Diseño de un robot para la inspección de una planta fotovoltaica con seguidor solar en el 2022

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Sede Lima-Norte

Proyecto de Trabajo de Investigación

Diseño de un robot para la inspección de una planta fotovoltaica con seguidor solar en el 2022

Integrantes

Yauri Quispe, Renzo Oswaldo 1632472

Perez Lazaro, Daniel Alexis U17103800

Docentes

Uribe Martinez, Joel Jonathan

Sanchez Penadillo, Edward Russel

Lima, Perú

Ciclo

MAYO 2022

1. Problema de investigación

En los siglos XX y XXI, se han observado cierta preferencia por las energías renovables. Si bien es cierto, los primeros en acceder a estas nuevas fuentes de energía fueron los países desarrollados. En el presente, una gran cantidad de países cuentan con al menos una central fotovoltaica. Sin embargo, estas centrales que abarcan grandes espacios necesitan ser monitoreadas o inspeccionadas y de esta manera verificar su correcto funcionamiento. Asimismo, las dimensiones de terreno ocasionan que el monitoreo no sea factible por medio de un operario. Es por ello que, una de las alternativas para la inspección de las centrales fotovoltaicas, es realizar la verificación de un funcionamiento eficiente mediante la intervención de nuevas tecnologías como son los robots, específicamente drones. No obstante, un dron requiere de todo un equipamiento para cumplir con una actividad especifica, para este caso es el detectar puntos calientes en los paneles solares, lo cual es sumamente costoso. Por ello, algunos investigadores, prefieren instalar sensores cerca de los paneles solares para poder detectar sus fallos, lo cual se traduce como otra alternativa más económica para inspeccionar una central fotovoltaica.

1. Estado del arte  

En la actualidad, la humanidad está sufriendo altos niveles de contaminación principalmente por combustibles fósiles, por lo cual, el uso de otros tipos de energías renovables es necesario para la conservación del medio ambiente, según la Asociación Peruana de Energías Renovables se reducirá en un 30% las emisiones de GEI [1] en 2020, para el 2030 mediante la energía solar fotovoltaica. De tal manera, las plantas fotovoltaicas con seguidor solar son ideales y recomendables para la distribución de energía limpia a pueblos pequeños y plantas industriales aledañas. Este tipo de plantas requieren de constantes inspecciones y mantenimiento preventivo para su correcto funcionamiento, que se realizan con la integración de nuevas tecnologías; sin embargo, la intervención del hombre sigue siendo indispensable (operarios visitan la planta), los servicios antes descritos demandan de una previa programación porque se realizan en un intervalo de tiempo extenso. Por tanto, el estudio que se desarrollará plantea como objetivo principal brindar una solución posible para el control preventivo del cableado de una planta fotovoltaica con seguidor solar mediante el diseño de un robot para su inspección, en busca de una opción eficiente con el uso de tecnologías, permitiendo identificar el problema y darle solución. Por consiguiente, la investigación aportará información relevante para las personas interesadas en el sector energético fotovoltaico, asimismo, para todo personal que manipule y provea de servicios preventivos y mantenimiento a plantas fotovoltaicas.

Para poder llevar a cabo esta investigación, primero se tiene que saber cómo es el funcionamiento de un módulo fotovoltaico con seguidor solar, por eso en 2020 Gonzales [2] nos explica con su ficha técnica que el funcionamiento de un módulo fotovoltaico con seguidor es más eficiente a uno fijo, ya que, el ángulo de incidencia o inclinación es primordial en los módulos solares porque dependiendo del mismo, éste dará mayor potencia de salida, debido a que esto se obtiene cuando los rayos del sol son perpendiculares al panel. Asimismo, en 2021 Aranguri y otros [3], presentan un artículo de la importancia del seguidor solar comparándolo con un módulo fotovoltaico fijo, lo cual, nos deja ver que la pendiente de los rayos del sol con respecto al panel solar determina la cantidad de energía o potencia de salida, mientras que en el panel fijo se desperdicia dicha potencia al no poder posicionarse perpendicularmente al sol, ya que, no tiene un equipamiento como si lo tiene el módulo con seguidor de línea.

Tanto como [2] y [3], hacen énfasis en que el mejoramiento de un panel solar fijo por uno con seguidor solar, para que así se pueda aprovechar la mayor cantidad de potencia de salida de un módulo y que este sea más eficiente y rentable, como también nos mencionan que los meses de mayo a septiembre es indispensablemente necesario este tipo de mejoramiento en plantas fotovoltaicas.

Al saber ya un poco más sobre el funcionamiento de los módulos con seguidor solar, es necesario enfatizar que  requieren de mantenimiento y revisiones como nos indica que en 2018 Ramírez y otros [4], en su proyecto llamado SCARAB detallaron que uno de los problemas más frecuentes de los módulos fotovoltaicos son los puntos calientes, por lo cual, crearon la herramienta SCARAB,  para poder monitorear de manera remota dichos problemas mediante el uso de drones y un sensor radio térmico que evalúa los puntos calientes de los módulos. Por otra parte, en 2018 Nallapaneni y otros [5], durante el congreso sobre la tecnología que potencian a los drones para el monitoreo inteligente de plantas de energía fotovoltaicas, enfatizan que en las plantas fotovoltaicas pequeñas es más factible un monitoreo y mantenimiento con personal porque al no contar con grandes hectáreas pueden realizar sus actividades sin problemas, resultando menos costoso, pero para una planta a gran escala surgen varios inconvenientes porque el tamaño dificulta las labores de un operario, debido a que tiene un tiempo determinado para realizar un monitoreo y es posible que ocurra diversas averías en distintos y lejanos puntos antes de acabar con el ciclo de monitoreo. Por consiguiente, se ven en la necesidad de buscar otro tipo de inspección que sea eficaz y eficiente, lo que los llevan a implementar drones con tecnología de reconocimiento a base de sensores e inteligencia artificial.

Por esta razón, tanto [4] y [5] aplicaron el uso de nuevas tecnologías para el monitoreo de plantas fotovoltaicas que al presentar algún inconveniente les permitan ser revisadas a tiempo. De tal manera, la inspección con drones permitirá obtener un incremento del rendimiento de la planta fotovoltaica y serían más rentables.

Por otro lado, en 2019 Niccolai y otros [6] proponen el concepto de mapa digital, ya existente, para el monitorio de centrales fotovoltaicas.  Su trabajo consiste en implementar al mapa digital con un sistema más complejo (base de datos) e indexado que permita vincularlo con otros softwares. Dentro de dicha base de datos estará presente el monitoreo de drones, pruebas de curvas I-V, pruebas de aislamiento térmico, mantenimiento. Siendo de gran relevancia el monitoreo por drones ya que proporcionan imágenes RGB e IR.

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