Construimos un Solar Tracker ¿Vale la pena?
Hace más de un año hicimos un solar tracker pequeño. Solo movía dos placas de 5W que pesaban menos de 100 gramos. Además la estructura la imprimimos con PLA, lo cual es un problema porque no aguanta bien la exposición al sol y se deforma. Sin embargo, en ese vídeo muchos nos pedisteis que hiciéramos un solar tracker grande y lo comparáramos con una placa solar fija para saber si vale la pena. Bueno pues hemos tardado, pero al fin lo hemos hecho, ¡un seguidor solar para 2 placas de 50W y 4.5kg cada una!
Este vídeo lo tuvimos que dividir en dos partes porque ha sido un proyecto que nos ha llevado mucho tiempo. En la primera parte construimos la estructura y montamos el mecanismo de movimiento que le permite al seguidor solar mover las placas tan pesadas.
En la segunda parte conectamos toda la electrónica. Por un lado están los componentes encargados de controlar el solar tracker, como por ejemplo el microcontrolador ESP32 y el driver del motor. Por otro lado, están las placas solares, las baterías donde almacenamos la energía generada, y el controlador de carga y descarga de las baterías. Además, en la segunda parte también realizamos el experimento para saber si el seguidor solar es rentable o no.
Resumen del proyecto solar tracker
El seguidor solar es una estructura que sostiene uno o varios paneles solares y los mueve para que siempre apunten al sol. De esta forma puedes conseguir aumentar el rendimiento de tus placas solares.
Nosotros la estructura la hemos hecho con perfiles de aluminio. Hemos elegido aluminio porque es ligero y así el motor tiene que mover menos peso. Además el óxido del aluminio es del mismo color que el del propio aluminio por lo que cuando se oxida no queda feo. Este óxido hace de capa protectora evitando que el óxido llegue al núcleo del metal.
El mecanismo de movimiento del seguidor solar es un mecanismo de engranajes con correa. Posiblemente no es el mecanismo más adecuado porque para bloquear el eje el motor siempre tiene que estar encendido. Esto significa que consume energía continuamente y perjudica al rendimiento.
En los comentarios de los vídeos muchos compañeros nos comentaron que podríamos haber utilizado un tornillo sin fin. Seguramente es una mejor solución pero nosotros no hemos podido probarla. Si te ves capaz de sustituir nuestro mecanismo por un tornillo sin fin nosotros te animamos a ello.
Respecto al motor, hemos utilizado un motor paso a paso Nema 17 que es más que suficiente para mover el peso de los paneles solares. Por último, el controlador de carga y descarga de la batería que almacena la energía generada es el más básico. No sirve para baterías de litio. Si quieres utilizar baterías de litio debes elegir otro controlador. Los hay iguales que el nuestro que si sirven para este tipo de baterías pero son más caros.
Más que un proyecto, es un experimento (importante)
Ten en cuenta que el objetivo principal de estos dos vídeos era hacer el experimento en el que comparamos el solar tracker con una panel solar fijo. Por lo tanto, es un proyecto que no está terminado.
Para el experimento, nosotros descargamos las posiciones del sol durante un día en concreto para nuestra localidad y las guardamos en el código. Sin embargo, descargar las posiciones del sol para los 365 días del año es muy tedioso y cada persona tendría que hacerlo para su localidad.
Por ello, una de las cosas más importantes que faltan es añadir un sensor que indique la posición del sol y adaptar el código para utilizarlo. Por si quieres hacerlo, vamos a dejar el código que utilizamos para el experimento en está página. Te puede servir de base para desarrollar el código final.
Otra solución sería que el solar tracker calcule la posición del sol a partir de la longitud, latitud y fecha y hora del día. Para ello necesitas un reloj en tiempo real u obtener la fecha y la hora de Internet con la ESP32. Además, lo mejor sería añadir una brújula digital para tener feedback de la posición del seguidor solar, por si se desfasa.
Cualquiera de las dos opciones es válida y puedes elegir la que más te guste. Nosotros seguramente más adelante pongamos el sensor solar y terminemos el proyecto. Actualizaremos la página en cuanto lo terminemos. Si decides no esperar y terminarlo por tu cuenta, ¡compártenos el resultado por Instagram a través de @wexter_home!
Lista de componentes electrónicos
Lista de materiales
- 2 x Soporte para ejes SH20/SK20
- Perfil 60x60L Tipo-I Ranura 6. Longitud 220mm. Mecanizado 4xM6 / –
- Perfil 60x60L Tipo-I Ranura 6. Longitud 150mm. Mecanizado 4xM6 / 4xM6
- Anillo plástico giratorio de bolas xiros BB-RT-01-60-ES
- 2 x Cojinete lineal 20mm SCJ20UU juego ajustable
- 30 x Tuerca Cabeza Martillo Tipo B, Ranura 6 M4
- Polea 3M 24 dientes para correa ancha de 9mm, Nema 17
- Soporte para motor Nema 17, t=3mm
- Perfil 30x30L Tipo-I ranura 6. Longitud 200mm. Mecanizado -/-
- 2 x Perfil de aluminio de tipo U de 19x19x1.5mm y 100cm de largo (Leroy Merlín)
- 8 x Perfil de aluminio de tipo U de 10x21x1.5mm y 25cm de largo
- Plano de acero frío galvanizado 40×2 1 metro (Leroy Merlín)
- Tubo de aluminio de 20×1.5mm y 50cm de longitud
- Correa dentada. Longitud 420mm. Anchura 9mm. Espaciado 3mm.
Aviso importante: nosotros no tenemos ningún acuerdo comercial con las tiendas en las que hemos comprado los componentes y materiales. No nos hacemos cargo si surge algún problema con la compra de alguno de ellos. Simplemente ponemos los enlaces como referencia de los materiales que hemos utilizado en el proyecto. Cada uno es responsable de sus compras.
Repositorio del solar tracker
En este enlace tienes el esquema eléctrico, el código y todos los diseños 3D para que puedas imprimir las piezas que hemos utilizado: repositorio del solar tracker.
Montaje de la estructura del solar tracker
La base
Para montar la estructura del solar tracker seguramente lo más fácil sea seguir el primer vídeo. Aun así, vamos a dejar aquí algunas instrucciones por si quedan dudas.
Lo primero es empezar con la base. Para ello necesitas el perfil de aluminio de tipo B y 220mm de longitud, 8 juntas y 8 perfiles de tipo U de 25cm de longitud. Si los perfiles de tipo U son más largos el solar tracker será más estable.
En cada rail del perfil de tipo B tienes que poner una junta con un tornillo y una tuerca de cabeza de martillo. Luego pones los perfiles de tipo U debajo de las juntas, marcas con un lápiz donde van los agujeros para unir los perfiles a las juntas y los haces con un taladro.
Cuando tengas los agujeros ya hechos, unes cada perfil de tipo U a una junta con un tornillo y una tuerca de cabeza de martillo. Con esto ya tienes las patas y la columna principal, que forman la base.
Mecanismo de giro
Quizás esta sea la parte más liosa de la estructura. Aún así tuvimos cuidado de que en el vídeo se vea bien como montamos el rodamiento, así que míralo como referencia.
Antes de poder montar el rodamiento tienes que imprimir dos piezas. Los diseños están en el repositorio del proyecto para que los puedas descargar. Nosotros hemos utilizado ABS porque tiene más resistencia al sol que el PLA. Si sabes imprimir otro material que tenga más resistencia al sol, sería genial.
Una de las piezas impresas va atornillada a la base del solar tracker y la otra al perfil de aluminio de tipo B y 150mm de longitud. Para atornillarlas usamos 4 tornillos M6.
Y aquí es donde viene el lío. El rodamiento tiene 2 anillos, uno interior y otro exterior. Primero debes poner los 4 tornillos que sirven para unir el anillo interior a la base, pero NO los atornilles, simplemente déjalos puestos.
Después tienes que poner 6 tornillos en el anillo exterior y atornillarlos a la pieza impresa en 3D que has puesto en el perfil de aluminio de 150mm de longitud. Ahora sí atornillas los 4 tornillos que pusiste en el anillo interior a la base. Con esto ya estaría montado el rodamiento.
Por cierto, lo mejor es que utilices tornillos con la cabeza plana, si puede que los tornillos rocen al girar. Si te ocurre, puedes poner unas arandelas para separar los tornillos igual que hemos hecho nosotros.
Motor paso a paso Nema 17
Montar el motor es muy sencillo. Primero tienes que poner dos juntas en el perfil de tipo B de 200mm de longitud. Luego unes este perfil a la base del solar tracker, justo debajo del rodamiento. Para todas estas uniones usa tornillos con tuercas de cabeza de martillo.
Luego el soporte del motor también se une al perfil de 200mm de longitud con el mismo tipo de tornillos y tuercas. Una vez puesto, ya puedes colocar el Nema 17 en el soporte con 4 tornillos para sujetarlo, uno en cada esquina.
Por último, pones el piñón de 24 dientes en el eje del motor y la correa que debe unir este piñón con el rodamiento.
Soporte para los paneles solares
El soporte para los paneles solares lo hicimos uniendo varios perfiles de tipo U. Nuestra recomendación es que lo hagas a la medida de tus placas solares, que es posible que sean diferentes a las nuestras. De todas formas el nuestro mide XxXcm. En cuanto tengas el soporte listo, puedes atornillarle los cojinetes lineales.
Después, para unir el soporte de los paneles al solar tracker, primero es necesario imprimir otra pieza. Su diseño también está en el repositorio. Cuando tengas esta pieza, utilízala para atornillar el soporte para ejes SH20/SK20 al seguidor solar. En este soporte para ejes tienes que meter el tubo de aluminio. Asegúrate de que quede justo en el centro. Es importante para la estabilidad de las placas solares.
Una vez ya está el tubo en el centro, puedes poner el soporte de los paneles metiendo el tubo a través de los cojinetes lineales. Para que no se salga, puedes poner dos topes impresos en 3D, uno a cada lado. Sus diseños también están en el repositorio.
Por último, hemos unido dos perfiles entre sí que dependiendo de en que posición los enganches, cambiará la inclinación de las placas, que por ahora es fija. En un futuro seguramente pongamos un motor lineal para poder cambiar la inclinación de forma automática y que el solar tracker sea de dos ejes.
Esquema eléctrico del solar tracker
Como puedes ver, las conexiones son muy sencillas. El controlador de carga solar tiene 3 bornes. Los 2 de la izquierda son para las placas solares, los del medio para la batería y los de la derecha para la carga, que en nuestro caso es una bombilla.
Lo único que tienes que tener en cuenta es que primero debes conectar la batería, a continuación las placas, y por último la carga. Si no sigues este orden puedes provocar daños en las baterías.
Respecto al motor, este va conectado a su driver, que es el DRV8825, el cual está conectado a la ESP32. Si cambias alguna conexión tendrás que modificar también el código para que funcione.