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.
Tengo 18 años. Estudio en el tercer año
BGU del Técnico Salesiano. Me gustan las
matemáticas y el deporte. Quiero estudiar
ingeniería eléctrica en la universidad.
Adrián Fernando Chunchi Vele-
saca. Tengo 17 años. Estudio en el tercer
año BGU del Técnico Salesiano. Me gusta
entrenar natación y ciclismo. Quiero estudiar
ingeniería eléctrica en la universidad.
Galo Israel Ulloa Vargas. Tengo
17 años. Estudio e n 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
de iluminación en base a la energía fotovoltaica, las
luminarias necesitan un voltaje de 40-47 voltios en
continua y cuentan con un driver que convierte los
110 AC en 40-47 DC. Lo que se logra es entregarle
a la luminaria su voltaje directamente en continua,
ahorrando su paso por el inversor de voltaje para
cumplir el ciclo normal. El sistema ayuda a que el
consumo energético de iluminación disminuya, esto
con una sola inversión. El circuito solar que consta
de paneles, batería, regulador de voltaje e inversor
de voltaje se modifica ligeramente, reemplazando el
22
En el camino de la investigación 23
inversor de voltaje por un convertidor DC-DC tipo
boost. En pruebas realizadas se obtuvieron resulta-
dos favorables; el panel solar monocristalino de 380
watts entrega un voltaje a vacío de 44V y al cargar la
batería se estabiliza a 35V, la batería se carga rápi-
damente, ya que se cuenta con tres paneles que dan
una corriente de 9.95 cada uno. El convertidor DC-DC
recibe 13 V al ingreso y su voltaje de salida es variable
entre 12 a 90 V con una corriente máxima de 20A.
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
Para explicar el tema se ha diseñado un diagrama
de bloques abarcando todos los elementos que se uti-
lizaran en el circuito. A continuación en la imagen se
puede ver el orden en el que va conectada cada parte,
el elemento de mando en este diseño es el regulador
de voltaje que recibe la tensión del panel con un inter-
valo en la entrega desde los 24 a 50 V, este a su vez
carga la batería entregando 12V. Después se conecta la
carga, que dependiendo de la capacidad de la batería
consumirá la energía de la misma o directamente del
panel. La carga siempre recibirá 12V fijos que entran
al convertidor DC DC y éste lo elevará hasta 40 o
47 V DC. Por último se conectará la carga que en el
proyecto son luminarias ledex de 40W que necesitan
un amperio por luminaria.
Figura 1. Diagrama de bloques del circuito
Fuente: Autores
A continuación, se detalla cada parte del diagrama
de bloques:
Panel Solar de 380 WATTS 60 celdas
Toman la luz solar para generar DC, la cual es trans-
ferida y utilizada por la mayoría de los equipos eléctri-
cos [1].
Se está usando un panel el cual está conectado a
una carga que entrega 35 voltios, misma que va a es-
tar conectada en paralelo al regulador de voltaje para
cargar la batería en caso de que esta lo necesite o va
directamente hacia los paneles LED.
Figura 2. Panel Solar de 380 WATTS 60 celdas
Fuente: Autores
Convertidor de potencia DC-DC tipo boost
Es un circuito elevador de tensión, el cual usa carac-
terísticas del inductor y el capacitor como elementos
almacenadores de energía para elevar la corriente prove-
niente de la fuente de alimentación para de esta manera
obtener un voltaje en la carga mayor al ingresado [2].
Dentro de las características generales del conver-
tidor que se está usando se tiene una entrada de 12
voltios, una corriente máxima de 20 amperios y una
salida regulable la cual puede ir desde los 12 hasta
los 90 voltios, para este proyecto el voltaje está en un
rango de 40 a 47 voltios y consume una corriente de 1
amperio.
Figura 3. Convertidor de potencia DC-DC tipo boost
Fuente: Autores
24 Juventud y Ciencia Solidaria.
Panel LED BACK LIGHT 40W 5000K
Entregan una iluminación de alta calidad con un óp-
timo ahorro de energía [3].
En este caso se va a utilizar luminarias de luz
blanca, donde cada una va a estar alimentada a 40
voltios. Para proporcionar el mismo voltaje a todas las
luminarias se va a realizar la conexión de las mismas
en paralelo.
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
ciertas aplicaciones, una de las principales característi-
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].
Figura 5. BATERIA SOLAR – DEEP CYCLE
Fuente: Autores
Regulador de carga solar
Muestra el voltaje de salida a través de un divisor de
resistencia conectado al terminal de entrada inversora
del amplificador de error y al terminal de entrada no
inversora del amplificador de error está conectado a un
voltaje de referencia Vref. El amplificador de error de
manera constante tratando de forzar que las entradas
sean iguales [5]. Para ello da corriente de carga y así
mantener estable la tensión de salida:
V
sal
= V
ref
(1 +
R
1
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 6. Regulador de carga solar
Fuente: Autores
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
de Octubre (Figura 8) se ve mayor cantidad de ra-
diación y en el mes de Julio (Figura 9) se observa
menor cantidad de radiación.
En el camino de la investigación 25
Figura 7. Gráfica de radiación solar mes de octubre
Fuente: Autores
Figura 8. Gráfica de radiación solar mes de noviembre
Fuente: Autores
Se realizaron varias pruebas de campo, se hicieron
unas mediciones donde el voltaje del panel daba 44.7V
y se conectó directamente una carga, en este caso un
Panel led de 40W.
Figura 9. Pruebas realizadas
Fuente: Autores
Agradecimientos
En agradecimiento a: Ing. Angela Ulloa, Ing. Brian
Loza, Ing. Christian Sinchi, Ing. Diego Bravo, Ing. Galo
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
hizo qué el circuito presente diferentes problemas
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
y económico.
•
La innovación tecnológica de convertidores DC-
DC es muy lenta, lo que indica un amplio campo
de crecimiento que aportaría importantes cam-
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:
10.21500/01247492.1295.
[3] J. Bisquert, «Eficiencia y ahorro energético en ilu-
minación natural y artificial».
[4] ENERGYBATT, (2022). «EnergyBatt -
Tienda Baterías Online», EnergyBatt - Tienda
Baterías Online, 2022. [En línea]. Disponible en
https://shorturl.at/epsOZ
26 Juventud y Ciencia Solidaria.
[5] EverExceed, (2022). «Cómo funciona un regu-
lador de voltaje». [En línea]. Disponible en
https://shorturl.at/qIQY0
[6] T. Sun, (2020). «Qué es un regulador de carga para
panel solar y cómo elegir el adecuado», Techno Sun
- Distribuidor mayorista, 18 de noviembre de 2020.
[En línea]. Disponible en https://shorturl.at/oMRX1
