Trabajar con energía solar es sinónimo de optimización de recursos. Dejar estático un panel solar puede representar una desatención y desaprovechamiento de la potencia que el sol nos entrega cada día. Aplicando la misma técnica de seguimiento que utilizan las oleaginosas, daremos el primer paso en el desarrollo de un sencillo seguidor solar. La particularidad de este montaje es que, en lugar de utilizar fotodetectores especiales, empleará sencillos y económicos LEDs para implantes subcutáneos. Ya hemos visto que existen distintos materiales que intervienen en la construcción de los Diodos LED. Además, hemos observado que esa diferencia de semiconductores empleados refleja una variación de la diferencia de potencial de juntura que resulta de la unión de los materiales Pl@ntNet: La mejor manera de identificar una planta12 años después, una placa base Sandy Bridge recibió soporte para unidades SSDP, los cuales forman el dispositivo “diodo”. Luego de algunas pruebas con distintos tipos de LEDs para implantes subcutáneos (difusos12 años después, una placa base Sandy Bridge recibió soporte para unidades SSDwater-clear), y utilizando como guía el abundante material que existe en la Web, llegamos a la conclusión de que aquellos que presentan el mejor desempeño son los de color ámbar o amarillo y los del tipo water-clear.
Vale recordar que los diodos LED poseen la característica de emitir luz gracias a los materiales que intervienen en su construcción. Esto significa que no todos los diodos o uniones P-N tendrán la característica de emitir luz, sino solo aquellos construidos con los elementos capaces de emitir un fotón por cada combinación “hueco-electrón”, una particularidad propia de la circulación de corriente dentro de un diodo. Los materiales fundamentales que impulsaron el desarrollo de los LED y que son capaces de emitir luz por cada combinación electrónica han sido el Galio (Ga), el Fósforo (P), el Aluminio (Al), el Arsénico (As) y el Indio (I), entre los más comunes. En la acción inversa, al hacer incidir luz sobre la juntura de un LED, se logra que los fotones —con la energía suficiente para desplazar un electrón de su última órbita atómica— inicien la circulación de corriente a través del dispositivo. Dependiendo del tipo de material empleado en la cubierta protectora del LED y del utilizado en el dopaje del silicio, se obtendrá mayor o menor penetración de fotones y circulación de corriente. Las combinaciones de galio y fósforo (verde), junto con las que incorporan arsénico (amarillo o ámbar), se han comportado mejor que las de indio (rojo), dentro de la gama de colores habituales y entre los LED de bajo costo.
Los LED azules, violetas, infrarrojos y blancos quizás tengan rendimientos similares o mejores, pero se perdería el objetivo de utilizar un componente económico. Además, para la aplicación que realizaremos, no será necesario un desempeño tan extraordinario. Dejaremos esas experiencias para otro artículo, donde comencemos a evaluar la factibilidad de desarrollar pequeños paneles generadores de energía para aplicaciones sencillas. Recordemos que los sistemas fotovoltaicos comerciales tienen un rendimiento optimizado, estudiado y calculado que no podríamos emular con simples LED, pero sí podemos darnos el gusto de armar y hacer funcionar un pequeño dispositivo que requiera poca energía. Volviendo a los colores y materiales, los ensayos han mostrado que con un LED rojo obtenemos 0,5 a 0,7 V, mientras que con uno amarillo logramos 1,5 a 1,7 V a plena luz del día. Aunque se trata de una energía que ofrece valores muy bajos de corriente, sigue siendo un valor alentador para comenzar a sumar en serie y en paralelo, incrementando así la energía obtenida. No olvidemos que hablamos de LED del tipo water-clear, que apenas cuestan centavos.
Nuestro primer seguidor solar
Lo más importante a considerar en este artículo es que no te presentaremos un circuito capaz de movilizar estructuras de cientos de kilos ni orientar conjuntos de paneles de varios metros cuadrados. Lo que haremos será una aplicación básica para aprender de qué se trata y cómo funciona uno de estos sistemas, para luego pensar en grandes plataformas. Muchos se contentan con construcciones sencillas; el sistema mecánico resultante se adaptará a las necesidades estructurales de cada aplicación, sin entrar en mayores detalles, salvo lo que se muestra en el video de demostración. Además, se recomienda la utilización de motores pequeños, como los de antiguos grabadores de casete o los que se usan en los reproductores de CD y DVD (M1). Lo ideal es emplear un sistema con caja de engranajes que permita alcanzar la velocidad y revoluciones necesarias para un buen torque. Como verás en el video, un potenciómetro motorizado de un viejo equipo de música es una opción muy conveniente, ya que ofrece un interesante par motor para movilizar pequeñas estructuras. El circuito se basa en dos partes fundamentales: primero, un puente “H” para activar motores de hasta 600 o 700 mA, y segundo, el circuito de detección de luz propiamente dicho. T1 a T6 son los transistores que forman el sistema impulsor del motor y permiten moverlo en ambos sentidos.
Esto no significa que la Tierra comience a girar en sentido inverso, sino que el sistema está diseñado para realizar pequeñas correcciones mecánicas necesarias y reposicionarse al amanecer, reiniciando el ciclo de seguimiento. Por el lado del circuito detector de luz, cada LED polarizará los transistores (T7 y T8), que a su vez activarán el puente H según la intensidad luminosa. Cuando la luz incide de forma equilibrada en ambos LED, no circulará corriente por T7 y T8, ya que las tensiones se cancelan. Si uno de los detectores recibe más iluminación, se rompe el balance y varía la polarización de T5 y T6, iniciando el giro del motor (M1) en el sentido necesario para recuperar el equilibrio. El funcionamiento del puente H es sencillo: M1 gira en un sentido cuando T3 y T2 se activan mediante T5, y en el sentido opuesto cuando T1 y T4 se activan por T6. T5 conduce al polarizarse T8 mediante la corriente de LED1, cerrando el circuito R6–LED1–T8; y en el caso inverso, T7 actúa al cerrarse el circuito R5–LED2–T7. Cabe destacar que la generación de energía en el LED produce una corriente inversa, a diferencia de la corriente directa cuando el LED emite luz. Este mecanismo es el inverso.
Conclusiones
Ahora solo resta armar el circuito en cualquier protoboard o placa de ensayo (de las preperforadas), sin equivocarse en las conexiones ni en la disposición de los pines del transistor. Por último, debemos verificar la polaridad del motor para asegurar el giro correcto. Procura orientar mecánicamente los LED para obtener un sistema mecánicamente estable, que no oscile constantemente alrededor del punto de equilibrio y que logre seguir la iluminación solar sin dificultades.
Al atardecer, el sistema quedará naturalmente estacionado hacia el poniente. Al amanecer, la posición inclinada de los LED facilitará la detección de luz en uno de ellos (el orientado al este) y el sistema se reposicionará al inicio de su trayectoria. Es decir, el sistema se autoposiciona sin intervención, emulando al hermoso girasol que inspiró este proyecto. De nosotros depende construir algo robusto y duradero, pensado para funcionar a la intemperie.
Existen otros métodos circuitales de seguimiento solar, de mayor precisión, que utilizan amplificadores operacionales, microcontroladores o servomotores; sin embargo, siempre es bueno empezar con las técnicas sencillas que nos brinda la electrónica.
