proyecto didáctico de energía solar
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Proyecto didáctico de energía solar: Introducción
Esta es la primer publicación de una serie de artículos que hablan de un proyecto que estoy desarrollando basado en la energía solar y que quisiera compartir con mis lectores. Consiste en un sistema didáctico de control para paneles fotovoltaicos de baja potencia usados para iluminar mi estudio con leds a 12V. El proyecto es relativamente complejo y por lo tanto será necesaria un poco de experiencia en electrónica y microprocesadores. Me gustaría mucho poder enriquecerlo con la participación de otras personas y por lo tanto están todos invitados. Naturalmente, por algún lado hay que comenzar y por lo tanto: ¡Buena lectura y manos a la obra!
Para empezar hago un elenco de las características que quisiera obtener de este sistema:
1. Sistema con salida de baja tensión (12V DC) alimentado por paneles solares y/o red eléctrica. La potencia de salida prevista para el sistema no debería superar los 120 Watt (naturalmente los principios de funcionamiento pueden ser aplicados a sistemas de mayor potencia).
2. Batería tampón que acumula la energía proveniente de los paneles fotovoltaicos durante el día para alimentar la iluminación de baja tensión con leds durante la noche o en los días nublados.
3. Selección automática controlada por microprocesador de la fuente de energía (solar o red eléctrica) en base al nivel de carga de la batería y al consumo.
4. Visualización de informaciones útiles a través de display LCD
5. Transmisión radio de todos los datos obtenidos y control remoto del sistema a través de un ordenador.
6. Memorización en una memoria E2PROM de todos los datos del sistema por un arco de tiempo de por lo menos 1 mes.
En la figura se puede observar un diagrama de bloques del sistema. A la derecha se encuentra la “línea de iluminación” de 12V con el diseño de algunos spot como ejemplo. Esta línea de baja tensión se encuentra distribuida por toda la casa. En cada habitación he colocado varios enchufes de 12V comunes como se ve en mi artìculo “Iluminando mi laboratorio con 12V”.
Los módulos
Para afrontar este proyecto he decidido de dividir la electrónica en varios módulos simples, cada uno con una función especifica. A continuación describo brevemente cada uno.
Módulo de conmutación: sirve para conmutar una corriente eléctrica de 12V y equivale a un relé de alta potencia (hasta 12 Amp). Usa un MOSFET y un diodo Schottky. De este tipo de módulo se necesitan por lo menos dos, uno para interrumpir la corriente proveniente de los paneles solares y la otra para interrumpir la corriente de alimentación de la red eléctrica. La alimentación de la red eléctrica sirve para mantener la recarga de la batería y la salida de 12V para la iluminación en el caso que los paneles solares no logren suministrar la corriente necesaria para el sistema por largos períodos (días nublados). Se podría agregar un tercer módulo para interrumpir la salida hacia el sistema de iluminación aunque si pienso sea mejor conectar un interruptor normal (o termomagnético).
Módulo sensor de tensión/corriente: mide la tensión y la corriente que pasa por un cable. En nuestro caso sirven dos módulos, uno para medir la corriente proveniente de los paneles solares o la red eléctrica y el otro para medir el consumo del sistema de iluminación de 12V. El estado de la batería, es decir, si esta se encuentra en recarga o si está entregando corriente de salida se puede calcular simplemente a través de las lecturas de los otros dos módulos sensores.
Módulo de control: controla todo el sistema a través de un microcontrolador. Posee una memoria e2prom para memorizar las lecturas y un transmisor radio para la conexión con un ordenador.
Módulo display LCD: visualiza el estado del sistema a través de un display LCD. La información mostrada puede ser: la tensión y la corriente de entrada (proveniente del panel fotovoltaico o de la fuente) la tensión y la corriente de salida red eléctrica.
Modulo receptor: módulo radio que recibe los datos provenientes del módulo de control y los pasa al ordenador.
Bien, el proyecto está servido. En mi próximo artículo empezaremos con los módulos de conmutación de potencia
Índice de todos los artículos
Introducción (parte 1)
Energía Solar (parte 2): los conmutadores
Energía Solar (parte 3): el sensor de tensión y corriente
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Categories: energía, nuevas ideas, proyectos diy
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6 Comments
1. samshiel
22 marzo 2012 a las 00:00
Me parece un proyecto muy interesante la verdad. Yo por ejemplo para el monitoreo en el display utilizaría un LCD de 4×20 o un GLCD para que se pueda mostrar más cantidad de información.La conexión al pc será para tener un seguimiento o una base de datos, de todo el sistema no? tendrías que tener en cuenta, que ya lo habrás hecho, que la memoria eeprom tiene un numero limitado de borrado/escritura que tendrás que tener presente a la hora de diseñar el firmware, para no agotarlo en un periodo corto o medio de tiempo.
No dudes que seguiré tu proyecto y que aportare todo lo que pueda al mismo.Un saludo!
Muchas Gracias por tu comentario Sam. Si, tal vez sería mejor un display 4 x 20 pero lamentablemente el que tengo en casa es de 2 x 20 así que trabajaré con él. El proyecto se encuentra en una fase inicial por lo tanto serán muchas la cuestiones para desarrollar. Te agradezco tu disponibilidad de colaborar. ¡Hasta la próxima!
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2. » Energía Solar (parte 2): los conmutadores Inventable
15 mayo 2012 a las 17:07
[...] la primer parte he presentado el proyecto mientras que aquí empiezo con la descripción de cada elemento. Para [...]
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3. » Energía Solar (parte 3): el sensor de tensión y corriente Inventable
31 mayo 2012 a las 06:44
[...] Primer parte: introducción [...]
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4. Tecnologia / Technology | Energía Solar (parte 3): el sensor de tensión y corriente
14 julio 2012 a las 17:55
[...] Introducción (parte 1) [...]
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5. ARLF
20 octubre 2012 a las 03:14
excelente proyecto, estoy interesado en los siguientes partes que por lo visto no se encuentran(Módulo de control,Módulo display LCD,Modulo receptor) estoy pensado en construirlo en mi hogar, te comento por que sebe algo abandonado el proyecto.
Si ARLF, tiene razón. He tenido una complicación “didáctica” de este proyecto que no me ha permitido todavía de publicar el artículo siguiente (la parte de control). El problema fue que me he dado cuenta que el proyecto estaba perdiendo el concepto de modularidad y fundamentalmente no existía un orden claro para la realización de esta parte. Esto es un problema para mi porque el riesgo es de ser inundado de preguntas por parte de los
lectores. Por lo tanto, he decidido de reproyectar esa parte nuevamente y en estos momentos me encuentro en una fase intermedia. He ya construido las plaquetas y ahora me encuentro nuevamente en el desarrollo del software. De cualquier manera, con modalidad “work in progress” pienso de actualizar (quizás en el foro) la situación actual del proyecto.
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6. Javier Godino
3 abril 2013 a las 15:50
Hola:
Estoy necesitando resolver un problema.Tengo un equipo compuesto por:1) Camara Analógica: 4,5W 12DVC2) Dispositivo Sensor: 58mA a 12v3) Tarjeta de OC 12v a 1,53A.
Tengo que hacer que esto se alimente por energía solar dado que no tengo corriente eléctrica disponible. Estoy necesitando agregar un panel solar y una batería 12v que luego alimente este equipo. Sabes donde puedo averiguar quien me eche una mano con [email protected]
Energía Solar (parte 2): los conmutadores
Posted on 15 mayo 2012 by inventable 5 Comments Leave a comment
En la primer parte he presentado el proyecto mientras que aquí empiezo con la descripción de cada elemento. Para los dos módulos de conmutación de potencia y para los sensores de corriente y tensión (que explicaré en mi próximo artículo) me he inspirado en parte al proyecto de Matthijs Hajer que pueden encontrar en http://77.162.55.232/solar/charger.html. Yo he introducido algunas modificaciones y también he proyectado también los circuitos impresos (Matthijs hizo el montaje sobre una placa universal).
En este proyecto didáctico / experimental por ahora estoy usando un solo panel solar de 12V y 30 Watt de potencia máxima que se puede ver en la fotografía. Mi objetivo es el de conectar un segundo panel de este tipo pero para hacer eso debo hacer más robusta la estructura de sostén. En previsión del segundo (y quizás tercer panel), me he propuesto de investigar un poco sobre el tema de la conexión en paralelo entre paneles que publicaré en otro artículo.
El conmutador en si mismo es un dispositivo muy simple y para ello se podría usar un relé. El inconveniente de usar un relé está en las elevadas corrientes que debe controlar y consecuentemente en el costo de un dispositivo de este tipo. Hagamos una estima aproximada de la corriente: la situación peor sería en el caso de usar la alimentación de la red eléctrica, con la batería en plena carga y con un consumo de la instalación elevado.
En mi sistema, la máxima corriente que la fuente de alimentación de 12V DC puede entregar es de 10A (120 Watt). En base al principio del “peor caso” es conveniente tener un buen margen de seguridad y por lo tanto el conmutador debe ser capaz de controlar corrientes de por lo menos el 50% más intensas de la máxima calculada, es decir: 15 A. Con corrientes de varios Ampers, el mejor modo es usar un semiconductor de potencia.
En mi proyecto he usado un transistor FET de potencia (MosFet de canal P) como se puede observar en el circuito de la figura. El MosFet es controlado por un transistor BC548 que mete a masa su puerta (gate) cuando es necesario que entre en conducción. El diodo en serie (del tipo Schottky) bloquea tensiones y corrientes en sentido opuesto. Por último, un led de señalación nos indica el estado del conmutador (en conducción o en corte).
Se pueden usar distintos tipos de MosFet y de diodos Schottky, lo importante es que sean en grado de dejar transitar una corriente elevada y que, en el caso de diodo, la caída de tensión sea lo mas pequeña posible (por eso se usa un diodo de tipo Schottky). El diodo MBR1660 permite, una
corriente máxima de 16A continuos (25 de pico) con una caída de tensión en él entre 0,3V y 0,5V. El MosFet IRF5305PBF permite el pasaje de corrientes muy elevadas (hasta 30A). Tanto el diodo Schottky que he elegido como el MosFet son bastante económicos. Es necesario agregar disipadores de calor para el MosFet y para el diodo Schottky como se observa en los diseños y en las fotografías.
Para las entrada y la salida principales y también para la entrada de control he usado conectores con terminales de conexión por tornillo porque son muy cómodos para hacer el cableado, resistentes a corrientes elevadas y al mismo tiempo permiten de desconectar (y eventualmente reemplazar) la placa PCB fácilmente.
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Introducción (parte 1)
Energía Solar (parte 2): los conmutadores
Energía Solar (parte 3): el sensor de tensión y corriente
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Energía Solar (parte 3): el sensor de tensión y corriente
043 – Encender un led blanco con 1,5V
5 Comments
1. Marco
15 mayo 2012 a las 19:08
Me gustaria mucho poder aprender mas de tus proyectos pero como te dije en otro comentario estoy bastante en lo basico de la electronica. Si bien comprendo cada simbolo que es y se acerca de ley de ohm hace muchos anos que deje la tecnicatura en electronica y todo lo que sabia me lo olvide por completo por falta de practica. Espero y es mi sueño tener un laboratorio para poder diseñar y fabricar mis propios proyectos.El primero que quiero lograr es este mismo: Iluminacion por energia solar.
!Coraje Marco, no tienes nada que perder. Seguí tu deseo!
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2. Ricardo Quispe
17 mayo 2012 a las 14:08
Hace tiempo que deje la electronica, pero realmente desde que vi tu pagina me enganche otra vez. Te felicito por todos tus proyectos y de a poco los estoy siguiendo he intentando hacerlos en casa. No aflojes, la verdad impresionante!
Ricardo, me pone muy contento leer tus palabras. Pienso que en la vida es importante poder hacer también lo que a uno le gusta. De deberes ya estamos llenos. Gracias de corazón!!!
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3. Ricardo Quispe
17 mayo 2012 a las 15:59
Una consulta! Yo creo los circuitos con el livewire y me encuentro que no tengo muchas librerias y no encuentro ciertos componentes, tu has actualizado o se puede actualizar dicha libreria para los componentes faltantes?
Hola Ricardo. No conozco LiveWire. Para los circuitos impresos yo uso KiCad que me gusta mucho y es completamente gratis. Para los esquemas y para las vistas pictóricas de las plaquetas uso un programa clásico de diseño vectorial con componentes que he hecho yo mismo.
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4. Alan
18 mayo 2012 a las 00:05
Muy buena pagina, hace mucho que la venia siguiendo, los articulos son completos y con buena explicación.
Una pregunta, los Transistores Mosfet, son sensibles a la estatica del cuerpo, si tocas con la mano los terminales se puede dañar el componente?
Hola Alan, yo solo últimamente estoy usando este tipo de transistores porque son muy prácticos para controlar leds de potencia o también tiras de leds y me parecen muy robustos. Nunca se me rompió uno y en general no adopto medidas especiales para evitar la electricidad estática. Tampoco lo hacía cuando construía circuitos digitales con tecnología C-MOS. Pienso que, no obstante las lógicas advertencias de los fabricantes, en general la tecnología moderna es bastante “resistente”
Responder
5. Jorge Ferrel
21 marzo 2013 a las 08:05
Hola que tal me gustan mucho tus post pero este en particular es de mis favoritos y estoy por comprar unos paneles solares, pero tengo una duda y espero me puedas ayudar. Tengo baterías de 12v 1.2Ah sin usar y quería saber si con estas baterías podría hacer algo con lo de las celdas o no? Espero me puedas ayudar gracias. Saludos
Hola Jorge. Son medio chicas las baterías. ¿Que tipo de panel piensas comprar?
Energía Solar (parte 3): el sensor de tensión y corriente
Posted on 31 mayo 2012 by inventable
6 Comments Leave a comment
En este artículo describo el circuito que sirve para medir la tensión y la corriente proveniente del panel solar o de la fuente de alimentación y también para medir la tensión y la corriente de salida del sistema. Gracias a él, el microcontrolador de la unidad central conocerá la situación del sistema y actuará de consecuencia. Es necesario construir dos módulos iguales. Debido al hecho que el sistema es de 12V (batería, panel solar, etc.), todo está calculado para funcionar con esa tensión.
El circuito descripto no muestra los valores de corriente y tensión directamente en un instrumento o display sino que está pensado para ser conectado a un convertidor analógico – digital de un microcontrolador clásico. El micro que pienso de usar es uno de la Microchip aunque si pueden ser usados también de otras marcas. Hablaré del micro de control en mi próximo artículo.
Como en el caso del conmutador con Mosfet explicado en mi artículo anterior, el circuito propuesto se inspira al sistema de Matthijs Hajer que pueden encontrar en http://77.162.55.232/solar/charger.html. También aquí he introducido modificaciones y proyectado el circuito impreso.
Ahora veamos como funciona. La corriente principal entra por el conector de bornes “IN”, pasando por un shunt de 0,05 ohm para después salir por el conector “OUT”. Un shunt es una resistencia de precisión de muy bajo valor que se usa generalmente para este tipo de aplicación. En él cae una pequeña tensión que, a través de la ley de Ohm, nos permite de calcular la corriente que pasa por el circuito. Por ejemplo, con una corriente de 3A, la tensión sobre el shunt será de V=I * R= 3 * 0,05 = 0,15V. La tensión obtenida es muy baja para ser de utilidad por lo tanto es necesario amplificarla. El AD820 es un amplificador operacional con entradas del tipo FET y que puede trabajar con una sola tensión de alimentación, en este caso la misma tensión de 12V que será medida.
El trimmer de 10K permite de regular la salida de la medición de corriente en modo que el circuito pueda trabajar con rangos de corriente diversos. En la primer gráfica podemos ver la tensión de salida que va al micro en base a la corriente medida. La línea roja más intensa muestra la tensión cuando el trimmer se encuentra en posición intermedia mientras que las líneas naranjas inferior y superior se obtienen con la posición mínima y máxima del trimmer.
El circuito descripto permite también de medir la tensión de entrada de 12V aunque si en este caso, lo único que hace es de dividir los 12V a través de las resistencias de 33K y 10K en modo tal de no superar nunca los 5V que entran en el convertidor analógico – digital del micro. La segunda gráfica muestra la tensión en la salida que se conecta al microcontrolador en base a la tensión medida. Por el hecho que aquí no tenemos un trimmer de regulación, la línea (de color verde) es única.
Como dicho anteriormente, para los dos prototipos he usado inicialmente shunts de 0,05 ohm y 1 Watt (PWR4412-2S-B-R0500F de la Bourns) que me permiten de trabajar con corrientes de hasta 5A. En base a los resultados que obtendré probablemente cambiaré los shunts por otros modelos con resistencia mas baja en modo de poder trabajar con corrientes mas elevadas (8 A o 10 A).
Como se puede observar, el montaje es muy simple de hacer. El circuito impreso está proyectado para usar resistencias de 1/8 Watt que son muy pequeñas (5 mm entre patitas). Si no consiguen este tipo de resistencias pueden usar modelos más grandes (por ejemplo de 1/4 Watt) colocándolas
verticalmente. También se puede modificar el circuito impreso para adaptarlo a resistencias más grandes.
Para probar el circuito armado se necesita una fuente de alimentación variable con corriente de salida de algunos amperes. También sirve una carga y un multímetro (tester). Para la carga se puede usar una lámpara alógena de 12V 20 Watt. Girar el trimmer en posición central. Conectar el circuito a 12V sin carga y medir con un tester la tensión de salida en el terminal “I sens”. La lectura tiene que ser aproximadamente de 0,8V. Conectando la carga de 20 Watt la tensión debe subir aproximadamente a 2V.
En mi próximo artículo describiré la construcción de la unidad de control con microcontrolador.
Índice de todos los artículos
Introducción (parte 1)
Energía Solar (parte 2): los conmutadores
Energía Solar (parte 3): el sensor de tensión y corriente
Categories: energía, nuevas ideas, proyectos diy
En nombre de la seguridad
Energía Solar (parte 2): los conmutadores
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1. Experimentando con energía solar | Automatismos Mar del Plata
3 junio 2012 a las 04:02
[...] Energía Solar (parte 3): el sensor de tensión y corriente Gabriel Rapetti, creador del blog inventable.eu es un proyectista de sistemas electrónicos con [...]
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2. Ricardo Sequera
12 julio 2012 a las 14:19
Hola Gabriel, he descubierto tu pagina, clara, educativa y de mucha actualidad, bravo, se agradece lo que aportas y nos sirve para aprender, espero con mucha ansiedad el circuito de control, parte 4, ya tengo el material para el proyecto que espero me resulte tan bueno y practico como tu desarrollo. He realizado mis primeros pininos en uc programando en protón basic y simulando con proteus. Éxito en tus avatares y hasta la próxima
Gracias Ricardo de tus palabras. Por cuestiones de trabajo ando medio atrasado con el proyecto solar. Espero en los próximos días de publicar algo al respecto.
Responder
3. Nelson Aguero
18 julio 2012 a las 14:25
Sos un maestro Gabriel, espero igual que Ricardo Sequera el modulo de control, aqui en este modulo me comprometo colaborar,Gracias.
Gracias Nelson. Estoy medio atrasado con el proyecto. Espero de poder retomarlo dentro de poco.Hasta pronto
Responder
4. Eladio
17 agosto 2012 a las 05:24
Excelente trabajo y tiempo en todos los proyectos mostrados, son de gran importancia para cada dia mejorar nuestros conocimientos y experiencias. Muchos exitos y felidades
Muchas gracias Eladio!!
Responder
5. francis
8 octubre 2012 a las 11:42
Hola excelente artículo, pero me pregunto si se podría modificar para que en vez de senorizar una tensión continua de 12v, se pudiera sensorizar el consumo de un equipo electronico de 220v alterna y que en el caso de un exceso de consumo el mosfet cortase la alimentación.
Responder
6. walter
8 noviembre 2012 a las 16:56
me parese muy geniales tusproyectos
Gracias Walter. Este proyecto solar todavía no lo pude terminar por falta de tiempo. Espero de hacerlo en los próximos meses.