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Proyecto Girasol: Orientando un panel solar

por Mario 4 julio, 2009, 6:08 pm 17 Votes 84 Comments

Trabajar con energía solar es sinónimo de optimización de recursos. Dejar estanco un panel solar puede representar una desatención y falta de aprovechamiento de la potencia que el sol nos entrega cada día. Aplicando la misma técnica de seguimiento que utilizan las oleaginosas, daremos el primer paso en el desarrollo de un sencillo seguidor solar. La particularidad que tendrá este montaje es que, en lugar de utilizar fotodetectores especiales, empleará sencillos y económicos LEDs. Ya hemos visto que existen distintos materiales que intervienen en la construcción de los diodos LEDs. Además, hemos observado que esa diferencia de semiconductores empleados refleja una variación de la diferencia de potencial de juntura que resulta de la unión de los materiales N y P, los cuales forman el dispositivo “diodo”. Luego de algunas pruebas con distintos tipos de LEDs (difusos y water-clear), y utilizando como guía el abundante material que existe en la Web, llegamos a la conclusión de que aquellos que presentan el mejor desempeño son los de color ámbar o amarillos y los del tipo water-clear.

Vale recordar también que los diodos LEDs poseen la característica de emitir luz gracias a los materiales que intervienen en su construcción. Esto significa que no todos los diodos o uniones P-N tendrán la característica de emitir luz, sino que lo harán sólo aquellos que estén construidos con los elementos capaces de emitir un fotón por cada combinación “hueco-electrón”, particularidad propia en la circulación de corriente dentro de un diodo. Los materiales fundamentales que impulsaron el desarrollo de los LEDs, y que son capaces de emitir luz por cada combinación electrónica, han sido el Galio (Ga), el Fósforo (P), el Aluminio (Al), el Arsénico (As) y el Indio (I), entre los más comunes. En la acción inversa, es decir, cuando hacemos incidir luz sobre la juntura de un LED, se logra que los fotones – que acceden con la energía suficiente como para desplazar un electrón de su última órbita atómica – inicien la circulación de corriente a través del dispositivo. Dependiendo del tipo de material empleado en la cubierta protectora del LED y del utilizado en el dopaje del silicio, se obtendrá mayor o menor penetración de fotones y circulación de corriente. Las combinaciones de Galio y Fósforo (Verde), junto a las que incorpora el Arsénico (Amarillo o Ámbar), se han comportado mejor que las de Indio (Rojo), dentro de la gama de colores habituales y LEDs de bajo costo. Los LEDs azules, violetas, infrarrojos y blancos quizás posean rendimientos similares o mejores, pero el objetivo de utilizar un componente económico se perdería. Además, para la aplicación que realizaremos, no será necesario un desempeño tan extraordinario. Dejaremos esas experiencias para otro artículo en el que comencemos a evaluar la factibilidad de desarrollar pequeños paneles generadores de energía para aplicaciones sencillas. Recordemos que los sistemas fotovoltaicos comerciales poseen un rendimiento optimizado, estudiado y calculado que nosotros no podríamos emular con simples LEDs, pero sí podríamos darnos el gusto de armar y hacer funcionar un pequeño gadget que requiera poca energía. Volviendo a los colores y a los materiales empleados, los ensayos han arrojado que con un LED rojo podemos obtener 0,5 a 0,7 Volts, mientras que con uno de color amarillo logramos 1,5 a 1,7 Volts, a plena luz del día. A pesar de tratarse de una energía que puede ofrecernos muy bajos valores de corriente eléctrica, no deja de ser un valor muy alentador para iniciar sumatorias serie y paralelo y así incrementar la energía obtenida. No olvidemos que hablamos de LEDs del tipo water-clear, que apenas valen centavos. Nuestro primer seguidor solar Lo más importante que debemos considerar en este artículo es que no vamos a presentarte un circuito que permita movilizar estructuras de cientos de kilos y que sea capaz de orientar conjuntos de paneles de varios metros cuadrados. Lo que haremos será una aplicación básica para aprender primero de qué se trata y cómo funciona uno de estos sistemas para luego sí comenzar a pensar en grandes plataformas. Esto lo hacemos así ya que muchos se contentarán con simplemente realizar pequeñas construcciones. El sistema mecánico resultante será acorde a las necesidades estructurales de cada aplicación, por lo que tampoco brindaremos mayores detalles de ello, exceptuando lo que puedas ver en el sencillo video de demostración que acompaña el artículo. Lo que sí podemos aconsejarte es la utilización de motores pequeños del estilo de los viejos grabadores de cassette o los que se utilizan en los reproductores de CD y DVD (M1). Lo mejor en todos los casos será utilizar algún sistema que posea una caja de engranajes que permita el uso de un motor que logre alcanzar velocidad y muchas revoluciones para obtener un mejor resultado en cuanto a fuerza (torque) se refiere. Como verás en el video, un potenciómetro motorizado de un viejo equipo de música es una de las opciones más convenientes, ya que obtendrás un interesante par motor para movilizar pequeñas estructuras. El circuito se basa en dos partes fundamentales: primero, un puente “H” para activar motores de hasta 600 o 700 mA y, segundo, el circuito de detección de luz propiamente dicho. T1 – T2 – T3 – T4 – T5 y T6 son los transistores que forman el sistema impulsor del motor y que permiten mover el sistema en ambos sentidos.

Esto no significa que la Tierra algún día comience a gira en sentido inverso, sino que está contemplado para proporcionar al sistema de pequeñas correcciones mecánicas que pudieran ser necesarias (debido a la inercia de movimiento que posea la estructura realizada) y para reposicionarse al amanecer y así reiniciar el ciclo de seguimiento. Por el lado del circuito detector de luz, vemos que cada LED servirá para polarizar cada uno de los transistores correspondientes (T7 – T8) y, a su vez, éstos activarán el puente H según la intensidad de luz que llegue a cada LED. Cuando ésta es equitativa en ambos LEDs, no existirá circulación de corriente por T7 y T8, ya que las tensiones que se induzcan en los detectores se cancelarán entre sí por estar conectados en oposición. Si, en cambio, uno de los dos detectores recibe más iluminación que el otro, logrará romper el balance establecido y provocará una variación en la polarización de T5 y T6, iniciando el giro del motor (M1) en el sentido necesario para volver a recuperar el equilibrio de la iluminación en ambos LEDs. El funcionamiento del puente H es muy sencillo y fácil de interpretar. M1 girará en un sentido cuando T3 y T2 se pongan en funcionamiento gracias a T5, mientras que lo hará en sentido inverso cuando T1 y T4 sean activados por T6. T5 conducirá cuando T8 sea polarizado por la circulación de corriente a través de LED1, cerrando el circuito R6 – LED1 – T8. Para el caso inverso, T7 actuará cuando se cierre el circuito R5 – LED2 – T7. No olvidemos que la generación de energía dentro del LED provocará una corriente inversa, no una corriente directa tal como sucede cuando activamos el LED y obtenemos luz de él. Este mecanismo de funcionamiento es el inverso. https://www.youtube.com/watch?v=GUHUkGiJzvM Conclusiones Ahora sólo nos resta armar el circuito en cualquier protoboard o placa de ensayo (las que se compran pre-perforadas), sin equivocarnos en las conexiones ni en la disposición de los pines del transistor. Por último, debemos observar la polaridad del motor que utilizaremos para un giro en el sentido correcto. Trata de orientar mecánicamente los LEDs para poder obtener un sistema capaz de ser mecánicamente estable, es decir, que no esté oscilando todo el tiempo alrededor del punto de equilibrio y que, a su vez, tenga la facilidad de seguir la iluminación solar sin dificultades.

Cuando llega el atardecer, naturalmente el sistema quedará estacionado hacia el poniente. Al alba, la posición inclinada de los LEDs facilitará que prontamente se detecte iluminación en uno de ellos (el que quede orientado al este) y que el sistema se reposicione nuevamente en el inicio de la trayectoria mecánica. Es decir, nuestro sistema será capaz de auto-posicionarse sin nuestra intervención, convirtiéndose en un sistema autónomo y emulando así al hermoso girasol de quien hemos tomado el nombre para nuestro proyecto. De nosotros depende una construcción robusta y duradera. Debemos pensar en una aplicación que basará su funcionamiento a la intemperie.

Existen otros métodos circuitales de seguimiento solar de mayor exactitud que utilizan circuitos integrados comparadores, microcontroladores y/o servomotores, pero siempre es bueno comenzar a hacer nuestro camino con las técnicas sencillas que nos brinda la electrónica.

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