REVISTA
ODIGOS
rodigos@uisrael.edu.ec
e-ISSN: 2697-3405
REVISTA ODIGOS
QUITO-ECUADOR
2024 81
Período octube - enero • 2024
Vol. 5, Núm. 3
Monitoreo en tiempo real del funcionamiento y fallas de un
sistema automático de paneles solares
Real-time monitoring of the operation and failures of an automatic
solar panel system
Fecha de recepción: 2024-07-24 · Fecha de aceptación: 2024-09-20 · Fecha de publicación: 2024-10-10
Ing. Nelson Chimborazo 1
Instituto Superior Tecnológico de Tecnologías Apropiadas, Ecuador
nelson.chimborazo@insta.edu.ec
https://orcid.org/0009-0004-0336-1327
Agila Mateo 2
Instituto Superior Tecnológico de Tecnologías Apropiadas, Ecuador
mateo.agila@insta.edu.ec
Noquez Kevin 3
Instituto Superior Tecnológico de Tecnologías Apropiadas, Ecuador
kevin.noquez@insta.edu.ec
Silva Mateo 4
Instituto Superior Tecnológico de Tecnologías Apropiadas, Ecuador
mateo.silva@insta.edu.ec
https://doi.org/10.35290/ro.v5n3.2024.1456
REVISTA ODIGOS
QUITO-ECUADOR
2024
82
REVISTA ODIGOS • VOL.5 NUM. 3 • OCTUBRE - ENERO • 2024
RESUMEN
El presente artículo planteó la construcción y evaluación de un seguidor solar casero utilizando
una placa de desarrollo Arduino, sensores de luz LDR y servomotores con el objetivo de probar
la factibilidad de utilizar sistemas autónomos basados en microcontroladores para optimizar la
recolección de energía solar, y explorar su potencial para aplicaciones en áreas remotas o fuera
de la red eléctrica convencional. El sistema ajustó automáticamente la posición de un panel
solar para maximizar la captación de energía a lo largo del día. En el artículo se describieron los
materiales a utilizar, proceso de diseño del sistema y la construcción del mismo, además de una
revisión bibliográca para explicar a detalle la funcionalidad de cada componente del seguidor
solar, concentrándose en la programación del Arduino y los resultados obtenidos mediante pruebas
comparativas con un panel jo.
A través de la investigación, se concluyó que el desarrollo de un sistema de seguimiento solar
eciente y funcional con componentes accesibles y económicos es posible. Además, el diseño del
seguidor solar puede adaptarse y mejorarse para diferentes aplicaciones, convirtiéndolo en un
sistema versátil y con un alto potencial en la promoción de energía sostenible.
PALABRAS CLAVE: Seguimiento de luz solar, Sensores LDR, Direccionamiento de servomotores,
Paneles solares, Arduino
ABSTRACT
This article proposed the construction and evaluation of a homemade solar tracker using an Arduino
development board, LDR light sensors and servomotors with the objective of testing the feasibility
of using autonomous systems based on microcontrollers to optimize the collection of solar energy,
and explore its potential for applications in remote areas or outside the conventional electrical grid.
The system automatically adjusted the position of a solar panel to maximize energy harvesting
throughout the day. The article described the materials to be used, the system design process and
its construction, in addition to a bibliographic review to explain in detail the functionality of each
component of the solar tracker, focusing on the programming of the Arduino and the results obtained
through Comparative tests with a xed panel.
Through the research, it was concluded that the development of an efcient and functional solar
tracking system with accessible and economical components is possible. Furthermore, the design of
the solar tracker can be adapted and improved for different applications, making it a versatile system
with high potential in promoting sustainable energy.
KEYWORDS: Solar tracker, LDR sensors, Servo motor steering, Solar panels, Arduino
REVISTA ODIGOS
QUITO-ECUADOR
2024 83
rodigos@uisrael.edu.ec
MONITOREO EN TIEMPO REAL DEL FUNCIONAMIENTO Y FALLAS DE UN SISTEMA AUTOMÁTICO DE PANELES
SOLARES
Introducción
La energía solar es una de las fuentes de energía renovable más prometedoras en la actualidad,
gracias a su abundancia y al avance de tecnologías que permiten su aprovechamiento en
diferentes áreas. Sin embargo, la eciencia de los paneles solares puede ser signicativamente
afectada por su orientación respecto al sol. Un seguidor solar, o solar tracker, es un dispositivo
diseñado para maximizar la captación de luz solar al seguir el movimiento del sol a lo largo del día.
Este informe explora la construcción, funcionamiento y los resultados obtenidos con este sistema,
proporcionando una visión clara de los benecios y las posibles aplicaciones de los seguidores
solares caseros, tomando como referencia la construcción de un seguidor solar casero utilizando
una placa de desarrollo Arduino.
Así, la investigación planteó la creación de un sistema de energía solar que mediante el uso de
módulos de resistencias dependientes de la luz (LDR’s), servomotores y el ajuste de posición
automático de un panel solar, lograse mantener la orientación óptima para el funcionamiento
constante del panel. El objetivo principal fue probar la factibilidad de utilizar sistemas autónomos
basados en microcontroladores para optimizar la recolección de energía solar, y explorar su
potencial para aplicaciones en áreas remotas o fuera de la red eléctrica convencional.
En el presente estudio, también se describió con detalle el proceso de la creación del sistema.
Este enfoque no solo ha resultado accesible y económico, sino que también ha demostrado cómo
la integración de componentes electrónicos simples puede mejorar signicativamente la eciencia
de un sistema de energía solar.
Como objetivo nal, la investigación ha buscado fomentar el desarrollo para la aplicación de
energías renovables, mostrando cómo la integración de sistemas sencillos puede contribuir a la
sostenibilidad y la innovación tecnológica.
1.1. Propiedades del Arduino Nano.
Las placas de Arduino son una serie de dispositivos que se enfocan en el desarrollo de programas
con software y hardware libre, para acceso y la modicación de los elementos conectados.
Como menciona Peña (2017) entre los principales componentes de Arduino se encuentran el
microcontrolador Atmega328P que funciona a 16MHz y 5V (por tanto, igual que en modelo UNO,
concretamente de tipo SMD).
De hecho, la placa Arduino Nano sigue ofreciendo el mismo número de salidas y entradas digitales
y analógicas que la placa Arduino UNO y la misma funcionalidad que esta. En otras palabras,
la placa integra todas las capacidades y funcionalidades técnicas de sus similares, pero en un
tamaño de mayor versatilidad.
El mayor diferenciador del Arduino Nano es su pequeño tamaño, de tan solo 18 milímetros de
anchura por 45 milímetros de longitud que lo convierte en un elemento ideal para proyectos
de tamaño limitado. Estas dimensiones se consiguen eliminando de esta placa el conector de
alimentación de 5,5/2,1mm (alimentándose, por tanto, a través del pin “VIN” –fuente no regulada–
REVISTA ODIGOS
QUITO-ECUADOR
2024
84
REVISTA ODIGOS • VOL.5 NUM. 3 • OCTUBRE - ENERO • 2024
o “5V” –fuente regulada– y “GND”) e incorporando “un conector USB mini-B en vez del conector
USB tipo B y el conversor USB<->Serie FTDI FT232RL en vez del chip ATmega16U2”. (Torrente,
2016)
1.2. Descripción de un Circuito Boost.
Como se menciona en Naylamp Mechatronics (s.f.), los convertidores DC/DC son circuitos que
facilitan cambiar el nivel de voltaje convirtiéndolo subiendo o bajando su nivel. Además, existen
dos tipos de convertidores o reguladores DC-DC: lineales y conmutados.
Acerca de los reguladores de tipo lineal se menciona que “son muy sencillos de utilizar, pero no
son ecientes energéticamente”. (Naylamp Mechatronics, s.f.).
Por otro lado, los reguladores conmutados o switching
presentan altos niveles de eciencia energética (superior al 80%). Los convertidores
conmutados convierten el voltaje mediante el almacenamiento periódico de energía de
entrada y la posterior liberación de esa energía en la salida de forma que el nivel de
voltaje de nal es el deseado. Los convertidores DC-DC conmutados con el objetivo de
convertir la energía eléctrica con la máxima eciencia poseen únicamente componentes
que no presentan perdidas, es decir, que no absorben energía. (Naylamp Mechatronics,
s.f.)
Adicional a esto, existen 2 componentes básicos: conmutadores y almacenadores. Primero, los
conmutadores interrumpen el paso de corriente, que no suelen presentar presentan pérdidas por
conmutación. No obstante, los almacenadores son “los inductores y capacitores que almacenan la
energía temporalmente para luego devolverla al circuito. Podemos clasicar a conmutadores DC-
DC por su voltaje de salida en: reductores (Step-Down o Buck), elevadores (Step-Up o Boost) y
reductores-elevadores (Step-Up-Down o Buck-Boost)”. (Naylamp Mechatronics, s.f.)
1.3. Principio de Funcionamiento de Servomotores.
Un servomotor, también conocido como RC Servo (Remote Control,) es una caja de tamaño
reducido que cuenta con un perno dentado giratorio que permite tener un control preciso del
ángulo, aceleración y velocidad del eje del motor. Su rotación llega a 180° o 270° como máximo
dependiendo del modelo. La principal característica de los servomotores es que llegan la posición
programada y la estabilizan.
De acuerdo con Aliverti (2021), en un servomotor se puede encontrar un motor de corriente
continua; un potenciómetro, que permite detectar la posición del motor; un grupo de engranajes,
para conectar el potenciómetro con el motor y aumentar la potencia mecánica del dispositivo,
multiplicando el motor; un pequeño circuito de control, que recibe la señal de control, acciona el
motor y detecta su posición leyendo el potenciómetro. Para utilizar un servomotor no se necesitan
ajustes especícos ni un circuito de potencia para controlarlo, basta con alimentarlo correctamente
proporcionando la corriente necesaria y la tensión correcta.
REVISTA ODIGOS
QUITO-ECUADOR
2024 85
rodigos@uisrael.edu.ec
MONITOREO EN TIEMPO REAL DEL FUNCIONAMIENTO Y FALLAS DE UN SISTEMA AUTOMÁTICO DE PANELES
SOLARES
El servomotor cuenta con tres cables: rojo, negro y naranja. Los cables rojo y negro alimenta el
dispositivo, mientras que el cable naranja emite la señal de control. Estos dispositivos desarrollan
fuerzas notables que se expresan en kilográmetros (kgm).
Así lo explica Aliverti (2021): “un servo con un par de 2 kgm es capaz de levantar un peso de 2 kg
unido a una vara de 1 m de largo conectada a su perno; si reducimos la distancia de la vara a 0.5
m, se consigue levantar 4 kg a 50 cm”. Para lograrlo, la señal de control debe tomar en cuenta los
tiempos concretos; normalmente la señal es de 0 o 5 V. Para llevar el perno a la posición 0°, se
debe crear una secuencia de impulsos de 5 V, con una separación de 20 ms y una duración de 1
ms. Al aumentar la duración del impulso, “el eje del servomotor se desplazará desde 0° hasta su
valor máximo, por ejemplo, 180°, para impulsos con una duración de 2 ms” (Aliverti, 2021). Para
generar este tipo de señales, se suelen utilizar circuitos con temporizadores (timmer) como por
ejemplo el chip NE555, o microcontroladores.
1.4. Comunicación I2C.
I2C es un puerto y protocolo de comunicación serial que:
dene la trama de datos y las conexiones físicas para transferir bits entre 2 dispositivos
digitales. El puerto incluye dos cables de comunicación, SDA y SCL. Además, el protocolo
permite conectar hasta 127 dispositivos esclavos con esas dos líneas, con velocidades de
hasta 100, 400 y 1000 kbits/s. (HetPro, s.f.)
El protocolo I2C se usa para comunicarse con sensores digitales, ya que a diferencia del puerto
Serial, su arquitectura permite tener una conrmación de los datos recibidos dentro de la misma
trama.
Una de sus principales características es la capacidad de conexión de varios dispositivos a un solo
bus. En la página web HetPro (s.f.), se detalla que si comparamos a I2C con el protocolo Serial
TTL, el I2C incluye más bits en su trama de comunicación lo cual “permite enviar mensajes más
completos y detallados” (HetPro,s.f.). Adicional a esto “os mensajes que se envían mediante un
puerto I2C incluyen, además del byte de información, una dirección tanto del registro como del
sensor.” (HetPro,s.f.)
Con la comunicación I2C, siempre que se envía una información hay una conrmación de
recepción del dispositivo. Este es el motivo por el cual se debe diferenciar cada uno de los
componentes de esta clase de comunicación.
1.5. Operación de la Resistencia dependiente de la luz.
Los sensores de luz son sensores que detectan la existencia de luz en un espacio. En algunas
ocasiones, se les llama celdas CdS pues están fabricados de sulfuro de cadmio, de ahí el nombre
CdS. Otra denominación es LDRs (del inglés “Light Dependent Resistor”) pues están formado por
una resistencia que varía su valor de acuerdo a la cantidad de luz que actúa sobre su supercie.
REVISTA ODIGOS
QUITO-ECUADOR
2024
86
REVISTA ODIGOS • VOL.5 NUM. 3 • OCTUBRE - ENERO • 2024
En otros términos, “los sensores de luz reducen su resistencia a medida que reciben más
intensidad de luz.” (Torrente, 2013)
1.6. Módulo cargador TP4056.
Como se menciona en la web de Naylamp Mechatronics (s.f.)., el Módulo Cargador USB de batería
litio 18650 1A facilita cargar baterías Li-Po/Li-On de una celda. “Funciona con baterías con voltajes
de carga nominal de 3.7V y de carga completa a 4.2V lo cual es ideal para baterías Li-Po 18650 o
baterías de Li-On de smartphones.” (Naylamp Mechatronics,s.f.).
1.7. Paneles solares
Los paneles solares son dispositivos que capturan la luz del sol a través de dispositivos
semiconductores que al recibir los rayos del sol provoca que los electrones que hay en las células
liberen energía que se convierte en electricidad en forma de corriente continua.
“Una celda fotovoltaica es el componente que capta la energía contenida en la radiación solar y la
transforma en una corriente eléctrica, basado en el efecto fotovoltaico que produce una corriente
eléctrica cuando la luz incide sobre algunos materiales.” (Marcillo y Villacreses, 2017)
En cuanto a su estructura, los paneles están formados por varias capas de tal forma que se
protegen las células fotovoltaicas.
Los paneles solares son una solución eléctrica tanto para hogares como para empresas. Una de
sus mayores ventajas es que favorece a la producción de energía sustentable y, además, es un
sistema de energía rápido y duradero.
1.8. Sensor de corriente ACS712.
De acuerdo a las especicaciones del Sensor de Corriente ACS712T-20A disponibles en Naylamp
Mechatronics (s.f), el sensor permite la medición de corriente DC o AC por medio del efecto Hall.
Esto a diferencia de las mediciones de corriente con resistencias Shunt.
También se menciona que:
en los sensores por efecto Hall la carga está aislada del sensor, esto es útil en sistemas
donde se requiere de aislamiento eléctrico además de no disipar energía (pérdidas
por efecto Joule). El módulo posee una salida analógica (OUT) que entrega un voltaje
analógico proporcional a la corriente medida. Por ejemplo, cuando la corriente a medir es
0A el voltaje de salida es 2.5V, cuando la corriente es 20A el voltaje de salida es 4.5V y
cuando la corriente es -20A el voltaje será 0.5V. (Naylamp Mechatronics, s.f)
Como último aspecto se detalla que “la salida analógica puede ser conectado a una entrada ADC
de un microcontrolador como Arduino o PIC y utilizar la formula: I= (Aout - 2.5) *10 para obtener el
dato de corriente medida” (Naylamp Mechatronics, s.f)
REVISTA ODIGOS
QUITO-ECUADOR
2024 87
rodigos@uisrael.edu.ec
MONITOREO EN TIEMPO REAL DEL FUNCIONAMIENTO Y FALLAS DE UN SISTEMA AUTOMÁTICO DE PANELES
SOLARES
1.9. Fundamentos de una Pantalla de Cristal Líquido LCD.
El cristal líquido se dene como “un compuesto de largas moléculas en forma de varilla que está
entre dos placas de polímero que contienen surcos microscópicos” (Bolton, 2017). Existen un
espacio de 90º entre los surcos de las hojas superior e inferior. Por su parte, las moléculas del
cristal líquido se adecúan con los surcos del polímero y giran levemente hasta quedar alineados a
90º entre ellos.
Cuando una luz polarizada en un plano incide en el cristal líquido, su plano de polarización
gira conforme pasa por el material. Al quedar entre dos placas de polarizador, cuyas
direcciones de transmisión están en ángulo recto, el giro permite la transmisión de la luz y
el material líquido se ilumina. (Bolton, 2017)
Las pantallas de cristal líquido no generan luz por sí mismas, sin embargo reejan o transmiten luz
por esta razón poseen un bajo consumo de potencia.
1.10.Comportamiento de señales PWM.
El control de potencia por modulación del ancho de pulso es usado para el control de motores,
iluminación, entre otras aplicaciones que requieran señales de este tipo.
La modulación por ancho de pulsos también conocida como PWM es una técnica en
la que se modica el ciclo de trabajo de una señal periódica, ya sea para transmitir
información a través de un canal de comunicaciones o para controlar la cantidad de
energía que se envía a una carga. (Schmidt, 2022)
El ciclo de trabajo de una señal periódica corresponde al ancho relativo de su zona positiva en
relación con el período. Por otro lado, se encuentra el duty cycle que “es el tiempo que la salida
está a uno o a un nivel alto. Los pines asignados a PWM también se pueden usar como puertos de
uso general ya que tienen todas las características de cualquier pin de puerto.” (Schmidt, 2022)
En Arduino la frecuencia de PWM es de 500Hz. No obstante, este valor puede puede modicarse
en caso de que el proyecto así lo requiera. En la actualidad, la modulación PWM se implementa
en varios tipos de circuitos integrados; por ejemplo “para lograr circuitos funcionales que puedan
controlar fuentes conmutadas, controles de motores, controles de elementos termoeléctricos,
choppers para sensores en ambientes ruidosos, aplicaciones robóticas, entre otros.” (Schmidt,
2022)
Finalmente, cabe mencionar que el modo PWM en los microcontroladores AVR se controla
por hardware, en otras palabras, todo el trabajo lo realiza la propia CPU; basta con iniciar el
temporizador y establecer el ciclo de trabajo.
REVISTA ODIGOS
QUITO-ECUADOR
2024
88
REVISTA ODIGOS • VOL.5 NUM. 3 • OCTUBRE - ENERO • 2024
1.11. Desempeño de las baterías de litio.
Las baterías de iones de litio utilizan materiales de carbono como cátodo y compuestos que
contienen litio como ánodo. Dado que no hay litio metálico presente en la batería, solo iones de
litio, se les llama baterías de iones de litio.
Estas baterías se reeren a aquellas que utilizan compuestos en los que los iones de litio se
incrustan en el material del cátodo como materiales de ánodo. El proceso de carga y descarga
de las baterías de iones de litio implica la inserción y extracción de iones de litio. Durante este
proceso, también se produce la inserción y extracción de electrones equivalentes a los iones de
litio. Generalmente, la inserción o extracción se reere al cátodo, mientras que la extracción o
inserción se reere al ánodo.
Durante la carga y descarga, los iones de litio se mueven hacia adelante y hacia atrás entre el
cátodo y el ánodo, lo que se describe de manera gráca como un “movimiento de mecedora” de
los iones de litio, tal como lo menciona Donglai New Energy (s.f).
En cuanto a la conguración de baterías de litio 18650, la conexión del banco de baterías se
diseñó mediante la conexión en serie, es decir, siguiendo las leyes eléctricas.
Morales (2023) resalta que en este diseño se suman los voltajes de fuente y se mantiene la
capacidad de amperaje y paralelo. Además, se mantienen los voltajes de fuente y se suman la
capacidad de amperaje con el objetivo de obtener el voltaje y amperaje necesario para cubrir los
requerimientos del proyecto.
1.12. Base de funcionamiento de un sensor.
Un sensor es un dispositivo que detecta variaciones en el entorno y responde a la salida en el
otro sistema. En otras palabras, los sensores tienen la capacidad de medir magnitudes físicas o
químicas para convertirlas en magnitudes eléctricas, “las magnitudes físicas o químicas que son
detectadas por un sensor se denominan variables de instrumentación y estas son muy diversas,
por ejemplo: temperatura, distancia, humedad, movimiento, presión, desplazamiento, pH, entre
muchas otras.” (Peña, 2017)
Estas señales se envían a través de una interfaz que las convierte en un código binario y lo pasa a
un receptor que para transformar dichas variables en señales eléctricas.
Los sensores pueden ser manejados a través de diversos dispositivos como computadoras, pero
en este caso los sensores usados en la presente investigación se controlaron a través de una
placa Arduino.
REVISTA ODIGOS
QUITO-ECUADOR
2024 89
rodigos@uisrael.edu.ec
MONITOREO EN TIEMPO REAL DEL FUNCIONAMIENTO Y FALLAS DE UN SISTEMA AUTOMÁTICO DE PANELES
SOLARES
1.13. Shields en Arduino.
Los shields de Arduino son placas de conjuntos de circuitos electrónicos complementarios a
Arduino. La placa se coloca sobre la placa Arduino base y se conecta mediante el acoplamiento de
sus pines y no necesita conexiones externas.
Como menciona Porcuna (2016), de este modo se brinda a la placa principal diferentes
funcionalidades, pudiendo así crear proyectos más completos y potentes.
Algunos shield se pueden apilar unos sobre otros, con el objetivo de aumentar las funciones a
la placa. Sin embargo, hay que vericar que los diferentes shields no ocupen los mismos pines
en diferentes funciones. Además, “se debe tener en cuenta los requerimientos de alimentación
eléctrica de cada shield.” (Arduino.Cl, s.f.)
1.14. Interpretación de señales analógicas.
Las personas perciben el mundo como un ujo de información analógica a través de la vista, el
oído y otros sentidos.
Al usar la información analógica con el Arduino, este responde a los datos introducidos por el
usuario de una manera más elaborada. La información de este tipo es continúa y, como se explicó
anteriormente, contiene un rango de valores posible que van desde 0 a 1023. [16]
Materiales y Métodos
El presente estudio consistió en una investigación de tipo experimental donde se obtuvieron datos
a partir de la experimentación con variables, en este caso los materiales del sistema, para la
obtención de datos. [17]
En esta investigación, se planteó el desarrollo y construcción de un seguidor solar casero
utilizando una placa de desarrollo Arduino, sensores de luz LDR y servomotores, proporcionando
una visión clara de los benecios y las posibles aplicaciones de los seguidores solares caseros.
Para realizarlo, en una primera etapa se hizo una investigación bibliográca y descripción de los
diferentes componentes del sistema. También se explicó las bases de funcionamiento de sistemas
adyacentes que forman parte del proceso de desarrollo del seguidor solar.
Una vez que se abordaron los conceptos teóricos en la introducción, la segunda etapa abordó los
materiales usados en el sistema (Tabla 1) y el proceso paso a paso de construcción del sistema.
Finalmente, se presentaron los resultados obtenidos a partir de la construcción del seguidor solar
casero y el análisis de su funcionamiento en base a los objetivos planteados.
REVISTA ODIGOS
QUITO-ECUADOR
2024
90
REVISTA ODIGOS • VOL.5 NUM. 3 • OCTUBRE - ENERO • 2024
Tabla 1
Lista de Materiales
# Ítem
2 Servomotores MG996R
1 Pantalla LCD 16x2
1 Módulo I2C
1 Arduino Nano
4 Módulos LDR
1 Módulo HW-168 Cargador de batería litio TP4056 micro-USB
1 Convertidor Voltaje DC-DC Step-Up 2A MT3608
2 Paneles Solares
1 Sensor de Corriente ACS712T-20A
3 Baterías de Litio 18650
1 Shield Extensión de Servomotores
1 Rollo de Estaño 60/40
1 Plancha de Triplex 60cmx60cm
1 Kit de Tornillos M3
1 Taipe Negro
# Cables #22 AGW Jumpers Macho-Hembra
1 Pegatanke
1 Pintura Color Negro
Resultados
3.1. Desarrollo del seguidor solar casero.
Para la construcción del sistema propuesto en esta investigación, como primer paso se adquirieron
los materiales, sensores y placas de desarrollo. Previo a esto, se realizó un diagrama de ujo en el
programa Visio de Microsoft para otorgar la función a realizar de cada equipo dentro del circuito.
Visio es un software para dibujar una variedad de diagramas. Entre ellos se incluyen
diagramas de ujo, organigramas, planos de construcción, planos de planta, diagramas
de ujo de datos, diagramas de ujo de procesos, modelado de procesos de negocios,
diagramas de carriles, mapas 3D y mucho más. (Ludichart, s.f.)
En la Figura 1, se observa el diagrama realizado.
REVISTA ODIGOS
QUITO-ECUADOR
2024 91
rodigos@uisrael.edu.ec
MONITOREO EN TIEMPO REAL DEL FUNCIONAMIENTO Y FALLAS DE UN SISTEMA AUTOMÁTICO DE PANELES
SOLARES
Figura 1
Esquemático Gráco del Sistema de Luz Solar.
Asimismo, se realizó un diagrama de conexionado del panel solar tal como se muestra en la Figura
2. Se desarrolló un esquema de bloques para interrelacionar los actuadores, sensores y placa de
control.
Figura 2
Diagrama de Conexionado de Panel Solar.
Como siguiente etapa se realizó el proceso de soldadura con estaño de los equipos como módulos
siendo los siguientes: LCD 16x2-Módulo I2C; Panales Solares-Cables; Circuito Boost-Cables;
Pilas de Litio unión de polos en paralelo por medio de cables, de acuerdo al voltaje y amperaje
requerido. También se procedió con la programación en lenguaje C++ en la plataforma Arduino
declarando los pines a implementar para cada función desde los de tipo digitales hasta los
analógicos.
Con los equipos soldados y programados, se interconectaron todos los componentes del circuito
según el esquema de bloques realizado previamente (Figura 2).
A continuación, se compiló y subió la programación a la placa de desarrollo. También, se
analizaron los voltajes de envío y ejecución de cada elemento de acuerdo con la programación
implementada.
REVISTA ODIGOS
QUITO-ECUADOR
2024
92
REVISTA ODIGOS • VOL.5 NUM. 3 • OCTUBRE - ENERO • 2024
Para la construcción del sistema se realizó la toma de medidas físicas para impregnarlas en el
tríplex. Ya reejadas la toma de medidas, se procedió a cortar acorde a lo señalado. Con los cortes
listos, se dio color a cada pieza. Posteriormente, se dio paso a la unión de las piezas por medio del
uido de pegamento pegatanke como se ve en la Figura 3.
Figura 3
Ensamblaje del Prototipo.
Seguidamente, se dio paso al proceso de soldadura con estaño 60/40 de las tarjetas de
controlador de carga, circuito boost acompañado de los paneles solares, la conexión de las
baterías de litio y nalmente la unión del LCD con el módulo I2C. Como penúltimo paso se
ubicaron los elementos en su sitio juntamente con el conexionado de los cables jumpers. Así se
llegó al prototipo nal que se observa en la Figura 4.
Figura 4
Prototipo Final.
REVISTA ODIGOS
QUITO-ECUADOR
2024 93
rodigos@uisrael.edu.ec
MONITOREO EN TIEMPO REAL DEL FUNCIONAMIENTO Y FALLAS DE UN SISTEMA AUTOMÁTICO DE PANELES
SOLARES
Finalmente, se procedió con una prueba de funcionamiento para realizar los ajustes
correspondientes.
Al completar el seguidor solar casero utilizando Arduino, se observó un notable incremento en
la eciencia de captación de energía en comparación con un panel jo. El sistema se ajustó
automáticamente a la posición óptima respecto al sol, lo que resultó en una mayor producción
energética diaria. Así, las pruebas demostraron que el seguidor solar es efectivo incluso en
condiciones climáticas variables, optimizando la orientación del panel para maximizar la captación
de luz solar.
Este proyecto demostró ser una solución eciente y rentable para mejorar la producción de energía
solar en aplicaciones domésticas. Además, el diseño modular y la utilización de componentes
accesibles lo hacen una opción práctica y sostenible para quienes buscan maximizar el
aprovechamiento de la energía solar en sus hogares o tranquilamente se puede hablar de un
aprovechamiento de energía solar a nivel industrial.
La implementación exitosa de este seguidor solar evidencia su potencial para contribuir
signicativamente a la reducción de costos energéticos y al aumento de la eciencia en el uso de
recursos renovables.
Conclusiones
A partir de la construcción del seguidor solar casero con placa Arduino, sensores de luz LDR y
servomotores se obtuvieron las siguientes conclusiones.
El desarrollo de un sistema de seguimiento solar eciente y funcional con componentes accesibles
y económicos es posible. Además, el diseño del seguidor solar puede adaptarse y mejorarse para
diferentes aplicaciones; esto pone en evidencia su versatilidad y potencial en la promoción de
energía sostenible tanto en entornos hogareños como espacios más sosticados.
A nivel de funcionalidad, el seguidor solar casero incrementó signicativamente la captación de
energía en comparación con un panel solar jo, demostrando su efectividad.
Sin embargo, el estudio también concluyó que se debe mejorar el código del Arduino para
aumentar la precisión del seguimiento y reducir el consumo de energía de los servomotores.
También hay que reforzar la estructura de montaje para soportar condiciones climáticas adversas y
garantizar la durabilidad del sistema.
Con esto en mente, también se sugiere que próximas investigaciones estudien el uso de
materiales alternativos y más ecientes para la construcción del seguidor solar, optimizando el
costo y la eciencia del sistema.
REVISTA ODIGOS
QUITO-ECUADOR
2024
94
REVISTA ODIGOS • VOL.5 NUM. 3 • OCTUBRE - ENERO • 2024
Referencias
Aliverti, P. (2021). Electrónica: trucos y secretos | 130 ideas para resolver cualquier problema. MARCOMBO.
Arduino.Cl (s.f.). ¿Qué es un Shield? Arduino.Cl. https://arduino.cl/que-es-un-shield/#:~:text=Un%20
%E2%80%9Cshield%E2%80%9D%20es%20simplemente%20una,de%20la%20placa%20Arduino%20
Base
Bolton, W. (2017). Mecatrónica sistemas de control electrónico en la ingeniería mecánica y eléctrica. Alfaomega.
Culkin, J. y Hagan, E. (2017). Learn Electronics with Arduino. Maker Media.
Donglai New Energy Technology (s.f.). El funcionamiento de las baterías de iones de litio. Donglai New Energy
Technology. https://bateria18650.com/el-funcionamiento-de-las-baterias-deiones-de-litio/
HeTPro (s.f.). I2C Puerto, Introducción, trama y protocolo. HeTPro. https://hetpro-store.com/TUTORIALES/i2c/
Lucidchart (s.f.). Todo sobre Microsoft Visio® para diagramas. Lucidchart https://www.lucidchart.com/pages/es/
que-es-microsoft-visio
Marcillo, K. y Villacreses, S. (2017). Diseño e Implementación de un Prototipo de Semaforización Peatonal Me-
diante Arduino y Alimentado por Panel Solar como Material Didáctico para el Laboratorio de Robótica de
la Carrera de Ingeniería en Computación y Redes en la Universidad Estatal del Sur de Manabí [Tesis de
grado, Universidad Estatal del Sur de Manabí]. Repositorio Institucional. http://repositorio.unesum.edu.ec/
handle/53000/996.
Morales, J. (2023). Diseño e implementación de un sistema de carga de baterías de litio para un vehículo eléc-
trico tipo fórmula student [Tesis de grado, Universidad Técnica del Norte]. Repositorio Institucional.
Naylamp Mechatronics (s.f.). Convertidor Voltaje DC-DC Step-Up 2A MT3608. Naylamp Mechatronics .https://
naylampmechatronics.com/conversores-dc-dc/119-convertidor-voltaje-dc-dc-step-up-2a-mt3608.html
Naylamp Mechatronics (s.f.). Módulo HW-168 Cargador de batería litio TP4056 micro-USB. Naylamp Mechatro-
nics. https://naylampmechatronics.com/baterias/194-modulo-hw-168-cargador-de-bateria-litio-tp4056-mi-
cro-usb.html
Naylamp Mechatronics (s.f.). Sensor de Corriente ACS712T-20ª. Naylamp Mechatronics. https://naylampme-
chatronics.com/sensores-corrientevoltaje/65-sensor-de-corriente-acs712t-20a.html.
Peña, C. (2017). Arduino. Six Ediciones.
Porcuna, P. (2016). Robótica y domótica básica con Arduino. Ra-Ma.
REVISTA ODIGOS
QUITO-ECUADOR
2024 95
rodigos@uisrael.edu.ec
MONITOREO EN TIEMPO REAL DEL FUNCIONAMIENTO Y FALLAS DE UN SISTEMA AUTOMÁTICO DE PANELES
SOLARES
Ramos, C. (2021). Diseños de Investigación Experimental. Ciencia America, 10(1). https://cienciamerica.edu.ec/
index.php/uti/article/view/356/699
Schmidt, D. (2022). Arduino. Curso completo ( edición), Ra-Ma. 2022.
Torrente, Ó. (2013). ARDUINO Curso práctico de formación. Alfaomega.
Torrente, Ó. (2016). El mundo GENUINO-ARDUINO Curso práctico de formación, Alfaomega.
REVISTA ODIGOS
QUITO-ECUADOR
2024
96
REVISTA ODIGOS • VOL.5 NUM. 3 • OCTUBRE - ENERO • 2024
Copyright (2024) © Nelson Chimborazo, Agila Mateo, Noquez Kevin, Silva Mateo
Este texto está protegido bajo una licencia internacional Creative Commons 4.0.
Usted es libre para Compartir—copiar y redistribuir el material en cualquier medio o formato — y Adaptar
el documento — remezclar, transformar y crear a partir del material—para cualquier propósito, incluso para
nes comerciales, siempre que cumpla las condiciones de Atribución. Usted debe dar crédito a la obra
original de manera adecuada, proporcionar un enlace a la licencia, e indicar si se han realizado cambios.
Puede hacerlo en cualquier forma razonable, pero no de forma tal que sugiera que tiene el apoyo del
licenciante o lo recibe por el uso que hace de la obra.
Resumen de licenciaTexto completo de la licencia