Diseño del sistema de control del campo de helióstatos de una planta CSP de pequeña escala

Abstract

El proyecto Solarbosch es una iniciativa de la empresa Enerbosch que busca construir una planta CSP de torre a pequeña escala, considerando principalmente el potencial de este tipo de plantas y las ventajas chilenas en términos de disponibilidad del recurso solar y demanda energética. Dentro de este marco de trabajo, una de las tareas a realizar es desarrollar un sistema que permita controlar múltiples helióstatos poniendo especial énfasis en la reducción de costos. En el presente trabajo se toma como punto de partida un modelo geométrico y de movimiento para un helióstato con el que es posible, a partir del cálculo de la posición solar, reflejar la radiación en una superficie objetivo. Por consiguiente, en primer lugar, se identifican los requerimientos para que este sistema se pueda extender a un campo de helióstatos de pequeña escala. Se determina que una comunicación inalámbrica entre un control central y los helióstatos disminuye los costos y que la posición de los helióstatos se debe actualizar a lo más cada 15 segundos para mantener un error de apunte aceptable en la superficie objetivo. En segundo lugar, se desarrolla el software que permite controlar múltiples helióstatos desde un módulo central. Para ello se implementa una interfaz que permite a un operador controlar el estado de múltiples helióstatos y se desarrolla un protocolo para la transferencia de datos que puede ser utilizado independiente de la capa física empleada. Luego se implementa el sistema en un conjunto de dos helióstatos de prueba y se valida su funcionamiento. La comunicación se realiza por radio frecuencia mediante una topología de red en estrella siendo el módulo central el nodo principal de la red. La comunicación implementada permite ser escalada fácilmente a más helióstatos en donde el límite máximo se relaciona con la distancia de alcance del enlace y con el tiempo necesario para transmitir a todos los helióstatos. Para evaluar la comunicación se realizan pruebas variando la distancia de enlace. Se miden la tasa de paquetes recibidos, RSSI y LQI en línea de vista directa y bajo obstrucciones. Se actualizan los parámetros de comunicación con la configuración que obtiene los mejores resultados, logrando alcances de hasta 100 metros sin obstrucciones y 80 metros con obstrucciones (a una tasa de paquetes recibidos superior al 99%). Además, es posible enviar paquetes de datos a 300 helióstatos en 3.2 s, inferior a los 15 s que son requeridos, siendo un sistema apto para un campo de helióstatos de este tamaño. Como trabajo futuro se propone implementar cálculos de posición solar y de orientación en cada helióstato, permitiendo un menor uso del canal inalámbrico. Además se debe modificar la banda de frecuencia de operación a alguna de las bandas libres disponibles en Chile.