REVISTA

JUVENTUD Y CIENCIA SOLIDARIA:

En el camino de la investigación

Sistema de iluminación fotovoltaico

Santiago José Aucapiña Guamán, Adrián Fernando Chunchi Velesaca,

Galo Israel Ulloa Vargas

Santiago José Aucapiña Guamán. Adrián Fernando Chunchi Vele-Tengo 18 años. Estudio en el tercer año saca. Tengo 17 años. Estudio en el tercer BGU del Técnico Salesiano. Me gustan las año BGU del Técnico Salesiano. Me gusta

matemáticas y el deporte. Quiero estudiar entrenar natación y ciclismo. Quiero estudiar

ingeniería eléctrica en la universidad. ingeniería eléctrica en la universidad.

Galo Israel Ulloa Vargas. Tengo 17 años. Estudio en el tercer año BGU del

Técnico Salesiano. Me gusta hacer ciclismo,

jugar baloncesto y hacer instalaciones eléc-

tricas. Quiero estudiar ingeniería eléctrica

en la universidad.

Resumen

El objetivo de la investigación es diseñar un sistema ahorrando su paso por el inversor de voltaje para

de iluminación en base a la energía fotovoltaica, las cumplir el ciclo normal. El sistema ayuda a que el

luminarias necesitan un voltaje de 40-47 voltios en consumo energético de iluminación disminuya, esto

continua y cuentan con un driver que convierte los con una sola inversión. El circuito solar que consta

110 AC en 40-47 DC. Lo que se logra es entregarle de paneles, batería, regulador de voltaje e inversor

a la luminaria su voltaje directamente en continua, de voltaje se modifica ligeramente, reemplazando el

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En el camino de la investigación 23

inversor de voltaje por un convertidor DC-DC tipo Panel Solar de 380 WATTS 60 celdas

boost. En pruebas realizadas se obtuvieron resulta-

Toman la luz solar para generar DC, la cual es trans-

dos favorables; el panel solar monocristalino de 380

ferida y utilizada por la mayoría de los equipos eléctri-

watts entrega un voltaje a vacío de 44V y al cargar la

cos [1].

batería se estabiliza a 35V, la batería se carga rápi-

Se está usando un panel el cual está conectado a

damente, ya que se cuenta con tres paneles que dan

una carga que entrega 35 voltios, misma que va a es-

una corriente de 9.95 cada uno. El convertidor DC-DC

tar conectada en paralelo al regulador de voltaje para

recibe 13 V al ingreso y su voltaje de salida es variable

cargar la batería en caso de que esta lo necesite o va

entre 12 a 90 V con una corriente máxima de 20A.

directamente hacia los paneles LED.

Como conclusión se opta por un sistema no conven-

cional de corriente alterna y se aplica una generación

de energía renovable y amigable con el medio ambiente.

Palabras clave: corriente continua, energía solar,

energía sustentable, iluminación, sistema de almace-

namiento

Explicación del tema

Figura 2. Panel Solar de 380 WATTS 60 celdas

Para explicar el tema se ha diseñado un diagrama Fuente: Autores

de bloques abarcando todos los elementos que se uti-

lizaran en el circuito. A continuación en la imagen se Convertidor de potencia DC-DC tipo boost

puede ver el orden en el que va conectada cada parte,

el elemento de mando en este diseño es el regulador Es un circuito elevador de tensión, el cual usa carac-

de voltaje que recibe la tensión del panel con un inter- terísticas del inductor y el capacitor como elementos

valo en la entrega desde los 24 a 50 V, este a su vez almacenadores de energía para elevar la corriente prove-

carga la batería entregando 12V. Después se conecta la niente de la fuente de alimentación para de esta manera

carga, que dependiendo de la capacidad de la batería obtener un voltaje en la carga mayor al ingresado [2].

consumirá la energía de la misma o directamente del Dentro de las características generales del conver-

panel. La carga siempre recibirá 12V fijos que entran tidor que se está usando se tiene una entrada de 12

al convertidor DC DC y éste lo elevará hasta 40 o voltios, una corriente máxima de 20 amperios y una

47 V DC. Por último se conectará la carga que en el salida regulable la cual puede ir desde los 12 hasta

proyecto son luminarias ledex de 40W que necesitan los 90 voltios, para este proyecto el voltaje está en un

un amperio por luminaria. rango de 40 a 47 voltios y consume una corriente de 1

amperio.

Figura 1. Diagrama de bloques del circuito

Fuente: Autores

A continuación, se detalla cada parte del diagrama Figura 3. Convertidor de potencia DC-DC tipo boost

de bloques: Fuente: Autores 24 Juventud y Ciencia Solidaria.

Panel LED BACK LIGHT 40W 5000K Regulador de carga solar

Entregan una iluminación de alta calidad con un óp-Muestra el voltaje de salida a través de un divisor de

timo ahorro de energía [3]. resistencia conectado al terminal de entrada inversora

En este caso se va a utilizar luminarias de luz del amplificador de error y al terminal de entrada no

blanca, donde cada una va a estar alimentada a 40 inversora del amplificador de error está conectado a un

voltios. Para proporcionar el mismo voltaje a todas las voltaje de referencia Vref. El amplificador de error de

luminarias se va a realizar la conexión de las mismas manera constante tratando de forzar que las entradas

en paralelo. sean iguales [5]. Para ello da corriente de carga y así

mantener estable la tensión de salida:

Vsal = Vref (1 + R1 R ) 2

Posee otras características como: evitar que las

baterías se descarguen durante la noche cuando no

tienen la aportación de energía de los paneles, pro-

porcionar información de todo el sistema fotovoltaico

(voltaje de las baterías, energía generada, nivel de

carga, etc.) y sirve como protección para evitar descar-

gas profundas cuando tiene elementos consumiendo

corriente continua directamente de las baterías [6].

Figura 4. Panel LED BACK LIGHT 40W 5000K

Fuente: Autores

Batería solar - Deep Cycle

Batería de ciclo profundo o descarga profunda. Están

diseñadas para hacer frente a la demanda de continuos

procesos de carga y descarga. Su abastecimiento a car-

gas eléctricas medianamente altas y de forma continua

es lo que las diferencia de otras baterías.

La batería Solar-Deep Cycle puede utilizarse para Figura 6. Regulador de carga solar

ciertas aplicaciones, una de las principales característi- Fuente: Autores

cas es su aplicación para energía renovable fuera de red.

Así como sus 200 Amperios Hora (Ah) a un voltaje

de 12 V. Ocupa una refrigeración por líquido siendo

Ácido sulfúrico su ayuda para su control de calor [4]. Radiación Solar

La Universidad Politécnica Salesiana ha realizado los

estudios de radiación solar en diferentes años, de los

cuales se ha tomado los datos del año 2017. Se analizó

cada mes las cantidades de radiación solar de manera

global, estos datos se han representado en gráficas y

así poder observar de mejor manera la mayor y menor

cantidad de radiación. Concluye con que en el mes

Figura 5. BATERIA SOLAR – DEEP CYCLE de Octubre (Figura 8) se ve mayor cantidad de ra-

Fuente: Autores diación y en el mes de Julio (Figura 9) se observa

menor cantidad de radiación.

En el camino de la investigación 25

Ulloa, Ing. Javier Serrano, Ing. Juan Pablo Pesantez,

Ing. Mateo Quizhpi por la ayuda brindada durante el

desarrollo de este proyecto integrador y en especial al

Ing. Mateo Quizhpi por habernos acompañado paso a

paso durante el desenlace del mismo.

Conclusiones

• Este sistema solar particularmente complejo, el

hecho de eliminar los Drivers de las luminarias

Figura 7. Gráfica de radiación solar mes de octubre hizo qué el circuito presente diferentes problemas

Fuente: Autores en la distribución de la corriente para cada panel

led.

• Al ser un sistema completamente nuevo, la in-

vestigación debe ser más rigurosa y detenida, es

un método no convencional que podría crear mu-

chos avances en el desarrollo de la generacion de

energia solar.

• Lo que busca con este proyecto es descartar el

uso del inversor de voltaje que se utiliza común-

mente en los circuitos que ocupan placas solares,

con el objetivo de tener un método más eficiente

Figura 8. Gráfica de radiación solar mes de noviembre y económico. Fuente: Autores

Se realizaron varias pruebas de campo, se hicieron • La innovación tecnológica de convertidores DC-

unas mediciones donde el voltaje del panel daba 44.7V DC es muy lenta, lo que indica un amplio campo

y se conectó directamente una carga, en este caso un de crecimiento que aportaría importantes cam-

Panel led de 40W. bios en el sistema solar actual.

Referencias

[1] Celsia, «Paneles solares ¿Cómo funcionan

y qué son?», Celsia. [En línea]. Disponible en

https://shorturl.at/dijw6

[2] F. F. Valderrama, H. M. C, y H. M. Vega, «Análisis,

simulación y control de un convertidor de potencia

DC- DC tipo boost», Ingenium Rev. Fac.

Ing ., vol. 12, n.o 24, Art. n.o 24, 2011, doi:

Figura 9. Pruebas realizadas 10.21500/01247492.1295.

Fuente: Autores [3] J. Bisquert, «Eficiencia y ahorro energético en ilu-

minación natural y artificial».

Agradecimientos [4] ENERGYBATT, (2022). «EnergyBatt -

Tienda Baterías Online», EnergyBatt - Tienda

En agradecimiento a: Ing. Angela Ulloa, Ing. Brian Baterías Online, 2022. [En línea]. Disponible en

Loza, Ing. Christian Sinchi, Ing. Diego Bravo, Ing. Galo https://shorturl.at/epsOZ

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[5] EverExceed, (2022). «Cómo funciona un regu- panel solar y cómo elegir el adecuado», Techno Sun

lador de voltaje». [En línea]. Disponible en - Distribuidor mayorista, 18 de noviembre de 2020.

https://shorturl.at/qIQY0 [En línea]. Disponible en https://shorturl.at/oMRX1

[6] T. Sun, (2020). «Qué es un regulador de carga para