REVISTA
JUVENTUD Y CIENCIA SOLIDARIA:
En el camino de la investigación
Cargador solar
Andy Josue Inga Villa, Camila Dayanara Marín Apuango,
Alex Ismael Deleg Álvarez, Diana Paola Domínguez Domínguez
Mi nombre es Andy Josue Inga
Villa. Tengo 17 años. Estudio el tercer
año EGB, BGU de la Unidad Educativa
Técnico Salesiano. Me gusta jugar fútbol.
Quiero estudiar Ingeniera Eléctrica en la
universidad
Mi nombres es Camila Dayanara
Marín Apuango. Tengo 17 años. Estudio
el tercer año de BGU de la Unidad Educa-
tiva Técnico Salesiano. Me gusta dibujar.
Quiero estudiar Ingeniera en Sistemas en
la universidad.
Mi nombre es Alex Ismael Deleg
Álvarez. Tengo 17 años. Estudio el tercer
año de BGU de la Unidad Educativa
Técnico Salesiano. Me gusta el patinaje
de carreras. Quiero estudiar Ingeniería
Eléctrica en la universidad.
Diana Paola Domínguez Domínguez.
Tengo 17 años. Estudio el tercer año de
BGU de la Unidad Educativa Técnico
Salesiano. Me gusta jugar básquet. Quiero
estudiar Arquitectura en la universidad.
Resumen
Este trabajo tiene como objetivo realizar un prototipo
de cargador solar con una potencia instalada de 240
Wp para dispositivos móviles (celulares, tabletas, etc.).
El sistema, que será instalado en la Unidad Educativa
Técnico Salesiano, consta de dos paneles policristali-
nos de 120 Wp cada uno, una batería de gel con una
capacidad de 60 Ah, un regulador de carga solar de
24V y 20 A y ocho reguladores de carga USB (5V-3A).
Todo el sistema está emplazado en una estructura de
acero inoxidable con una altura de 2,50 m, que fue
diseñada en AUTOCAD.
Palabras clave: Energía renovable, panel solar, cir-
cuito fotovoltaico y beneficio
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88 Juventud y Ciencia Solidaria
Explicación del tema
Este proyecto inició con la elaboración de gráficos de
radiación solar, datos que fueron facilitados por el Ing.
Javier Serrano, docente y encargado de la central solar
de la Universidad Politécnica Salesiana. Esta infor-
mación contiene una tabulación de datos que registra
día, hora y valores de radiación. Los registros fueron
tomados desde las 06:00 hasta las 19:00 horas de cada
día. Los resultados arrojan que en los meses de junio
a septiembre se presenta la mayor radiación.
Graficas de radiación de los meses Junio y sep-
tiembre del año 2015
Figura 1. Gráfica radiación junio 2015
Fuente: Autores
Figura 2. Gráfica radiación septiembre 2015
Fuente: Autores
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Se ubica y configura cada uno de los sensores a
usar específicamente que en el trabajo son:
Funcionamiento y elementos de un sistema fo-
tovoltaico
Paneles solares
El funcionamiento de los paneles se basa en una célula
solar fotovoltaica que transforma la energía solar en
energía eléctrica, utilizando energía fotoeléctrica. La
generación fotovoltaica es la propiedad que poseen
elementos como el silicio para generar corriente eléc-
trica cuando se encuentran expuestos a radiación solar.
Esto sucede cuando la energía de la luz solar libera
electrones, creando un flujo de energía eléctrica. Un
módulo solar está compuesto de una serie de células
fotovoltaicas; estas son capas de silicio dopadas con
fósforo y boro. Los paneles solares policristalinos están
compuestos por cristales diferentemente orientados.
Este proceso de fabricación cuenta con la ventaja de
ser barato, pero con la desventaja de ser un producto
menos eficiente.
Figura 3. Gráfico del panel solar
Fuente: Miruna Hilcu. (2020)
¿Para qué se usó?
Los paneles solares son una parte fundamental del
sistema fotovoltaico porque dan origen a la transfor-
mación de energía. Se adquirieron dos paneles de 121 x
68 cm; cada uno con una potencia de 120 W y 14V. Se
decidió esto con base en estudios previos que indican
que, al ser dos paneles, estos producirían mayor eficien-
cia en las cargas. Para realizar la respectiva prueba,
se conectó con el controlador de carga y transcurrido
un tiempo de 3 horas se evidenció que el panel solar
había generado 14V.
Controlador de carga
Un regulador o controlador de carga es un dispositivo
que supervisa de forma continua el estado de carga de
las baterías, garantizando su vida útil y prolongada.
Su instalación se desarrolla entre el campo fotovoltaico
y el de las baterías que controlan el flujo de energía
que circula entre ambos elementos; además, protege
a la batería contra sobrecargas y vigila que la carga
y la descarga de las baterías se realice correctamente,
regulando la tensión que se les proporciona.
Figura 4. Grafico del controlador de carga
Fuente: (Enercity SA, 2019)
El controlador de carga se usa para llevar un con-
trol del estado de la carga de la batería solar y observar
su funcionamiento. La prueba del controlador se real-
izó conectando las salidas del panel solar al regulador.
Una vez realizada la conexión, el panel permaneció
cargándose durante aproximadamente 4 horas. El con-
trolador indicó que se habían generado alrededor de
14V, por lo que se procedió a conectar un motor que
utiliza corriente continua. Así, se logró comprobar el
funcionamiento del dispositivo, luego de que este gener-
ara movimiento.
Batería del sistema solar
La batería para paneles solares permite almacenar la
energía excedentaria que producen los mismos. Esta
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energía almacenada se puede utilizar posteriormente,
durante las horas en que no haya luz solar, y cuando
la instalación fotovoltaica no produzca energía. Du-
rante las horas de sol, la instalación fotovoltaica genera
energía que se consume sin ningún costo. Esta energía
producida y no usada es almacenada en la batería fo-
tovoltaica hasta su carga máxima y lo demás se vierte
a la red de distribución eléctrica y se compensa en
la factura mensual, en el caso de una vivienda. En la
noche, cuando la instalación solar no produce energía,
se consume la que fue almacenada sin ningún costo y
cuando se agote, se volverá a consumir energía de la
red.
Figura 5. Grafica de batería solar
Fuente: (EDP Energía, 2021)
La batería acoplada al sistema fotovoltaico ayuda
a almacenar la energía producida por el panel solar.
Mediante estudios, se consiguió detectar que los índices
de radiación en la ciudad de Cuenca varían dependi-
endo del día. Esto quiere decir que en un día nublado,
el panel solar no podrá generar la suficiente energía
para alimentar nuestro proyecto. Es aquí donde inter-
viene la batería. Al almacenar la energía acumulada
durante los días de mayor radiación, la reserva se uti-
liza durante los días nublados. Puesto que se trata
de una batería de 12V/65Ah amperios, esta permitirá
almacenar gran cantidad de energía. Este resultado
propicia eficiencia a nuestro proyecto, garantizando
su funcionamiento diario; objetivo mediante el cual,
contribuimos al bienestar de la comunidad educativa.
Modulo regulador de carga DC
Este módulo de fuente de alimentación reductor, con-
vierte su voltaje de entrada entre 6V a 24V a una salida
USB fija de 5V y una corriente de salida continua de
hasta 3A, es ideal para proporcionar una salida USB
regulada de V y sirve para cargar un iPhone, teléfono
Android, tableta o cualquier otro dispositivo USB. Se
puede alimentar desde una batería de 6V, 9V, 12V o
24V, panel solar, generador de viento u otra fuente de
energía.
Figura 6. Regulador de voltaje CC
Fuente: (Electrónica.uy, s/f)
El regulador de carga en corriente continua se em-
pleará para los USB de teléfonos celulares. Este reg-
ulador se crea a partir de una batería que funciona
como un sistema solar. Lo hemos escogido como la
mejor opción para nuestro proyecto, ya que acepta un
voltaje de 6 a 24 voltios, aunque lo requerido equivale
a tan solo 5 voltios.
Estructura del proyecto
Con la parte del circuito de conexión, tomando en
cuenta que el punto central del mismo es el controlador
solar, pudimos diseñar la parte externa con medidas
que se acoplen a lo que va dentro de la estructura;
en nuestro caso: la batería, controlador, regulador y
salidas a los puertos USB. En cuanto a los paneles y
sus medidas, se diseñó un acople que sostenga a los
mismos, a una altura de 2.50 m. Para el diseño se
usó el programa AutoCAD para obtener una imagen
en 3D, lo cual fue de mucha ayuda para imprimir los
planos.
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Figura 7. Gráfica de moldeado 3D en AutoCad
Fuente: Autores
Torre: estructura cuadrada de dimensiones:
70x70cm y 2.50m de altura. Dentro, se sitúa el cir-
cuito de conexión desde el regulador. Aparte de eso,
contiene los acoples para los puertos USB de carga
cuyas dimensiones son: 12x7 cm. En la siguiente ima-
gen se puede ver las medidas y su estructura en 2D.
Figura 8. Grafica de Estructura y puerto en AutoCAD
Fuente: Autores
Figura 9. Grafica de Estructura y puerto en AutoCAD
Fuente: Autores
Techo: para determinar sus dimensiones, primero
se creó un acople con policarbonato resistente a climas
bajos lo que además puede llegar a almacenar un poco
de calor. El techo mide 2.01 x 2.16 m. y su función es
la de proteger la estructura.
Figura 10. Grafica del techo en AutoCAD
Fuente: Autores
Mesa: sus medidas son de 1.30 x 1.30 m y su utili-
dad es brindar comodidad a los usuarios.
Figura 11. Grafica de la mesa en AutoCAD
Fuente: Autores
Conclusiones
•
Las fuentes de energía renovables son las mejores
ya que se obtienen a partir de recursos naturales
y no generan contaminación.
•
La adquisición del sistema fotovoltaico resulta
asequible, lo que permite alimentar una insta-
lación eléctrica, o algún otro sistema que no
ocupe una gran cantidad de voltaje y que se
puede nutrir mediante corriente continua por los
paneles solares.
•
El estudio de los sistemas fotovoltaicos junto a
los datos de radiación solar dentro de la ciudad
de Cuenca fueron de gran ayuda para determinar
qué tipo de paneles usar para que este sistema
resulte factible y eficiente.
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•
Con la investigación y el resultado se ha logrado
demostrar que las fuentes de energía renovables
son la mejor opción dentro de la industria de la
electricidad.
•
Este tipo de generación no solo se puede usar de
esta manera, pues existen personas que imple-
mentan su propia minicentral para su beneficio.
De esta manera, en el caso de tener energía exce-
dente, esta se puede vender directamente a vivien-
das cercanas e incluso a una empresa eléctrica
más grande y así generar ganancias propias. Este
principio se conoce como Generación Distribuida,
la cual es un mecanismo de funcionamiento, en
un futuro cercano, de los sistemas eléctricos de
potencia.
Agradecimientos
En primer lugar, deseamos expresar nuestro agradec-
imiento a nuestro tutor, el Ing. Flavio Quizhpi, por
brindarnos su orientación, sugerencias, observaciones
y apoyo para la ejecución de este proyecto. Así mismo,
agradecemos al Ing. Javier Serrano, por haber facili-
tado información sobre la radiación solar en la ciudad
de Cuenca. Agradecemos a la Institución Educativa
Técnico Salesiano por otorgarnos el valioso y nece-
sario conocimiento. De igual manera, gracias por la
ayuda a los docentes de la especialidad de Instalaciones,
Equipos y Máquinas Eléctricas; su vocación nos auxilió
y solventó nuestras dudas. Finalmente, agradecemos a
nuestra familia por el apoyo emocional y económico;
por su paciencia, ánimo e interés para resolver los
problemas en momentos difíciles.
Referencias
[1] EDP Energía. (2021). «Batería para placas
solares». Edpenergia.es. [En línea]. Disponible en
https://bit.ly/3M3Zlwa.
[2] Electronica.uy. (2018). «Móduloconversor DC-DC
6-24V a 5V 3A step down USB». [En línea].
Disponible en https://bit.ly/3G465GF
[3] Enercity SA. (2019). «Regulador de carga so-
lar». Enercitysa.com. [En línea]. Disponible en
https://bit.ly/40Gugme/
[4] Miruna Hilcu. (2020). «Como funcionan las pla-
cas solares». Otovo.es. [En línea]. Disponible en
https://bit.ly/3JVFzQW/
