Estrategias de control para la mejora de la eficiencia en la producción de energía en seguidores solares fotovoltaicos de alta concentración

Abstract

Esta Tesis aborda el estudio, la calibración y el control de seguidores solares equipados con módulos fotovoltaicos de alta concentración con el objetivo de mejorar la eficiencia en la producción de energía, que en este caso equivale a maximizar la potencia para cualquier nivel de irradiancia dado. Los métodos desarrollados se han probado en una planta experimental consistente en un seguidor solar equipado con 24 módulos fotovoltaicos de alta concentración que le confieren una potencia nominal conjunta de aproximadamente 2 kW. En primer lugar, se ha realizado un simulador del seguidor solar de alta concentración con el objetivo de utilizarlo como banco de pruebas virtual. El simulador permite configurar distintos parámetros relacionados con errores de instalación, de anclaje de los módulos a la vela, etc. Estos son errores que existen en la práctica en las instalaciones reales y que provocan una disminución de la eficiencia en la producción de energía. Con estos medios se ha desarrollado un método de calibración automatizado que permite la estimación de las transformaciones de rotación existentes entre los sistemas de referencia asociados a la plataforma del seguidor, el conjunto de los módulos y un sensor electroóptico, y sus respectivos sistemas de referencia en pose ideal o teórica. El conocimiento de estas rotaciones permite mejorar el desempeño de las estrategias de seguimiento solar y por tanto mejorar la eficiencia en la producción de energía. La estimación de las fuentes de error permite trabajar con tolerancias de instalación y ensamblado mayores, lo que se traduce en una disminución del tiempo y el coste de instalación del seguidor solar. Además el método está automatizado, lo que permitiría poner en marcha una planta solar grande en poco tiempo. Otra contribución de la Tesis es el desarrollo de una estrategia de control en bucle cerrado mediante realimentación de potencia que permite operar la planta sin necesidad de calibración previa, con niveles de eficiencia parecidos a los de la planta calibrada. Esta estrategia se adapta continuamente a las incertidumbres o errores provenientes de diferentes fuentes analizando la trayectoria de la potencia generada para estimar la posición del Sol. El hecho de no necesitar una calibración previa para extraer todo el potencial del seguidor solar supone una ventaja importante frente a cualquier otra estrategia de control, puesto que las calibraciones se deben realizar periódicamente para corregir las incertidumbres. Se presentan resultados experimentales obtenidos con un seguidor de tipo industrial que muestran la validez de los métodos de auto-calibración propuestos así como de la estrategia de control en bucle cerrado mediante realimentación de potencia, tanto en días soleados como en días nubosos.