Design and construction of a solar tracking system for parabolic-trough collector prototype

• Tarazona-Romero, Brayan Eduardo ^[1] ; Rincón Quintero , Arly Darío ; Ascanio Villabona, Javier Gonzalo ; Sandoval Rodriguez, Camilo Leonardo
  1. [1] Unidades Tecnológicas de Santander
• Localización: Scientia et Technica, ISSN 0122-1701, Vol. 28, Nº. 1, 2023, págs. 6-14
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Diseño y Construcción de un Sistema de Seguimiento Solar para un Prototipo de Colector Cilindro-Parabólico
• Enlaces
  • Texto completo (pdf)
• Resumen
  • español

    La búsqueda de alternativas tecnológicas para satisfacer diversas necesidades globales, ha desencadenado un arduo proceso de investigación y desarrollos tecnológicos a nivel mundial para el aprovechamiento de los recursos renovables. Por su parte, los colectores lineales cilindro-parabólicos, han demostrado ser una alternativa para realizar el proceso de calentamiento de agua y para la producción de energia eléctrica. Por su parte, el grupo de investigación en sistemas de energia, automatización y control (GISEAC) de las unidades Tecnológicas de Santander, desarrollo un prototipo de colector Cilindro-Parabólico con materiales de bajo coste y disponibles en la región (Bucaramanga, Colombia). En consecuente, para mejorar el rendimiento del dispositivo, en este documento se presenta el dimensionamiento, implementacion y testeado de un sistema de seguimiento de trayectoria solar en un solo eje, en un colector Cilindro-Parabólico a pequeña escala, aplicando un sistema de control de lazo cerrado. El sistema de control está gobernado por un sistema integrado por un módulo ESP32 y un microcontrolador Raspberry PI3. El eje del dispositivo esta acoplado a un mecanismo compuesto por un sistema de transmisión de engranajes y cadenas, acoplado directamente a un motor eléctrico. El posicionamiento del Angulo del colector está determinado por  un sensor que mide directamente la cantidad de LUX e identifica por medio del algoritmo desarrollado, la ubicación con mayores niveles  de radiación solar directa incidente. De esta manera, el sistema puede seguir la posición solar durante todo el transcurso del día solar. Finalmente, se puede resaltar que el porcentaje máximo de desviación del sistema de  seguimiento solar, es inferior al 1%. A su vez, el rendimiento del sistema de seguimiento de trayectoria solar implementado “Sistema de seguimiento solar Automático”, aumento en un porcentaje superior al 40 % respecto al sistema de seguimiento inicial “Sistema de seguimiento solar manual”.  

  • English

    The search for technological alternatives to satisfy diverse global needs has triggered an arduous process of research and technological developments worldwide for the use of renewable resources. For their part, linear parabolic trough collectors have proven to be an alternative for the water heating process and for the production of electric energy. For its part, the research group in energy systems, automation and control (GISEAC) of the Technological Units of Santander, developed a prototype parabolic trough collector with low-cost materials available in the region (Bucaramanga, Colombia). Consequently, in order to improve the performance of the device, this paper presents the sizing, implementation and testing of a single-axis solar trajectory tracking system in a small-scale parabolic trough collector, applying a closed-loop control system. The control system is governed by a system integrated by an ESP32 module and a Raspberry PI3 microcontroller. The axis of the device is coupled to a mechanism composed of a gear and chain transmission system, directly coupled to an electric motor. The positioning of the collector angle is determined by a sensor that directly measures the amount of LUX and identifies by means of the developed algorithm, the location with the highest levels of direct incident solar radiation. In this way, the system can track the solar position throughout the course of the solar day. Finally, it should be noted that the maximum percentage of deviation of the solar tracking system is less than 1%. At the same time, the performance of the implemented solar trajectory tracking system “Automatic solar tracking system” increased by more than 40% with respect to the initial tracking system “Manual solar tracking system”.