¿La energía solar es una fuente de energía de origen renovable, obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación electromagnética procedente del Sol?

1.2 Justificación.-

La radiación solar que alcanza la Tierra ha sido aprovechada por el ser humano desde la Antigüedad, mediante diferentes tecnologías que han ido evolucionando con el tiempo desde su concepción. En la actualidad, el calor y la luz del Sol puede aprovecharse por medio de captadores como células fotovoltaicas, helióstatos o colectores térmicos, que pueden transformarla en energía eléctrica o térmica. Es una de las llamadas energías renovables o energías limpias, que pueden ayudar a resolver algunos de los problemas más urgentes que afronta la humanidad.

1.3 Objetivos

1.3.1 Objetivo general.-

Llevar a cabo el proyecto planteado de una lámpara solar con una energía fotovoltaica, con el objetivo de encender los leds de la lámpara solar de noche y se apaguen de día.

1.3.2 Objetivos específicos.-

Saber qué es un panel solar.

Conocer qué son los fotodiodos.

Entender qué son los transistores 2N3904.

Saber cuál es el uso correcto de los leds.

Armar un recargador de pilas con un panel solar.

Llevar el recargador de pilas a un circuito que encienda leds en noche y apague de día.

1.4 Alcances y límites.

El presente trabajo tiene como alcance hacer una lámpara solar que funciona con energía fotovoltaica, donde los leds se enciendan de noche y se apaguen de día. Este circuito será generado por pilas recargables y un panel solar que a su vez recargará las pilas. El límite de este circuito es que; mientras el panel solar este recargando, las pilas no dejaran de transmitir voltaje por el circuito de la lámpara; por lo que se colocó un switch para que si la persona que desea utilizar esta lámpara o solo quiera recargar las pilas mueva el switch y si pretende utilizar la lámpara que fue construida con leds mueva el switch en sentido contrario.

2. Marco teórico.-

2.1 Panel solar

2.1.1 Panel solar térmico

Este tipo de paneles también se conocen como colectores solares térmicos, y funcionan convirtiendo la luz en calor. El que puede ser utilizado para calentar líquidos (sistemas de agua caliente sanitaria) o bien aire (usados en calefacción). Hoy se ve una gran potencialidad de estos sistemas, ya que se ha avanzado mucho en tecnologías de plantas solares térmicas, donde el calor es usado para hacer generar vapor y accionar una turbina, con la que se genera electricidad.

2.1.2 Panel solar fotovoltaico

Esta energía consiste en captar la luz proveniente del sol por medio de un material semiconductor. La energía se debe almacenar en baterías, o bien puede ser inyectada a la red eléctrica. Actualmente esta segunda opción es la más conveniente, ya que de esta forma se ahorran los altos costos de las baterías.

Sin duda que aún queda mucho por avanzar en la tecnología de los paneles solares, especialmente en materia de eficiencia, pero esta energía es considerada una de las fuentes energéticas más limpias existentes hoy día, y cada vez se hace más competitiva frente a otros tipos de energías, lo que augura un gran desarrollo en la industria de paneles solares en el futuro.

2.2 Fotodiodos

Un fotodiodo es un semiconductor construido con una unión PN, sensible a la incidencia de la luz visible o infrarroja. Para que su funcionamiento sea correcto se polariza inversamente, con lo que se producirá una cierta circulación de corriente cuando sea excitado por la luz. Debido a su construcción, los fotodiodos se comportan como células fotovoltaicas, es decir, en ausencia de luz exterior generan una tensión muy pequeña con el positivo en el ánodo y el negativo en el cátodo. Esta corriente presente en ausencia de luz recibe el nombre de corriente de oscuridad.

2.2.1 Uso

v A diferencia del LDR, el fotodiodo responde a los cambios de oscuridad a iluminación y viceversa con mucha más velocidad, y puede utilizarse en circuitos con tiempo de respuesta más pequeño.

v Se usa en los lectores de CD, recuperando la información grabada en el surco del Cd transformando la luz del haz láser reflejado en el mismo en impulsos eléctricos para ser procesados por el sistema y obtener como resultado los datos grabados.

v Usados en fibra óptica

2.3 Transistores 2N3904

El transistor 2N3904 es uno de los más comunes transistores NPN generalmente usado para amplificación. Este tipo de transistor fue patentado por Motorola Semiconductor en los años 60, junto con el Transistor PNP 2N3906, y representó un gran incremento de eficiencia, con un encapsulado TO-92 en vez del antiguo encapsulado metálico. Está diseñado para funcionar a bajas intensidades, bajas potencias, tensiones medias, y puede operar a velocidades razonablemente altas. Se trata de un transistor de bajo costo, muy común, y suficientemente robusto como para ser usado en experimentos electrónicos.

Es un transistor de 200 miliamperios, 40 voltios, 625 milivatios, con una Frecuencia de transición de 300 MHz, con una beta de 100. Es usado primordialmente para la amplificación analógica.

El Transistor PNP complementario del 2N3904 es el 2N3906. El Transistor NPN 2N2222 es otro transistor muy popular, con características similares al 2N3904, pero que permite intensidades mucho más elevadas.3 No obstante, en todas las aplicaciones que requieren baja intensidad, es preferible el uso del 2N3904.

El Transistor 2N3904 es un transistor muy popular para aficionados debido a su bajo costo.

2.4 Leds

Los Leds son componentes eléctricos semiconductores (diodos) que son capaces de emitir luz al ser atravesados por una corriente pequeña. Las siglas “LED” provienen del acrónimo en inglés “Light Emitting Diode” o lo que traducido al español sería “Diodo Emisor de Luz”.

Estos están conformados básicamente por un chip de material semiconductor dopado con impurezas, las cuales crean conjunciones del tipo P-N. Los Leds, a diferencia de los emisores de luz tradicionales, poseen polaridad (siendo el ánodo el terminal positivo y el cátodo el terminal negativo) por lo que funcionan únicamente al ser polarizados en directo.

3. Ingeniería del proyecto.-

3.1 Metodología

El presente trabajo tiene la característica de un trabajo descriptivo porque se trabajó con material bibliográfico, científico porque se verifico las leyes en el laboratorio, exploratorios porque se investigó por primera vez el uso de una lámpara solar y es una investigación de acción ya que se centra en generar cambios en una realidad estudiada y no coloca énfasis en lo teórico.

3.2 Interpretación de la información.-

Las lámparas solares cuentan con un sencillo sistema eléctrico, y está compuesto por:

¯ Un panel solar (es una fuente que transforma la energía solar en eléctrica).

¯ Recargador de pilas para almacenar la energía

¯ Un sistema de cableado

¯ Un fotodiodo para el encendido y apagado de esta lámpara.

¯ Leds que llegarían a ser “La luz”

¯ Un transistor

Estas lámparas son muy útiles debido a que no consumen la luz eléctrica directamente por lo tanto nos genera un ahorro. Y el funcionamiento es que de día reciben la luz solar, la almacenan en unas pilas recargables, para poder ser utilizada en la noche.

3.3 Materiales.-

§ Leds

§ Un fototransistor genérico.

§ Un transistor 2N3904.

§ Una resistencia de 1 k Ω.

§ 4 Pilas AA recargables.

§ Un diodo 1N4001.

§ Cables.

§ Un porta pilas.

§ Panel solar.

§ Soldador.

§ Estaño.

§ Cortador de cables.

§ Cinta aislante.

§ Un switch.

3.4 Procedimiento.-

3.4.1 Lo primero que se hizo fue fijarse la polaridad del panel

Figura 1.Parte de atrás del panel solar

3.4.2 Luego se procedió a soldar dos cables para la conexión a protoboard.

Figura 1. Parte de atrás del panel solar soldado con un cable

3.4.3 Se soldaron los cables del portapilas para mejor conexión con el protoboard.

Figura 2. Portapilas con cables soldados y envuelto con cinta aislante.

3.4.4 La parte positiva del panel se colocó en serie con un diodo y la parte negativa con tierra.

Figura 3.Panel solar conectado con el diodo

3.4.5 En la parte negativa del diodo se colocó la parte positiva de las pilas recargables y la negativa en tierra.

Figura 4.Circuito de panel, diodo y pilas recargables en serie

3.4.5.1 En el protoboard se hizo el circuito siguiente:

Figura 5.Circuito de la lámpara

Figura 6. Circuito físico de la lámpara

Figura 7. Conexión del transistor

Figura 8. Leds en paralelo

Figura 9.Circuito de lámpara implementado en protoboard

Figura 10. Conexión del Fototransistor

3.4.6 Se colocó un switch

Figura 11. Implementación del switch

Figura 12.Conexión del switch a portapilas

Figura 13.Conexión de switch al transistor

Figura 14

3.4.7 Como se puede observar los leds en paralelo se encienden en la oscuridad debido al fototransistor está mandando voltaje a estos.

Figura 15. Leds encendidos

Figura 16.Fototransistor cubierto (Para mejor luminosidad)

3.4.8 Midiendo con el multímetro, se encuentra que, mientras no haya luminosidad el voltaje que para por el circuito es suficiente para que estos se enciendan.

Figura 17.Multímetro conectado con el fototransistor cuando existe luz

Figura 18.Multímetro mostrando voltaje del fototransistor

Figura 19. Cocodrilos conectados al multímetro y al protoboard

Figura 20. Multímetro mostrando voltaje cuando no hay luminosidad

3.4.9 Ahora se ve cómo se cargan las pilas cuando existe luz para que el panel solar logre cargarlas a través de energía fotovoltaica

Figura 21. Cocodrilos conectados en portapilas y al multímetro.

Figura 22.Multímetro mostrando la carga en el instante de pilas recargables.

Figura 23. Multímetro mostrando la carga del portapilas pasando unos segundos

3.4.10 En estas imágenes se puede observar todo el circuito completo

Figura 24.Circuito completo con luminosidad.

4. Conclusiones y Recomendaciones.-

4.1 Conclusiones.-

² La generación de energía eléctrica directamente a partir de la luz solar no requiere ningún tipo de combustión.

² El panel solar cuenta con entradas positivas y negativas en 3 puntos cada una de ellas.

² El panel solar del circuito de la lámpara solar genera hasta 7v y 200mA. Este hace que las pilas se recarguen dando energía al circuito de Leds.

² El fototransistor afectará a los leds (estos se encienden) cuando no haya luz, porque éste empezará a mandar el voltaje de las pilas ya recargadas con el panel solar a través de la energía fotovoltaica.

² Cuando haya mucha luminosidad el transistor deja de trabajar porque el voltaje que enviara el fototransistor será de 0.35v y un transistor arranca con 0.7v por lo tanto este deja de funcionar.

² Los leds están en encuentran en paralelo porque la tensión cuando está en paralelo es la misma, por lo tanto en los 6 leds habrá el mismo valor de voltaje, por esto todos los leds se encienden.