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Banco experimental didáctico para la evaluación de la generación de energía eléctrica de un panel fotovoltaico en función de su ángulo de inclinación con sistema de control programable

Resumen

El aumento sostenido de la demanda energética a nivel global ha impulsado históricamente el uso intensivo de combustibles fósiles, generando serias consecuencias ambientales como el calentamiento global y la contaminación atmosférica. En respuesta a esta problemática, aparecen alternativas sostenibles, entre ellas las energías renovables, cuyo estudio y aplicación se vuelven indispensables para la formación de la nueva generación de ingenieros. En este contexto, la ingeniería de control juega un papel fundamental al contribuir al mejoramiento de la eficiencia de las plantas energéticas; un ejemplo de esto es el control de la orientación de los paneles solares, que permite aumentar la captación de radiación solar y mejorar la generación de energía.Atendiendo a esta necesidad, se construyó un banco experimental didáctico que permite implementar diferentes estrategias de control para regular el ángulo de inclinación de un panel fotovoltaico y analizar su influencia en la generación de potencia. Este banco está concebido como una herramienta esencial para la enseñanza de sistemas de control y automatización, orientada a estudiantes de ingeniería mecánica de la Universidad Industrial de Santander (UIS). Para su desarrollo, se diseñaron e integraron los componentes mecánicos y electrónicos en un sistema funcional de seguimiento solar, el cual fue programado con controladores PID y ON/OFF. A partir de evaluar el efecto del ángulo de inclinación del panel solar y su corrección con sistemas de control, se evidenció un impacto positivo en la potencia generada. En el escenario más desfavorable, donde el panel partía de una orientación inicial incorrecta, el control activo permitió incrementar la potencia generada en 9,11 W, pasando de 0,16 W en su posición inicial a 9,27 W con el ajuste generado en el ángulo. Por otro lado, en el caso inicial más favorable para la generación, donde el ángulo de inclinación ya permitía una buena incidencia solar (es decir, partía con un ángulo inicial beneficioso para captar la radiación), la potencia aumentó ligeramente en 0,19 W, de 8,74 W a 8,94 W (estos datos de generación son valores promedio de los ensayos realizados) tras la aplicación del control. Lo anterior permitió confirmar el correcto funcionamiento del sistema.