Sistemas fotovoltaicos aislados en proyectos mecatrónicos

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Que tal amigos lectores me da gusto el poder haber redactado nuevamente.

En publicaciones pasados les he compartido mis experiencias en el área de electrónica, de sistemas embebidos, de control, de mecatrónica en general e incluso de edición de texto especializada. Fiel al estilo multidisciplinario de mi formación profesional, hoy hablaremos de energías renovables aplicadas, tal y como el título lo anticipó.

Anteriormente hemos tenido la fortuna de contar con excelentes publicaciones por parte de mi compañero y amigo Caleb De La Vara referentes a la energía solar fotovoltaica. Y efectivamente en su post sistemas fotovoltaicos, mencionó de forma general la definición de este sistema. Personalmente no me gusta repetir información, así que date una vuelta de cinco minutos a leer dicho blog y regresa aquí para que complementes de forma soberbia la información que con gusto les compartiré.

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Aclaro que este post no tratará de cómo hacer instalaciones fotovoltaicas aisladas domésticas ni mucho menos industriales. Sin embargo, tal y como lo describe el título, les daré algunos consejos de como dimensionar estos sistemas para darle autonomía energética a proyectos mecatrónicos. Lo pueden capitalizar de diversas maneras, por ejemplo, para que sea la fuente de energía de un robot, para alimentar un sistema de monitoreo (qué es la forma en como lo estoy desarrollando actualmente en mi proyecto de tesis), para encender un led, etc. En fin, tu como joven ingeniero amante de los proyectos extravagantes visualizarás en donde quieres aplicarlo de manera ingeniosa.

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A estas alturas seguramente muchos están pensado “Esto no tiene nada de difícil, es solo conectar una celda solar a una batería y listo”, pues efectivamente no tiene nada de difícil, pero no es tan simple como conectar directamente el modulo fotovoltaico a la batería. A continuación, les explico en qué consisten estos sistemas:

Módulos fotovoltaicos: encargados de la generación de energía eléctrica, existen distintos tipos, siendo los más usados los monocristalinos y los policristalinos.

Regulador de carga: Encargado de regular la cantidad de energía procedentes de los módulos y que se almacena en las baterías para su posterior uso. Estos elementos evitan cargas o descargas excesivas y protegen la vida de las baterías.

Baterías: encargadas de acumular la energía eléctrica generada para poder disponer de ella por la noche o en momentos del día cuando exista falta de radiación.

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El dimensionar estos sistemas a pequeña escala para un proyecto mecatrónico con fines académicos, está en función de la magnitud del proyecto a desarrollar (obviamente). En base a mi experiencia lo que te puedo sugerir para que tu diseño sea óptimo, es que antes de pretender darle sustentabilidad al proyecto, primero tiene que estar completamente desarrollado en cuando a funcionalidad. Tal vez parezca algo infantil lo que les comento, pero son pequeños detalles que a la hora de adquirir materiales simplemente omitimos porque creemos que el proyecto será tal y como lo pensamos, es decir un proyecto ideal (por supuesto que nunca se cumple).

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Inmediatamente después es seleccionar el tipo de batería que ofrezca el rendimiento que pretendemos para nuestro proyecto. Puede ser una batería de Li-Poly, Li-ion, NiCd, etc. Una vez seleccionada y conociendo sus características eléctricas, es momento de seleccionar el o los modulos que nos garanticen el sufiente suministro de energía para cargar la batería. En el mercado son muy populares pequeños modulos fotovoltaicos precisamente para desarrollar proyectos a pequeña escala energética, tal y como es el caso (en su mayoría), un proyecto mecatrónico académico.

Por ultimo he aquí a clave de todo el proceso, la poliselección de un regulador de carga.

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Les tengo una excelente noticia, actualmente existen circuitos integrados conocidos comercialmente como “solar energy harvesting” que simplemente son regulares diseñados específicamente para este propósito.

Un regulador tradicional, como un 7805 no sirve para este propósito por la sencilla razón que la razón de carga de la batería tiene que ser constate para garantizar un ciclo de vida acorde a lo esperado. En el caso de un 7805, éste solamente se limita a mantener una tensión de salida de 5V, cualquier tensión de entrada al regulador menor a 5V, no se mantendrá dentro de esos 5V, si no al valor que le corresponde originalmente. (Ingenieros lectores, yo sé que ustedes perfectamente entienden a lo que me refiero). Caso contrario al solar energy harvesting, que tensiones de entrada superiores a la referencia, (en este ejemplo 5V) y tensiones menores a la referencia, se encargará de mantener siempre a su salida la tensión requerida para garantizar la carga eficiente de la batería. Es decir se trata de un convertidor DC/DC reductor-elevador.Esto se entiende de mejor manera cuando tenemos claro que cuando la radiación solar impacta directo en los módulos se genera una tensión mayor a la tensión nominal que en ellos se estipula, y por supuesto ante la gradual atenuación de la radiación durante el transcurso del día, la tensión generada por los módulos en muchas ocasiones será menor a la nominal. Dependiendo del tipo de batería y los módulos con los que dimensiones tu proyecto, serán tu referencia para seleccionar un adecuado “solar energy harvesting”.

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Bueno amigos, esto será todo por esta ocasión, sin duda en estos tiempo recientes que las energías renovables están de moda, aprovechen este recurso para mejorar sus proyectos y de paso su calificaciones, me despido de ustedes no sin mandarles un fuerte abrazo, hasta la próxima!

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