Laboratorio del Seguidor Solar 360° Doble Eje Activo
Arrastra el Sol Brillante dentro del panel inferior o haz clic en cualquier zona para desplazar el foco lumínico. Observa la respuesta diferencial de los 4 sensores LDR y la rotación en tiempo real de los servomotores de Azimut y Elevación.
Consola Serial Microcontrolador
9600 baud1. Objetivo del Proyecto
Maximizar la eficiencia en la captación de energía fotovoltaica orientando automáticamente un soporte móvil de paneles solares hacia la fuente de luz más intensa en un rango completo de 360 grados.
2. Justificación
Este proyecto resulta de gran interés dentro del módulo DPIOT, ya que integra la adquisición de señales analógicas mediante sensores ópticos (LDR) con el control de posicionamiento de precisión en múltiples ejes mediante servomotores. Permite simular sistemas reales de energías renovables y optimización energética aplicados al mantenimiento electrónico.
3. Descripción y Alcance
El prototipo consta de una estructura mecánica con movilidad en dos ejes (horizontal y vertical) que sostiene paneles solares fotovoltaicos. En la parte superior y junto a los paneles se disponen sensores de luz (LDRs) que informan al microcontrolador sobre la posición de la fuente lumínica. Mediante un servomotor inferior que permite el giro de 360 grados y otro superior para la inclinación, la estructura se desplaza de forma autónoma para mantener los paneles orientados perpendicularmente hacia donde reciben la luz.
Dentro del Alcance
- Lectura analógica de múltiples fotorresistencias (LDR) para determinar las coordenadas del foco de luz.
- Control de movimiento horizontal (hasta 360 grados) y control de elevación vertical mediante servomotores.
- Alimentación mediante un sistema portátil con baterías 18650 instaladas en la base del prototipo.
- Ensamblaje mecánico y electrónico de la estructura articulada de doble eje.
Fuera del Alcance (por ahora)
- Almacenamiento real de la energía generada en una batería de acumulación de alta capacidad para uso externo.
- Conectividad IoT para monitorización remota de la energía producida.
- Sistemas de anemómetro para protección contra fuertes vientos.
Requisitos Funcionales
El sistema debe leer de forma continua las señales analógicas de los sensores de luz ubicados alrededor de los paneles.
El servomotor de base debe permitir un rango de giro amplio (hasta 360 grados) para buscar la fuente lumínica en el plano horizontal.
El servomotor secundario debe ajustar la inclinación vertical para optimizar la incidencia de los rayos solares.
El mecanismo debe detenerse y permanecer estable cuando los sensores detecten un equilibrio lumínico óptimo.
Requisitos No Funcionales
Alimentación: Autónoma, mediante baterías recargables 18650 instaladas en un soporte en la base del prototipo.
Lenguaje / IDE: C++ mediante el entorno de desarrollo Arduino IDE.
Montaje: Estructura de soporte rígido o impresa en 3D acoplada a una base estable.
5. Esquema de Bloques y 6. Flujo
Entradas
4 x Sensores LDR
Microcontrolador
Arduino Uno / Nano
Azimut (360°)
Servomotor Base
Elevación
Servomotor Vertical
Alimentación
Baterías 18650
Flujo de Funcionamiento del Programa
Inicio
Inicializar pines analógicos LDR y posicionar ambos servomotores en el ángulo central de referencia.
Lectura
Capturar valores de tensión de los sensores ópticos izquierdo, derecho, superior e inferior.
Decisión
¿Diferencia > banda muerta? Si NO: mantener posición. Si SÍ: mover servo horizontal o vertical hacia la luz.
Retorno
Esperar un breve intervalo de tiempo (retardo de muestreo) y repetir el ciclo de lectura.
7. Asignación de Pines (Arduino)
| Periférico | Señal | GPIO / Pin | Observaciones |
|---|---|---|---|
| LDR Izquierdo | Analógica | A0 | Divisor de tensión para control horizontal |
| LDR Derecho | Analógica | A1 | Divisor de tensión para control horizontal |
| LDR Superior | Analógica | A2 | Divisor de tensión para control vertical |
| LDR Inferior | Analógica | A3 | Divisor de tensión para control vertical |
| Servomotor Horizontal (360°) | PWM | D9 | Control de giro de la base principal |
| Servomotor Vertical | PWM | D10 | Control de inclinación del panel |
8. Materiales y Presupuesto Interactivo
| Ud. | Denominación | Precio U. | Observaciones |
|---|---|---|---|
| 1 | Placa microcontroladora | 8,00 € | Unidad central de procesamiento |
| 1 | Estructura mecánica de doble eje | 10,00 € | Soporte articulado impreso en 3D |
| 2 | Mini paneles solares | 5,00 € | Elementos de captación energética |
| 4 | Sensores LDR + Resistencias | 1,50 € | Detección de luz ambiental |
| 2 | Servomotores (Ejes horizontal y vertical) | 8,00 € | Actuadores de posicionamiento |
| 1 | Portapilas + Baterías 18650 | 8,00 € | Alimentación autónoma |
| 1 | Cables y componentes menores | 3,00 € | Interconexión de circuitos |
Simulador de Presupuesto Solar Extra
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9. Plan de Trabajo (¡Haz clic en las fases para interactuar!)
Anteproyecto
Redacción de objetivos, esquemas y presupuesto.
Montaje
Ensamblaje de estructura de 360°, servos y cableado de LDRs.
Firmware
Programación de algoritmo diferencial y mapeo de ángulos.
Pruebas
Calibración de sensibilidad de sensores bajo luz directa.
Memoria
Elaboración de conclusiones y toma de fotos del prototipo.
10. Criterios de Aceptación
- La estructura mecánica gira de forma fluida abarcando el rango de 360 grados en busca de la fuente de luz.
- El sistema de doble eje ajusta simultáneamente la inclinación vertical y el azimut horizontal sin atascos mecánicos.
- Los sensores LDR logran identificar desequilibrios lumínicos y ordenar el movimiento de los servos con precisión.
- El prototipo funciona de manera completamente autónoma mediante la alimentación por baterías.
11. Riesgos y Precauciones
Impacto: Los servos tiemblan continuamente al no encontrar un punto de equilibrio estático.
Mitigación: Configurar una banda muerta (margen de tolerancia matemática) en el código.
Impacto: Bloqueo o desgaste prematuro del servomotor principal de 360 grados.
Mitigación: Equilibrar simétricamente el peso de los paneles solares sobre el eje de rotación.
Impacto: Rotura o arrancamiento de los cables de los sensores superiores.
Mitigación: Dejar suficiente holgura en bucle y guiar los cables por el centro del eje.