Executive Secretary
21st International Symposium on Electrical Engineering
SIE 2025
Abstract
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Abstract: Conventional photovoltaic systems (static configurations and LDR-based trackers) exhibit limitations in maximizing solar harvesting under fluctuating radiation, variable cloudiness, and dynamic shadows, reducing energy efficiency by up to 30%. To develop and implement a dual-axis solar tracker based on Deep Reinforcement Learning (DRL) for dynamically optimizing solar panel angles, increasing energy capture under variable environmental conditions. A hybrid simulation-hardware approach was adopted using: 1) DRL model (DQN with CNN-LSTM networks) trained in Python (TensorFlow/OpenAI Gym) over 10,000 simulated episodes, 2) Physical platform with Arduino UNO, SG90 servomotors, and INA219 sensor for energy measurement, and 3) Comparative validation over 30 simulated days against static and LDR-based methods. The DRL system achieved 135.3 kWh (63.6% efficiency), outperforming the LDR method (120.7 kWh) by 22% and the static system (110.5 kWh) by 32%. It demonstrated adaptive capability under partial cloudiness (61.3% efficiency) and response times of 8.3±1.2 seconds to abrupt changes, attributed to its predictive architecture. The DRL-Arduino solution significantly increases photovoltaic efficiency, reduces costs (62% vs. commercial controllers), and offers competitive ROI (4.8 years), representing an advance for sustainable applications in vulnerable communities.
Resumen
Resumen: Los sistemas fotovoltaicos convencionales (configuraciones estáticas y seguidores basados en sensores LDR) presentan limitaciones para maximizar la captación solar en condiciones de radiación fluctuante, nubosidad variable y sombras dinámicas, reduciendo su eficiencia energética hasta en un 30%. El objetivo es desarrollar e implementar un sistema de seguimiento solar dual-eje basado en Aprendizaje por Refuerzo Profundo (DRL) para optimizar dinámicamente los ángulos de paneles solares, incrementando la energía captada bajo condiciones ambientales variables. Se adoptó un enfoque híbrido simulación-hardware utilizando: 1) Modelo DRL (DQN con redes CNN-LSTM) entrenado en Python (TensorFlow/OpenAI Gym) con 10,000 episodios simulados, 2) Plataforma física con Arduino UNO, servomotores SG90 y sensor INA219 para medición energética, y 3) Validación comparativa durante 30 días simulados frente a métodos estáticos y basados en LDR. El sistema DRL registró 135.3 kWh (63.6% eficiencia), superando en 22% al método LDR (120.7 kWh) y 32% al estático (110.5 kWh). Demostró capacidad adaptativa en nubosidad parcial (61.3% eficiencia) y tiempos de respuesta de 8.3±1.2 segundos ante cambios abruptos, atribuido a su arquitectura predictive. La solución DRL-Arduino incrementa significativamente la eficiencia fotovoltaica, reduce costos (62% vs. comerciales) y ofrece ROI competitivo (4.8 años), constituyendo un avance para aplicaciones sostenibles en comunidades vulnerables.
About The Speaker
Luis Benito Balón Sotto

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