Ohm y mi panel solar de 10w

 

Hoy es difícil concebir que pueda tener vida un panel solar sin estar ligado a un estupendo controlador de carga solar que por un precio de risa podemos adquirir con extrema facilidad. A pesar de todo, una idea "romántica" de la electrónica puede ofrecernos una perspectiva didáctica que nos permitirá crear una imagen mental de cómo funcionan estas cosas, dándole vida a un panel solar más allá de que hoy podamos hacerlo con una caja "boba" que nos brinda todo hecho, y sólo requiera leer las instrucciones de montaje para tenerlo operativo.

No os voy a aburrir con todo aquello que en la red ya hay de sobra sobre esto, y pasaré a la acción detallando paso a paso las cosas hasta finalizar el proyecto, donde podemos disfrutar de luz y carga de un móvil con los escasos componentes que tenemos que usar para completarlo.

El circuito consta de un panel solar de 10w, que al incidir la luz solar plenamente sobre él genera directamente una tensión que en un circuito eléctrico cerrado permitirá la circulación de una corriente eléctrica.

Lo más importante de las características del panel solar son los parámetros de voltaje y corriente para su máxima potencia, siendo en este caso de Vmp = 18,3V y de Imp = 0,55A. Esta tensión y corriente corresponde cuando el panel ofrece su máximo rendimiento, que está establecido en 10W (P = V x I = 18,3V x 0,55A = 10W)

En la caja de conexión del panel podemos apreciar que tiene un diodo rectificador (10A10) en antiparalelo (ánodo al negativo y cátodo al positivo del panel), que es la forma más extendida de proteger al módulo, cuando está asociado a otros, frente a las condiciones de sombreado, permitiendo que cuando un módulo quede inutilizado bajo la acción de una penumbra los demás puedan mantener el aporte de corriente disponible (bypass). El diodo es un diodo rectificador de 10A.

El circuito dispone también de una batería AGM (Absorbent Glass Mat), de tecnología plomo-ácido con un separador de fibra de vidrio absorbente, que absorbe el ácido permitiendo un uso más eficiente del volumen de las celdas sin la necesidad de las reservas de electrolito que precisan las convencionales. Tiene innumerables ventajas sobre las convencionales, entre la que destaca la ausencia de mantenimiento. Yo la tenía por ahí tirada, pagué poco por ella, y ahora la uso oportunamente en este proyecto. 

En sus características leemos que es una batería de 12V y 0,8Ah/20h, y el "apellido" de 20h implica que sólo puede mantener los valores nominales de trabajo cuando la usamos durante 20h absorbiendo una corriente de 0,04A (40mA). Cualquier otra opción tendríamos que relacionarla con los 0,8Ah de corriente máxima.

Otra característica importante es que la corriente de carga de estas baterías suele estar establecida a un tercio del valor máximo que puede aportar; así, leyendo la etiqueta, la corriente inicial de carga debe de ser menor a 0,24A, y el valor de tensión máxima no debe de superar los 14,4V

En la práctica, cuando iniciamos la carga, y siempre que la batería esté en perfecto estado aunque tenga muy poca carga, la tensión que aparece entre los extremos de sus polos aumenta apreciablemente. Como no dispongo de cargador, usé el mismo panel para cargarla plenamente en una tarde soleada acoplándola al panel solar mediante una resistencia de 33 Ω. La corriente de carga ideal es de 0,24A, pero ese punto se alcanza cuando está descargada con una tensión de 10V, y a medida que la carga aumenta, la corriente se reduce hasta unos 120 mA cuando alcanza los 14V de carga. Aunque no tiene un limitador de carga, como depende de la luz solar y la noche acecha, llega un momento en que la corriente de carga es tan pequeña que precisaría un número de horas muy elevado para cargarse, siendo esta una limitación en sí misma. En la práctica, otra cosa interesante es que cuando la batería está muy descargada parece requerir un breve aporte de corriente adicional para poder iniciar la carga, y así es como usando este recurso logré recuperar la batería plenamente. El diodo D1 evita el retorno de corriente de la batería cuando el panel solar no aporta corriente alguna.

Al circuito también añadimos una bombilla Led de 12Vcc 5W con una luminosidad de 400 lúmenes (equivalente a una incandescente de 40W). No es una bombilla de corriente alterna, es decir, que en este caso al ser de corriente continua tiene polaridad.

En la siguiente imagen está indicada la polaridad de la bombilla y su zócalo:

Usando bombillas LED de 3W y 12Vcc, de unos 300 lúmenes, podemos usar dos bombillas.

El circuito básico es el siguiente:

Básicamente, el circuito de control consta de dos diodos y dos resistencias. El diodo D1 evita el retorno de corriente desde la batería al panel cuando éste no aporta corriente alguna. El diodo D2 es un interruptor electrónico que permite que la batería entre en funcionamiento cuando el panel no pueda hacerlo; el diodo se abre o cierra en función de la polaridad establecida en un momento dado entre sus extremos. Si el cátodo es positivo respecto al ánodo no permite la conducción eléctrica desde la batería, y al contrario sí. Yo use el 1N4007, diodo rectificador de un amperio y con una caída de tensión directa de, más o menos, 0,7V. Es mejor el 10A10, que es de 10A, pero no tenía a mano otros. De darle uso pleno, sustituiría estos diodos rectificadores por diodos Schottky, por ejemplo, el SR5100 de 5A, cuya bondad principal es que tiene una caída de tensión directa sobre sus extremos muy inferior a los diodos rectificadores, de unos 0,25V.

La resistencia R2 de 8,2 Ω produce una caída de tensión de 4V cuando el panel aporta la tensión y corriente a la bombilla, dejando entre sus extremos una tensión de funcionamiento de unos 14 V cuando el panel entrega 18V. Evita así que la bombilla trabaje sobre un valor nominal demasiado alto.

El cálculo de R1 está establecido para que, con la batería en cortocircuito, a través de ella no se supere la corriente máxima aportada por el panel, es decir, 0,55A.

Además de los componentes citados, le añadí una serie de diodos LED para que nos indiquen en todo momento el estado del circuito. Así, añadí uno para que nos indique que el panel solar funciona correctamente, otro para que nos indique cuando la corriente de carga es igual o superior a 240 mA, y otro (no aparece en las imágenes) en el conector de carga, para indicar que está disponible un potencial adecuado para poder usar el sistema.

Después de concluir el circuito pensé en una toma para cargar un teléfono móvil, aunque sea lentamente.

El valor de R6 puede bajarse algo más, por ejemplo, a 27 Ω, para obtener unos 300 mA máximo.

Puedo cargar el smartwatch del nene.

CONCLUSIÓN 

Realmente, a mí me sorprendió el resultado. La batería tiene carga siempre, incluso después de una escasa luz solar plena para garantizar su carga totalmente. Los valores de la batería se mantienen dentro de los nominales, y después de varios días en mi balcón olvidado, no hay razón alguna para pensar que las cosas puedan ser distintas en el tiempo.

A alguien le puede parecer ridícula la potencia manejada, pero está estupenda para un galpón, por ejemplo. El argumento didáctico fácilmente se puede extrapolar para algo más serio, todo depende de cómo maneje la gente la ley de Ohm.

Ohm ha tenido más de un quebradero de cabeza con la ley que lleva su nombre, ya que en su día, los eruditos físicos de la época no supieron valorar la transcendencia de la misma.

Todo es Ohm, y es en esta entrada donde aquí le rindo a Georg Simon Ohm este humilde tributo. Espero que les guste. Gracias.