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Información Técnica: Escoja su Módulo



A continuación se nombrarán algunas consideraciones y sugerencias para escoger el tamaño del módulo solar de acuerdo a las necesidades que presenta su aplicación. La discusión se divide 2 partes principales:



1)

Alimentación directa del dispositivo desde el módulo solar

2)

Aplicaciones que incluyen la recarga de baterías

Conceptos Claves

  • La corriente entregada por el módulo aumenta casi linealmente con la intensidad de la luz.
  • El voltaje de operación del módulo es prácticamente insensible a la intensidad de la luz, disminuyendo en un 5% cuando hay un 10% de pleno Sol.

Definiciones Útiles

  • Punto de Potencia - Corresponde al punto en donde el voltaje y la corriente de operación producen la máxima potencia del módulo solar. (Si se fuerza al módulo a operar con voltajes más altos o bajos a ese punto, la eficiencia decrece).
  • Ciclo de Trabajo - Porcentaje de tiempo que se espera que opere una aplicación.
  • AM1, AM1.5 - Para todas las finalidades y propósitos - Intensidad de iluminación del Sol en un dia despejado a mediodía.


Cálculos para Sistemas Sin Baterías



Consideraciones sobre el Voltaje


El voltaje del módulo debería ser seleccionado de tal manera que el voltaje del punto de potencia sea cercano al voltaje de operación requerido por la aplicación. Como una estimación, puede asumir que el voltaje del punto de potencia es un 75% del voltaje en circuito abierto.



Cálculo de la Corriente



1. Encuentre la corriente mínima necesaria para la aplicación: Imin



2. Determine la intensidad mínima de luz (umbral de intensidad) bajo la cual la aplicación puede funcionar: Lmin (La tabla de abajo de una idea de la intensidad de luz bajo diversas condiciones. La intensidad está medida como porcentaje de la intensidad de luz a pleno sol (llamada también como AM1.5)



Energía Disponible Bajo Distintas Condiciones de Luz, Relativa al Sol de Mediodía

Condición

Intensidad
(% de pleno Sol)

Pleno Sol - Panel apuntando directamente al Sol

100%

Pleno Sol - Panel en 45° grados hacia el Sol

71%

Parcialmente nublado

60-80%

Muy nublado

20-30%

Detrás de una ventana, de un sólo cristal, doblemente reforzado. La ventana y el módulo apuntando directamente hacia el Sol.

91%

Detrás de una ventana, de dos cristales, doblemente reforzado. La ventana y el módulo apuntando directamente hacia el Sol.

84%

Detrás de una ventana, de un sólo cristal, doblemente reforzado. La ventana y el módulo en 45° hacia el Sol.

64%

Luz de interior de oficina - en el escritorio

0.4%

Luz de interior - Iluminación de una tienda

1.3%

Luz de interior - Casa

0.2%


3. Calcule la corriente requerida a pleno Sol para su módulo: Imod



Imod = Imin x 100% / Lmin



4. Escoja un módulo que entregue el voltaje y corriente Imod recién calculada, que requiera el sistema.



Nota: El desempeño de un módulo generalmente se especifica en términos de la corriente entregada a un voltaje específico (por ejemplo, 50mA a 3V) el cuál indica el rendimiento en un punto específico de operación. Este punto de operación es usualmente muy cercano al punto de potencia. Algunos módulos vienen con otro tipo de especificaciones, como intensidades de luz a pleno Sol, intensidades menores en otras condiciones, como 1/4 de Sol. Esto se hace para simplificar la selección del módulo. 1/4 de Sol es una unidad típicamente usada para dispositivos electrónicos portátiles, y también se usa a veces como umbral de intensidad.



Ejemplos de Cálculos para Aplicaciones que se Alimentan Directamente del Módulo Solar



Ejemplo 1: Una radio requiere 9 mA a 3 Volts para operar. Usted desea que la radio funcione con cualquier iluminación de sobre un 20% de la intensidad de pleno Sol.



Imod = Imin x 100% / Lmin


Imod = 9mA x 100% / 20%


Imod = 45mA



Por lo tanto, usted necesita un módulo que entregue 45mA a 3V bajo condiciones de iluminación de pleno Sol.



Ejemplo 2: Similar al Ejemplo 1, pero usando una iluminación de oficina:. Lmin = 0.4%.



Imod = Imin x 100% / Lmin


Imod = 9mA x 100% / 0.4%


Imod = 2250mA



Necesitaría un módulo que produzca 2250mA a 3V bajo condiciones de iluminación de pleno Sol. Este es un módulo muy grande para una radio. Una mejor solución sería usar un módulo más pequeño y una batería recargable, la cual sería cargada por el módulo mientras se lo coloque mirando por una ventana.



Ejemplo 3: Usted quiere un LED intermitente para ponerlo en un display en un punto de compra, bajo la iluminación de una tienda. El circuito requiere un promedio de 0.1mA a 2.4 Volts para encender 5 LEDs. De la tabla de arriba vemos que la iluminación de una tienda entrega Lmin = 1.3%



Imod = Imin x 100% / Lmin


Imod = 0.1mA x 100% / 1.3%


Imod = 7.7mA



Por lo tanto, necesitaría un módulo que produzca 7.7mA a 2.4V bajo condiciones de pleno Sol. Alternativamente, puede mirar las especificaciones de baja iluminación, donde el rendimiento está dado por 0.4% de pleno Sol (unos 400 Lux). Esto puede ser normalizado a un nivel de 1.3%





Calculos para Sistemas que Requieren Baterías



Consideraciones sobre el Voltaje


Para aplicaciones de recarga de baterías, el voltaje de operación del módulo debería ser como mínimo igual de alto que el voltaje de carga de la batería. Este voltaje es más alto que el voltaje de salida de la batería. Por ejemplo, una batería NiCd que tiene un voltaje de salida de 1.2 Volts requeriría 1.4 Volts para poder recargarla. Una batería de ácido de 12 Volts necesita un voltaje de carga de unos 14 a 15 Volts. En los casos donde se necesite un diodo para evitar que la batería se descargue hacia el módulo durante la noche, el módulo necesitará un voltaje adicional de 0.6 Volts.. Por ejemplo, un pack de 3 baterías de NiCd, con un voltaje de operación de 3.6 Volts, necesitará un módulo de 4.2 or 4.8 Volts, dependiendo si se usa o no un diodo rectificador.



¿Es necesario un diodo rectificador?


Cuando el módulo solar está en la oscuridad y conectado a una batería, éste se comporta como un diodo conduciendo en forma directa, por lo que puede descargar la batería. Esto no es tan problemático para los módulos hechos de silicona amorfa, pero sí lo es para los módulos cristalinos simples, de todos modos podría convertirse en un problema si se dejan en la oscuridad por un porcentaje muy grande de tiempo. La tasa de salida también cae dramáticamente si el voltaje en circuito abierto del módulo es significativamente mayor que el voltaje de salida de la batería. Para aquellas aplicaciones que reciben Sol diariamente, los diodos pueden no ser innecesarios si el módulo está correctamente dimensionado. Si la aplicación va a estar dentro de un cajón a oscuras por un período extendido de tiempo, entonces sería recomendable el uso de un diodo rectificador. Cada aplicación debería ser evaluada individualmente para saber si es indispensable o no el uso de un diodo.



Cálculo de la Corriente



1.   

Calcule la corriente promedio: Iavg. Este valor es igual al producto entre la corriente necesaria para la aplicación y el ciclo de trabajo.

2.   

Estime la iluminación promedio en el módulo, Lavg (por ejemplo 4 horas de pleno Sol al día da un promedio de Lavg = 4/24 = 16.6% de iluminación promedio de pleno Sol al día). Vea la tabla de arriba para ayudarse en esto.

3.   

Calcule la corriente requeria por el módulo. Imod = Iavg x 100% / Lavg.

4.   

Seleccione un módulo que se adapte a los requerimientos de voltaje y corriente Imodcalculada recientemente.



Ejemplos de Cálculos para Aplicaciones que usan Baterías



Ejemplo 1: Le gustaría dejar una luz en el jardín funcionando 8 horas durante la noche. La luz consume 20mA y usted estima que recibirá el equivalente a 4 horas de pleno Sol al día.



Iavg = Iapp x ciclo de trabajo


Iavg = 20mA x 8hr / 24hr


Iavg = 6.67mA



Lavg = 100% x 4hr/24hr


Lavg = 16.67%



Imod = Iavg x 100% / Lavg


Imod = 6.67mA x 100% / 16.67%


Imod = 40mA



Ejemplo 2: Un teléfono móvil consume 3mA en modo inactivo (standby) y 300mA en modo de uso. Se asume que el teléfono será usado para hablar un promedio 10 minutos al día, por lo que permanecerá en modo inactivo por 23hrs y 50 minutos. Se estima que el teléfono recibirá un equivalente de 2 horas de Sol directo al día. Encuentre el tamaño del módulo apropiado para mantener el teléfono cargado.



Iavg = Iapp x ciclo de trabajo


Iavg = {3mA x [(23hr 50 min)/24hr]} + [300mA x (10min/24hr)]


Iavg = {3mA x [(23hr x 60min) + 50 min]/(24hr x 60min)] + {300mA x [10min / (24hr x 60min)]}


Iavg = [3mA x .993] + [300mA x .0069]


Iavg = 5.05mA



Lavg = 100% x 2hr/24hr


Lavg = 8.33%



Imod = Iavg x 100% / Lavg


Imod = 5.05mA x 100% / 8.33%


Imod = 60mA



Si el voltaje de carga del teléfono es 6V, usted va a necesitar un módulo de 6V y 60mA como mínimo para suplir las necesidades desde el módulo solar.



Ejemplo 3: Un bote de pesca tiene un sistema de baterías de 12 Volts, el cual alimenta un motor de propulsión y un equipo electrónico de búsqueda profunda. El bote se usa 4 días todos los meses, y requiere un promedio de 2A para 6 horas de uso al día. Se estima que el bote recibe un promedio de 4.5 horas de Sol al día. Calcule el tamaño necesario del módulo solar, considerando el ciclo de uso mensual.



Iavg = Iapp x ciclo de trabajo


Iavg = 2A x [(4 x 6hr)/30 days]


Iavg = (2A x 1000mA/1A) x (24hr / 720hr)


Iavg = 2,000mA x 0.0315


Iavg = 63mA



Lavg = 100% x 4.5hr/24hr


Lavg = 18.75%



Imod = Iavg x 100% / Lavg


Imod = 63mA x 100% / 18.75%


Imod = 336mA



Por lo tanto, si el bote se usa 4 días al mes, con los días igualmente separados (una vez a la semana), un módulo de 14V y 400mA debería ser suficiente para almacenar la energía necesaria para que el bote funcione. Pero si el bote se llegara a usar 2 dias consecutivos, no habría transcurrido suficiente tiempo para cargar totalmente la batería antes del siguiente dia de uso. Si la capacidad de la batería es suficiente, esto no sería un problema, pero si la capacidad de la batería es tal que sólo puede almacenar energía para un día de uso, entonces sería necesario hacer nuevamente los cálculos para una mayor capacidad de carga y para un ciclo de uso diario.






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