Diseño de un sistema de seguimiento solar de dos ejes para la optimización energética de paneles fotovoltaicos
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Resumen
Este trabajo desarrolla el diseño y modelado en simulación de un sistema de seguimiento solar de doble eje orientado a optimizar la captación energética de un panel fotovoltaico mediante tecnologías accesibles y criterios técnicos verificables. La propuesta integra un modelo mecánico con dos grados de libertad implementado en Simscape Multibody, una estrategia de referencias basada en geometría solar que genera trayectorias suaves para el azimut del poste y la inclinación del panel a partir de variables temporales y de ubicación, y un modelo energético que estima la irradiancia sobre el plano del panel y la potencia fotovoltaica instantánea a partir de componentes directa, difusa y reflejada.
La metodología comprende una fase de especificación y selección de arquitectura, seguida del modelado cinemático y la calibración geométrica para asegurar consistencia entre las coordenadas mecánicas y las variables ópticas. Posteriormente, se realiza una validación comparativa frente a una configuración fija de referencia, cuantificando la energía diaria y anual captada en condiciones controladas. Adicionalmente, se estima la energía requerida por el accionamiento a partir de potencia mecánica e integración temporal, con el fin de construir un balance energético neto.
Los resultados muestran un incremento consistente de energía captada con el seguimiento frente al caso fijo, así como un consumo de accionamiento reducido debido a la suavidad de las referencias y a velocidades angulares moderadas dentro del modelo. Finalmente, se incorpora un apartado de componentes, criterios de selección y costos que traduce el diseño simulado a una implementación física plausible, dejando una base replicable para futuras extensiones con pérdidas eléctricas, cargas ambientales y validación experimental. (Texto tomado de la fuente)
Abstract
This thesis develops the design and simulation-based modeling of a two-axis solar tracking system aimed at improving the energy yield of a photovoltaic panel through accessible technologies and verifiable engineering criteria. The proposed solution integrates a two degree-of-freedom mechanical model implemented in Simscape Multibody, a solar geometry reference strategy that generates smooth trajectories for the post azimuth and panel tilt based on time and location variables, and an energy model that estimates plane-of-array irradiance and instantaneous PV power from beam, diffuse, and ground-reflected components.
The methodology includes system specification and architecture selection, followed by kinematic modeling and geometric calibration to ensure consistency between mechanical coordinates and optical variables. A comparative validation against an optimized fixed reference configuration is then performed, quantifying daily and annual harvested energy under controlled assumptions. In addition, the tracking energy demand is estimated via mechanical power and time integration, enabling a net energy balance assessment.
Simulation results show a consistent energy gain for the tracking configuration relative to the fixed case, while the modeled actuation energy remains low due to smooth references and moderate angular speeds. Finally, a dedicated section on components, selection criteria, and cost estimates translates the simulated design into a feasible real-world implementation, establishing a replicable foundation for future work including electrical losses, environmental loads, and experimental prototyping.
Descripción
ilustraciones a color, diagramas, tablas
Palabras clave propuestas
Seguimiento solar; Seguidor de doble eje; Geometría solar; Irradiancia POA; Balance energético neto; Control autónomo; Modelado mecatrónico; Tecnologías accesibles; Costos de implementación; Simscape multibody; Solar tracking; dual-axis tracker; Net energy balance; Mechatronic modeling; Low-cost hardware; Implementation cost; Implementation cost
Términos Normalizados
RECURSOS ENERGETICOS RENOVABLES; Renewable energy sources; ENERGIA SOLAR; Solar energy; COLECTORES SOLARES; Solar collectors; SISTEMAS DE CONTROL INTELIGENTE; Intelligent control systems; CONTROL AUTOMATICO; Automatic control; 620 - Ingeniería y operaciones afines::621 - Física aplicada; 330 - Economía::333 - Economía de la tierra y de la energía