En el año 2007 se celebró la primera edición de Solar Cybertech, un concurso constituido como asignatura, en el cual equipos de estudiantes toman contacto con la electrónica y las energías renovables. Además de estos objetivos, se pretende motivar a los estudiantes en el trabajo en equipo, así como en la utilización de los conocimientos teóricos adquiridos en una aplicación práctica. El concurso consiste en diseñar y construir un vehículo alimentado desde paneles solares que sea capaz de recorrer un circuito con tramos en pendiente y sombra. Para la gestión de la energía desde los paneles solares hacia el motor del coche solar, se utilizará un convertidor cc/cc. El control del mismo será implementado digitalmente con un algoritmo de búsqueda del punto de máxima potencia

Alou Cervera, Pedro

Cobos Márquez, José Antonio

Díaz López, Daniel

García Suárez, Oscar

Meneses Herrera, David

Oliver Ramírez, Jesús Angel

Spanish

Servicio de Coordinación de Bibliotecas de la Universidad Politécnica de Madrid

Solar Cybertech: Competición de Coches con Control Digital 
Alimentados desde un Panel Solar 
O. García, J. A. Oliver, D. Díaz, D. Meneses, P. Alou, J. A. Cobos  
Centro de Electrónica Industrial 
Universidad Politécnica de Madrid 
C/José Gutiérrez Abascal Nº2 
28006 Madrid, España 
 
Abstract  —  En el año 2007 se celebró la primera edición 
de Solar Cybertech, un concurso constituido como 
asignatura, en el cual equipos de estudiantes toman 
contacto con la electrónica y las energías renovables. 
Además de estos objetivos, se pretende motivar a los 
estudiantes en el trabajo en equipo, así como en la 
utilización de los conocimientos teóricos adquiridos en una 
aplicación práctica. El concurso consiste en diseñar y 
construir un vehículo alimentado desde paneles solares que 
sea capaz de recorrer un circuito con tramos en pendiente y 
sombra. Para la gestión de la energía desde los paneles 
solares hacia el motor del coche solar, se utilizará un 
convertidor cc/cc. El control del mismo será implementado 
digitalmente con un algoritmo de búsqueda del punto de 
máxima potencia. 
I. INTRODUCCIÓN 
El concurso Cybertech surge en el año 2001 en la 
Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales 
(ETSII) de Madrid con una única prueba, la de 
rastreadores, que tiene como objetivo diseñar y construir 
un robot que sea capaz de completar un recorrido 
formado por una línea negra sobre un fondo blanco. Con 
el paso de los años se fueron añadiendo pruebas, tales 
como diseñar un robot capaz de encontrar la salida de un 
laberinto, o realizar un robot “torero” capaz de 
interactuar con un robot “toro” creado por la 
organización.  
En el año 2007 se introdujo en el marco de este 
concurso una nueva prueba, que obedece al creciente 
interés en las energías renovables. Esta nueva prueba 
consiste en completar un circuito con varias dificultades, 
en el menor tiempo posible, utilizando como única 
fuente de energía un panel solar. 
Las dificultades que se han introducido en el circuito 
son: 
• Tramo de subida.  
• Tramo de sombra. 
Estas dificultades permiten realizar un circuito en 
forma de 8 con dos guías para realizar competiciones de 
dos coches en paralelo y teniendo ambas guías la misma 
longitud. En la Fig. 1 se muestra una fotografía del 
aspecto final del circuito durante la celebración de la 
prueba, en la que se pueden apreciar los mencionados 
obstáculos, que surgen de forma natural al realizar un 
puente para dar la forma deseada al circuito. 
Teniendo en cuenta estas dificultades en el avance de 
los vehículos, se convierte en prioritario el realizar un 
buen manejo de la energía obtenida de una fuente que 
proporciona una potencia limitada. Por ello cada 
vehículo incorpora un convertidor continua-continua 
para realizar una adecuación de la potencia generada en 
el panel solar, a la demandada por los motores que 
impulsan el vehículo. 
 
 
Fig. 1. Fotografía del circuito usado en Solar Cybertech. 
 
Para cumplir con el objetivo fijado para el concurso, 
completar el circuito en el menor tiempo posible, es 
necesario obtener la mayor potencia posible del panel. 
Por ello los participantes deben implementar un 
algoritmo de control que haga trabajar al convertidor 
continua-continua en el punto de máxima potencia 
(MPPT o Maximum Power Point Tracker). 
La Fig. 2 muestra el diagrama de bloques del sistema 
utilizado para la prueba solar de Cybertech. 
 
 
Fig. 2. Diagrama de bloques del sistema. 
II. DOCENCIA 
Con la implantación del nuevo plan de estudios, el 
concurso Cybertech pasó a formar parte de la oferta de 
asignaturas de libre elección, siendo dos profesores 
responsables de la asignatura. Como parte de la 
asignatura se imparten talleres, en los que los equipos 
participantes aprenden los conocimientos básicos que 
necesitan para llevar a cabo las pruebas en las que 
participan, y un ciclo de conferencias que relacionan 
distintos aspectos de la tecnología con otras áreas 
sociales, como el arte o la conservación del medio 
ambiente. 
Dentro de la estructura de la asignatura y del 
concurso, a cada equipo participante se le asigna un 
tutor, generalmente un estudiante que posee cierta 
experiencia dado que ha participado como concursante 
en años anteriores. Este tutor supervisa el trabajo 
realizado por sus equipos, que por lo general no exceden 
el número de dos o tres para garantizar una adecuada 
atención, a la vez que asesora a los equipos en aspectos 
diversos como el diseño del convertidor, el control del 
mismo, o el diseño del vehículo participante (Fig 3). 
 
 
Fig. 3. Vehículo participante: estructura, convertidor y placa 
de control. 
Los equipos están constituidos por entre 3 y 5 
estudiantes, con la intención de que el trabajo se reparta 
entre todos los miembros del mismo, siendo a su vez 
más fácil para los respectivos tutores el control del 
trabajo realizado por los distintos estudiantes dentro de 
un mismo equipo. Los equipos deben aportar una 
documentación antes de comenzar el concurso con las 
posibles soluciones que puedan aportar para completar 
la prueba y orientar a sus tutores en el conocimiento 
previo que poseen sus respectivos grupos. Como trabajo 
final se somete a los estudiantes a un examen práctico, 
que supone además un requisito para participar en el 
concurso puesto que el mismo consiste en completar una 
de las partes del circuito final. 
Con el formato de la asignatura se pretende, además 
de fomentar el trabajo en equipo y la competitividad de 
los estudiantes, que estos entren en contacto con la 
electrónica, desarrollando una aplicación práctica, 
construyendo un prototipo y realizando pruebas sobre el 
mismo. 
III. CONSTRUCCIÓN DE UN COCHE SOLAR 
Como ya se ha comentado, cada equipo participante 
debe construir un vehículo, que de aquí en adelante 
denominaremos coche solar, que consta de una 
estructura en la que se fijan los elementos que componen 
el diagrama de bloques de la Fig. 2. Estos elementos se 
desarrollan en las siguientes subsecciones. 
 
A. Paneles  Solares 
Como fuente de alimentación de los coches  se 
utilizarán paneles solares fotovoltaicos. Éstos 
aprovechan una fuente renovable de energía, el Sol, con 
la limitación de que no siempre puede disponerse de 
ella, ni tampoco obtener la misma intensidad. 
Los paneles solares están compuestos de 
combinaciones de celdas. Dichas celdas tienen el 
diagrama que se muestra en la figura 4. 
 
Fig. 4. Esquema eléctrico de una celda solar 
Los paneles elegidos tienen una potencia máxima 
teórica de 10W. El peso es de 2Kg, y sus dimensiones 
340x330 (cm). La tensión de circuito abierto es de 
21.5V  mientras que la corriente de cortocircuito es de 
0.62A 
Los paneles se han medido, obteniéndose las curvas 
tensión-corriente y tensión-potencia, que se muestran en 
la Fig. 5 
0
100
200
300
400
500
600
0 5 10 15 20 25
Tensión (V)
Co
rr
ie
n
te
 
(m
A
)
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
Po
te
n
ci
a 
(W
)
Curva i=f(V)
Curva P=f(V)
 
Fig. 5. Curvas medidas del panel solar de 10W 
 Por otro lado, puede verse en las medidas que, 
incluso orientando el panel hacia el sol, la potencia 
ofrecida por éste no supera el 80% de su especificación 
en el punto de máxima potencia, por lo que el diseño del 
sistema debe maximizar el rendimiento y minimizar el 
peso de manera que la potencia generada sea suficiente 
para que el coche complete el circuito lo más rápido 
posible. 
 
B.  Convertidor  CC/CC 
Para gestionar correctamente la energía y obtener la 
mayor cantidad de potencia posible, se utilizará un 
convertidor continua-continua controlado por 
modulación de ancho de pulso. 
Dado que la tensión que se obtenga de los paneles 
puede tomar valores mayores y menores que la nominal 
del motor, dependiendo de la elección del mismo, se 
consideró utilizar la topología flyback para la 
implementación del convertidor cc/cc, ya que es capaz 
de elevar y reducir tensión. 
Para la edición 2007, se proporcionó el diseño del 
convertidor y una PCB, Fig. 6,  para su implementación 
física, así como un tutorial para su montaje. 
 
Fig. 6. Placa de circuito impreso del convertidor Flyback 
usado en la edición de Solar Cybertech del año 2007. 
C. Control del convertidor 
El control del convertidor cc/cc será un elemento 
imprescindible del sistema por dos motivos principales: 
• Búsqueda del punto de máxima potencia del 
panel 
• Adecuación de la energía desde los paneles 
solares al motor de cc del coche. 
El control implementado será digital, con un 
PIC18F442, utilizándose para su implementación una 
placa de control proporcionada por la organización de 
Cybertech. 
 
 
Fig. 7. Placa de control (izqda.) y convertidor Flyback (dcha.) 
usados en la edición de Solar Cybertech del año 2007. 
Para realizar el control del convertidor, en este caso 
la búsqueda del punto de máxima potencia del panel 
(MPPT), necesitamos medir dos parámetros, la tensión y 
la corriente a la entrada para lo cual se usará un divisor 
resistivo y un sensor de corriente comercial. 
El algoritmo consiste en irse moviendo a 
incrementos pequeños por la curva de potencia del panel 
teniendo en cuenta las dos zonas de la misma, la zona 
estable (a la derecha del punto de máxima potencia) y la 
inestable (a la izquierda del punto de máxima potencia) 
e ir comparando la potencia del nuevo punto con la del 
anterior y decidir en función de si es mayor o menor 
hacia donde moverse en la curva.  
 
Fig. 8. Curva V-P de un panel solar. Explicación del algoritmo 
de MPPT 
 
En el punto de trabajo en que se esté, se guardará el 
valor de tensión y potencia. Se hará una variación del 
ciclo de trabajo y se comparará la nueva potencia con la 
anterior, teniendo en cuenta si la tensión ha aumentado o 
disminuido. Si ha aumentado la potencia y estamos en la 
parte derecha de la curva (de Xn a Xn-1 en la figura), 
aumentaremos el ciclo de trabajo. Si, por el contrario, 
estamos en la parte izquierda de la curva (de X1 a X2), 
disminuiremos el ciclo de trabajo. Para conocer en que 
parte de la curva estamos, para poder determinar el 
signo de ese incremento de ciclo de trabajo, 
guardaremos el valor de tensión correspondiente a la 
potencia, ya que sin este dato el ciclo de trabajo se 
acabaría saturando a uno y la potencia obtenida del 
panel sería nula. 
La señal PWM proveniente de la placa de control se 
aplicará a un driver, el cual adecuará el valor de tensión 
para poder gobernar correctamente el MOSFET del 
convertidor. 
D. Motor de CC 
El motor de corriente continua es un elemento 
fundamental del sistema, que recibirá la potencia 
regulada del convertidor cc/cc transmitiéndola a las 
ruedas del vehículo a través de una reductora. Dicho 
elemento disminuye la velocidad de giro nominal 
(3000rpm) del motor de continua, aumentando el par 
que proporciona el motor y permitiendo al coche subir el 
tramo con pendiente del circuito. 
No hay límite en el número de motores a utilizar, 
siendo decisión de cada equipo el número y tipo de 
motor a utilizar, así como su disposición y conexión. 
En la primera edición del concurso, en el año 2007, 
se inscribieron 14 equipos (unas 70 personas), de los 
cuales todos fueron capaces de dar una vuelta al circuito. 
Dos equipos consiguieron realizar la vuelta completa 
cruzando la zona de sombra. Otro equipo implementó un 
sistema de orientación del panel solar para obtener la 
máxima potencia posible del mismo en cualquier 
posición del circuito, obteniendo el premio a la 
innovación tecnológica que entrega la organización. 
V. SOLAR CYBERTECH 2008 
Para la edición de Solar Cybertech 2008, que tuvo 
lugar a finales del mes de Abril, se han realizado algunas 
modificaciones en el concurso, con el objetivo de 
potenciar el aprendizaje y la motivación de los alumnos. 
En lugar de proporciona un único tipo de panel, en 
esta edición se han ofrecido distintas alternativas, que 
proveen diferentes potencias y tienen diferentes tamaños 
(mm x mm) y pesos (g): 
1. 10W/ 340x330/ 2000 
2. 5W/ 270x270/ 800 
3. 1.38W/ 75x116/ <10 
4. 1.38W/ 75x64/ <10 
5. 770mW/ 75x46/ <10 
6. 550mW/ 75x116/ <10 
7. 220mW/ 35x30/ 100 
8. 100mW/ 67x35/ 50 
Las alternativas de 3 a 6 son celdas individuales, que 
los equipos combinan, dentro de las restricciones, para 
obtener la configuración elegida de potencia y tensión. 
Por otro lado, las opciones 1 y 2, de 10W y 5W 
respectivamente, son soluciones comerciales completas, 
con varias celdas interconectadas y con un cristal de 
protección incorporado. Tienen la ventaja de ser más 
robustos pero el sistema de protección de las celdas 
incrementa su peso. Las opciones 7 y 8 son soluciones 
completas de bajo peso, pero la potencia que 
proporcionan es reducida. 
Teniendo en cuenta estas características, será 
necesario tener unas restricciones en la selección de los 
paneles: 
• El tamaño máximo será de 330x340 (mm). 
• Solo pueden combinarse las celdas solares, 
es decir, los grupos 3-6 y 1-2. 
• La potencia máxima de una combinación 
será de 10W.  
En los grupos del 3 al 6 es necesario poner varios 
paneles en serie ya que la tensión de circuito abierto 
(cercana a la tensión del punto de trabajo buscado) es de 
0.55V, demasiado baja para el buen funcionamiento del 
sistema. 
Dado que cada tipo de panel solar presenta unas 
características en tensión diferentes, la tensión del punto 
de máxima potencia variará de unos a otros. Esta tensión 
será, en la mayoría de los casos, diferente a la nominal 
de trabajo del convertidor. 
 
Fig. 9. Diferentes tipos de paneles solares utilizados en Solar 
Cybertech 2008. 
Las nuevas configuraciones de paneles tienen 
diferentes tensiones de trabajo, luego existe la necesidad 
de considerar varias topologías para el convertidor 
cc/cc: 
• Topología elevadora 
• Topología reductora 
• Topología flyback 
La topología flyback es la más versátil de las tres, ya 
que funciona para cualquier configuración de paneles y 
cualquier motor. La topología reductora se utiliza 
cuando la menor tensión del panel sea mayor que la 
tensión de trabajo del motor. La topología elevadora se 
usa en el caso inverso. 
 También se ha añadido la tarea de diseñar el 
convertidor. Para ello se incluyó un taller adicional y se 
creó una guía de diseño para simplificar esta tarea [1]. 
La plataforma para la implementación del control ha 
sido otro aspecto en el que se han introducido mejoras. 
La placa usada en la edición 2007, al estar diseñada para 
incluir otras funcionalidades, tiene un alto consumo de 
potencia, superior a 1W. Otro inconveniente es el 
elevado número de componentes, que dificulta su 
análisis ante un fallo en la misma. 
Para la segunda edición del concurso, se ha 
cambiado la placa de control por Arduino, una 
plataforma de hardware abierta, que proporciona una 
mayor simplicidad respecto a la placa anteriormente 
comentada, así como un menor consumo. En este 
aspecto se ha reducido a aproximadamente 200mW, 
frente a más de 1W en el caso de la placa del PIC. El 
procesador en este caso es un ATMega 168. Se ha 
utilizado la versión USB, ya que mediante la conexión al 
ordenador con ese conector proporcionamos la 
alimentación y podemos programarlo sencillamente. 
 Fig. 10. Placa de control (Arduino) utilizada en la edición de 
Solar Cybertech del año 2008. 
Aunque Arduino es una plataforma abierta, y los 
usuarios comparten los programar creados, se encontró 
que no existía uno que generase una señal PWM de la 
frecuencia deseada (100kHz) y con capacidad de 
modular el ancho de pulso. Por lo tanto se desarrolló esa 
herramienta originalmente, adjuntándose el código en la 
Fig. 11. 
En la segunda edición se inscribieron 10 equipos 
(unos 50 alumnos), de los cuales todos fueron capaces 
de dar una vuelta al circuito. Cuatro equipos 
consiguieron realizar la vuelta completa cruzando la 
zona de sombra. El premio a la innovación tecnológica 
se entregó en esta ocasión a un equipo que implementó 
un sistema de embrague accionado por un servo-motor, 
utilizando un sensor de luz (LDR). 
Toda la información del concurso Cybertech se 
encuentra recogida en la página web: 
http://www.disam.upm.es/cybertech/ 
VI. EXPERIENCIA DOCENTE 
La experiencia obtenida durante el concurso Solar 
Cybertech ha sido muy positiva, ya que los alumnos han 
estado muy motivados e implicados en el concurso. 
Además del tiempo dedicado al mismo, los alumnos han 
mostrado un interés especial en poder adquirir un panel 
solar para perfeccionar el coche solar en sus ratos de 
ocio. 
Este concurso se ha constituido como una asignatura, 
sirviendo a los alumnos como introducción a la 
electrónica, desarrollando una aplicación de tipo 
práctico. Adicionalmente, han adquirido conocimientos 
acerca de energía solar, fuentes conmutadas y sobre la 
programación y aplicación de microprocesadores. En 
definitiva, se han tenido que enfrentar con todos los 
problemas que pueden aparecer al poner en 
funcionamiento algo real (desde el algoritmo de control 
hasta el ajuste de los tornillos de las guías). 
 
Los grupos de alumnos estaban, en su mayoría, 
integrados por alumnos de la especialidad electrónica y 
automática y otras afines. Era frecuente encontrar 
equipos con personas de diferentes especialidades que, 
de forma natural, se reparten las tareas del vehículo. 
También esta experiencia ha servido como atractivo para 
alumnos de los primeros cursos a la hora de elegir 
especialidad. 
 
Fig. 11. Librería desarrollada para Arduino para 
obtener una señal PWM de alta frecuencia 
AGRADECIMIENTOS 
Tutores de Solar Cybertech 2007: 
• María Santos Sánchez 
• Eduardo Morales Cas 
• Roberto Gutierrez González 
• Iván Arianes Ortiz 
Tutores de Solar Cybertech 2008: 
• Alejandro Rodríguez Anguita 
• Pilar Montero Morales 
• Beatriz Tato Eirín 
• Pablo López Cenamor 
REFERENCIAS 
[1] Tutoriales generados para los alumnos 
participantes en el concurso: 
http://www.upmdie.upm.es/Cybertech_08/solar.html 
[2] Manual Arduino: http://www.arduino.cc/ 
[3] Datasheet ATmega168. 


Solar Cybertech: competición de coches con control digital alimentados desde un panel solar

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