IMPLEMENTACIÓN DE UN CAMPO DE HELIOSTATOS CON SEGUIMIENTO SOLAR EN DOS EJES A TRAVÉS DE UN SISTEMA DE LAZO ABIERTO

Abstract

La implementación de un campo de heliostatos con seguimiento solar en dos ejes busca, principalmente, la capacidad de alimentar con radiación solar directa un reactor termoquímico para obtener gas de síntesis a través de energía solar concentrada. Para comprender de mejor manera las tecnologías empleadas en el mundo con respecto a este tipo de energía solar se entrega un estudio y detalle sobre los sistemas más utilizados hoy en día, dentro de los cuales se evidencia el uso de heliostatos. Inicialmente, para la construcción de los componentes estructurales principales de los heliostatos se plantea un diseño a través de Autodesk Inventor para la fabricación, implementación y puesta en marcha de los equipos. Luego se plantea la oportunidad de reestablecer el funcionamiento de un conjunto de heliostatos que formaron parte de un proyecto de energía solar para una empresa de galvanizado en la ciudad de Santiago, y que fueron entregados para llevar a cabo este trabajo. Tanto el diseño propuesto como los nuevos equipos en cuestión se basan en ecuaciones de cálculo de posicionamiento solar para realizar el seguimiento solar en dos ejes. Estas ecuaciones se rigen en función de la ubicación geográfica, hora local, latitud, longitud y día del año en el que se realizan las pruebas. Además, para lograr el redireccionamiento de la radiación solar incidente hacia un objetivo específico se establecen dos ecuaciones en base al principio óptico de reflexión, las cuales a partir de los ángulos de altitud solar y ángulo azimutal obtienen una descomposición vectorial que permite conseguir los ángulos de redireccionamiento solar hacia un objetivo. Finalmente, se habilitan e implementan dos de los equipos entregados para conformar el campo de heliostatos. Para llevar a cabo esto, se aplica un proceso de estudio y análisis de sus partes y subconjuntos funcionales para generar nuevamente la puesta en marcha y realizar pruebas piloto de ambos heliostatos. También, se establece cuáles son los niveles de operación óptimos para sus motores paso a paso que son controlados mediante la plataforma de hardware de Arduino. Con esto, se obtienen los parámetros más importantes de funcionamiento estableciendo sus límites físicos y un adecuado código programable. En suma, se consigue poner a prueba en tres ocasiones distintas ambos equipos con láminas reflectantes y posicionándolos en dirección Norte. Se logran resultados satisfactorios y concluyentes con respecto a la veracidad y exactitud que posee un sistema de control de lazo abierto para realizar el seguimiento solar en dos ejes. En particular se logra reflejar la radiación incidente hacia un objetivo fijo por un periodo cercano a 3 horas durante el día solar, sin variaciones considerables en la imagen reflejada. Como trabajo futuro se deben desarrollar pruebas con los espejos reales que cada uno de los heliostatos tendrán implementados, donde se pueda verificar la potencia y capacidad de reflexión según sus características físicas