Cómo hacer un regulador de carga mixto (panel solar y aerogenerador)

Desde hace bastante tiempo, en ComoHacer.eu estamos promoviendo las energías renovables y el uso y reuso responsable de los materiales, como ejemplo de ello tenemos el tutorial que traducimos del gran Michael Davis sobre cómo hacer un panel solar fotovoltáico y un aerogenerador casero, en el cual, en este último, añadimos el diseño y fabricación de un regulador de carga o controlador de carga. Con el tiempo Mike descubrió un nuevo diseño bastante más eficiente y barato para hacerlo y hoy os lo traemos aquí para que podáis disfrutar de él.

Como portada de este artículo tenemos un esquema simple de la distribución de un sistema completo de energías renovables para la obtención de electricidad a través del viento y el sol. Como podemos observar, el regulador de carga ocupa un lugar protagonista en este sistema, y no es para menos, ya que es el encargado de decir cuando deben cargarse las baterías y cuando se debe tirar la electricidad generada a la carga ficticia para no dañarlas. Vamos a ver que es lo que nos hace falta para hacer nuestro regulador de carga:

Materiales del regulador de carga

• Regulador de voltaje 5v (7805).
• Integrado NE555.
• 2 pulsadores SPST-NC.
• 1 LED verde.
• 1 LED amarillo.
• Relé de coche de 40A.
• Diodo rectificador 1N4001.
• 2 resistencias variables de 10kΩ.
• 3 resistencias de 1kΩ, 1/8w, 10%.
• 1 resistencia de 330Ω, 1/8w, 10%.
• 1 resistencia de 100Ω, 1/8w, 10%.
• Transistor 2N222 NPN.
• Transistor IRF540 MOSFET.
• 1 condensador de 0,33μF, 35v, 10%.
• 1 condensador de 0,1μF, 35v, 10%.

Procedimiento

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Teniendo como base el esquema que vemos arriba, podemos empezar a construir el regulador de carga a nuestro gusto ayudándonos de herramientas del estilo Eagle, que tiene una versión gratuita, u OrCAD, o simplemente usar una placa de pruebas para montar nuestro diseño al vuelo. Digo construirlo a nuestro gusto porque los componentes que tengamos por casa pueden no tener la misma fisionomía y con lo cual no nos encajarían correctamente.

De todas formas, un colega de Mike, Jason Markham, creó un boceto para una placa impresa que os dejo a continuación después de haberle mejorado un poco la calidad, ya que la imagen que nos dejan ellos es muy pequeña y con poca definición:

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Según nos indica Mike, este rediseño ha sido pensado desde la base para que sus partes se encuentren fácilmente en las tiendas de electrónica y sean lo más baratas posible. El integrado 555 es el más famoso de los de su especie, el regulador a 5v es de los más comunes en el mercado y todas las resistencias que él usa son de 1/8 de vatio, pero pueden ser sustituibles sin problemas por las de 1/4 de vatio. El relé es el componente más caro con diferencia de la instalación, y esto es debido a que la intensidad a la que puede trabajar es muy elevada para instalaciones pequeñas, pero si tienes pensado ir aumentando la misma progresivamente, es muy recomendable. Además es muy fácil de encontrar, a continuación te dejo las conexiones internas del mismo y su nomenclatura para que lo tengas sin problemas a la vista:

Una vez tengamos el circuito montado, tendremos que calibrarlo desde los potenciometros usando los 11,9v de carga mínima en las baterías y 14,9v como carga máxima antes de tirar la energía a la carga ficticia. Recordamos que la carga ficticia solo hay que usarla obligatoriamente cuando tenemos una turbina de viento en el circuito, si sólo tenemos paneles solares, la carga ficticia puede dejarse abierta.

La mejor manera de hacer el ajuste es usar una fuente de alimentación variable en el terminal del banco de baterías para así poder seleccionar el voltaje mínimo y máximo para la carga de las mismas. Ponemos la fuente de alimentación a 11,9v y medimos con un polímetro en el punto de testeo 1 para ajustar la resistencia variable R1 hasta que obtengamos 1,667v y luego ponemos la fuente de alimentación a 14,9v y medimos en el punto de testeo 2, ajustando la resistencia variable R2 para obtener 3,333v.

Una vez tengamos el ajuste realizado, variamos la fuente de alimentación desde los 11,7v hasta los 15,5v y deberemos escuchar el relé haciendo el cambio justo al llegar a los valores requeridos anteriormente. Los botones de carga de las baterías y carga ficticia los podremos usar para cambiar el estado a nuestro gusto cuando las baterías estén entre los valores requeridos (11,9v y 14,9v). Hay que tener en cuenta que estos valores los vamos a calibrar sin una carga conectada, por lo que en su uso normal, los valores serán mucho más óptimos para alargar la vida de las baterías.

Una vez hayamos terminado de hacer todas las calibraciones y comprobaciones de que el circuito funciona perfectamente, podemos incluirlo todo dentro de una caja para tenerlo correctamente ordenado. Se puede ver que se ha incluido un fusible al montaje además de todas las conexiones externas e internas requeridas para que el uso sea mucho más sencillo. En este caso la caja tiene una tapa transparente, por lo que Mike no vio necesario hacer unos agujeros extras para sacar los LEDs indicadores.

Podemos observar los botones de conmutación a las baterías para su carga (Charge) y el botón para tirar la energía a la carga ficticia (Dump). Por el otro lado tenemos las conexiones necesarias para la carga ficticia (Dump), la entrada desde los paneles solares/aerogeneradores (Input, hasta 40A, recuerda), y la salida hacia el banco de baterías (Battery), además de sus correspondientes conexiones a masa (GND).

Hay que tener muy en cuenta que a la hora de realizar las conexiones, lo primero que deberemos conectar son las baterías, con esto evitaremos una posible avería debido a que los paneles y aerogeneradores pueden estar generando corriente en el momento de la conexión. Como ya comentamos anteriormente, si tienes pensado usar un aerogenerador en este regulador de carga, será necesario usar la carga ficticia, que no es más que una resistencia de gran tamaño o parecido, con esto evitaremos que el aerogenerador se dañe con vientos muy altos ya que proporcionará una frenada eléctrica al motor y las aspas, al igual que hacen las baterías cuando están siendo cargadas.

Otro detalle muy importante es que al ser un regulador de carga en el que todas las entradas van al mismo punto, necesitaremos usar un diodo de bloqueo en cada uno de los sistemas (aerogeneradores y paneles solares) para evitar que se alimenten entre ellos. Esto es algo altamente necesario aunque tengamos un solo dispositivo funcionando ya que de no colocar los diodos de bloqueo, los sistemas podrían descargar las baterías mientras no se esté generando energía.

A continuación os dejo un vídeo que grabó Mike del funcionamiento del sistema con un solo panel solar montado y sin carga ficticia conectada, además se puede apreciar que la batería que tiene está completamente cargada, por lo que si se selecciona la carga de la misma, el regulador de carga vuelve a conmutar hacia la carga ficticia, que en este caso concreto es circuito abierto:

Pinche aquí para ver el vídeo

Para los más puristas, el siguiente paso del montaje sería encapsularlo todo en un sistema portátil o compacto y añadirle un inversor para poder conectar aparatos de uso doméstico, o colocar un conector de mechero de coche a 12v, es cuestión de dejar volar tu imaginación.

¿Y tu que, te animas a ser autosuficiente con estos sistemas de energías renovables?

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