MicroElectrónica: Energía Solar:

Este proyecto nació con la intención de utilizar este tipo de energía. En esta primera etapa tiene dos propósitos. El primero y más importante alimentar el sistema de iluminación de emergencia de la casa. El segundo propósito es ser una estación de carga para todos los dispositivos portátiles (celulares, tablets, etc.).
La Energía solar es convertida en corriente eléctrica mediante un panel solar, en la siguiente imagen pueden verse las características eléctricas del mismo.

Figura 1: Características eléctricas del panel solar.

Una breve introducción sobre su funcionamiento:

Los paneles fotovoltaicos: están formados por numerosas celdas que convierten la luz en electricidad. Estas celdas dependen del efecto fotovoltaico por el que la energía lumínica produce cargas positiva y negativa en dos semiconductores próximos de diferente tipo, produciendo así un campo eléctrico capaz de generar una corriente. Los materiales para celdas solares suelen ser silicio cristalino o arseniuro de galio. Los cristales de arseniuro de galio se fabrican especialmente para uso fotovoltaico, mientras que los cristales de silicio están disponibles en lingotes normalizados, más baratos, producidos principalmente para el consumo de la industria microelectrónica. El silicio policristalino tiene una menor eficacia de conversión, pero también menor coste. Los lingotes cristalinos se cortan en discos finos como una oblea, pulidos para eliminar posibles daños causados por el corte. Se introducen dopantes (impurezas añadidas para modificar las propiedades conductoras) en las obleas, y se depositan conductores metálicos en cada superficie: una fina rejilla en el lado donde da la luz solar y usualmente una hoja plana en el otro. Los paneles solares se construyen con estas celdas agrupadas en forma apropiada. Para protegerlos de daños, causados por radiación o por el manejo de éstos, en la superficie frontal se los cubre con una cubierta de vidrio y se pegan sobre un sustrato. Se hacen conexiones eléctricas en serie-paralelo para fijar el voltaje total de salida. El pegamento y el sustrato deben ser conductores térmicos, ya que las celdas se calientan al absorber la energía infrarroja que no se convierte en electricidad. Debido a que el calentamiento de las celdas reduce la eficacia de operación es deseable minimizarlo.

Especificaciones eléctricas más importantes de un panel solar:

Corriente de cortocircuito (I_sc). Es la intensidad máxima de la comente que se puede obtener de un panel bajo unas determinadas condiciones (generalmente normalizadas, Correspondería a la medida, mediante un amperímetro (de resistencia prácticamente núla). de la corriente entre bornes del panel, sin ninguna otra resistencia adicional, esto es, provocando un cortocircuito.
Voltaje a circuito abierto (V_oc). Es el voltaje máximo que se podría medir con un voltímetro sin permitir que pase corriente alguna entre los bornes de un panel, es decir, en condiciones de circuito abierto (resistencia entre bornes infinita).
Potencia máxima (P_M).Decimos que un panel trabaja en condiciones de potencia máxima cuando la resistencia de! circuito externo es tal que determina unos valores de i_M y V_M tales que su producto sea máximo. Normalmente un panel no trabaja en condiciones de potencia máxima, ya que la resistencia exterior está fijada por las características propias del circuito. La potencia del panel empleado para la aplicación es de 10W. Se obtiene:

Potencia máxima = Max. Power Voltage * Max. Power Current =
= Vmp * Imp = 17.6V * 0.57A = 10w.

Figura 2: Prueba a circuíto abierto del panel.

Si observan el multímetro muestra 12.32v, mucho menor que el voltaje indicado en las características eléctricas del panel. Esto es debido a que a la salida del panel se colocó un regulador de voltaje para evitar dañar la batería. El voltaje a circuíto abierto antes del regulador debe ser próximo a 22v, obviamente también depende de la radiación solar.

Figura 3: Panel solar cargando una batería 12v 7Ah.

En la figura 3 se observa el panel solar montado en un soporte "casero" que permite regular el ángulo de incidencia de los rayos del sol. El tiempo que demoraría este panel solar en cargar una batería de 12v 7Ah se calcula:

Wh = 12v x 7Ah =
Wh = 84 wh.

hs = 84wh / Pot. Panel =
hs = 8.4 hs.

Esta forma de cargar la batería directamente del panel solar (solo existe un regulador de voltaje entre la batería y el panel), no es adecuada. Esto no evitaría la sobrecarga de la batería, ya que no existe ningún mecanismo para "cortar" la tensión de carga cuando está supera el voltaje de batería, ni tampoco regular la corriente de carga. En breve publicaré los planos de un cargador de batería modificado adecuado para tal fin.

Interruptor por falta de tensión:

Su función monitorear la tensión de red y ante una caída de esta, conectar la batería a las lámparas leds. Su funcionamiento es muy simple, C1 y R1 producen una caída de tensión antes del puente rectificador. R3 y R4 forman un divisor resistivo que alimenta la base de Q1 cortándolo cuando existe tensión de red. Cuando falla la tensión de red, Q1 conduce gracias a la polarización de R4. Cuando Q1 conduce inyecta una corriente de base a Q2, y este alimenta la bobina del relé.