Equation Chapter 1 Section 1

Trabajo fin de Grado

Grado en Ingeniería Electrónica, Robótica y

Mecatrónica

Sistema electrónico para el control de plataformas

fotovoltáicas

Autor: Francisco José González Lineros

Tutor: Antonio Corral Aguilar

Dep. Ingeniería Eléctrica

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla

Sevilla, 2017

iii

Trabajo Fin de Grado

Grado en Ingeniería Electrónica, Robótica y Mecatrónica

Sistema electrónico para el control de plataformas

fotovoltáicas

Autor:

Francisco José González Lineros

Tutor:

Antonio Corral Aguilar

Profesor adjunto

Dep. Ingeniería Eléctrica

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla

Sevilla, 2017

v

Trabajo Fin de Grado: Sistema electrónico para el control de plataformas fotovoltáicas

Autor: Francisco José González Lineros

Tutor: Antonio Corral Aguilar

El tribunal nombrado para juzgar el Trabajo arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros:

Presidente:

Vocales:

Secretario:

Acuerdan otorgarle la calificación de:

El Secretario del Tribunal

Sevilla, 2017

vii

Agradecimientos

Siempre he pensado que se me da bien agradecer en persona, pero no se dar las gracias por escrito, allá

vamos. A mis padres, por mantener el equilibrio perfecto entre regañinas y apoyo, de modo que no me

durmiera en los laureles pero no me desanimara. A mi hermano, por hacer lo mismo pero como solo un

hermano puede hacerlo. A mi familia, por tender la mano siempre que ha sido necesario. A mis amigos, por

ayudarme a olvidar un poco las tareas en los momentos necesarios. Y por supuesto, a mis compañeros de

trabajo y a mi tutor, el tiempo que llevamos trabajando juntos ha demostrado la pequeña familia que se ha

formado, y agradezco mucho todo lo que me han enseñado.

ix

Resumen

El presente trabajo expone el diseño de una placa de control cuyo fin es la mejora del rendimiento de paneles

solares en un solo eje, así como la detección de errores en la propia instalación. En el mismo se va a

comprender el análisis del estado del arte de la energía solar y los huertos solares, el análisis previo de la planta

solar objetivo, el diseño de la solución elegida y por último, las conclusiones obtenidas tras la instalación en

planta.

xi

Abstract

The present Project involves the design of a control board whose aim is to improve the performance of solar

panels in one axis and error detection in the instalation as well. In it we will deal with the analysis of the state

of the art of solar energy and solar fields, the beforehand analysis of the objectif solar plant, the design of the

solution chosen and, in the end, the conclusions obtained after the instalation in the solar plant.

Índice

Agradecimientos vii

Resumen ix

Abstract xi

Índice xii

Índice de Tablas xiv

Índice de Figuras xvi

Notación xviii

1 Introducción 1 1.1 Resumen ejecutivo 1

2 Descripción general 3 2.1 Esquema General 3 2.1.1 Metodología de los seguidores solares 3 2.1.2 Huerto Solar ECC, análisis de la instalación 4 2.1.3 Mejoras del rendimiento operativo y productivo 5 2.2 Conclusiones 7

3 Metodología de los seguidores solares 9 3.1 Fundamentos de la energía solar fotovoltaica 9

3.1.1 La célula fotovoltaica 9 3.1.2 El Inversor 11 3.1.3 Ciclo de generación 12 3.2 Optimización de la generación fotovoltaica 12 3.2.1 Importancia del ángulo de incidencia en la radiación solar recibida 13 3.3 El Seguidor Solar 13 3.3.1 Seguidores solares según rango de movimientos 14 3.3.2 Seguidores solares según algoritmo de seguimiento 16 3.3.3 Efecto de la temperatura en el rendimiento 17 3.4 Conclusiones 19

4 Huerto Solar ECC, análisis de la instalación 21 4.1 El Huerto Solar 21 4.2 Disposición general 22 4.3 Componentes del huerto solar 23

4.3.1 El Centro de control 23 4.3.2 Los centros de transformación 25 4.3.3 Los reguladores 28 4.3.4 El Seguidor Solar 29

4.4 Conclusiones 36

5 Mejoras del rendimiento operativo y productivo 38 5.1 Rendimiento Operativo y Productivo 38

5.1.1 Rendimiento Productivo 39 5.1.2 Rendimiento Operativo 48

xiii

5.1.3 Estadísticas de producción 56 5.2 Conclusiones 59

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1 Comparativa entre seguidores de 1 eje y 2 ejes 15

Tabla 2 Comparativa entre algoritmos de control de seguidores solares 16

Tabla 3 Leds de la placa de control 47

xv

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2-1 Seguidores solares del Huerto Solar ECC 4

Figura 2-2 Esquema eléctrico de un huerto solar con módulos Sunny 4

Figura 2-3 Placa de control de PMG instalada en su cajón del seguidor solar 5

Figura 2-4 Diagrama de bloques del control del motor 6

Figura 3-1 Estructura general de una célula fotovoltaica 10

Figura 3-2 Inversor SMA Sunny Boy del IF especial de ECC 11

Figura 3-3 Esquema de generación de energía fotovoltaica 12

Figura 3-4 Seguidor Solar de 1 eje de ECC 13

Figura 3-5 Comparativa de rendimiento diario entre instalación fija y seguidor de 2 ejes 14

Figura 3-6 Comparativa de rendimiento anual seguidor vs fijo 15

Figura 3-7 Variación de intensidad y voltaje de la célula con la temperatura 17

Figura 3-8 Variación de la eficiencia de una célula según la temperatura y hora del día 18

Figura 4-1 Miniatura del plano general del huerto solar ECC 21

Figura 4-2 Sección de seguidores de la plataforma número 1 de el huerto solar ECC 22

Figura 4-3 Centralita de seguridad del centro de control 23

Figura 4-4 Sala de servidores del centro de control 24

Figura 4-5 El centro de control de ECC 25

Figura 4-6 Centro de transformación de ECC 25

Figura 4-7 Armario de telecomunicaciones Sunny WebBox 26

Figura 4-8 Grupo de 6 armarios de contadores de un CT, con armario de telecomunicaciones a la izquierda

26

Figura 4-9 Armario de contadores SMA Sunny Central 100 27

Figura 4-10 Inversor Sunny Boy junto a su seguidor de la instalación especial 27

Figura 4-11 Regulador Sunny String Monitor de SMA 28

Figura 4-12 Seguidor Solar con diseño Solarix 29

Figura 4-13 Posición de la caja de control actual, bajo el propio seguidor solar, en el soporte 30

Figura 4-14 Caja de monitorización de la placa de control 31

Figura 4-15 Baterías de los seguidores solares 32

Figura 4-16 Placa solar para la carga de la batería 32

Figura 4-17 Motor Maxom 241321 33

Figura 4-18 El cilindro de la derecha de la imagen es el husillo del seguidor solar 33

Figura 4-19 Final de carrera del seguidor solar 34

Figura 4-20 El sensor LDR está situado en la cajetilla negra del lateral de la placa solar de carga 35

xvii

Figura 5-1 Plataforma 2 del huerto solar ECC, en funcionamiento con la placa de control Solarix 38

Figura 5-2 Posición de la caja de control antigua en el seguidor solar, junto a la placa solar de carga de batería

39

Figura 5-3 Conexionado de la caja de control antigua 40

Figura 5-4 Caja de control usada inicialmente por PMG 40

Figura 5-5 Placa de control usada por PMG previo a la Solarix 40

Figura 5-6 Prototipo probado por PMG previo a la Solarix 41

Figura 5-7 Interior de la caja de control del prototipo previo a la Solarix 42

Figura 5-8 Diagrama de Bloques del funcionamiento del modo diario 43

Figura 5-9 Diagrama de bloques del funcionamiento del modo nocturno 44

Figura 5-10 Funcionamiento de fin del día por LDR y Placa Solar de Carga de Batería 45

Figura 5-11 Diagrama de Bloques de la placa de control Solarix 46

Figura 5-12 Pinout de la regleta de programación para adaptación a un DB9 47

Figura 5-13 Esquemático de la placa de control Solarix, con sus puntos de interés 48

Figura 5-14 Averías de 2012 relacionadas con Motor, Final de carrera y Husillo 49

Figura 5-15 Programación del modo avería 51

Figura 5-16 Diagrama de Bloques de la funcionalidad de la caja de monitorización en modo ajuste 52

Figura 5-17 Prototipo de la placa de control Solarix colocado en la caja de control 53

Figura 5-18 Posicionado del bornero para los cables 54

Figura 5-19 Tiempos del proceso de Instalación de la placa de control Solarix 54

Figura 5-20 Detección de averías durante la instalación de las placas de control y primeros meses 54

Figura 5-21 Diseño de los cables de conexionado entre la placa de control y la caja de control 55

Figura 5-22 Instalación de las Solarix 55

Figura 5-23 Estadísticas de producción de 2014 56

Figura 5-24 Estadísticas de producción de 2015 56

Figura 5-25 Estadísticas de producción de 2016 57

Figura 5-26 Comparación de los meses de marzo a agosto de media de producción 57

Figura 5-27 Estadística de récord diario de producción 58

Notación

A* Conjugado

c.t.p. En casi todos los puntos

c.q.d. Como queríamos demostrar

∎ Como queríamos demostrar

e.o.c. En cualquier otro caso

e número e

IRe Parte real

IIm Parte imaginaria

sen Función seno

tg Función tangente

arctg Función arco tangente

sen Función seno

sinxy Función seno de x elevado a y

cosxy Función coseno de x elevado a y

Sa Función sampling

sgn Función signo

rect Función rectángulo

Sinc Función sinc

∂y ∂x

x◦

Derivada parcial de y respecto

Notación de grado, x grados.

Pr(A) Probabilidad del suceso A

SNR Signal-to-noise ratio

MSE Minimum square error

: Tal que

< Menor o igual

> Mayor o igual

\ Backslash

⇔ Si y sólo si

1

1 INTRODUCCIÓN

as energías renovables siguen dando pasos cada vez mayores como fuentes de energía fiables y

rentables, logrando, no solo por su condición de energía limpia, gran interés y esperanzas en el campo de

la generación eléctrica. Esto se hace patente en el aumento año tras año de la producción fotovoltaica

andaluza, así como en el incremento de los huertos solares andaluces.

El presente trabajo trata la tarea de mejorar el rendimiento de un huerto solar, mediante la optimización de los

seguidores solares presentes en él. Debido a la privacidad de la empresa, las referencias realizadas a cualquier

persona perteneciente a ella o a la propia planta, su ubicación, o cualquier dato de índole privada serán hechas

mediante iniciales en mayúscula.

Hay que realizar una diferenciación clara entre Parque Solar y Huerto Solar. Un Parque Solar es de carácter

industrial y privado, consta de una instalación de gran tamaño, compuesta por varias Plantas Solares que

requieren de una sala de control centralizada y de transformadores de alta tensión. La Huerta Solar en cambio,

se refiere a instalaciones individuales más pequeñas dedicadas a vender la energía producida a pequeña escala

a la red eléctrica.

En el caso que incumbe a este trabajo, la optimización se ha realizado en una Huerta Solar, ECC ubicada en

EC, Sevilla. Se realizó por la necesidad de PMG, encargado de la Huerta Solar, de mejorar el diseño actual del

que disponían para sus seguidores solares. Esto se debía hacer actuando solamente sobre la placa de control del

panel solar, teniendo en cuenta que no se debería modificar ningún punto más de la instalación de cada panel.

Por tanto, este trabajo engloba conocimientos generales aprendidos en la realización del grado. Estos son tanto

específicos de la mención realizada, “Instrumentación electrónica y control de sistemas”, como ingenieriles en

sí. De la mención se puede incluir el diseño de PCBs, realización de circuitos eléctricos, programación de

microcontroladores o manejo de sensores. Ingenieriles en sí podríamos mencionar la organización temporal

para cumplir plazos de entrega, el análisis de los sistemas para posterior toma de decisiones, o la realización de

pruebas de laboratorio a los prototipos previo a su instalación.

1.1 Resumen ejecutivo

En el trabajo, se expondrán tres secciones:

La primera, realizará una introducción sobre la metodología de los seguidores solares, basada en sus grados de

libertad y sus algoritmos de control, así como un apunte sobre la influencia de la temperatura en el rendimiento

fotovoltaico. Este apartado servirá de justificación de la línea a seguir por la optimización realizada, así como

para familiarizar al lector con la materia a tratar.

La segunda tratará el estado del Huerto Solar previo al diseño. Se abordarán las características de la

instalación, primero como Huerto Solar en su conjunto, y posteriormente como instalación individual a nivel

de un panel solar tipo de la instalación. Este estudio previo nos dará una imagen general de la instalación a

optimizar y aportará todos los requerimientos a satisfacer para las necesidades de PMG, una vez conocido el

sistema, se procede a la realización de la mejora del control para mejorar el rendimiento del huerto.

La tercera parte incluye las mejoras para la placa de control realizadas, se comentarán todas las decisiones de

diseño, así como la funcionalidad final que se otorgó al mismo. Por último, se comprueba el resultado

favorable del diseño realizado en la sección de conclusiones, con datos de producción del Huerto Solar durante

un año tras la colocación del diseño final en la instalación.

Para concluir, adelantamos que se logró aumentar el rendimiento productivo un 18,67%, y basándonos en

datos de producción y en costes estimados, calculamos una amortización de la inversión en 5 años.

L

3

2 DESCRIPCIÓN GENERAL

ste proyecto tiene la finalidad de poner en práctica los conocimientos aprendidos a lo largo de la

realización del grado. En concreto, está enfocado a la realización de una solución electrónica para el

control de un sistema conocido, el seguidor solar.

Para la realización de esta tarea se han utilizado diferentes herramientas que han permitido poner esos

conocimientos en uso de una forma profesional, terminando en la realización de una placa de control para un

seguidor solar de un eje.

El diseño realizado ha partido de un estudio del diseño anterior, con una primera etapa de pruebas eléctricas y

de funcionamiento de ese diseño previo en el laboratorio.

Se realizó el diseño PCB de la placa de control. Se usó un programa parecido al ALTIUM que conocemos de

la facultad, que permite realizar diseños de PCB con los componentes de las librerías.

El microcontrolador que gobierna la placa es un Modelo Pik, y se realizó la programación en lenguaje BASIC.

La placa de control consta de un puerto de comunicaciones serie, mediante SPI, con una caja externa,

propiedad de PMG, que solamente incluye el receptor de comunicaciones y una pantalla para mostrar los

mensajes del microcontrolador.

2.1 Esquema General

2.1.1 Metodología de los seguidores solares

Actualmente, la energía solar puede ser aprovechada de diversas formas, pero estas siguen estando

generalmente englobadas en dos, Térmica y Fotovoltaica, con instalaciones dedicadas a aprovechar ambas

fuentes.

Esta energía se genera en paneles solares, que están formados por células fotovoltaicas que se excitan al recibir

radiación solar.

Hay dos formas principales de lograr un aumento del rendimiento de estas células fotovoltaicas, actuar sobre

los procesos de transformación energética que ocurren en las células o incrementar la radiación que recibe el

panel. Dado que actuar sobre los procesos que ocurren en la célula incluye mayor complejidad y coste, se suele

optar por aumentar la radiación recibida.

De este modo, se generan varias formas de enfrentar este problema, principalmente actuando sobre el ángulo

de incidencia. Cuanto más perpedicular al sol se encuentre el panel solar, más radiación recibirá, y de ahí se

inicia el recorrido de los seguidores solares.

En esta sección hay que tener en cuenta por tanto el control de la orientación del panel solar, tanto por sus

grados de libertad como por el algoritmo de seguimiento que implementa.

E

No hay nada nuevo bajo el sol, pero cuantas cosas

viejas hay que no conocemos.

-Ambrose Bierce (1842-1914) Escritor Estadounidense-

Descripción general

4

2.1.2 Huerto Solar ECC, análisis de la instalación

La instalación para la cual se realizó el diseño es el Huerto Solar ECC, en EC, provincia de Sevilla. Se

compone de 4 zonas de seguidores, cada una con su propio centro de inversores.

Figura 2-1 Seguidores solares del Huerto Solar ECC

En la figura 2-1 se pueden observar los seguidores solares objetivo así como el centro de inversores de esa

sección en la zona inferior. El huerto Solar se compone de 4 plataformas, las cuales aportan en su totalidad una

producción de 5.5MW. Entre las plataformas se reparten 56 IF (Instalación fotovoltaica), 55 de ellas con una

producción de 100KW y una instalación especial. Cada instalación normal cuenta con entre 32 y 33, contando

la instalación especial con 20 seguidores. Las instalaciones normales tienen un inversor de 100KW SMA,

mientras que la especial tiene un inversor sunny monofásico SMA.

Figura 2-2 Esquema eléctrico de un huerto solar con módulos Sunny

5

La razón de esta separación en IF es el carácter de Huerto Solar de la planta. Cada IF se comercializa por

separado, de modo que la empresa responsable del Huerto Solar se encarga del mantenimiento de la planta y

de mantener la producción de esos 100KW de cada IF, garantizando esa energía a cada pequeño comprador.

De modo que dado que la planta consta de 56 IF, se podría dar el caso de 56 clientes diferentes para el Huerto

Solar.

Tras esta explicación breve sobre el Huerto Solar, concretaremos que en esta sección estudiaremos más a

fondo el caso principal que nos ocupa, que es el estado previo al diseño realizado del Seguidor Solar. Es

necesario conocer la planta sobre la que se va a actuar, pero nuestra actuación se va a realizar solo en el campo

del seguidor solar individual.

2.1.3 Mejoras del rendimiento operativo y productivo

El inicio del diseño comenzó estudiando la placa de control que tenía PMG instalada previamente en sus

seguidores. Ésta constaba de un control poco preciso debido a que consistía en una resistencia de potencia

colocada entre dos fotoresistores (LDR light-dependent resistor). Esto causaba bastantes averías en el motor

del seguidor, debido a que constantemente resultaba en diferencias entre el valor de uno y otro resistor, de

modo que la placa de control mandaba constantemente pulsos al motor, causando que su vida útil se redujera

drásticamente.

Figura 2-3 Placa de control de PMG instalada en su cajón del seguidor solar

Teniendo esto en cuenta, y debido a las necesidades de PMG de detectar las averías, se incluyó el

microcontrolador a la placa de control, para realizar un control más específico y tener la capacidad de avisar de

averías tanto mediante LEDS de alarma como por pantalla con la caja de comunicación de PMG.

A la hora de realizar el diseño, se tuvieron en cuenta las necesidades de PMG, que fueron las que marcaron los

criterios a seguir para el mismo.

La placa de control se debía alimentar por una batería de 12V, y esa batería debía recargarse con un pequeño

panel solar incluido en la estructura del seguidor de 22V. De este modo, el microcontrolador debía también ser

capaz de cortar o conectar el panel solar para la realización de la carga de manera correcta, alargando la vida

útil de la batería. Debido a esto, hubo que incluir una sección de regulación de la alimentación para que

separase los 12Voltios que eran usados para mover el motor de los 5V de alimentación del resto de la placa de

control.

Descripción general

6

Había que manejar señales tanto analógicas como digitales, que serían usadas por el microcontrolador para

tomar las decisiones de control. A su vez, habría que tener en cuenta la posibilidad de un inicio de

comunicación entre la caja de PMG y la placa de control, por lo que se incluyó un puerto serie para

comunicación mediante SPI.

La placa de control tendría que tener protecciones frente a cualquier incidencia de carácter eléctrico, como

sobrecargas o sobreintensidades, tanto para protegerse a sí misma como para proteger al seguidor, en caso de

un final de carrera roto, por ejemplo.

La caja donde iría colocada tanto la batería como la placa de control es estanca, de modo que la placa de

control tendría que ser diseñada de modo que pudiera colocarse sin perforar la caja, manteniendo la

estanquidad.

Todas estas decisiones de diseño así como los pasos seguidos para cumplirlas quedan definidos en este

apartado.

Figura 2-4 Diagrama de bloques del control del motor

7

2.2 Conclusiones

Este trabajo ha sido para mí la primera toma de contacto real con el mundo de la ingeniería. La razón de que

sea un proyecto para una instalación real me ha dado la oportunidad de comprobar todos los pasos que

conlleva un proyecto serio. En concreto, el carácter del trabajo, dada su similitud clara con la mención elegida

por mí durante el grado, Instrumentación electrónica y control de sistemas, indica la idoneidad que tiene para

haberme servido de campo de pruebas de los conocimientos aprendidos durante la realización del grado.

Según va uno ahondando en la mención, más se percata de que aunque van separadas entre sí, instrumentación

electrónica y control de sistemas, la una no puede seguir sin la otra. En todo control de sistemas se necesitan de

sensores, instrumentos, que tomen las medidas de las que va a hacer uso el control. De este modo, el caso del

control de un seguidor solar nos permite ver esa dualidad y simbiosis. El seguidor nos proporciona una serie de

medidas, intensidad lumínica en cada lateral del panel, tensión del panel solar de carga, tensión de la batería,

intensidad que circula del panel solar de carga a la batería, información sobre si los finales de carrera están o

no pulsados. Con esta información, el microcontrolador ejecuta su control del sistema, dando como resultado

el funcionamiento deseado del mismo.

Centrándonos un poco más en conceptos individuales desarrollados en este trabajo, podríamos mencionar los

siguientes:

Diseño de circuitos PCB: El trabajo se ha centrado en la realización de una solución en forma de placa

PCB que cumpliera los requisitos, así que este es uno de los puntos más importantes. Me ha

remarcado la importancia de la elección correcta de los componentes a utilizar, ya sea por

optimización del funcionamiento, o por optimización del coste si las características del mismo no son

las más prohibitivas en el diseño. He aprendido a utilizar herramientas de diseño, realizando el diseño

de la PCB con ellas, y manejando las librerías de componentes, teniendo que buscar en los datasheets

de los componentes las huellas y dibujos de los mismos para añadirlos a la librería. También he

mejorado mis capacidades de realizar prototipados antes de la producción de la placa final, realizando

el prototipo en placas de prototipado y realizando ensayos del mismo en el laboratorio.

Programación de microcontroladores: El lenguaje utilizado para programar el microcontrolador ha

sido BASIC, que es un lenguaje muy parecido al máquina, las instrucciones se ejecutan de manera

secuencial y no existen funciones o tareas complejas, solamente saltos de un lado a otro del código,

que no son más que saltos en la pila de instrucciones, tal como pasa en el lenguaje máquina. Se realizó

la programación en este lenguaje debido a que no se necesitaba una complejidad mayor en el control,

y era una decisión que optimizaba costes, lo cual también me ha ayudado a reforzar la idea de que en

una solución ingenieril no hay que buscar siempre usar lo mejor y último para cada diseño, sino lo

más óptimo.

Comunicación con el cliente y trabajo de campo: Este trabajo ha tenido muy en cuenta la necesidad de

cada momento del cliente, ya que este, no se estuvo parado durante la realización del mismo, viendo

que cumplíamos poco a poco las necesidad de diseño que pedía, fue realizando muestras y ensayos en

sus propias instalaciones para buscar posibles averías que le gustaría que el diseño detectase, o

mejoras en sí de la funcionalidad inicial. Esto me ha ayudado también a la hora de entender que un

proyecto es un ente vivo, y la comunicación con el cliente y los plazos de entrega son muy

importantes. Todos esos cambios que me eran notificados por el cliente ajustaban aún más el plazo de

entrega y debíamos ser veloces a la hora de adaptarnos a las nuevas peticiones para no alargar los

tiempos. También he comprobado como es el ambiente de una reunión, y que la comunicación

constante es de suma importancia para mantener el proyecto al día y sin sorpresas.

En definitiva, este trabajo es la consecución del primer proyecto ingenieril de mi carrera, y la experiencia

ha sido muy grata. Espero que la información aquí reunida sea de utilidad al lector y no se haga pesada la

lectura.

Descripción general

8

9

3 METODOLOGÍA DE LOS SEGUIDORES

SOLARES

revio a comenzar a comentar las características principales de la metodología seguida actualmente

para la optimización de los seguidores solares vamos a realizar un inciso sobre la energía solar y la

generación fotovoltaica.

3.1 Fundamentos de la energía solar fotovoltaica

La energía solar fotovoltaica es una fuente de energía para la producción de electricidad de carácter

renovable, obtenida directamente mediante un dispositivo semiconductor denominado célula fotovoltaica

mediante la radiación solar incidente sobre ella.

Sus inicios se remontan a 1839, cuando el físico francés Alexandre-Edmond Becquerel reconoció el

efecto fotovoltaico, aunque no se usaría el término como tal hasta 1849 en Reino Unido. La primera

célula solar se fabricaría en 1883 por Charles Fritts, quien recubriendo una muestra de Selenio

semiconductor con pan de oro formaría la unión de célula fotovoltaica. La eficiencia de este primer

dispositivo era inferior al 1%, pero proporcionó la evidencia de que era posible producir energía eléctrica

del sol. Posteriormente, en el siglo XIX, los estudios realizados por Michael Faraday, James Clerk

Maxwell, Nikola Tesla y Heinrich Hertz sobre inducción electromagnética, fuerzas eléctricas y ondas

electromagnéticas, y sobre todo los de Albert Einstein en 1905, proporcionarían la base teórica del efecto

fotoeléctrico.

Su principal desventaja consiste en su método de producción, dependiente de la radiación solar, por lo

que si la célula no se encuentra alineada perpendicularmente al Sol se pierde entre un 10 y un 25% de la

energía incidente. Debido a ello, se ha popularizado el uso de seguidores solares en las plantas

industriales o huertos solares para la optimización de esa producción de energía. Aun así, se ve también

perjudicada por las condiciones meteorológicas, como poco sol, nubes o la suciedad de la célula

fotovoltaica debida a polvo, arena o cualquier otro elemento que se deposite sobre ella.

3.1.1 La célula fotovoltaica

En cuanto al principio de funcionamiento de una célula fotovoltaica, se puede resumir en lo siguiente:

Cuando un semiconductor dopado se expone a radiación electromagnética, se desprende del mismo un

fotón, que golpea a un electrón y lo arranca, creando un hueco en el átomo. Éste electrón normalmente

encuentra rápidamente otro hueco para llenarlo, y por tanto, la energía generada por el fotón se disipa en

forma de calor. La función de la célula fotovoltaica es obligar a los electrones y a los huecos a avanzar

hacia el lado opuesto del material en lugar de simplemente recombinarse, así se producirá una diferencia

de potencial tal y como ocurre en una pila.

P

El Sol sale para todos

-Refran Español-

Metodología de los seguidores solares

10

10

Figura 3-1 Estructura general de una célula fotovoltaica

Para lograr este efecto, se crea un campo eléctrico permanente, a través de una unión pn, entre dos capas

dopadas respectivamente p y n. En las células de silicio, las mayormente utilizadas, podemos encontrar

por tanto:

La parte superior de la celda, con silicio dopado tipo n.

La parte inferior de la celda, con silicio dopado tipo p.

Cuando se crea la unión pn, los electrones libres de la capa n entran instantáneamente en la capa p y se

recombinan con los huecos de la región p. De este modo, existe una carga positiva en la región n y una

negativa en la región p. A este conjunto se le llama Zona de Carga Espacial y existe un campo eléctrico

entre las dos, de n hacia p. Este campo eléctrico hace de la Zona de Carga Espacial un diodo que sólo

permite el flujo de corriente en una dirección, los electrones solo pueden moverse de la región p a la n.

En resumen, uan célula fotovoltaica es el equivalente a un generador de energía a la que se ha añadido un

diodo. Además, para lograr una célula solar práctica, es preciso anadir contactos eléctricos para extraer la

energía generada, una capa que proteja la célula pero deje pasar la luz y una capa antirreflectante para

garantizar la correcta absorción de los fotones.

11

3.1.2 El Inversor

Las células fotovoltaicas proporcionan corriente eléctrica continua, de modo que para ser aprovechada

por la red debe ser transformada en conrriente alterna mediante un inversor.

Figura 3-2 Inversor SMA Sunny Boy del IF especial de ECC

El funcionamiento de un inversor es el siguiente:

Un oscilador controla a un transistor, el cual interrumpe la corriente entrante generando una onda

rectangular.

Esta onda rectangular alimenta a un transformador, suavizando este su forma, de modo que parezca un

poco más una onda senoidal y proporcionando el voltaje de salida requerido.

Un inversor ideal debería proporcionar una onda sinusoidal perfecta, una buena manera de conseguirlo es

utilizar un PWM de modo que la componente principal senoidal sea mucho mayor que las armónicas

superiores.

Como toda tecnología, los inversores están en constante evolución, y los transistores más utilizados en los

nuevos modelos son tiristores, triac o IGBT.

Metodología de los seguidores solares

12

12

3.1.3 Ciclo de generación

Una vez comprendido el funcionamiento de las células fotovoltaicas y los inversores, podemos resumir el

proceso de generación de la energía fotovoltaica a red como el siguiente:

Se genera la energía a baja tensión (380-800V) y en continua de los paneles solares.

Se transforma con un inversor en corriente alterna.

En plantas de potencia menor de 100kW la energía se inyecta directamente a la red de

distribución de baja tensión (400V trifásico o 230V monofásico).

Para potencias superiores a los 100kW se utiliza un transformador para elevar la energía a media

tensión (15 ó 25kV) y se inyecta en las redes de transporte para su suministro.

En un principio, el único requerimiento que ponían los operadores de las redes eléctricas a los inversores

era el de poder desconectarse de la red si éste se excedia de unos ciertos límites de voltaje y frecuencia.

Poco a poco se fue avanzando en estos requerimientos debido a la necesidad de ir tendiendo a redes

eléctricas inteligentes, de modo que los inversores mas modernos son ya capaces de proveer energía

reactiva e incluso aportar estabilidad a la red eléctrica.

Figura 3-3 Esquema de generación de energía fotovoltaica

Una vez repasado el ciclo de la generación de energía fotovoltaica pasamos a analizar las formas de

optimizar esa generación.

3.2 Optimización de la generación fotovoltaica

En el caso del seguidor solar, tenemos dos formas principales de optimizar esa producción. Estas son las

siguientes:

Actuar sobre los procesos de transformación energética que tienen lugar en el panel.

Incrementar la radiación que recibe el panel.

Dado el fin del trabajo, nos centraremos en el incremento de la radiación del panel.

13

3.2.1 Importancia del ángulo de incidencia en la radiación solar recibida

La generación de energía del panel solar depende directamente de la cantidad de radiación que recibe el

mismo, y viene determinada por la siguiente expresión:

𝑃 = 𝐺 · 𝜂 · 𝜂𝑡 · 𝑠𝑒𝑛(𝛼)

Siendo:

P: Potencia del panel

G: Potencia Solar

𝜂: Rendimiento del panel

𝜂𝑡: Pérdidas de temperatura

𝛼: Ángulo de incidencia de la radiación

De la anterior expresión podemos recoger que a mayor ángulo de incidencia mayor producción de los

paneles, por tanto, para conseguir un aumento del rendimiento del panel debemos tener en cuenta una

correcta orientación del mismo.

Se entiende por tanto, que las plantas de generación solar fijas, no pueden realizar una optimización por

este método, y en cambio, pasaremos a hablar de las plantas de generación solar “móvil”, o como se ha

comentado anteriormente, de seguidores solares.

3.3 El Seguidor Solar

Un seguidor solar es una máquina con una parte fija y otra móvil que dispone de una superficie de

captación solar lo mas perpendicular al sol posible a lo largo del día y dentro de sus rangos de

movimiento.

Figura 3-4 Seguidor Solar de 1 eje de ECC

Metodología de los seguidores solares

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Se pueden clasificar los seguidores solares según rango de movimientos o algoritmo de seguimiento.

3.3.1 Seguidores solares según rango de movimientos

Seguidores de un eje, solo gozan de un grado de libertad. Estos a su vez se dividen en los siguientes tipos:

Polares: La superficie gira sobre un eje orientado al sur e inclinado un ángulo igual a la latitud. El giro

se ajusta para que la normal a la superficie coincida en todo momento con el meridiano terrestre que

contiene al Sol. La velocidad de giro es de 15° por hora, como la del reloj.

Azimutales: La superficie gira sobre un eje vertical, el ángulo de la superficie es constante e igual a la

latitud. El giro se ajusta para que la normal a la superficie coincida en todo momento con el meridiano

local que contiene al Sol. La velocidad de giro es variable a lo largo del día.

Horizontales: La superficie gira en un eje horizontal y orientado en dirección norte-sur. El giro se

ajusta para que la normal a la superficie coincida en todo momento con el meridiano terrestre que

contiene al Sol.

Seguidor de dos ejes, gozan de dos grados de libertad. Existen dos tipos:

Monoposte: Un único apoyo central.

Carrousel: Varios apoyos a lo largo de una superficie circular.

Figura 3-5 Comparativa de rendimiento diario entre instalación fija y seguidor de 2 ejes

Como se puede apreciar en la figura 3-5, el incremento del rendimiento de la instalación seguidora frente a la

fija es muy significativo, lo que hace entender el interés de realizar este tipo de instalaciones.

Entre los distintos seguidores a dos ejes existen variaciones de entre el 30% y el 45% de incremento de

producción frente a las instalaciones fijas, así como variaciones importantes en el coste de los equipos y de las

cimentaciones.

Entre los de un eje el seguimiento azimutal recoge de un 10% a un 20% más que las estructuras fijas.

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En cuanto a la diferencia entre una instalación de un solo eje y una de dos, no podemos diferenciar solo el

aumento del rendimiento de la de dos con respecto a la de un eje, ya que al ser menor, podemos interesarnos

en otros puntos que las diferencian para valorar cúal es la de mayor interés en cada caso. Algunas de estas

diferencias quedan reflejadas en la Tabla 1.

Tabla 1 Comparativa entre seguidores de 1 eje y 2 ejes

Ventajas

Un Eje Dos Ejes

Menor coste Seguimiento solar más preciso

Simplicidad Incrementos en torno al 35% del rendimiento frente a

instalación fija

Posibilidad de adaptación mayor Dificultan el robo de los paneles solares

Desventajas

Seguimiento solar impreciso Mayor coste

Menor energía captada

Los seguidores solares del huerto solar ECC son de un eje, de modo que nos centraremos en explicar los

principales problemas que se encuentran al tratar con este tipo de seguidores.

Figura 3-6 Comparativa de rendimiento anual seguidor vs fijo

Metodología de los seguidores solares

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Como se observa en la figura 3-6, el aumento del rendimiento de un seguidor con respecto a una instalación

fija depende de la orientación de la fija con la que se está comparando y la época del año. Dado que la

inclinación solar con respecto a la superficie terrestre varía a lo largo del año, se aprecian cambios interesantes

en el comportamiento de las instalaciones fijas según su inclinación. Una instalación fija con una inclinación

de 0º (paralela al suelo) muestra mejor rendimiento en meses de verano, cuando el sol se encuentra más

perpendicular al suelo. En cambio, la fija inclinada 35º en la dirección solar consigue tener mejor rendimiento

en los meses de invierno que la seguidora de un eje. Esto puede deberse a las condiciones climatológicas en

esos meses, ya que la instalación seguidora tiene dos posibles métodos de seguimiento, uno de ellos el de

seguidor por punto luminoso, el cuál es muy afectado por tiempos nubosos o baja radiación solar.

3.3.2 Seguidores solares según algoritmo de seguimiento

Como se comentaba en el último párrafo de la sección anterior, el rendimiento de un seguidor solar también es

muy dependiente del algortimo de control que se utilice. Una vez puesta la importancia de la incidencia directa

de la radiación sobre el panel, hay que buscar un algoritmo de control que permita mantener esa incidencia de

la forma más directa y continuada posible.

Podemos diferenciar dos tipos de algoritmo de control para seguidores solares:

Seguidores con programación astronómica:

Se trata de seguidores que mediante un programa y de acuerdo con las ecuaciones solares conocen en qué

punto debería estar el sol a cada hora y apuntan a dicha posición. Aunque es el método más preciso de

posicionamiento la dificultad que incluye el implementar el algoritmo de control conlleva que sea un método

poco utilizado, dado que se pueden conseguir rendimientos buenos con métodos más simples y económicos.

Seguidores por punto luminoso:

Se trata de seguidores que poseen uno o varios sensores que detectan cual es el punto del cielo más luminoso,

de modo que se actúe sobre los motores del seguidor para apuntar hacia él. Debido a tener un algoritmo de

control más simple y permitir un cambio más sencillo de los sensores en caso de error es un método muy

empleado.

Tabla 2 Comparativa entre algoritmos de control de seguidores solares

Ventajas

Punto luminoso Programación astronómica

Facilidad para implementar el algoritmo de

seguimiento

Robustez

Pequeñas ganancias de producción en días nubosos Fiabilidad del sistema

Desventajas

Poca fiabilidad Dificultad para implentar el algoritmo de

seguimiento

El algoritmo de control usado en los seguidores solares de ECC es el de punto luminoso, de modo que

posteriormente en la sección sobre el diseño se mostrará cómo se trató con toda la problemática de los sensores

LDR usados.

Con todo esto, hemos cubierto las necesidades principales de una instalación seguidora solar para generación

eléctrica.

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3.3.3 Efecto de la temperatura en el rendimiento

La temperatura de la célula posee un efecto importante sobre el valor de la tensión en circuito abierto

(Voc, que es el máximo valor de tensión en extremos de la célula y se da cuando esta no está conectada a

ninguna carga), y lo podemos ver sobre la curva I – V, según se muestra en la figura 3-7. Así, al aumentar

la temperatura, la tensión de circuito abierto disminuye del orden de unos pocos milivoltios por cada

grado centígrado que aumenta la temperatura (2,3 mV/ºC para el silicio y entre 2 y 2,2 mV/ºC en el caso

de arseniuro de galio).

Además, como consecuencia de esta variación de Voc, a medida que aumenta la temperatura, provoca a

su vez, que la eficiencia de la célula haga lo propio: disminuir al aumentar la temperatura (se reduce entre

el 0,4 y 0,5% por ºC en las células de silicio y alrededor de 0,3% por ºC en las de arseniuro de galio). La

siguiente figura ilustra las variaciones de las principales características eléctricas de una célula solar en

función de la temperatura.

Figura 3-7 Variación de intensidad y voltaje de la célula con la temperatura

El voltaje de circuito abierto de una célula depende exclusivamente de su temperatura, Tc, y la

temperatura de trabajo de las células depende exclusivamente de la irradiación y de la temperatura

ambiente.

Por lo tanto es bueno recordar, que los sistemas fotovoltaicos poseen una curva de funcionamiento, que es

función de determinadas condiciones, entre las cuales se encuentran la irradiación, la temperatura ya

citada, la velocidad del viento, y por supuesto las sombras.

Además de estos, otros factores, pueden afectar el rendimiento del sistema fotovoltaico: el polvo

depositado en los módulos, los daños en el encapsulado de los módulos, manchas, quemadura de células,

disparo de diodos de bypass, mezcla de módulos con diferentes características o módulos con células

internas de características diferentes, aumentos en resistencias serie y paralelo y muchas más. Todas las

consideraciones anteriores traen como consecuencia, que si en días calurosos de verano, las temperaturas

han subido hasta casi los 45º C, la producción de las instalaciones fotovoltaicas en España, hayan caído

un 4% o 5% de la producción habitual que habrían tenido con una temperatura de 10º C menos.

Metodología de los seguidores solares

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Figura 3-8 Variación de la eficiencia de una célula según la temperatura y hora del día

Esta disminución, en un día de julio, se concretaría en el anterior porcentaje citado de una producción

diaria fotovoltaica de unos 30 GWh, según la estadística diaria publicada por Red Eléctrica de España.

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3.4 Conclusiones

El campo de la generación fotovoltaica con seguidores solares es un campo de general interés, se

comprueba esto con el aumento cada vez mayor de la presencia de esta energía tanto a nivel nacional

como internacional. Por ello, la tecnología del seguidor solar está en un tiempo de mejora, y poco a poco

los rendimientos y costes de esta tecnología son más interesantes al inversor, tanto industrial como civil.

Tras lo presentado, podemos concluir también los requisitos principales que necesita una instalación de

huerto solar:

Seguidores Solares

Inversores

Transformadores en el caso de potencias superiores a 100kW

Así como las necesidades propias a satisfacer por los seguidores solares:

Se trata de un sistema que ha de trabajar durante más de 30 años

Ha de estar preparado para soportar fuertes vientos en repetidas ocasiones

Debe trabajar correctamente en márgenes de temperatura de -15 a 50ºC

Debe ser una máquina autónoma con el mínimo mantenimiento posible

Todo el sistema ha de estar preparado para soportar lluvia, nieve y pedrisco

Hay que diseñar un sistema capaz de soportar la corrosión incluso en ambientes marinos

Personalmente, este capítulo me ha permitido comprobar que ésta no es una tecnología de manejo difícil,

y que con los instrumentos necesarios, es segura y fiable independientemente del conocimiento del

consumidor sobre la tecnología. No es complicado asegurar que poco a poco irá apareciendo cada vez

más en los hogares Andaluces, más de lo que ya se va implementando al menos, y que ayudará bastante a

la economía del pequeño consumidor, civil o empresario. La única pega a esta tecnología actualmente es

la legislación vigente que tara el autoconsumo y que no fomenta el crecimiento de la misma, de modo que

ha quedado supeditada al vaivén político. Por muy negro que parezca el panorama en este aspecto, confío

en que desde Europa, dado los buenos resultados tanto en Alemania como en Francia que está teniendo la

misma, se presione sobre el tema para lograr que España pueda ponerse a liderar ésta tecnología a nivel

Europeo, ya que dadas sus condiciones climatológicas está en posición para ello.

Metodología de los seguidores solares

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4 HUERTO SOLAR ECC, ANÁLISIS DE LA

INSTALACIÓN

n este capítulo, presentaremos la instalación solar que fue objetivo de control para nuestro diseño, el

huerto solar ECC. Abarcaremos la planta en su totalidad, comunicaciones, generación, averías,

transformación, de modo que cuando alcancemos el tercer capítulo, el diseño realizado, todas las

decisiones tomadas en la realización del mismo puedan quedar justificadas por este.

4.1 El Huerto Solar

Un huerto solar es un recinto donde se encuentran pequeñas instalaciones fotovoltaicas de diferentes

titulares que comparten infraestructuras y servicios. El recinto puede ser llevado por los propios titulares

individuales, por una empresa contratada por esos titulares para su mantenimiento o incluso, ser

propiedad exclusiva de una empresa. En el caso de propiedad de una empresa, ésta se ocupa de su

mantenimiento y vende la energía producida por cada instalación fotovoltaica a un cliente.

En el caso de la Huerta Solar ECC, ésta es propiedad de una empresa privada, que comercializa la energía

producida por cada IF (Instalación fotovoltaica) a un cliente. Por ello, aún tratándose de un huerto Solar,

contiene muchas características típicas de un parque solar.

La diferencia entre un parque solar y una huerta solar son el tamaño y el carácter industrial del primero.

Un parque solar es una central solar y requiere una instalación de gran tamaño, más industrial compuesta

por varias plantas solares que requieren una sala de control centralizado y transformadores de alta tensión.

Como se ha comentado, el Huerto Solar ECC contiene características típicas de un parque solar, como

son una sala de control centralizada, transformadores de media tensión y una extensión importante

dividida en 4 zonas como se aprecia en la figura 4-1.

Figura 4-1 Miniatura del plano general del huerto solar ECC

E

Un negocio que no produce nada salvo

dinero, es un mal negocio

-Henry Ford-

Huerto Solar ECC, análisis de la instalación

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22

4.2 Disposición general

El huerto solar ECC se divide en 4 plataformas, que reúnen 5,6MW de energía. Las plataformas no son

equivalentes, de modo que la energía total producida por cada una varía. Se reparten los seguidores de la

siguiente manera:

Plataforma 1: 512 seguidores

Plataforma 2: 832 seguidores

Plataforma 3: 320 seguidores

Plataforma 4: 148 seguidores

Dando un total de 1812 seguidores.

A su vez, los seguidores son repartidos en Instalaciones fotovoltaicas (IF), de 100kW cada una. Cada IF consta

de 32-33 seguidores. El huerto solar consiste de 55 instalaciones de este tipo, más una instalación especial de

20 seguidores.

Por cada IF hay varios reguladores y un inversor, que completan el circuito de generación de la energía

fotovoltaica del IF.

Los inversores están ubicados en 56 armarios contadores, uno por cada IF.

Estos IF están englobados en centros de transformación (CT). El huerto solar ECC cuenta con 10 CTs de

media tensión. Por cada CT tenemos por tanto 6 armarios contadores, salvo el CT10, que solo cuenta con 2 de

ellos, debido a la instalación especial.

Por último, existen 10 armarios de telecomunicaciones.

Una vez realizada esta descripción general de los componentes del huerto solar, podemos centrarnos en

explicar cada uno de ellos por separado.

Figura 4-2 Sección de seguidores de la plataforma número 1 de el huerto solar ECC

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4.3 Componentes del huerto solar

Llevaremos la explicación sobre los componentes del huerto solar de arriba hacia abajo. De este modo,

comenzaremos desde el centro de control e iremos pasando por los armarios de comunicaciones, centros de

transformación, inversores y reguladores hasta llegar a los seguidores solares. El objetivo de este capítulo es

dar a conocer el funcionamiento de un huerto solar de forma general, y más en concreto el que nos ocupa, el de

ECC. La elección de acabar el mismo con el seguidor solar sirve para definir claramente el objeto real al que

se enfrentó el diseño de la placa de control, que es solamente el seguidor solar.

4.3.1 El Centro de control

De entre todas las instalaciones repartidas por el huerto solar, solo una de ellas es un edificio en sí. Éste es el

centro de control. El centro de control de ECC sirve de punto central de la instalación, y a la vez sirve a un

propósito general. En él se llevan a cabo las siguientes tareas:

Control de la seguridad: ECC consta de un circuito cerrado de cámaras de seguridad, contando el

centro de control con su centralita de seguridad. Ésta a su vez contiene información sobre el estado de

los centros de transformación, que recibe a través de los armarios de comunicaciones repartidos por el

huerto solar. De este modo, sirve tanto para control de la seguridad del recinto como para detectar

averías en los CT, ayudando a tareas de mantenimiento.

Figura 4-3 Centralita de seguridad del centro de control

Mantenimiento: La sala de control consta de un armario de mantenimiento, donde se almacenan los

recambios más usuales para las reparaciones de averías típicas que ocurren a lo largo del

funcionamiento del huerto solar. Normalmente se suele hacer re-stock con previsión de meses, de

modo que se suele tener siempre recambios de más para evitar que en caso de algún desastre

importante no se tenga recambios para realizar la reparación.

Huerto Solar ECC, análisis de la instalación

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Administración: La central de control cuenta con un despacho para el director del Huerto Solar, PMG.

En este, se realizan los informes de producción, peticiones de presupuesto para solicitar recambios o

inversiones en el huerto solar, informes de averías y se llevan a cabo todas las tareas administrativas

convenientes.

Sala de servidores: Aquí se reúne toda la información del huerto solar, tanto por parte de los operarios,

como recibida por los armarios de telecomunicaciones repartidos por el recinto. Fue un añadido de

vital importancia al recinto cuando se comenzó a regular estrictamente el aporte de energía a la red de

parte de recintos como el huerto solar ECC por las operadoras eléctricas. Actualmente, los servidores

pueden ser accedidos por la operadora eléctrica, que tiene potestad para desconectar un centro de

transformación del recinto en caso de que no sea posible absorber esa energía por parte de la red.

Figura 4-4 Sala de servidores del centro de control

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Figura 4-5 El centro de control de ECC

Convivencia: En el momento de la realización de este trabajo, había 3 trabajadores ocupándose del

huerto solar, PMG (Director del recinto) y dos operarios. La coordinación entre los mismos es crucial

para el correcto funcionamiento de un recinto tan grande, de modo que el centro de control cumple

también con la función de sala de reunión, desde la cual PMG coordina las tareas del día. Igualmente,

una instalación de este tipo puede no tener ninguna tarea pendiente en un día en el que no falla nada

(que alguno hay), de modo que los operarios se pueden encontrar simplemente revisando información

o realizando tareas menores en el centro de control, cobijados frente a los elementos. En él tienen

cuarto de baño, aire acondicionado, neveras y frigorífico, dotando al recinto de una autonomía clave

para los operarios dada su lejanía con respecto al resto del mundo.

4.3.2 Los centros de transformación

Figura 4-6 Centro de transformación de ECC

Como se comentó en el apartado 4.2, en el recinto hay 10 centros de transformación, cada uno de ellos incluye

transformadores de media tensión en anillo, 6 armarios de contadores, con sus correspondientes inversores, y

un armario de telecomunicaciones.

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4.3.2.1 Armarios de telecomunicaciones

Figura 4-7 Armario de telecomunicaciones Sunny WebBox

La supervisión del recinto llevaba a cabo en la centralita de seguridad del centro de control se lleva a cabo con

los datos recogidos en estos armarios. En ellos se utiliza un colector de datos llamado Sunny WebBox, de la

compañía SMA. Este colector de datos registra y almacena continuamente todos los valores de medición

disponibles de hasta 50 inversores, número bastante superior a los 6 inversores a los que se debe enfrentar cada

Sunny WebBox de ECC. Este registro continuo permite conocer el estado y producción del recinto, así como

detectar averías en él debido a lecturas anómalas al funcionamiento correcto del inversor. La comunicación

entre la Sunny WebBox y los inversores se realiza por línea de alimentación (Powerline) o RS485. Los datos

recogidos por la Sunny WebBox se almacenan en formato CSV o XML, de modo que la revisión de los

mismos por parte de los operarios resulta sencilla. Con los datos aportados por este colector se realizan los

informes de producción del huerto solar. La forma de transmitir los datos a los servidores del centro de control

puede ser tanto por Ethernet, como por GSM.

4.3.2.2 Inversores

Figura 4-8 Grupo de 6 armarios de contadores de un CT, con armario de telecomunicaciones a la izquierda

En el caso de los inversores, tenemos que hacer una distinción entre los inversores de las instalaciones

fotovoltaicas comunes y la especial. Para cada instalación fotovoltaica común tenemos 1 inversor SMA

SC100, es decir, 1 inversor por cada 32 seguidores. Para la instalación especial, de 20 seguidores, tenemos un

inversor SMA Sunny Boy monofásico para cada seguidor.

Recordamos que la función del inversor es tomar la corriente continua generada por los seguidores solares que

le llega de parte de los reguladores y convertirla en corriente alterna para su distribución por la red,

directamente en el caso de un pequeño consumidor, o pasando por el transformador a media tensión en caso de

ser distribuida.

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Figura 4-9 Armario de contadores SMA Sunny Central 100

Para las instalaciones IF normales se utilizada un inversor Sunny Central 100 o SC100, este es capaz de

admitir una potencia fotovoltaica de 110kW, lo cual es suficiente para manejar un IF por sí solo, ya que

recordemos que cada IF produce unos 100kW. La potencia de salida en corriente alterna que alcanza es de

100kW. En cuanto a las tensiones de trabajo, acepta entre 450 y 820V de entrada y da una tensión de red a la

salida de 400 o 300V.

Figura 4-10 Inversor Sunny Boy junto a su seguidor de la instalación especial

Los Inversores Sunny Boy están hechos para potencias mucho menores que su contrapartida SC100, en

concreto, un seguidor solar de ECC puede dar 3kW, aunque ya ahondaremos más en sus características más

adelante. Hay 20 inversores Sunny Boy en ECC, en la llamada instalación especial. Al parecer, es una de las

primeras instalaciones y se optó por mantenerla en ese estado aun habiendo pasado el resto del recinto a los

inversores SC100.

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4.3.3 Los reguladores

Figura 4-11 Regulador Sunny String Monitor de SMA

Aunque en principio parece que una instalación de energía solar fotovoltaica sólo necesita de módulos solares

e inversores, hay un elemento clave en estas instalaciones que es el que se encarga de que la energía transferida

a los inversores esté siempre dentro de las condiciones correctas de funcionamiento: el regulador de carga.

Los paneles solares se suelen diseñar para que puedan dar una tensión más elevada que la tensión final

máxima que puede recibir el inversor. Así se aseguran de que los paneles solares siempre estén dando el

máximo posible, incluso cuando se produzca una disminución del voltaje generado por el panel.

Esta sobretensión tiene dos inconvenientes:

Por un lado, se pierde una pequeña parte de la energía máxima teórica que puede dar el panel

fotovoltaico (10%), que se obtendría si trabajara a tensiones un poco más altas que las que impone el

inversor.

Por otra parte, cuando se dé el punto en el que el panel solar esté dando su máximo potencial, se

producirá una sobrecarga en el inversor que puede dañarlo.

Por tanto, el regulador de carga tiene la misión de regular tanto la corriente como la tensión que llega al

inversor de modo que nunca se sobrecargue peligrosamente. Por este motivo, detecta y mide constantemente el

voltaje y la corriente que recibe del panel solar. En caso de que uno de estos valores supere una consigna

establecida, actúa cortando el flujo de corriente hacia el inversor o bien deja que pase sólo una parte, regulando

la corriente que pasa para mantener el ciclo de funcionamiento correcto.

En el huerto solar ECC se utilizan reguladores Sunny String Monitor de SMA de 6 y 8 canales. Para cada IF

normal, puede haber 2 o 3 String Monitors, dependiendo de si son de 6 o 8 canales. Cada canal se ocupa de

hasta 2 seguidores.

Para String Monitors de 6 canales, tenemos 11 seguidores solares por cada String Monitor, de modo

que tendremos 3 por instalación fotovoltaica.

Para String Monitors de 8 canales, tenemos 16 seguidores solares por cada String Monitor, de modo

que tendremos 2 por instalación fotovoltaica.

Como se ha comentado antes, la función de estos monitores es controlar las tensiones y corrientes que pasan

por sus canales provenientes de los seguidores solares rumbo a los inversores.

Con esto concluimos el repaso de toda la instalación del huerto solar a falta del objetivo de nuestro diseño, el

propio seguidor solar.

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4.3.4 El Seguidor Solar

Ésta sección definirá todas las partes importantes del seguidor solar objetivo del diseño. Tenemos que tener en

cuenta que sin una placa de control, el seguidor solar no es más que una estructura fija de paneles solares

conectada a un regulador. Esto conlleva que la mayoría de partes del seguidor solar que se van a comentar aquí

son puramente mecánicas o interactúan con esa placa de control.

Figura 4-12 Seguidor Solar con diseño Solarix

El seguidor solar puede ser dividido inicialmente en las siguientes partes:

Soporte: Este incluye la estructura metálica en la que se sostienen los paneles solares así como sus

cimientos de hormigón sobre los que se asienta la misma. Debe ser resistente a los elementos, dado

que al estar en la intemperie recibirá la fuerza de lluvia, granizo, sol y viento.

Paneles solares: Cada seguidor solar cuenta con 15 paneles fotovoltaicos. Cada panel fotovoltaico

proporciona hasta 200W, 57,6V y 5,28A. De modo que un seguidor al completo genera 3kW de

potencia. Como comentábamos en la sección de las instalaciones fotovoltaicas, cada IF consta de 32

seguidores. De este modo, cada IF es capaz de generar 96kW de potencia, que en condiciones idóneas

acaban siendo los 100kW que admite el inversor.

Elementos de control: Entre los elementos de control que se encuentran en el seguidor solar podemos

citar los siguientes:

o 2 Sensores LDR (Light Dependent Resistor)

o 2 Finales de carrera

o Motor del husillo

o Caja de control

o Placa solar para carga de la batería de la caja de control

Huerto Solar ECC, análisis de la instalación

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Una vez resumidos los componentes de un seguidor solar, procedemos a describirlos por separado.

4.3.4.1 La caja de control

El diseño de la Solarix se ha hecho pensando en la caja de control que estaba en aquel entonces en el recinto.

Sus principales características son las siguientes:

Tapa transparente, de modo que se puede comprobar en todo momento el estado del interior, esto es

muy útil para las alarmas luminosas de la placa de control.

Dos huecos para tornillos, que como se verá posteriormente, fueron aprovechados para una colocación

cómoda de la Solarix en la caja de control.

Bornero con salida en dos prensaestopas, uno con salida en dirección a la placa solar de carga de la

batería y los sensores LDR incluidos en esta, el otro con salida en dirección a los dos finales de carrera

y el motor del husillo.

Estanquidad

Soporte fijo y vertical

Figura 4-13 Posición de la caja de control actual, bajo el propio seguidor solar, en el soporte

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4.3.4.2 La caja de monitorización

La inclusión de la caja de monitorización en el prototipo de PMG supuso una mejora considerable en la

relación operario-placa de control. Hasta entonces la placa de control era un sistema hermético que no era

capaz de aportar información al operario, solamente de realizar la función de control.

El punto importante de la caja de monitorización, es que esta no monitoriza nada realmente. La caja solo

incluye dos botones y una pantalla LCD, que es manejada por un microcontrolador. La importancia de esto es

que el único fin del microcontrolador es recibir información del microcontrolador de la placa de control y

mostrarla por la pantalla LCD.

Esto convierte a la caja de monitorización en una caja de visualización más bien, ya que su única tarea es

mostrarnos aquello que la placa de control está interesada en mostrarnos.

Como se observa en la figura 4-15, la caja muestra lo siguiente:

Pantalla LCD, con información recibida desde la placa de control. En el prototipo, esta información se

resumía en la tensión de la batería, la corriente de carga, los minutos pasados antes del próximo

control y las intensidades lumínicas del LDR de levante y poniente. También mostraba mensajes

informativos de las funciones que estaba realizando si se pulsaban los botones incluidos en la caja.

Botones de posicionamiento. La serigrafía de la caja muestra claramente la función de los botones,

posicionamiento hacia levante o poniente, y el ajuste de los sensores en caso de pulsar ambos.

Efectivamente, al pulsar uno u otro botón, se daba orden a la placa de control de mover el motor en

esa dirección. El ajuste de los sensores por otra parte era un ajuste in situ de los valores de las LDR.

Se tomaban los valores de las LDR en el punto dado, y se guardaba en una variable la diferencia entre

ambos para hacer un ajuste de offset, de modo que se tomase esa posición y esa diferencia como el

punto correcto.

Figura 4-14 Caja de monitorización de la placa de control

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4.3.4.3 La batería y la placa solar de carga de la batería

Figura 4-15 Baterías de los seguidores solares

Las baterías usadas en los seguidores solares son de 12V nominales. Este voltaje se usa tanto para alimentar la

placa de control como para mover el motor durante el control. Mantener este voltaje en su valor nominal es

crucial, dado que por debajo de los 9 Voltios la placa de control deja de funcionar, ya que el regulador de

tensión no recibe tensión suficiente para dar los 5 Voltios de la sección de control de la placa. Por otro lado, la

placa solar de carga de batería es capaz de alcanzar los 22 Voltios, de modo que la placa de control debe ser

capaz de cortar la carga de la batería cuando se puedan dar casos de sobreintensidad.

Figura 4-16 Placa solar para la carga de la batería

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4.3.4.4 El motor y el husillo

Figura 4-17 Motor Maxom 241321

El motor y el husillo son otro de los puntos críticos del seguidor solar. La mayoría de las averías del recinto se

deben a husillos o motores rotos, y la casuística para ello puede provenir de muchos factores, principalmente

debido a sobreintensidades del motor. Estas pueden darse por un fallo del control de la placa de control o por

un fallo de los finales de carrera. En el caso de un fallo del final de carrera lo que ocurre es que el motor, al

llegar al final del recorrido, sigue intentando avanzar, ya que el final de carrera no avisa, y va subiendo la

intensidad del motor debido a la fuerza que debe vencer hasta que se quema. Lo mismo ocurre con el husillo,

que incluye un tornillo sin fin. Este acaba por romperse cuando intenta seguir el recorrido y se ha llegado al

final.

Figura 4-18 El cilindro de la derecha de la imagen es el husillo del seguidor solar

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4.3.4.5 El final de carrera

En cada lateral de la estructura encontramos un final de carrera como el de la figura 4-20. Estos finales de

carrera se encargan de avisar a la placa de control de que se ha alcanzado el límite de movimiento del seguidor

solar en uno de los dos sentidos, deteniendo el motor para que no se queme ni se rompa el husillo.

Aunque es un método de control y seguridad fiable, las condiciones de la estructura causan a veces que se

rompa, induciendo errores posteriores al motor y al husillo, como se comentó en el punto anterior.

El principal problema que encuentra el final de carrera es el viento. Los días de rachas más fuertes el seguidor

solar puede llegar a acabar oscilando casi libre en el recorrido que le tiene permitido la forma de la estructura.

Esto suele causar que la estructura impacte de forma violenta contra el final de carrera, causando su rotura.

Otro de los problemas que encuentra el final de carrera es la oxidación. Puesto que está a la intemperie, y aun

siendo un sistema mecánico, la forma de dar la señal a la placa de control es eléctrica. Esto puede causar una

oxidación de los contactos del final de carrera, acabando en una avería del mismo.

Por tanto, la detección de averías del final de carrera es de suma importancia, y se suele tener un stock

importante de los mismos dada la frecuencia de las roturas de los mismos.

No es de extrañar por tanto, que PMG pusiera especial hincapié en implementar en el diseño de la Solarix una

forma de detectar este tiempo de avería, de modo que el operario de mantenimiento pudiera ocuparse de la

sustitución del final de carrera estropeado rápidamente, asegurando el bienestar del motor y el husillo del

seguidor solar.

Figura 4-19 Final de carrera del seguidor solar

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4.3.4.6 Los sensores LDR

Los seguidores solares del huerto solar ECC se basan en el algoritmo de seguimiento por punto luminoso. Por

tanto, los sensores LDR son otra sección de vital importancia en cada seguidor solar.

La única forma que tiene la placa de control de saber hacia dónde tiene que orientar el seguidor solar es

mediante las lecturas recibidas de estos sensores LDR. Todo el control se basa en responder según la

información recibida de este modo, así que el tratamiento de estas señales debe ser realizado minuciosamente.

La forma de encontrar el punto de incidencia directa del sol sobre la placa solar se realiza comparando los

valores de dos LDR colocadas en los laterales de la placa solar de carga de la batería. Esto se hace leyendo un

bucle 4-20mA para cada LDR, y comparando ambas medidas entre sí. En el caso de que uno de los dos

valores supere en un porcentaje fijado al otro, se da la instrucción de girar el motor hacia ese lado, de modo

que la parte menos luminosa se vaya alzando, recibiendo más intensidad lumínica hasta que se iguale con el

otro sensor.

La principal problemática de los sensores es el cuadre inicial de los mismos. Como se comentaba en la sección

sobre la caja de monitorización, ésta incluye una opción de ajuste de sensores. Esto se debe a que cada sensor

es diferente, de modo que hay que prepararle un offset inicial. Normalmente se toma este offset sobre el

mediodía con el seguidor solar colocado en el centro, de modo que esté mirando fijamente al sol, que estará en

ese momento del día en la cúspide. Este ajuste inicial se debe realizar en cada seguidor cuando se cambian los

sensores, para asegurar que las medidas que realicen sean correctas.

Quitando eso, el único problema que pueden presentar los sensores es la avería del mismo, caso que solo se

puede comprobar con la caja de monitorización, comprobando los valores de los LDR del seguidor solar una

vez se ha detectado un comportamiento extraño en él, ya que la placa de control no tiene forma de saber que el

sensor se ha estropeado. Al igual que con los finales de carrera, se guarda un stock de sensores LDR para

situaciones como esta.

Figura 4-20 El sensor LDR está situado en la cajetilla negra del lateral de la placa solar de carga

Huerto Solar ECC, análisis de la instalación

36

36

4.4 Conclusiones

En este capítulo se ha explicado todo lo concerniente al huerto solar de ECC, pasando por todas sus secciones.

Todo este estudio me ha servido para aprender el funcionamiento en general de una instalación de estas

características, el cual ha resultado ser muy interesante.

Entre las cosas que he aprendido de esta instalación, están las siguientes:

Prima el mantenimiento: Una instalación de este tipo tiene poco cambio real, de modo que la mayoría

del tiempo se dedica a mantenerla en un funcionamiento óptimo. El tema del stock es de suma

importancia, ya que es un negocio de producción de energía solar, y cualquier error debe ser

corregido rápido para mantener la producción estable y de acuerdo a lo fijado con el cliente, ya que el

ciclo solar es el que es y no se va a detener.

La importancia de la detección de averías: Ligado al punto anterior está la detección de las averías

que ocupan al final la mayor parte del tiempo del operario. Aunque hay muchas de ellas que pueden

ser detectadas por los inversores, reguladores o armarios de comunicaciones, se ha mostrado en este

capítulo que hay muchas otras que son de más difícil detección que simplemente comprobando en el

ordenador el estado de los aparatos anteriores. Es claro entonces que la tarea de PMG está centrada

también en intentar buscar las maneras de hacer esas detecciones más claras y rápidas, como también

nos mostró a la hora de solicitar las características del diseño de la Solarix. En resumen, un buen

director de planta debe estar en constante movimiento buscando la manera de que el mantenimiento,

dado que es una tarea perenne, resulte lo más cómodo y rápido.

Comprensión del ciclo de generación fotovoltaica: Analizar esta instalación me ha ayudado a

comprender los diferentes aparatos necesarios para la generación fotovoltaica, y no solo saber que

hacen falta, sino entender el por qué y mostrar interés en las razones que llevaron al dimensionado de

cada aparato tal y como fue escogido. He comprobado que la instalación, aun siendo un huerto solar,

funciona de una manera centralizada y homogeneizada, como una planta solar de pequeño calibre.

En resumen, el análisis de un sistema objetivo de un diseño de control es una de las tareas a la que tiende un

ingeniero en su carrera, de modo que la experiencia me ha sido enriquecedora en un aspecto tanto educativo

como profesional. Me ha permitido comprobar de primera mano cómo es el trabajo tanto de un operario de un

huerto solar como el del director del mismo. A su vez, me ha permitido emprender la tarea del análisis de un

sistema desde un punto de vista totalmente ingenieril, fuera de las simulaciones y los laboratorios,

enfrentándome a un sistema que tendría que soportar condiciones reales, teniendo que tenerlas en cuenta a la

hora de realizar el diseño.

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Mejoras del rendimiento operativo y productivo

38

38

5 MEJORAS DEL RENDIMIENTO OPERATIVO Y

PRODUCTIVO

os anteriores capítulos han servido para entender los pormenores tanto de la metodología del

seguidor solar como de la instalación a optimizar. En este capítulo, se profundizará en las

mejoras realizadas tanto a nivel operativo como productivo, teniendo en cuenta tanto lo

estudiado en anteriores capítulos, como las necesidades indicadas por PMG.

Figura 5-1 Plataforma 2 del huerto solar ECC, en funcionamiento con la placa de control Solarix

5.1 Rendimiento Operativo y Productivo

Como se indica en el nombre del trabajo, lo que se intenta conseguir es una mejora del control para aumentar

el rendimiento de huertos solares. Para lograr esta mejora, hay que tener clara la diferencia entre rendimiento

operativo y productivo. El rendimiento Operativo se basa en la operación general de la planta, incluye

principalmente la capacidad de mejorar las tareas de mantenimiento y de mantener la planta en un

funcionamiento óptimo. En el caso del rendimiento productivo se busca una mejora directa de la producción

del panel fotovoltaico. Teniendo en cuenta esto, tendremos dos líneas de trabajo:

Rendimiento Operativo: Se logrará un aumento mediante la mejora del algoritmo de control. La

principal fuente de mejora que se tiene a la hora de aumentar la producción de un seguidor solar es

maximizar la radiación solar que este recibe. Esto ya se vio en el capítulo 3, de modo que sabemos

que hay dos metodologías de control para seguidores solares, por punto luminoso y por programación

astronómica. Como también se vio en el capítulo 4, los seguidores solares de ECC tienen una

infraestructura hecha para el control por punto luminoso, por lo que el control que se realizará seguirá

esa mecánica, intentando mejorar el rendimiento del mismo.

Rendimiento productivo: Se buscará minimizar costes de mantenimiento. Una forma de realizar una

optimización del sistema es entender los posibles puntos de avería de la instalación y ser capaz de

hacer una detección rápida de las mismas. Con esto se consigue que el seguidor solar mantenga su

L

La vida es un 10% lo que te pasa y

90% cómo respondes a ello

-Lou Holtz-

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producción en el máximo al no realizar paradas largas por avería, y ayuda a la hora de hacer

inventario, reduciendo el nivel de stock necesario y el consiguiente ahorro del coste de las piezas de

repuesto del recinto.

Aun definiendo estas dos líneas de trabajo hay que tener en cuenta que parte del diseño queda fijado por las

necesidades propias que PMG tenía para la placa de control.

5.1.1 Rendimiento Productivo

En esta sección se explicarán los pasos dados para mejorar el rendimiento productivo del seguidor solar, esto

es, aumentar la producción fotovoltaica del panel, mediante mejoras realizadas en el algoritmo de control.

Antes de comentar con la placa de control realizada, tenemos que tener en cuenta que existieron dos versiones

anteriores de la caja de control en el huerto solar. Esto, permitió analizar estas versiones anteriores,

aprovechando los conocimientos derivados de ellas, y aprendiendo de los errores cometidos por las mismas

para la realización mejor de la nueva placa de control.

5.1.1.1 Versión anterior de la caja de control

Figura 5-2 Posición de la caja de control antigua en el seguidor solar, junto a la placa solar de carga de batería

En el huerto solar ECC ya se realizaba un control de los seguidores solares previo al diseño de este trabajo.

Ésta placa de control resultó ser problemática dadas las condiciones del seguidor solar, y se optó por su

sustitución por un diseño nuevo, el realizado en este trabajo.

El diseño antiguo consistía de una caja estanca negra con conexionado al exterior mediante conectores M12 de

3 polos tal y como se muestra en la figura 5-3.

Mejoras del rendimiento operativo y productivo

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40

Figura 5-3 Conexionado de la caja de control antigua

Figura 5-4 Caja de control usada inicialmente por PMG

La caja de control incluía la placa de control, la batería del seguidor solar y los conectores entre la caja de

control y la placa de control y batería.

La batería del seguidor solar se utilizaba para mover el motor del husillo según marcaba la placa de control y a

su vez alimentar a la propia placa de control. La recarga de esta batería se realizaba mediante la placa solar de

carga de batería, que se puede observar en la figura 4-17.

Figura 5-5 Placa de control usada por PMG previo a la Solarix

La problemática que tenía esta placa de control era debido a como realizaba el algoritmo de seguimiento. La

placa de control realizaba el algoritmo de seguimiento según punto luminoso, comparando los valores de dos

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LDR colocados a ambos laterales de la placa solar de carga de batería. Si uno de los sensores marcaba más

luminosidad que el otro, se daba tensión al motor en el sentido que moviera el seguidor hacia ese sensor, hasta

estabilizar de nuevo la medida entre ambos.

El error llegaba a la hora de realizar la comparación y el control del motor. La comparación se hacía mediante

una resistencia de potencia colocada entre ambas resistencias, de modo que cualquier diferencia entre ambas

ya estaba dando orden al control de mover el motor. Al motor se le daba corriente mediante dos relés, uno para

cada sentido, de modo que el sistema acababa quemando o el motor o los relés debido a estar casi

permanentemente abriendo y cerrando los relés, al no existir histéresis de ningún tipo en el sistema.

Debido al constante flujo de placas de control estropeadas por los casos anteriores, PMG decidió prescindir de

este diseño.

Figura 5-6 Prototipo probado por PMG previo a la Solarix

Antes de la realización de la Solarix, el diseño realizado en este trabajo, PMG probó una nueva placa de

control, que fue la que dio forma a la actual caja de control y caja de monitorización. Este prototipo es el

mostrado en la figura 5-6.

El prototipo probado resultó de especial interés a PMG, ya que le permitió hacer pruebas con el control del

seguidor. Estas pruebas le permitieron definir aún mejor las necesidades de control de su sistema seguidor

solar, que fueron las transmitidas a nosotros para la realización de la Solarix.

Aparte de mejoras en el control, también le sirvió para definir protocolos de detección de averías que también

quería ver presentes en la placa de control. Hasta ahora, todo el control de averías se realizaba únicamente

desde el regulador hacia arriba, y este prototipo fue el primero en dar alertas como exceso en la carga de

batería desde el panel solar, por ejemplo.

Otro cambio importante debido a este prototipo fue la caja de control en sí. La caja sigue siendo estanca, pero

se han cambiado los conectores M12 de 3 polos por un bornero con salida a prensaestopas. También se ha

modificado su posición, colocándose en el soporte fijo, y no en los paneles solares, como estaba anteriormente.

Aun así, el prototipo aún tenía carencias para las necesidades de PMG, de modo que no pasó de las 30

unidades, una simple prueba de campo contando los 1812 seguidores del recinto.

Mejoras del rendimiento operativo y productivo

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42

Principalmente el prototipo se encontró con las siguientes carencias:

El diseño no había tenido en cuenta la adaptación a la caja de control, de modo que, como se ve en la

figura 5-7, está colocado de perfil al operario que se asome a comprobar el estado de la caja. Esto

tiene el inconveniente visual a la hora de vislumbrar correctamente los leds que indican el estado de la

placa de control. Además, dada la forma de la placa de control, se sujetó mediante 4 perforaciones

auxiliares en la lateral de la caja de control, de modo que esta deja de ser estrictamente estanca,

perdiendo así su valor como caja de tal característica.

La lectura de los LDR no se estaba realizando de forma correcta. Se estaban utilizando dos sensores

de intensidad para convertir la intensidad medida en las LDR a voltaje que pudiera ser leído por el

microcontrolador, pero no se habían colocado resistencias shunt para ello. La medida parecía ser

correcta en el apartado funcional, pues el sistema respondía correctamente, pero inducía a error a la

hora de medir con la caja de monitorización. Como la intensidad lumínica mostrada no era la correcta,

se estaban falseando posibles informes generados con esos datos.

Las condiciones de control de la placa de control no eran configurables. Tras las pruebas realizadas

con estos prototipos por PMG se determinó que según la posición del seguidor solar en el recinto, este

podía requerir condiciones de control distintas al inicio o final del día, los momentos en el que el sol

incide de manera menos directa. El problema residía en la imposibilidad de modificar la programación

de la placa de control en este prototipo para cambiar esas condiciones, el sistema era “tal como es”.

El prototipo no era industrializable. Hemos comentado que se realizaron 30 prototipos, estos eran

realizados en formato THT, de modo no eran industrializables, haciendo muy largo el proceso de

crear las placas restantes en el caso de que hubiera sido válido.

Figura 5-7 Interior de la caja de control del prototipo previo a la Solarix

Habiendo cubierto las versiones anteriores de la caja de control, procedemos a explicar el funcionamiento que

se buscaba en la placa de control final.

43

5.1.1.2 Mejoras al algoritmo de control requeridas por PMG

Pasaremos a explicar el funcionamiento buscado por PMG para sus seguidores, lo que sería la funcionalidad

diaria normal del seguidor.

5.1.1.2.1 Funcionamiento Diario

El funcionamiento del seguidor solar diario queda resumido por la figura 5-8 y es como sigue:

Durante la mañana, el sol se alzará por el este, de modo que el sensor de levante recibirá radiación solar,

indicando que es de día. A partir de este momento, cada vez que la luminosidad recibida por el sensor de

levante sea menor que la recibida por el sensor de poniente el motor deberá girar hacia poniente. Este giro

continuará hasta que la lectura de ambos sensores vuelva a ser la misma, indicando que la placa está lo más

perpendicular al sol posible. Para incluir una histéresis, y así evitar la problemática de la versión antigua usada

en el recinto, se esperará durante 3 minutos antes de realizar la siguiente comparación.

Figura 5-8 Diagrama de Bloques del funcionamiento del modo diario

Mejoras del rendimiento operativo y productivo

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44

5.1.1.2.2 Funcionamiento Nocturno

El funcionamiento del seguidor solar nocturno queda resumido por la figura 5-9 y es como sigue:

Cuando llegue el ocaso, los sensores LDR irán cada vez detectando menos luminosidad. Una vez llegado a un

punto en concreto de luminosidad, se considerará que ya el panel solar no va a generar más energía, y que debe

colocarse para el próximo día. De este modo, se moverá el motor en dirección a levante hasta que se llegue al

final de carrera de levante, posición de inicio del siguiente día.

Durante la noche, es muy importante mantener el consumo de la placa de control en un nivel de bajo consumo,

para asegurarnos de que no se gasta la batería en este momento del día, donde el sistema no es capaz de

proporcionarle una recarga. Debido a esto, la placa de control debe ser capaz de entrar en un modo de bajo

consumo, normalmente un modo Sleep, siendo capaz de despertarse de él al inicio del siguiente día.

Figura 5-9 Diagrama de bloques del funcionamiento del modo nocturno

La funcionalidad tanto diaria como nocturna aquí planteada sufrió cambios a la hora de llegar al diseño final.

Durante las pruebas de los prototipos tanto en laboratorio como en campo se fueron realizando mejoras a este

algoritmo de control, buscando en todo momento mejorar el funcionamiento aquí citado, así como asegurar

que la placa fuera capaz no solo de detectar las averías, sino de poder actuar en caso de que crea que se va a

causar una.

La versión final del algoritmo de control se trata a continuación.

45

5.1.1.3 Mejoras del algortimo de control realizadas

A lo largo del trabajo se ha presentado la metodología a seguir para el control de seguidores solares en el

capítulo 3, se ha presentado la instalación del huerto solar ECC donde se iba a realizar la optimización en el

capítulo 4, y se ha comenzado este capítulo 5 explicando las necesidades que debía suplir la placa de control.

En esta sección, abarcamos al fin la mejora del algoritmo de control realizada así como la placa de control que

lo maneja.

Explicaremos como quedaron los algoritmos de control tanto del día como de la noche. También

comentaremos la propia autodetección de errores de la placa de control.

5.1.1.3.1 Algoritmos de control para Seguimiento Solar

La funcionalidad dada a la placa de control para el seguimiento solar cumplía con lo definido en las secciones

5.1.1.2.1 y 5.1.1.2.2, pero se realizaron una serie de mejoras en el algoritmo de control, debidas principalmente

a la falta de rigurosidad de los sensores LDR. Se pueden resumir las mejoras en lo siguiente:

Funcionamiento diario: Se programaron filtros FIFO (First In, First Out) para todas las medidas

analógicas relacionadas con medición de intensidades, principalmente del motor y la placa solar de

carga de batería. Dada la importancia de estas medidas, un filtro FIFO era necesario para minimizar

los picos inusuales de las medidas que podrían generar comportamientos anómalos. Un filtro FIFO, se

basa en la comparación de varias medidas históricas, rechazando la última cada vez que entra una

nueva, de este modo, se consigue alisar el efecto de una medida anómala en un punto concreto del

funcionamiento, evitando así que el motor saltase por sobreintensidad cuando no estaba ocurriendo

nada. En concreto, el filtro FIFO usado en la placa de control tiene 5 muestras.

Funcionamiento nocturno: El principal cambio realizado en este modo era cómo se llegaba a él. En la

figura 5-12 se observa el nuevo diagrama de bloques del modo. El problema que encontramos con el

modo anterior era que no podíamos depender de nuevo solo de las LDR, durante la vida útil de estas

su precisión se reduce, induciendo a comportamientos anómalos. De este modo, se realiza una doble

comprobación antes de entrar en el modo sleep, tanto de la LDR como de la intensidad de la placa de

carga de la batería. Decidimos que la intensidad que circula desde la placa solar de carga hacia la

batería podía ser un indicar mucho mejor para saber si es de día que la lectura solitaria de las LDR. De

este modo, cuando la radiación solar baja lo suficiente, la intensidad que circula desde la placa solar

de carga a la batería baja de un mínimo, y si el sensor LDR también está por debajo de su mínimo,

entendemos que ha llegado la noche y realizamos el movimiento a levante. Durante la noche, el

sistema entra en modo sleep, despertando en intervalos de 9 minutos, debido a un Watchdog que

vigila el sistema cada 10 minutos. Cada vez que se despierta incrementa una variable y se vuelve a

dormir. Cada vez que la variable llega a un número configurado, normalmente puesto para causar

períodos de entre 1 y 3 horas, comprueba la lectura del panel solar de carga de batería, si supera un

mínimo, es de día, y volvemos al modo diario.

Figura 5-10 Funcionamiento de fin del día por LDR y Placa Solar de Carga de Batería

Mejoras del rendimiento operativo y productivo

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46

5.1.1.3.2 Funciones propias de la placa de control

La placa de control es una placa electrónica que incorpora:

Entrada de alimentación por batería.

Entrada de recarga de la batería mediante un panel solar.

4 entradas de sensores, final de carrera poniente, levante y sensor LDR poniente y levante.

Microcontrolador Pik18F14K22.

1 entrada de comunicación para la caja de monitorización.

1 Salida al motor.

1 entrada de programación.

5 Indicadores externos Led.

El diagrama de bloques de la placa de control es el siguiente:

Figura 5-11 Diagrama de Bloques de la placa de control Solarix

De entre todos los componentes que se pueden observar en el diagrama de bloques de la figura 5-13 vamos a

centrarnos en tres, el Driver RS232, el circuito de reset y los LEDS.

El circuito de reset: La placa de control cuenta con un circuito de reset en modo de Watchdog. Esto

evita que en caso de que el microcontrolador por cualquier razón se quedara en un estado del que no

pudiera salir se quedase la placa parada a espera de que un operario fuera a reiniciarla manualmente.

La inclusión de esta funcionalidad ayuda mucho a la hora del mantenimiento, ya que dar la opción a la

placa de control de resetearse sola cuando algo va mal evita la necesidad de que un operario se percate

del error, con el consiguiente ahorro de tiempo y de pérdida de producción. El Watchdog monitoriza

dos factores, la tensión con la que se está alimentando el micro y una señal que el micro debe

proporcionarle cada 10 minutos. En caso de que no se reciba la señal en esos 10 minutos se entiende

que la placa se ha quedado estancada y se aplica el reset. A lo largo del código del micro la señal que

debe recibir el watchdog es mandada al inicio de cada tarea, de manera que el contador siempre está

reseteado a 0 mientras la placa funcione correctamente. En el caso de que la tensión de alimentación

no sea la adecuada el Watchdog también aplica un reset, esto abre la entrada de tensión de parte de la

placa solar de carga, de modo que si el problema era falta de batería se empiece a cargar.

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Figura 5-12 Pinout de la regleta de programación para adaptación a un DB9

El driver RS232: El microcontrolador es de la marca Picaxe, que cuenta con su propio estándar de

comunicación con el PC, éste se hace mediante un conector único de la marca Picaxe, lo que dificulta

la reprogramación en caso de necesidad de actualizar el FW o arreglar errores o incluso la

programación de un nuevo chip en caso de ruptura del anterior. Por ello se incluyó en la placa de

control un Driver RS232, de modo que adapte los valores de comunicación del microcontrolador al

estándar RS232, que cuenta un bit como 0 si el valor está entre +3 y +12V y como 1 si se encuentra

entre -3 y -12V. De este modo la reprogramación del microcontrolador se puede realizar con cualquier

cable, sin necesidad de que sea el oficial de Picaxe.

Los LEDS: Un punto importante a la hora de la detección de errores es el cómo se avisa al operario de

que hay un error. En el caso de la placa de control, no existe ningún cableado ni protocolo de

comunicación aéreo que nos permita informar del estado de la misma a la sala de control. Por ello, es

importante el uso de LEDS informativos, de modo que el operario, durante las pasadas de

mantenimiento que realice al recinto, sea capaz de entender en qué estado se encuentra la placa de

control con un simple vistazo. En la tabla 3 se indica la utilidad de cada led y quien lo maneja, ya que

uno de ellos es utilizado por el driver RS232. Como se puede observar, 3 de ellos tienen que ver con

el estado de la batería, 1 sobre el estado del motor y el último sobre la programación, como ya se ha

comentado. El LED de sobrecarga será usado también para detección de averías, como se comentará

en la sección siguiente.

Tabla 3 Leds de la placa de control

Nombre Controlado por Descripción del diodo

DL1_Limita Pik18F14K22 Indica si el circuito de recarga de la batería está conectado o

desconectado

DL2_CargaBat Pik18F14K22 Indica si se está realizando la carga de la batería

DL3_Batbaj Pik18F14K22 Indica si la batería se encuentra con baja carga

DL4_Sobrecarga Pik18F14K22 Indica si el motor ha sufrido sobrecarga de intensidad o incapacidad de

vencer al viento

DL5_ProgOn/Off Driver RS232 Indica si se está comunicando con el micro externamente

correctamente

Mejoras del rendimiento operativo y productivo

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Figura 5-13 Esquemático de la placa de control Solarix, con sus puntos de interés

5.1.2 Rendimiento Operativo

Para la mejora del rendimiento operativo, hemos tenido en cuenta dos principales factores:

Mantenimiento preventivo: Mediante la realización en la placa de control de algoritmos de detección

de averías, de modo que se pueda minimizar el almacenaje innecesario de stock para reparaciones, y

minimizar el tiempo muerto de un seguidor solar entre que se avería y se repara.

Instalación de la placa de control: Se busca minimizar la problemática que la solución da en su

instalación, mediante decisiones de diseño llevadas a cabo para una más rápida instalación de la placa

de control. Esto a su vez se tiene en cuenta para el mantenimiento, pues ahorra tiempo con una

desconexión y conexión de los componentes averiados más sencilla y rápida. También aportaremos

en esta sección datos relativos a la instalación progresiva de la placa de control en el recinto.

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5.1.2.1 Mantenimiento preventivo, necesidades de PMG

Aparte del funcionamiento general del seguidor solar, otra de las preocupaciones principales de PMG era que

la placa de control fuera capaz de detectar las averías que pudieran darse en el mismo. De este modo, nos

indicó 3 fallos principales que la placa debería ser capaz de detectar:

Fallos en el motor: Como se comentó en el capítulo 4, los motores de los seguidores solares son una

fuente común de avería, dado que ante una resistencia mecánica fuera de lo común (viento, fallo en el

final de carrera, husillo roto) reciben sobreintensidades que acaban por quemarlo.

Fallos en los finales de carrera: También comentado en el capítulo 4, los finales de carrera son otra

parte mecánica y eléctrica susceptible de rotura del seguidor solar. Aunque a priori puede parecer

complicado averiguar que un final de carrera se ha roto, se mostrará en su sección pertinente como se

consiguió abordar y solucionar este problema.

Husillo roto: El husillo incluye un tornillo sin fin que realiza el giro de la estructura móvil del seguidor

solar. En el caso de forzar este tornillo, por razones parecidas a las comentadas en el caso del motor y

el final de carrera, este puede acabar por romperse. Dado el caso de que se rompa el husillo, el motor

recibirá una sobreintensidad cada vez que intente moverlo, ya que probablemente haya quedado en un

estado bloqueado.

Figura 5-14 Averías de 2012 relacionadas con Motor, Final de carrera y Husillo

Como se puede observar en la figura 5-4, no es de extrañar que PMG haga especial hincapié en la detección

temprana de esos errores. De las 2117 averías ocurridas en 2012, 906, un 42.79% del total, eran debidas a algo

relacionado con estos tres componentes.

Más adelante, se mostrará una tabla parecida que muestra las averías que fueron apareciendo según se iban

colocando las placas de control Solarix en planta, y se volverá a comentar este hecho.

Mejoras del rendimiento operativo y productivo

50

50

5.1.2.2 Mantenimiento preventivo, algoritmo de control realizado

Junto con el funcionamiento general, la detección de averías es una de las tareas más prioritarias de la placa de

control. Como se comentó en el capítulo 4, los 3 principales elementos que necesitan ser comprobados son el

motor, el husillo y los finales de carrera.

Para la detección de las averías en estos elementos se ha realizado una distinción de la posible razón por la que

se ha realizado la avería. De este modo se ha distinguido entre dos posibles casos:

Final de carrera o motor: La forma de detectar un fallo en uno de estos elementos es mediante

sobreintensidades. En el caso de un final de carrera roto, el motor intentará moverse, elevando la

intensidad consumida debido a que la placa solar ya está golpeando el tope de la estructura, causando

una sobreintensidad en el motor. Del mismo modo, un motor quemado causará sobreintensidad al

intentar alimentarlo, causando un salto de la misma alarma.

Husillo roto: En el caso del husillo, la rotura del mismo causaría que por mucho que el motor se

moviese, la estructura no lo hiciera, ya que el tornillo sin fin habría dejado de ser capaz de transmitir el

movimiento. Por ello, la forma de detectar este tipo de error es mediante el tiempo que tarda la placa

de control en lograr el posicionamiento, o mejor dicho, de no lograrlo. Si durante un tiempo

determinado la placa ha intentado colocarse en posición y ha resultado imposible, paramos el motor e

indicamos alarma.

Una vez quedando claro el método de detección de la avería, se declaró como la placa de control iba a

tratarlos:

Motor y final de carrera: De por sí, puede darse el caso de que durante una racha de viento el motor

sufra una sobreintensidad puntual, y salte la alarma de sobrecarga, parando el motor. Cuando esto

ocurre, el motor queda parado durante 20 minutos, en espera de que se pase la racha de viento o

simplemente el sistema se estabilice. La verdadera forma de detectar que esto es una avería es su

repetitividad. En el caso de que salte una alarma de sobrecarga, se incrementa un contador, llamado

Maveriado (Motor averiado). En el caso de que la próxima vez que el motor intente moverse este no

encuentre ningún problema, el contador es reseteado a 0. De este modo, evitamos dar falsas alarmas

de avería del motor o final de carrera por rachas de viento. Solo se dará una alarma de avería en el

caso de que se dé una sobreintensidad 4 veces seguidas. Esto significa que durante 1 hora y 20

minutos el motor ha intentado moverse 4 veces y en las 4 ha saltado la sobreintensidad, motivo

suficiente para sospechar una avería. Cuando esto ocurre, el led de sobrecarga parpadea, indicando

una avería. Cuando el operario conecte la caja de monitorización a la placa de control, ésta le mostrará

un mensaje diciendo cual es el elemento problemático, si el motor/final de carrea o el husillo. Durante

la alarma de avería, la placa de control para su actividad, y solo controla la carga o descarga de la

batería. Este modo avería dura 12 horas, tiempo más que suficiente para que el operario se percate de

la avería a lo largo del día de trabajo.

Husillo roto: La casuística del husillo roto es diferente, la rotura del mismo causa que el motor quede

“al aire”, sin nada que mover, de modo que nunca saltará sobreintensidad. Por ello, la forma de

detectar esto es el tiempo que tarda la placa en posicionarse. Durante el posicionamiento para el fin

del día, que es un recorrido total de poniente a levante del seguidor, se espera que se realice totalmente

en menos de 15 minutos. De modo que este es el tiempo máximo que tiene el seguidor para

posicionarse en cualquier movimiento antes de considerarlo posible fallo del husillo. Dado que las

rachas de viento pueden ser no lo suficientemente fuertes para causar una sobreintensidad del motor,

pero si como para impedir que el seguidor alcance su posición, el tiempo de 15 minutos se aplica al

control normal del seguidor, no solo en el posicionamiento de poniente a levante. Al igual que el caso

del motor y el final de carrera, es la repetitividad la que marca la posible avería, de modo que no se

entrará en el modo avería hasta que esto haya ocurrido 6 veces. Una vez en el modo avería los casos

son los mismos, el led rojo parpadea, se está en el modo durante 12 horas y el aviso de la caja de

monitorización mostrará avería husillo roto.

51

Figura 5-15 Programación del modo avería

5.1.2.3 Mantenimiento preventivo, capacidad de configuración

Otra de las necesidades de PMG era la capacidad de poder configurar una serie de parámetros de las placas de

control. Los parámetros eran los siguientes:

Intensidad de corte del motor: Para proteger el motor, la placa de control debía cortar el flujo de

corriente hacia el mismo en el caso de superar una intensidad de seguridad. Como en el recinto se

usan diferentes modelos de motor, y algunos husillos con el tiempo empiezan a tener fallos y generar

más resistencia pero sin estar rotos, el cambio del límite del corte por sobreintensidad debe ser

posible. De este modo, se aprovecha aún más la vida útil tanto del motor como del husillo, y se

asegura un control más fino de las sobreintensidades del motor, ya que podemos ajustar que se

considera sobreintensidad teniendo en cuenta el modelo y la situación del sistema. Cabe añadir, que

esta función debe ser usada por los operarios con cuidado, porque un uso irresponsable conduciría a

averías o funcionamientos anómalos en vez de mejorarlo.

Modificación del tiempo de control: La placa de control tiene un tiempo de histéresis cada vez que ha

realizado un movimiento. Este suele ser de 4 minutos, de modo que así evitamos un movimiento

continuo del motor, como se explicó que ocurría con las placas antiguas. Debido a la posición de cada

seguidor solar en el recinto, o simplemente por decisión propia de PMG teniendo en cuenta criterios

propios del control de un seguidor en particular, este tiempo de control puede cambiar. La razón

principal de este cambio suele ser el estado de las LDR, al igual que se busca maximizar la vida útil

del motor y el husillo con el cambio del límite de intensidad, aquí se busca maximizar la vida útil de

las LDR. Una vez las LDR empiezan a desgastarse, los valores obtenidos pueden empezar a fluctuar,

de modo que para evitar un comportamiento anómalo se puede aumentar el tiempo de control,

asegurando así que la posición del sol haya avanzado lo suficiente como para que la LDR de poniente

tenga más luminosidad que la de levante, evitando así movimientos hacia levante cuando no

corresponde.

Ajuste de los sensores: Como se comentó en el capítulo 4, las LDR no son idénticas las unas de las

otras, de modo que en una instalación de nuevas LDR hay que hacerlas buscar su offset con respecto a

la otra. La placa de control tiene esto en cuenta cuando se aplica la función “ajustar sensores”. Para un

uso correcto de esta función se debe colocar primero la placa en posición perpendicular al sol,

normalmente durante el mediodía, que el sol está en la cumbre. En ese momento, la placa de control

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toma los valores leídos por cada LDR, y resta al mayor el menor, guardando ese resultado en una

variable. A partir de ese momento, a todo valor leído por esa LDR que medía de más se le resta ese

offset, asegurando de este modo que ambas mantienen la misma medida en una posición directamente

perpendicular al sol.

Como se puede ver en la figura 5-11, se creó un menú de ajuste para la realización de todas estas funciones. En

el capítulo 4 veíamos que la caja de monitorización solo era capaz de mostrar información, mover el seguidor

solar y realizar el ajuste de sensores pulsando ambos botones. En esta versión, se reprogramó la rutina que iba

a seguir la caja de monitorización, de modo que pulsar el botón de levante o de poniente siguiera moviendo el

seguidor solar en esa dirección, pero pulsando ambos botones se entra en el menú de ajuste, en vez de

reprogramar los sensores.

Una vez dentro del menú de ajuste, la funcionalidad del mismo iba como sigue:

Botón izquierdo: Cambiar de opción, era el encargado de ir saltando por las opciones del diagrama de

bloques de la figura 5-11

Botón derecho: Aceptar, se entraba en la opción señalada, o se realizaba un guardar de los datos,

cambios del mismo o salir del menú.

Figura 5-16 Diagrama de Bloques de la funcionalidad de la caja de monitorización en modo ajuste

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5.1.2.4 Instalación de las placas de control

Una vez los prototipos resultaron favorables, se tuvo que plantear la forma de instalar las placas de control

Solarix de la forma más rápida y eficiente posible. Tanto a la hora de preparar la planta para un estado rápido

de funcionamiento completo, como para dejar una estructura fácil de manejar para los operarios a la hora de

hacer mantenimiento. Como siempre, en este tipo de instalaciones, el tiempo, es oro.

Por ello, se tuvieron que tomar dos decisiones finales de diseño, la forma de la placa y el formato de los cables

de conexionado:

La forma de la placa: Como se comentó en el capítulo 4, la caja de control contenía dos agujeros listos

para atornillar, de modo que se tuvo en cuenta a la hora de hacer el diseño de la placa de control. Se

hizo el diseño con dos salientes perforados, con las medidas correctas para su atornillado en esos dos

agujeros de la caja de control. El resultado final consistía en añadir un tope de plástico en la sección

que no estaba apoyada en los tornillos de la placa, para evitar tensiones en la misma a la hora de

manipularla. Como se puede observar en la figura 5-11, la placa queda sujeta en posición vertical y

dando la cara al operario, que es capaz de echar un vistazo al estado de los LEDS de manera cómoda

y sencilla. A su vez, los 4 conectores que encontramos en la placa están al alcance del operario, que

los puede manipular sin problema. Los conectores de comunicación quedan en la parte inferior, de

modo que la conexión de la caja de monitorización también es sencilla.

Figura 5-17 Prototipo de la placa de control Solarix colocado en la caja de control

Los cables de conexionado: La realización de los cables de conexionado siguió una división en 4

cables:

o 3 Cables de alimentación: 2 con conexión a bornero para la placa solar de carga de batería y

el motor y 1 con fundas para la batería.

o 1 Cable de sensores: Conector de 8 cables para los finales de carrera y sensores, con conexión

a bornero de la caja de control.

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Figura 5-18 Posicionado del bornero para los cables

La razón de la separación en estos 4 cables se debe a una doble condición. Por un lado, permite separarlos por

tipos, claramente definidos que no induzcan a error al operario a la hora de conectarlos. Por otro lado, también

facilita el tiempo dedicado a colocarlos.

Figura 5-19 Tiempos del proceso de Instalación de la placa de control Solarix

Como se puede observar en la figura 5-20, en el período de 3 meses, se realizaron 301 reparaciones de

husillos, 583 cambios de LDR y 339 cambios de final de carrera. Se necesitaron 470 horas subcontratadas de

operarios adicionales para poder llevar a cabo los cambios. Estos datos ayudan a justificar las necesidades de la

placa de control para ser capaz de detectar averías, así como de mostrarlas. La detección rápida de estas averías

ayudará al ahorro de horas de subcontratación, al evitar que se acumulen los errores en el recinto.

Figura 5-20 Detección de averías durante la instalación de las placas de control y primeros meses

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Figura 5-21 Diseño de los cables de conexionado entre la placa de control y la caja de control

Por terminar esta sección, añadimos la figura 5-22, que indica el tiempo total que se tardó en instalar las placas

Solarix. En la tabla se muestra que desde que se recibieron las primeras, hasta las últimas, pasaron 3 semanas y

media, completándose la instalación en 1 mes y media semana. De este modo, podemos concluir que las

medidas tomadas en esta sección fueron útiles para realizar una instalación rápida de las placas de control en el

recinto. No debemos olvidar, que el recinto consta de 1812 seguidores solares, lo que se traduce en la

preparación de los mismos primero, y la colocación de todos los elementos después.

Figura 5-22 Instalación de las Solarix

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5.1.3 Estadísticas de producción

En esta sección, incluiremos varias figuras con datos de producción, de modo que podamos comparar el

aumento del rendimiento del recinto conseguido.

Los datos a comparar serán la producción de 2014 y 2015 con la de 2016 a partir del mes de marzo, cuando ya

todos los seguidores solares estaban produciendo con la placa de control Solarix.

Primero las estadísticas generales:

Figura 5-23 Estadísticas de producción de 2014

Figura 5-24 Estadísticas de producción de 2015

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Figura 5-25 Estadísticas de producción de 2016

Ahora, comparemos los datos vistos:

Figura 5-26 Comparación de los meses de marzo a agosto de media de producción

Como se puede observar, la producción de 2016 ha aumentado significativamente con respecto a 2014-15,

salvo el mes de mayo con respecto a 2014.

El incremento del rendimiento ha sido del 3.4% en el peor de los meses de 2016 y hasta un 33.9% en el mejor

de los meses de 2016. Podemos estimar por tanto una media de incremento del rendimiento de un 18.65%.

En la figura 5-27, podemos comprobar también el récord de producción diario. En él, se encuentra el histórico

de los mejores 20 días de producción desde el comienzo de la planta, en 2009. Los mejores días de producción

son en 2010, con la planta funcionando a máximo rendimiento con todos los paneles solares nuevos, y en

2012, cuando se remodeló la planta y los paneles volvieron a estar totalmente nuevos, con su consiguiente

maximización de la producción. Aun así, se aprecia la mejora del rendimiento de la placa de control, pues ya

tenemos 7 días de producción de 2016 en ese top20, repartidos en solo dos meses. Algo notable teniendo en

cuenta que han pasado ya 4 años con respecto al remodelado de la planta.

Cada Kilovatio-hora (Kwh.) producido con energía solar fotovoltaica se puede cobrar a 0,15€ (precio de

mercado). En medio año de producción de 2016 tenemos 231431Kwh, lo que darían 34714,65€. Comparando

con el año anterior, 2015, tendríamos 201376,04Kwh, lo que darían 30206,40€. Hay 4500€ más de

producción. Esto daría, suponiendo que se mantenga el beneficio constante el resto del año, 9000€ más por

año. Podemos redondear a 10000€ suponiendo el ahorro debido a la mejora de la detección de averías. Si

suponemos ahora que la inversión realizada en la mejora de esta instalación ha tenido un coste de 50.000€, la

inversión queda amortizada en 5 años.

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Figura 5-27 Estadística de récord diario de producción

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5.2 Conclusiones

En este capítulo, se han explicado todas las decisiones que se tomaron en la realización de la placa de control.

Estas decisiones se han tenido en cuenta desde el punto de los algoritmos de control, de la fabricación y de la

detección de averías. Esto ha dado como resultado el incremento de producción conseguido y la detección más

rápida de errores en los elementos críticos del seguidor solar.

Como aprendizaje personal, la realización de este diseño me ha permitido poner en práctica conocimientos

amplios y variados aprendidos en la carrera. Entre ellos podemos citar los siguientes:

Instrumentación electrónica: A la hora de dimensionar los sensores para la medición de la intensidad,

hubo que realizar un cálculo de las resistencias Shunt necesarias, así como elegir los conversores AD

a utilizar.

Diseño de circuitos y sistemas electrónicos: El diseño de la placa de control en sí me permitió

profundizar en el uso de herramientas de diseño de PCB, reforzando mi conocimiento del mismo, y

poniéndome en situación a la hora de saber cómo afrontar el diseño de una PCB, desde la realización

del esquemático, el rutado de la placa y la realización de la lista de materiales.

Automatización industrial: El análisis de la instalación necesario para poder afrontar el cumplimiento

de las necesidades de diseño así como comprender como afrontar el control de los elementos de la

instalación entran dentro de la categoría de la automatización industrial, importante también en mi

carrera.

En conclusión, la realización de esta placa de control ha unificado una serie de materias y conocimientos

ligados directamente con mis intereses, ayudándome a comprender mejor los procesos que intervienen en

proyectos de esta índole.

Desde un punto de vista general del proyecto, queda clara la necesidad de ir tendiendo a mejorar la energía

fotovoltaica, y regular mucho mejor la relación entre pequeño productor y la red. Ante una mejora de la

regulación de la carga entre ambos y una mayor seguridad en el proceso podemos tender a un mundo más

autosuficiente.

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