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Fabricando un prototipo de captador lineal de Fresnel en la PSA-CIEMAT

 

12/05/2020

Energías renovables y ahorro energético

Un prototipo de captador lineal de Fresnel, CFL, se está fabricando en la Plataforma Solar de Almería, PSA-CIEMAT, en el ámbito del proyecto nacional SOLTERMIN (ENE2017-83973-R). El prototipo tiene un eje de  orientación Norte-Sur, por lo que sus 12 facetas, de dimensiones 1000 cm x 28 cm, realizarán un seguimiento solar en el eje Este-Oeste con la particularidad de que se encuentran dispuestas en un plano inclinado hacia el Sur, además de permitir la rotación de cada conjunto de 6 líneas de facetas (pétalo u hoja) en torno al eje longitudinal-central del campo reflector similar a la apertura y cierre de un libro.

En pleno trabajo de diseño electrónico para el control de este avanzado captador, fue necesario que las personas que estaban realizando ese trabajo: Ginés García, Andrés Egea y Loreto Valenzuela, tuvieran que coordinarse gracias al teletrabajo durante las últimas semanas para poder progresar en el desarrollo del firmware del control.

Antes del confinamiento fue posible contar con el primer boceto hardware que se había construido semanas antes así como la herramienta de diseño que se emplea habitualmente, consistente en un ordenador portátil rugerizado Panasonic CF29 con el software de programación KEIL MicroVision5 bajo el lenguaje C51 para la programación de microcontroladores de la familia 80C51 así como todo lo necesario como fuente de alimentación, interface de comunicaciones y un sensor de posicionamiento angular.

Todo ello necesario para ir desarrollando dos diferentes programas en una placa electrónica previa que contiene solo dos microcontroladores 89C51ED2 de los cuatro que se necesitarán en la placa definitiva.  Uno de los programas irá destinado al microcontrolador que actuará como maestro y el otro para el resto de los micros que actuarán como esclavos. El microcontrolador maestro calculará el vector solar así como las consignas de posición de los doce ejes atendiendo a las peculiaridades operativas de cada momento del captador y establecerá la comunicación SPI con los micros esclavos. Cada micro esclavo es un posicionador de cuatro ejes retroalimentado por sensores de medida angular y su misión es mantener la posición de sus ejes en las consignas recibidas del micro maestro.

Este concepto de captador CFL requiere de un control electrónico especialmente diseñado con el empleo de microcontroladores, al objeto de determinar y posicionar, con una tolerancia menor de 0,2 o, los ejes de las doce facetas en diferentes inclinaciones de los pétalos. Para ello el control deberá realizar la lectura de 12 codificadores incrementales con una resolución de hasta 8000 pulsos por vuelta, lo que aportará una precisión mejor de 0,05 o  y controlará el funcionamiento de doce motorreductores de corriente continua en dos velocidades mediante técnicas de ancho de pulso, PWM. Se requiere una velocidad para realizar un acercamiento rápido al punto de consigna desde posiciones lejanas y otra velocidad más lenta para una aproximación suave y mantenerse en consigna durante las tareas de seguimiento solar. Ambas velocidades serán modificables y ajustables.

Desde el control se podrá accionar cada motorreductor para posicionar su faceta de manera independiente y además dispondrá de un mando local para poder mover el eje desde interruptores locales con objeto de permitir tareas de puesta en marcha, operaciones de limpieza o de mantenimiento.

El microcontrolador principal o maestro, asistido por un reloj en tiempo real, dispone de un potente algoritmo astronómico para la determinación del vector solar en el lugar de instalación del captador y de rutinas de cálculo específicas para determinar las consignas de posición de los diferentes ejes del captador para asegurar la correcta reflexión y concentración de radiación solar en el receptor. Las consignas pueden ser calculadas por el control de manera autónoma o bien se reciben desde un ordenador de control central, dispuesto en sala de control del campo solar, donde se realicen los cálculos, para lo que se establece una comunicación serie, estándar RS485, empleando el protocolo MODBUS RTU a través del cual se intercambiará la información.

Con el reinicio de actividades experimentales en la PSA-CIEMAT se espera poder iniciar las pruebas de funcionamiento primero en una fila individual de reflectores, de las que ya se han instalado en el prototipo y completar todo el montaje y pruebas funcionales para continuar con este desarrollo de tecnología solar de concentración que realiza el CIEMAT. 

Fabricando un prototipo de captador lineal de Fresnel en la PSA-CIEMAT Fabricando un prototipo de captador lineal de Fresnel en la PSA-CIEMAT Fabricando un prototipo de captador lineal de Fresnel en la PSA-CIEMAT