Anteproyecto - Mini Seguidor Solar

1. Objetivo

Diseñar y programar un soporte móvil para un panel solar en miniatura que maximice la captación de energía siguiendo la trayectoria de la luz, deteniendo por completo sus motores cuando el entorno carezca de iluminación suficiente.

2. Justificación

Este sistema representa un caso práctico ideal para consolidar competencias en Mantenimiento Electrónico. Permite poner en práctica el diseño de circuitos basados en divisores de tensión con sensores fotorresistivos (LDR), el control de precisión mediante servomotores y la programación de algoritmos de histéresis. Además, el esquema eléctrico resultante es perfectamente trasladable a entornos de simulación como Proteus para analizar corrientes de consumo antes del montaje físico final.

3. Descripción y alcance

El prototipo consta de una estructura montada sobre una base oscura con un pilar de soporte translúcido o acrílico. En la parte superior, un pequeño panel solar está acoplado a un sistema de movimiento de dos ejes (pan/tilt) controlado por servomotores. En las cuatro esquinas del panel se ubican sensores de luz (LDRs) que envían lecturas analógicas a un microcontrolador tipo Arduino Nano, instalado en la parte trasera de la estructura junto con bornas de conexión. El controlador compara los niveles de luz y mueve los motores para equilibrar la incidencia lumínica. Si los valores globales caen por debajo de un umbral (oscuridad), el sistema desactiva el movimiento.

Dentro del alcance

Lectura de cuatro sensores ópticos (LDR) dispuestos en las esquinas del panel solar.
Control de movimiento en dos ejes (horizontal y vertical) mediante micro servos.
Implementación de un algoritmo de "banda muerta" y modo de espera nocturno (sin luz, no hay movimiento).
Montaje físico del hardware sobre la placa perforada o base del panel.

Fuera del alcance (por ahora)

Aprovechamiento de la energía generada por el panel solar para recargar la propia batería del sistema.
Medición en tiempo real de la tensión o corriente generada.
Pantallas de visualización de datos.

Simulador de seguimiento solar · 180°

Mueve el Sol por el arco y observa cómo el panel gira para seguirlo.

Control de la luz solar

SIMULACIÓN LDR · EJE HORIZONTAL

TRACKING ACTIVO

Trayectoria solar · 0° — 180°

90°

Posición del Sol 90° / 180°

Respuesta del panel

SERVOMOTOR · AZIMUT · 180°

Ángulo solar 90°

Servo panel 90°

Diferencia 0°

Estado APUNTANDO

Seguimiento automático

El panel copia el ángulo de la fuente luminosa en un rango de 0° a 180°. Al desplazar el Sol, el servo cambia su posición para mantener el panel orientado hacia la luz.

Interactúa directamente: arrastra el Sol con el ratón o con el dedo, utiliza la barra de 0° a 180° o activa el modo automático para ver cómo el panel sigue el desplazamiento solar.

4. Requisitos

4.1 Funcionales

El sistema debe calcular la diferencia de luz entre los sensores superior/inferior e izquierdo/derecho.
Los servos deben orientar el panel hacia el vector de mayor intensidad luminosa de forma fluida.
El sistema debe detener cualquier movimiento y mantenerse estático si la lectura de todos los sensores cae por debajo de un umbral mínimo (simulación de noche o nublado extremo).
El panel solar debe mantener su posición estable sin oscilaciones (temblores) cuando ya está apuntando directamente a la fuente de luz.

4.2 No funcionales

Alimentación Fuente de alimentación externa (ej. baterías o adaptador 5V) conectada a la bornera trasera, capaz de soportar los picos de consumo de los servos.
Lenguaje / IDE C++ utilizando el entorno de desarrollo de Arduino.
Tipo de montaje Microcontrolador y conexiones electrónicas adheridos en la parte posterior del panel, con cableado guiado hacia la base para permitir la movilidad.

5. Esquema de bloques

Entradas

4x Sensores Fotorresistivos
(LDR Arriba-Izquierda, Arriba-Derecha, Abajo-Izquierda, Abajo-Derecha)

Microcontrolador

Placa tipo Arduino Nano
(Conversión A/D y procesamiento direccional)

Salidas

2x Servomotores
(Eje X para azimut, Eje Y para elevación)

Alimentación

Distribución de 5V y GND
(Común para lógica y actuadores)

6. Flujo lógico

Inicio

Configurar pines analógicos como entradas y pines PWM como salidas. Posicionar servos a 90°.

Leer

Capturar valores de los 4 LDRs y calcular un promedio de luz ambiental.

Decidir (Modo Noche)

¿El promedio es menor que el umbral de "noche"?

Si es SÍ: No hacer nada (Modo reposo). Ir a Volver.

Si es NO: Calcular el promedio de luz arriba vs abajo y de izquierda vs derecha.

Decidir (Banda muerta)

¿La diferencia entre promedios supera la tolerancia?

Si es SÍ (Actuar): Mover el servo correspondiente un grado hacia la zona de mayor luz.

Volver

Esperar unos milisegundos y regresar al paso 2 (Leer).

7. Asignación de pines

Periférico	Señal	GPIO / PIN	Observaciones
LDR Superior Izquierdo	Analógica	A0	Divisor de tensión de 10k
LDR Superior Derecho	Analógica	A1	Divisor de tensión de 10k
LDR Inferior Izquierdo	Analógica	A2	Divisor de tensión de 10k
LDR Inferior Derecho	Analógica	A3	Divisor de tensión de 10k
Servo Eje X (Horizontal)	PWM	D9	Control de giro de la base
Servo Eje Y (Vertical)	PWM	D10	Control de inclinación del panel

8. Materiales y presupuesto

8.1 Lista de materiales

Placa Arduino Nano (o compatible).
Mini Panel Solar (decorativo o funcional).
4 x Módulos de sensor de luz (LDR).
4 x Resistencias de 10 kΩ.
2 x Micro Servomotores SG90.
Estructura mecánica (pilares, base).
Bornas de conexión y cables.

8.2 Presupuesto estimado

Ud.	Denominación	Precio	Observaciones
1	Arduino Nano compatible	5,00 €	Controlador compacto
1	Panel solar pequeño	3,50 €	Componente a orientar
4	LDR (Fotorresistencias)	1,00 €	Detección lumínica
2	Micro Servo SG90	5,00 €	Motores ejes X e Y
1	Componentes pasivos y bornas	2,00 €	Resistencias y conexiones
1	Material estructura y base	4,00 €	Soporte del mecanismo
Total Estimado		20,50 €	con IVA

9. Plan de trabajo

Fase	Tareas	Estimación	Estado
1. Anteproyecto	Documento, esquema, presupuesto	1 sesión	Completado
2. Montaje	Ensamblaje estructural de servos, panel y soldadura de placa	2 sesiones	Pendiente
3. Firmware	Algoritmo de promedios, histéresis y modo noche	2 sesiones	Pendiente
4. Pruebas	Calibración de LDRs con una linterna o luz solar directa	1 sesión	Pendiente
5. Memoria	Fotos, código final, conclusiones	1 sesión	Pendiente

10. Criterios de aceptación

El tracker debe reaccionar de forma continua y seguir el desplazamiento de una linterna en una habitación oscura.
El sistema no debe entrar en un bucle de "temblor" cuando la luz impacta de forma cenital sobre el panel.
Al apagar la luz de la habitación (o cubrir los sensores), los motores deben permanecer en absoluto reposo acústico y físico.

11. Riesgos y precauciones

Riesgo	Impacto	Mitigación
Inestabilidad del algoritmo (Jitter)	Los servos tiemblan constantemente desgastando los engranajes.	Implementar en código una tolerancia matemática amplia.
Diferencias de fabricación en los LDR	El tracker se desvía hacia un lado aunque la luz sea frontal.	Medir cada LDR y aplicar factor de corrección por software.
Tensión mecánica en el cableado	Cables arrancados o atasco físico del motor al girar.	Agrupar cables con fundas y dejar bucles de alivio.