacidades adicionales e.g.
monitorización remota, interfaz de usuario etc. que facilitan y
reducen el coste de su mantenimiento.
La precisión alcanzable con estrategias basadas
en el calculo de efemérides solares, queda limitada en ultima
instancia, en el capitulo del control de seguimiento por la propia
precisión de estas efemérides y la resolución de los sensores de
posición que realimentan al control la orientación alcanzada en cada
eje de seguimiento. En el capitulo del seguidor en uno o dos ejes
que se controla, limitan la precisión de seguimiento la resolución
de posicionamiento de las trasmisiones mecánicas empleadas, función
de sus holguras, reducción empleada etc. Estos límites últimos son a
considerar durante las etapas de diseño y habrán de ajustarse de
modo que se cumplan las especificaciones. Pero además para que se
pueda alcanzar esta precisión de apuntamiento para la que se ha
diseñado mediante un control de seguimiento en lazo abierto será
necesario que por un lado que la hora interna en base a la cual se
calcularan las efemérides solares se mantenga dentro de ciertos
márgenes de precisión y por otro que el referencial establecido por
el conjunto de seguidor mecánico y sistema de concentración que
porta coincida en todo momento con el referencial de las efemérides
solares. El que se consiga esta identidad entre referenciales
dependerá por un lado de que se logre una instalación y orientación
correcta del seguidor en campo, así como de sus sensores de
realimentación de posición de ejes, y del sistema de concentración
montado en la apertura del seguidor, pero también en ciertos
aspectos, de la fabricación y montaje preciso del seguidor. Estas
diferencias entre referenciales introducen errores de seguimiento en
un control en base a efemérides solares para los que se han
propuesto dos tipos fundamentales de procedimientos de corrección:
(i) basados en la teoría clásica de control lineal
(Luque-Heredia, I. et al. "A PI Hybrid Sun
Tracking Algorithm Sun Tracking Algorithm for Photovoltaic
Concentration" Proceedings 19^{th} European Photovoltaic Solar
Energy Conference, Paris, 2004) que tratan de predecir el error que
se producirá en el apuntamiento al sol del seguidor a partir de
medidas anteriores de este error, y (ii) basados en la construcción
de tablas del error de seguimiento y sus procedimientos de
actualización periódica (Arboiro, J.C. & Sala, G.
"Self-learning tracking: a new control strategy
for PV concentrators", Progress in Photovoltaics, 5, 1997).
Estos procedimientos de corrección resultan en última instancia en
rutinas que corrigen las coordenadas inicialmente servidas por las
efemérides solares y siendo asi que requieren de algún medio que les
proporcione errores de apuntamiento, como por ejemplo un sensor de
apuntamiento, se denominan estrategias "híbridas" pues toman
recursos y procedimientos tanto de las estrategias en lazo
"abierto" como de las de "lazo cerrado" antes
descritas.
La presente invención se refiere a un equipo
electrónico de control de seguimiento solar que cuenta con los
recursos necesarios para implementar una nueva estrategia de control
de seguimiento solar especialmente indicada para concentradores
fotovoltaicos.
En lo fundamental el equipo esta basado en un
microprocesador o microcontrolador, un reloj interno en base a un
oscilador de cuarzo, y una unidad electrónica de control de motores
eléctricos de corriente continua o alterna según el caso. El
microcontrolador dispone de una serie de entradas y salidas
digitales y también de entradas analógicas, que dotadas de los
necesarios circuitos externos de acondicionamiento de señal
permitirán la lectura de sensores de corriente con distinta
sensibilidad, un sensor de irradiancia solar global, y/o un sensor
de tensión, y/o un sensor de apuntamiento como los descritos mas
arriba basados en el principio general del fotodiodo en cuadrante
bajo colimador. El equipo esta dotado igualmente de sensores que
informan de la orientación en cada momento de los distintos ejes de
seguimiento bajo control e.g. codificadores ópticos incrementales o
absolutos, sistemas de sensores inductivos etc.
El microcontrolador, mediante el cómputo de las
efemérides solares programadas, es capaz de producir la pareja de
coordenadas (acimut y elevación) del vector solar i.e. el vector que
tiene su origen en la localización del seguidor y apunta al centro
del disco solar, en función de la hora suministrada por el reloj
interno y de las coordenadas geográficas en que se encuentre que han
sido introducidas previamente. Así pues partiendo de la base de que
el control de seguimiento conoce en todo momento la posición de sus
dos ejes de seguimiento a través de los correspondientes sensores
referidos, la rutina básica de seguimiento solar consistirá en un
bucle que continuamente calcula la posición del sol en función del
tiempo y transforma estas coordenadas angulares, en primer lugar en
los ángulos de giro en tomo a los ejes de seguimiento del seguidor
bajo control que son necesarios para orientar la normal a la
apertura del seguidor paralelamente al vector solar, y a
continuación estos ángulos en las unidades en que se ofrecen las
lecturas de los sensores de posición de los ejes de seguimiento, que
según el tipo de sensores utilizados serán magnitudes continuas o
discretas. Si en cualquiera de los dos ejes de seguimiento la
diferencia entre la posición calculada y la actual iguala o supera
un determinado umbral el bucle de calculo de efemérides se
interrumpe, y el microcontrolador pasa a operar sobre las salidas
digitales que controlan las unidad de control de motores de tal modo
que ese eje gire hasta superar la posición calculada en un valor
igual al citado umbral, tras lo cual se reanuda el bucle de calculo
continuo de efemérides a la espera de que de nuevo al posición del
sol vuelva a superar las posiciones actuales de cualquiera de los
dos ejes. Cuando el seguidor dispone de un solo eje, lo antedicho ha
de ser corregido en tanto en cuanto el objetivo será apuntar la
normal a la apertura paralelamente a la proyección del vector solar
en el plano normal al eje de seguimiento. Se observa pues que se
trata de una rutina de seguimiento solar de tipo discontinuo, en la
que cada vez que en un eje el sol se aleja por encima de un umbral
el eje gira hasta superar al sol por valor de ese mismo umbral, de
tal modo que es ese umbral el error máximo de seguimiento en cada
eje y dado que se alterna entre el adelanto y el retraso con
respecto al sol el error medio es nulo. La naturaleza discontinua de
esta rutina de seguimiento solar se justifica por un lado en su bajo
consumo, i.e. cada motor solo opera el tiempo necesario para llevar
el eje de la orientación en que en ese eje se inicia el seguimiento
solar por la mañana hasta aquella en la que se detiene por la tarde,
y por otro lado es la mejor manera de que las posibles holguras e
inercias del seguidor no induzcan oscilaciones en el control.
La rutina descrita de control de seguimiento
opera bajo la suposición de que el seguidor cumple una determinada
disposición de ejes de seguimiento. Así pues en el caso de un
seguidor de dos ejes, en los que se puede distinguir entre un eje
primario, defmido como aquel cuyo soporte esta ligado al terreno
mediante cimentación o anclaje, y un eje secundario, definido como
aquel cuyo soporte esta ligado al eje primario, la rutina de control
de seguimiento requiere para un correcto funcionamiento que el eje
primario este instalado sobre el terreno con una determinada
orientación, o lo que es lo mismo coincidente con un vector
concreto, y que sus sensores de posición sitúen su origen de ángulos
para el giro siguiendo una determinada orientación. En el común de
los casos la rutina de control de seguimiento también requiere la
perpendicularidad del eje primario y secundario, y que los sensores
de posición del eje secundario sitúen su origen de ángulos para el
giro siguiendo una determinada orientación. Por último si una vez
montado el sistema de concentración sobre la apertura del seguidor,
definimos el vector de apuntamiento como aquel que permanece
estático en un referencial con uno de sus ejes siguiendo la
dirección del eje secundario y que gira con este, y apunta en una
dirección tal que cuando mediante los giros combinados de los ejes
primario y secundario queda coincidente con el vector solar, produce
la máxima potencia fotovoltaica, la rutina de control de seguimiento
tiene también como requisito para su correcta operación que este
vector de apuntamiento sea normal al eje secundario.
Las condiciones descritas en el párrafo anterior
son a las que se hacía referencia anteriormente como la necesidad de
coincidencia entre los referenciales de las efemérides solares y las
del seguidor solar junto con el sistema de concentración que porta
en su apertura. En la medida en que cualquiera de los requisitos del
párrafo anterior no se cumplan esto provocará errores de seguimiento
adicionales a los derivados de la precisión intrínseca de las
efemérides solares según son calculadas por el microcontrolador, y a
la resolución de los sensores de posición instalados en los ejes de
seguimiento.
Imprecisiones en el montaje y fabricación del
seguidor y su sistema de concentración así como en su posterior
instalación y montaje en campo producirán errores en el cumplimiento
de los requisitos antedichos. El microcontrolador tiene programado
un modelo matemático de errores que caracteriza mediante seis
parámetros los citados errores, de tal modo que cada uno de estos
parámetros queda asociado a uno de los citados requisitos o causas
de error. Así pues los citados parámetros son:
- \bullet
- Acimut de la inclinación de eje primario (\varphi): Dos parámetros angulares, acimut y ángulo cenital caracterizan la disposición real del eje primario. (29) y (30)
- \bullet
- Ángulo cenital de la inclinación de eje primario (\theta): Ángulo cenital del eje primario. \varphi y \theta denotan el alineamiento incorrecto en campo del eje primario de seguimiento. (31)
- \bullet
- Offset de eje primario (\beta): Ángulo diferencia entre el origen de ángulos o referencia del eje primario y el Sur en el hemisferio Norte (el Norte en el hemisferio Sur) cuando se anulan el resto de parámetros que afectan al eje primario. Recoge errores de instalación y fabricación del seguidor, relacionados con su alineación incorrecta en campo, o las imprecisiones en la colocación del sensor que señala la orientación de referencia en el eje primario. (32)
- \bullet
- No ortogonalidad de ejes (\lambda): Ángulo diferencia entre el eje secundario y la normal al eje primario, contenida en el plano de los ejes primario y secundario. Se trata de un error de montaje en fábrica o campo que caracteriza la falta de perpendicularidad entre los ejes de seguimiento, y que además de introducir errores, resulta en una limitación del espacio de orientaciones al alcance del seguidor. (33) y (34)
- \bullet
- Inclinación axial del vector de apuntamiento (\delta): Ángulo diferencia entre el vector de apuntamiento, y la normal al eje secundario contenida en el plano del vector de apunte y el eje secundario. Se trata de un error cuyo origen puede ser múltiple, desde la fabricación o montaje de la estructura de la apertura del seguidor, hasta la del sistema de concentración que porta bien por desalineamientos entre las distintas partes de la óptica colectora/concentradora, de los receptores o entre receptores y óptica. (35) y (36)
- \bullet
- Offset de eje secundario (\eta): Ángulo diferencia entre la referencia del eje secundario y la horizontal cuando se anulan el resto de parámetros. Recoge igualmente errores de múltiple origen, como la imprecisa colocación del sensor que señala la referencias del eje secundario, hasta la inclinación radial del vector de apuntamiento, esto es el ángulo diferencia entre la orientación normal a la orientación de referencia del eje secundario en el plano normal al eje secundario y la proyección del vector de apunte en el plano normal al eje secundario, derivada igual que en el caso de \delta del imprecisa alineación de la estructura de la apertura, las distintas partes de la óptica colectora/concentradora, los receptores o entre receptores y óptica. (37)
Se trata de un modelo matemático en las que
supuesto se conozcan los valores concretos de los seis parámetros
para un determinado seguidor y su sistema de concentración, que
caracterizan los distintos errores descritos que se han cometido,
tomará las coordenadas en acimut y elevación suministradas por las
efemérides solares y las transforma en otras en las que ya quedan
neutralizados estos errores de tal modo que la coordenada en acimut
puede ser convertida a unidades manejadas en las lecturas de los
sensores del eje primario y lo mismo con respecto a la coordenada de
elevación en el eje secundario.
El modo de conocer los valores de estos
parámetros es por un ajuste del modelo contra un conjunto de errores
de seguimiento tomados en instantes distintos. Este ajuste puede
realizarse por mínimos cuadrados o cualquier otra medida estimadora
de máxima similitud que pueda resultar más robusta ante medidas
anómalas o defectuosas. Se entiende por errores de seguimiento las
diferencias entre las coordenadas obtenidas cuando por cualquier
procedimiento manual o automático se orienta el seguidor junto con
su sistema de concentración hasta que la salida de potencia
fotovoltaica es máxima, y las coordenadas calculadas por las
efemérides solares en el mismo instante en que se produce este
apuntamiento óptimo. Así se obtendrían por cada apuntamiento y en un
seguidor de dos ejes un par de errores, uno en acimut y otro en
elevación. Siendo así que el modelo utilizado es un modelo no lineal
será necesario utilizar algoritmos de optimización iterativos para
lograr el ajuste del conjunto de errores mediante el modelo de
errores, por ejemplo en el caso de utilizar un ajuste por mínimos
cuadrados resulta óptimo utilizar el algoritmo de
Levenberg-Marquardt para dicho ajuste (Marquardt,
D.W. "An algorithm for least-squares estimation of
non-linear parameters "Journal of the Society of
Industrial and Applied Mathematics, 11, 1963). El microcontrolador
tiene programado este procedimiento de ajuste y una vez le sea
suministrado el conjunto de errores de apuntamiento es capaz de
obtener de modo automático el ajuste del modelo de errores y los
seis parámetros precisos que corresponden al seguidor y sistema de
concentración que esta controlando de modo. Una vez obtenidos estos
parámetros el bucle de la rutina esencial de seguimiento antes
descrita se modifica de tal modo que se computarán de modo continuo
las efemérides solares y las coordenadas obtenidas se transforman
mediante el modelo de errores con los citados parámetros, siendo
estas coordenadas corregidas las que se transforman a unidades de
los sensores de posición y se comparan continuamente con la posición
actual de los ejes.
Junto con el citado modelo de errores y su
procedimiento de ajuste contra un conjunto de errores de
seguimiento, el microcontrolador tiene también programado el
procedimiento para la colección automática del conjunto de errores
de seguimiento. En términos generales este procedimiento es una
etapa con una aproximación en "lazo cerrado" en la que
periódicamente se apunta al seguidor al sol, de modo automático, y
se obtiene la diferencia entre las coordenadas que se derivan de las
lecturas de los sensores de posición de los ejes y las que se
obtienen del computo de las efemérides solares en ese mismo
instante. Este procedimiento tiene dos posibles variantes según cual
sea el sistema empleado para determinar cuando el seguidor con su
sistema de concentración están correctamente apuntados. La primera
variante corresponde al procedimiento ideal desde el punto de vista
de su precisión que es aquel que supone que el seguidor y su sistema
de concentración están correctamente apuntados cuando la potencia
entregada por el generador fotovoltaico se hace máxima. Esta
variante sin embargo exige la conexión del generador a una carga
eléctrica variable que lo polarice en su punto de máxima potencia,
lo que normalmente se conoce como una etapa seguidora del punto de
máxima potencia (MPPT: Maximum Power Point Tracker), que es en
esencia un circuito de conversión de niveles en corriente continua
DC-DC. Así pues, en primer lugar se realiza un
rastreo del sol según el cual el seguidor barre el espacio de
seguimiento con sus dos ejes hasta que el error angular entre el
vector solar y el vector de apuntamiento es menor o igual a la
apertura angular del sistema de concentración y los sensores de
corriente y tensión del Equipo de Control de Seguimiento comienzan a
medir la generación de potencia. Llegado a este punto se trata de
buscar el máximo de una función de dos dimensiones - potencia
entregada en función de las coordenadas angulares acimut y
elevación - para lo que se procederá por vía de la maximización
iterativa de rectas sucesivas en este espacio bidimensional y por
las que el seguidor se moverá a la velocidad que permitan sus
motores. La dificultad fundamental de este procedimiento esta en que
la etapa seguidora del punto de máxima potencia ha de tener su
algoritmo de corrección especialmente preparado para mantener
continuamente la polarización óptima del generador fotovoltaico en
condiciones de irradiancia rápidamente cambiantes, tal como son las
que se producen durante este procedimiento de maximización de
potencia. Siendo así que los algoritmos de corrección habitualmente
empleados en los módulos convencionales de seguimiento del punto de
máxima potencia tienen tiempos de respuesta mayores que los que se
necesitan para la referida maximización de potencia, la elección de
este procedimiento exigiría la integración en el equipo de control
de seguimiento de una etapa seguidora del punto de máxima potencia
especialmente preparada para su seguimiento a las velocidades
impuestas por los motores de los ejes del seguidor. En todo caso
este procedimiento de apuntamiento preciso del seguidor se repetiría
en distintos instantes y tantas veces como errores de seguimiento
quisiéramos para el conjunto de ajuste del modelo de errores.
Una alternativa que en alguna medida puede
acelerar el procedimiento descrito en la primera variante requeriría
la integración de un sensor de apuntamiento, de tal modo que la
primera operación antes de proceder a recolectar errores de
seguimiento sería calibrar este contra la salida de potencia máxima.
El sensor de apuntamiento se instalaría en la apertura del seguidor
procurando que sus salidas siempre se anulen y señalen apuntamiento
correcto en una dirección lo mas próxima posible, dentro de lo
económicamente razonable, a aquella en que se produce la máxima
salida de potencia del generador fotovoltaico. Siendo así que el
sensor de apuntamiento puede no tener su propio vector de
apuntamiento - aquel para el que las salidas de la pareja de
segmentos de fotodiodo asociados a cada eje se igualan -
perfectamente paralelo al vector de apuntamiento del seguidor solar
y su sistema de concentración, se apuntaría correctamente el
seguidor solar hasta maximizar su potencia de salida por el
procedimiento antes indicado y en ese momento se registrarían las
lecturas de los canales del sensor de apuntamiento, de tal modo que
esas serán las que hay que reproducir siempre que se quiera obtener
un apuntamiento preciso. De este modo después de esta primera
calibración del sensor de apuntamiento, la posterior etapa de
colección de errores de seguimiento que requiere como se ha visto
sucesivos apuntamientos correctos del seguidor, ya no requerirá que
estos, en su ultima fase de aproximación, en que el vector solar
entra dentro de la apertura angular del sistema de concentración,
realicen una maximización de potencia iterativa, sino que tan pronto
el vector solar queda comprendido dentro de la apertura angular del
sensor de apuntamiento, el control de seguimiento pasa a ser
realimentado por el sensor de apuntamiento hasta lograr reproducir
las lecturas obtenidas en la calibración en su cuatro canales, lo
que es siempre mas rápido. No obstante téngase en cuenta que esta
alternativa no elimina en el caso de que el seguidor monte un
generador fotovoltaico, la necesidad de integrar el modulo de
seguimiento del punto de máxima potencia de diseño especifico
antedicho, pues este será necesario para la calibración inicial del
sensor de apuntamiento.
La segunda variante, aplicable se basa en la
equivalencia aproximada entre la orientación en la que el generador
fotovoltaico montado en el seguidor genera la máxima salida de
potencia con el generador con la polarización variable de un modulo
seguidor del punto de máxima potencia - tal como se obtiene en la
primera variante - y la orientación en la que este mismo generador
entrega la máxima corriente cuando esta polarizado a una tensión
constante, siempre que esta sea inferior en todo momento a la
tensión del punto de máxima potencia. De este modo basta con dotar
al Equipo de Control de Seguimiento con un sensor de corriente (e.g.
sensor toroidal de efecto Hall de fácil instalación y que
proporciona aislamiento galvánico), sin necesidad de sensor de
tensión o sensor de apuntamiento. Por otro lado lo mas sencillo será
polarizar en cortocircuito, lo cual solo exige que el Equipo de
Control de Seguimiento integre dispositivos de conmutación capaces
de ocasionalmente desconectar la linea de salida del generador
fotovoltaico de la carga y cortocircuitarla, y sobre todo evita la
necesidad de un modulo de seguimiento del punto de máxima potencia
de carácter especifico. En el procedimiento de maximización de la
corriente el procedimiento sería igual al de la primera variante,
esto es una primera fase de rastreo hasta que el vector solar entra
en la apertura angular del sistema de concentración, el generador
fotovoltaico comienza a generar corriente a tensión constante, y la
posterior maximización iterativa de la función de corriente a
tensión constante en función de acimut y elevación. En todo caso las
ventajas en lo referente a sencillez de implementación de esta
variante son a costa de posible pérdida de precisión no solo porque
las orientaciones que maximizan potencia y corriente a polarización
constante no coincidan exactamente, sino porque además puede
ocurrir que la función de corriente a tensión constante en función
de acimut y elevación tenga el máximo poco pronunciado y por tanto
pueda verse enmascarado por ruido de distinto tipo.
En lo referente al procedimiento automático de
colección del conjunto de errores de seguimiento resta por describir
el procedimiento de rastreo en uno o dos ejes de seguimiento, desde
una orientación inicial del seguidor que al inicio del proceso, en
la primera medida, será la derivada del computo de las efemérides
solares y su transformación a unidades de los sensores de posición,
hasta que el vector solar entra en dentro de la apertura angular
del sistema de concentración, en el caso fotovoltaico, cualquiera
que sea su polarización, o del sensor de apuntamiento. Para aumentar
la eficacia de este proceso de rastreo entra en juego el sensor de
irradiancia global en el plano de la apertura, que integrado con el
Equipo de Control de Seguimiento, puede bien ser una célula
fotovoltaica debidamente encapsulada y con una resistencia de
precisión ("shunt") en paralelo, que quede montada
paralelamente a la apertura del sistema de concentración. De este
modo el procedimiento de rastreo mas sencillo de programar en el
microcontrolador, para el caso de un seguidor de dos ejes, sería
aquel que desde el punto inicial va accionando alternativamente los
dos ejes, de tal modo que dos giros consecutivos de un mismo eje se
producen en sentidos opuestos y el que se produce en segundo lugar
se prolonga frente al primero en un ángulo igual al producto
\sqrt{2} por la apertura angular del sistema que se este
utilizando para determinar el apuntamiento correcto del seguidor,
sea como se ha dicho el sistema de concentración, o el sensor de
apuntamiento. Si representásemos las rotaciones angulares de los
ejes del seguidor en un plano con dos ejes cartesianos, el
procedimiento de rastreo describe una espiral rectangular que
partiendo del punto inicial de búsqueda se va abriendo rellenando el
plano y de tal modo que cualquier recta que pase por el origen de
la espiral tendrá sus cortes consecutivos con esta a una distancia
siempre inferior al doble de la apertura angular del sistema, por lo
que resulta imposible que incluso un foco de luz colimada - es decir
con diámetro aparente prácticamente nulo - no resulte detectado por
el sistema que se este utilizando para determinar el apuntamiento
correcto. En el momento en que el vector solar entra dentro de la
susodicha apertura angular del sistema utilizado, el rastreo se
detiene y se inicia el procedimiento de maximización de potencia,
según las variantes que ya se han descrito mas arriba. Una vez se ha
localizado por vez primera el apuntamiento correcto del sol - se
tiene pues ya una primera medida de error de apuntamiento para el
conjunto con que se ajustará el modelo de errores - los puntos de
inicio de las siguientes espirales de búsqueda que conduzcan a
nuevos valores del error de apuntamiento, no tienen porque ser
siempre los puntos que generan las efemérides sin corrección alguna
en el momento del inicio de la búsqueda, sino que estos pueden
corregirse con una estimación de error que puede obtenerse a partir
de filtrados predictivos que integran las medidas de error de
seguimiento obtenidas hasta ese punto, de este modo se conseguirá
paulatinamente que el punto de inicio de la espiral este mas próximo
al punto de apuntamiento correcto y por tanto se reducirá el tiempo
de rastreo. La función del sensor de irradiancia solar global en el
plano de la apertura será la de detener el procedimiento de rastreo
cuando este se encuentre en curso, y en general inhibir la colección
de errores de seguimiento, siempre que la irradiancia solar global
en este plano caiga por debajo de un umbral, pues esto indicará la
ocultación del sol por nubes y por tanto la imposibilidad de que a
partir de ese momento el sistema que se este utilizando para
determinar el apuntamiento correcto lo detecte. Tan pronto la
irradiancia global supere de nuevo el citado el umbral quedará
habilitado de nuevo el procedimiento de colección de errores de
seguimiento. El sensor de irradiancia solar global también puede ser
utilizado para realizar una primera aproximación a la orientación de
apuntamiento correcto, previa al inicio de la búsqueda por espirales
y la posterior maximización de la potencia del generador
fotovoltaico, que procedería mediante la maximización consecutiva
primero accionando un eje de seguimiento y luego el otro, si lo
hubiera, de la medida de irradiancia generada por este. Alcanzado
este máximo de la salida del sensor de irradiancia global, que no
tiene porque coincidir con la orientación que genera el máximo de
potencia del generador fotovoltaica, por causa de sus
desalineamientos y de lo poco pronunciado de este máximo que impide
su determinación con precisión, se iniciaría la búsqueda
espiral.
Una fuente de error de especial importancia para
cualquier estrategia de seguimiento solar basada en el computo de
efemérides derivan de la imprecisión en el hora suministrada por el
reloj interno del Equipo de Control de Seguimiento. Un reloj
controlado por un oscilador de cuarzo sufrirá importantes derivas
especialmente cuando se encuentra instalado a la intemperie pues su
precisión es función fundamentalmente de la temperatura. Así un
oscilador de cuarzo convencional puede llegar a errores en el rango
de \pm1 hora al año. Será pues necesario sincronizar
periódicamente el reloj interno del sistema con una señal horaria
precisa, y en este sentido, varias son las posibilidades al alcance
e.g. señal horaria emitida por el sistema GPS, señales radio
horarias, protocolos de sincronización de Internet, etc. que además
están basados en relojes atómicos de la máxima precisión. No
obstante la implementación de estos tipos de sincronización en un
equipo de control de seguimiento exige la integración de recursos
físicos adicionales como receptores radio o GPS o conectividad
Internet, que repercutirán en el coste final del equipo. En el
Equipo de Control de Seguimiento se implementa una aproximación
alternativa a las citadas que aprovecha el hecho de que se dispone
de unas efemérides solares de muy alta precisión, por lo que podemos
introducir un parámetro adicional a ajustar contra los errores de
seguimiento colectados, que represente el atraso o adelanto
acumulado por el reloj interno del Equipo. De este modo los errores
de seguimiento solar quedan así caracterizados por siete parámetros,
los seis antes descritos y el parámetro de deriva temporal que se
suma a la variable independiente, el tiempo, de las ecuaciones que
componen las efemérides solares. De este modo durante el proceso de
ajuste contra el conjunto de errores de seguimiento, además de
obtener los parámetros que caracterizan errores de instalación,
montaje, y fabricación del seguidor, se obtendrá la deriva que ha
sufrido el reloj interno del sistema de tal modo que este puede ser
puesto de nuevo en hora eliminando esta.
Hemos descrito hasta aquí todas las rutinas y
procedimientos que el Equipo de Control de Seguimiento lleva a cabo
para lograr un seguimiento solar de la máxima precisión y los
recursos físicos que dicho Equipo reúne para realizarlas. El mayor
énfasis se ha puesto en la descripción de los procedimientos que
realiza para calibrar las efemérides solares internas de modo
automático. No obstante resta aún poner de manifiesto el hecho de
que para ajustar los parámetros del modelo de errores y el
parámetro de deriva temporal las efemérides a emplear no tienen
porque ser necesariamente las del sol, y a los efectos del
procedimiento de calibración serán igual de validas las de cualquier
cuerpo celeste de precisión equivalente. En este sentido la
alternativa al sol mas interesante a la vez que viable seria la
luna, para la cual existen también efemérides de gran precisión cuya
programación y computo por parte del microcontrolador del Equipo de
Seguimiento Solar es igualmente factible. El diámetro aparente de la
luna y el sol son prácticamente idénticos, por lo que el
procedimiento de adquisición de errores de seguimiento sería
aplicable con el satélite terrestre sin apenas modificaciones, salvo
en lo referente a los sensores a utilizar para determinar el
apuntamiento preciso habrán de tener una sensibilidad mucho mayor,
siendo así que la luna llena tiene una irradiancia seis ordenes de
magnitud inferior a la del sol. Así por ejemplo en el caso de la
variante descrita que únicamente integra un sensor de corriente,
este, en base a las eficiencias y tensiones de circuito abierto
habituales en un sistema de concentración fotovoltaica, debe ser
sensible a corrientes del orden de microamperios, si bien la
precisión y estabilidad de los resistores de alto valor que esto
exigiría no es un parámetro critico pues en la maximización solo se
atiende a las variaciones relativas de la corriente y no a la
precisión de la medida. En el caso particular de que la adquisición
de errores se realice con la luna, será también necesario programar
en el microcontrolador ecuaciones de fase lunar en función del día,
pues las efemérides lunares calculan el vector lunar en función del
tiempo y este apunta siempre al centro del disco lunar, así pues y
para evitar errores las adquisición de errores debería realizarse en
los días en que la fase este muy próxima a la luna llena. Tema
aparte será la utilización del sensor de irradiancia integrado en el
procedimiento de adquisición de errores de seguimiento en base al
sol. La gran ventaja de poder realizar la adquisición de errores de
seguimiento con la luna esta en que este proceso que de realizarse
por el sol requiere una jornada completa en la que la producción
energética del generador fotovoltaico se reducirá (caso de la
primera variante arriba descrita con maximización de la potencia de
salida) o interrumpida por completo (caso de la segunda variante con
maximización de la corriente de cortocircuito), por lo cual mas allá
de la primera calibración realizada el día de instalación y puesta a
punto del seguidor no serían deseables otras calibraciones. Sin
embrago hay fuentes de error de naturaleza claramente variable con
el tiempo, como es la propia deriva del reloj interno del Equipo de
Control de Seguimiento, que si requeriría ajustes periódicos vía
calibración que bien podrían realizarse en periodos de ciclo lunar.
Otra ventaja adicional del empleo de la luna esta en que su
irradiancia es tres ordenes de magnitud superior a la de los
planetas mas brillantes del sistema solar y cuatro veces superior a
la de las estrellas mas brillantes, con lo cual resulta fácil
discrimar este astro de los restantes nocturnos en base a la
potencia entregada por el sistema de generación fotovoltaico o
equivalente.
De nuevo con sensores de mayor precisión también
será posible realizar la adquisición de errores con los planetas o
las estrellas mas brillantes, para los cuales también existen
efemérides de gran precisión y con especial motivo en el caso de las
estrellas en las que solo consisten en transformaciones de sus
coordenadas fijas celestes a las locales del punto de observación.
Además serán prácticamente focos puntuales lo cual puede redundar en
una mayor precisión en las medidas del error de seguimiento, y
además pueden resultar alternativas en casos en que la luna la fase
de la luna este distante de la luna llena. Su principal
inconveniente es la posibilidad de que el procedimiento de
adquisición de errores tome unos planetas o estrellas por otros,
pues en este caso ya se pueden presentar varios astros con
irradiancias del mismo orden de magnitud.
Para complementar la descripción realizada y con
objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de
la invención, se va a efectuar una descripción detallada de una
realización preferente, en base a un juego de esquemas y diagramas
de flujo que se acompaña a esta memoria descriptiva, formando parte
integrante de la misma y en donde con carácter meramente orientativo
y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1 muestra en un diagrama de bloques
los constituyentes físicos fundamentales del Equipo de Control de
Seguimiento Solar, así como las interrelaciones entre estos
Las figura 2 a 7 ilustran mediante diagramas de
flujo el método de operación del Equipo de Control de Seguimiento
Solar.
Las figuras 8 a 10 señalan los parámetros
angulares que integran el modelo de errores de seguimiento.
Una realización preferente del Equipo de Control
de Seguimiento Solar propuesto tendrá los siguientes constituyentes
físicos fundamentales:
- \bullet
- Un microcontrolador (1)
- \bullet
- Un reloj interno en base a un oscilador de cuarzo (2)
- \bullet
- Una unidad electrónica de control de motores eléctricos de corriente continua o alterna según el caso (3)
- \bullet
- Codificadores ópticos incrementales que informan de la orientación en cada momento de los distintos ejes de seguimiento bajo control, y los circuitos correspondientes para la decodificación de sus señales y lectura por parte del microcontrolador (4)
- \bullet
- Sensores de final de carrera de tipo electromecánico que señalen al microcontrolador los extremos de los rangos de seguimientos de los distintos ejes de seguimiento bajo control, e impidan su superación (5)
- \bullet
- Dispositivos de conmutación de la línea de potencia del generador fotovoltaico que monte el seguidor solar a controlar, con objeto de que el microcontrolador tenga la opción de ocasionalmente desconectar dicha línea de la carga y para luego cortocircuitarla (6)
- \bullet
- Dispositivos de conmutación de la línea de potencia del generador fotovoltaico que monte el seguidor solar a controlar, con objeto de que el microcontrolador tenga la opción de ocasionalmente seleccionar que sensor de corriente de los abajo descritos medirá la corriente de línea cuando esta queda cortocircuitada (7)
El citado microcontrolador dispondrá de una
serie de entradas analógicas, que dotadas de los necesarios
circuitos externos de acondicionamiento de señal permitirán la
lectura de:
- \bullet
- Un sensor de corriente dimensionado en base a la corriente máxima del generador fotovoltaico que monte el seguidor solar a controlar bajo fuente solar (8)
- \bullet
- Un sensor de muy baja corriente dimensionado en base a la corriente máxima del generador fotovoltaico que monte el seguidor solar a controlar bajo fuente lunar (9)
- \bullet
- Un sensor de irradiancia solar global (10)
En términos generales el procedimiento de
seguimiento solar se realizará del siguiente modo:
- 1.
- Tras la conexión del Equipo de Control de Seguimiento al seguidor a controlar y la instalación en campo de todo el conjunto, se procede a realizar un primer proceso de autocalibración que sigue la siguiente secuencia:
- a.
- Condicionado a la superación en el sensor de irradiancia global de un umbral prefijado el microcontrolador procede a cortocircuitar la linea de potencia del generador fotovoltaico que monta el seguidor solar (11).
- b.
- El microcontrolador procede a conmutar del modo necesario para que el sensor de corriente mida la corriente de línea, que será la corriente de cortocircuito del generador fotovoltaico (12).
- c.
- Condicionado en todo momento a la superación en el sensor de irradiancia global de un umbral prefijado, se maximiza dicha irradiancia consecutivamente en los dos ejes de seguimiento (13).
- d.
- Condicionado en todo momento a la superación en el sensor de irradiancia global de un umbral prefijado, se rastrea por espirales rectangulares, tomando como punto de partida la orientación suministrada por las efemérides solares, hasta que la salida del sensor de corriente supera un determinado umbral prefijado (14).
\newpage
- e.
- Condicionado en todo momento a la superación en el sensor de irradiancia global de un umbral prefijado, se realizan de modo iterativo las maximizaciones lineales necesarias de tal modo que se localice la orientación de los dos ejes para la que se mide la máxima corriente (15).
- f.
- Se registran los errores de seguimiento en cada eje (16).
- g.
- En tanto no se supere un numero de medidas de error de seguimiento prefijado, pasado un cierto intervalo de tiempo, calculado de tal modo que el numero de medidas necesarias por el intervalo de tiempo sea igual al tiempo que en ese día el sol permanece dentro del rango de seguimiento del seguidor, se vuelve al punto a (17).
- 2.
- El microcontrolador actúa sobre los dispositivos de conmutación de linea para volver a conectar esta a la carga (18).
- 3.
- Con el conjunto de errores de seguimiento colectados durante el día y una vez que al atardecer el vector solar queda fuera del rango de seguimiento del seguidor solar, se realiza el ajuste de los seis parámetros del modelo de errores de seguimiento. El ajuste lo realiza el microcontrolador aplicando el algoritmo iterativo de Levenberg-Marquardt para lo cual dispone de toda la noche, hasta que a la mañana siguiente el vector solar vuelva a entrar dentro del rango de seguimiento del seguidor (19).
- 4.
- Con el generador fotovoltaico de nuevo conectado a la carga se inicia el procedimiento de seguimiento solar en base a las coordenadas suministradas por las efemérides solares y su posterior corrección por el modelo de errores trabajando con los parámetros producto del ajuste realizado la noche posterior a la mañana de colección de errores de seguimiento. Procedimiento de seguimiento que en lo sucesivo se desarrollara día tras día siempre que las coordenadas suministradas se mantengan dentro del rango de seguimiento del seguidor solar. Al atardecer cuando el vector solar abandona el rango de seguimiento, el microcontrolador se posiciona siempre en una orientación próxima a aquella en la que al amanecer se encontrara el vector solar por primera vez dentro del rango de seguimiento, de tal modo que al día siguiente se pierda el menor tiempo en iniciar el seguimiento una vez se hace posible (20).
- 5.
- Con objeto de eliminar los errores en reloj interno del Equipo de Seguimiento Solar se ajustara periódicamente el parámetro de deriva temporal contra un conjunto de errores de seguimiento. Para evitar que estos ajustes periódicos interrumpan la generación de potencia por parte del generador fotovoltaico, la correspondiente sesión de colección de errores de seguimiento se desarrollara por en noches de luna aproximadamente llena, por tanto en un periodo no inferior al de rotación lunar, en el entorno de los 29,5 días. Con este propósito el microcontrolador tiene programada las ecuaciones que computan el porcentaje de disco lunar iluminado en función del día, y el procedimiento de autocalibración se inicia la en la primera noche que se supera un determinado porcentaje prefijado próximo al 100% y sigue la siguiente secuencia (21):
- a.
- El microcontrolador procede a cortocircuitar la linea de potencia del generador fotovoltaico que monta el seguidor solar (22).
- b.
- El microcontrolador procede a conmutar del modo necesario para que el sensor de muy baja corriente mida la corriente de línea, que será la corriente de cortocircuito del generador fotovoltaico (23).
- c.
- Se rastrea por espirales rectangulares, tomando como punto de partida la orientación suministrada por las efemérides solares y su posterior corrección por el modelo de errores trabajando con los parámetros producto de la autocalibración desarrollada en 1, hasta que la salida del sensor de muy baja corriente supera un determinado umbral prefijado y se pasa al punto d. Si por el contrario la velocidad lineal de expansión del rastreo decae por debajo de la máxima velocidad de desplazamiento lunar sin que el sensor de muy baja corriente supere el citado umbral, el rastreo se detiene y se pasa al punto f. (24).
- d.
- De modo iterativo se realizan las maximizaciones lineales necesarias de tal modo que se localice la orientación de los dos ejes para la que se mide la máxima corriente (25).
- e.
- Se registra los errores de seguimiento en cada eje (26).
- f.
- En tanto no se supere un numero prefijado de rastreos iniciados aunque no necesariamente culminados con una medida de error de seguimiento, pasado un cierto intervalo de tiempo, calculado de tal modo que el numero de rastreos necesarios por el intervalo de tiempo sea igual a tiempo que en esa noche la luna permanece dentro del rango de seguimiento del seguidor, se vuelve al punto a. (27).
- 6.
- Si la cantidad medidas de error de seguimiento colectados durante esa noche no supera la cantidad mínima necesaria prefijada para garantizar un ajuste preciso del parámetro de deriva temporal se desarrollara secuencia de colección de errores descrita en el punto 5 en las noches sucesivas y en tanto en cuanto el porcentaje de superficie lunar iluminada siga siendo superior al valor prefijado. Si llega una noche en la que el porcentaje de superficie lunar iluminada queda por debajo del valor y la cantidad de medidas de error de seguimiento sigue siendo inferior a la cantidad mínima prefijada se suspende la autocalibración nocturna se eliminan las medidas realizadas y se vuelve al punto 4. Por el contrario en el momento en que la cantidad de medidas de error de seguimiento colectadas supere la cantidad mínima necesaria prefijada para garantizar un ajuste el microcontrolador lo iniciara aplicando el algoritmo iterativo de Levenberg-Marquardt aprovechando para ello los periodos de tiempo que sigan en que el vector solar no se encuentre dentro del rango de seguimiento del seguidor. Una vez realizado dicho ajuste y obtenido el parámetro de deriva temporal el microcontrolador corregirá la hora del reloj interno añadiendo este factor corrector, y se vuelve al punto 4 (28).
Claims (7)
1. Un Procedimiento de Control de Seguimiento
Solar para concentradores fotovoltaicos caracterizado por
operar de acuerdo con un método que comprende el computo preliminar
de las coordenadas locales del sol (acimut & elevación) por
medio de efemérides solares codificadas en un microcontrolador, y su
posterior conversión a ángulos de rotación de los ejes de
seguimiento del concentrador fotovoltaico con respecto a sus
posiciones de referencia por medio de las ecuaciones de un modelo de
errores, que también codificadas en el microcontrolador, tienen en
cuenta las diferencias entre el referencial de dichas efemérides y
el del seguidor solar que se esta controlando, diferencias que son
debidas a errores con respecto a las especificaciones en la
instalación, fabricación y montaje tanto de dicho seguidor solar
como del sistema de concentración fotovoltaica que soporta y apunta
al sol.
2. Un Procedimiento de Control de Seguimiento
Solar para concentradores fotovoltaicos caracterizado por
operar de acuerdo con un método que comprende el empleo de un modelo
de errores según la reivindicación 1 que caracteriza las diferencias
entre el referencial de las efemérides solares y el del seguidor
solar que controla el Equipo de Control de Seguimiento Solar, por
medio de seis parámetros. Los valores de los citados seis parámetros
que corresponden al seguidor solar bajo control se ajustan
internamente en el microcontrolador a partir de un conjunto de
errores de apuntamiento al sol o a la luna.
3. Un Procedimiento de Control de Seguimiento
Solar para concentradores fotovoltaicos caracterizado por
operar de acuerdo con un método que comprende la recolección
automática de errores de apuntamiento al sol para su empleo según la
reivindicación 2. Dicho método de recolección automática de errores
localiza la orientación real del sol en términos de rotaciones
angulares de los ejes del seguidor, por medio de rutinas de búsqueda
que se desarrollan en tres etapas: (i) la maximización de la
corriente de cortocircuito de un sensor de irradiancia solar global
incidente en la apertura o plano de colección del concentrador
fotovoltaico, de tal modo que primero se maximiza dicha corriente
actuando el motor de un eje en el sentido en que esta crece, y a
continuación se repite esta misma operación en el otro eje, (ii) el
trazado de movimientos de búsqueda que describen una espiral
rectangular cuando se representan en coordenadas cartesianas las
rotaciones imprimidas a los dos ejes con el tiempo como parámetro,
movimientos que continúan de este modo hasta que se detecta el sol
por medio de unos sensores de corriente y tensión que miden estas
variables en 1 salida del concentrador fotovoltaico, o de modo
equivalente se detecta el sol por medio de un sensor que
preliminarmente ha sido calibrado con la máxima salida de potencia
de de dicho concentrador. (iii) la maximización de la potencia
entregada por el concentrador fotovoltaico, según se mide con unos
sensores de corriente y tensión, o de modo equivalente mediante el
apuntamiento de un sensor de apuntamiento que preliminarmente ha
sido calibrado con la máxima salida de potencia de de dicho
concentrador. Una vez localizado el sol se almacenan las
orientaciones de los dos ejes de seguimiento en términos de sus
respectivas rotaciones
angulares.
angulares.
4. Un Procedimiento de Control de Seguimiento
Solar para concentradores fotovoltaicos caracterizado por
operar de acuerdo con un método que comprende la recolección
automática de errores de apuntamiento al sol para su empleo según la
reivindicación 2, y que opera según la reivindicación 3, con la
variante de que la etapa (ii) de búsqueda por espirales
rectangulares se desarrolla hasta que se detecta al aumentar por
encima de un umbral prefijado la corriente entregada por el
concentrador fotovoltaico polarizado a tensión constante, según se
mide con un sensor de corriente. Se inicia a continuación la etapa
(iii) que en esta variante pretende la maximización de la corriente
entregada por el concentrador fotovoltaico polarizado a tensión
constante, según se mide con un sensor de corriente. Una vez
localizado el sol se almacenan las orientaciones de los dos ejes de
seguimiento en términos de sus respectivas rotaciones angulares.
5. Un Procedimiento de Control de Seguimiento
Solar para concentradores fotovoltaicos caracterizado por
operar de acuerdo con un método que comprende la recolección
automática de errores de apuntamiento a la luna para su empleo según
la reivindicación 2. Dicho método de recolección automática de
errores localiza la orientación real de la luna en términos de
rotaciones angulares de los ejes del seguidor, por medio de rutinas
de búsqueda que se desarrolla en dos etapas (i) el trazado de
movimientos de búsqueda que describen una espiral rectangular según
la reivindicación 3, movimientos que continúan de este modo hasta
que se detecta la luna al aumentar por encima de un umbral prefijado
la corriente entregada por el concentrador fotovoltaico polarizado a
tensión constante, según se mide con un sensor de muy baja
corriente. Se inicia a continuación la etapa (ii) que pretende la
maximización de la corriente entregada por el concentrador
fotovoltaico polarizado a tensión constante, según se mide con el
sensor de muy baja corriente. Una vez localizado la luna se
almacenan las orientaciones de los dos ejes de seguimiento en
términos de sus respectivas rotaciones angulares.
6. Un Procedimiento de Control de Seguimiento
Solar para concentradores fotovoltaicos caracterizado por
operar de acuerdo con un método que comprende la utilización de un
parámetro de deriva temporal en un modelo de errores según la
reivindicación 2, cuyo valor concreto para el concentrador bajo
control puede ajustarse, de modo individual o en conjuntamente con
el resto de parámetros del modelo, a partir del conjunto de errores
de apuntamiento adquirido automáticamente según las reivindicaciones
3, 4 6 5 y de este modo corregir los atrasos o adelantos que puedan
sobrevenir a un reloj interno integrado en el Equipo de Control de
Seguimiento Solar, en función de cuya hora se calculan las
efemérides solares.
\newpage
7. Un Equipo de Control de Seguimiento Solar
para concentradores fotovoltaicos caracterizado por
comprender:
- \bullet
- Un microcontrolador o microprocesador.
- \bullet
- Un reloj interno.
- \bullet
- Una unidad electrónica de control de motores eléctricos de corriente continua o alterna según el caso.
- \bullet
- Sensores de posición que realimentan al control la orientación alcanzada en cada eje de seguimiento.
- \bullet
- Dispositivos de conmutación de la línea de potencia del concentrador fotovoltaico con que ocasionalmente desconectar dicha línea de la carga y para luego cortocircuitarla.
- \bullet
- Dispositivos de conmutación de la línea de potencia del concentrador fotovoltaico con que poder seleccionar el sensor de corriente que medirá la corriente de línea cuando esta queda cortocircuitada.
- \bullet
- Un sensor de corriente dimensionado en base a la corriente máxima del concentrador fotovoltaico.
- \bullet
- Un sensor de muy baja corriente dimensionado en base a la corriente máxima del concentrador fotovoltaico a la irradiancia de la luna llena.
- \bullet
- Un sensor de tensión dimensionado en base a la tensión máxima del concentrador fotovoltaico.
- \bullet
- Un sensor de irradiancia global.
- \bullet
- Un sensor de apuntamiento solar.
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| ES2273576A1 true ES2273576A1 (es) | 2007-05-01 |
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| WO2017187259A1 (en) * | 2016-04-26 | 2017-11-02 | AGARWAL, Reema | Sun position tracker for concentrated photo voltaic power generation system and the method for tracking thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2273576B1 (es) | 2008-04-01 |
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