Alimentación del sistema Arduino mediante energía solar

Hoy en la Buhardilla vamos a ver como podemos utilizar la energía solar para alimentar a nuestros sistemas. Uno de los problemas a los que tenemos que hacer frente cuando queremos usar un sistema Arduino es como vamos a proporcionar la energía que necesita para su funcionamiento. Si bien es cierto que en el caso de que lo utilizamos en interiores este problema es mínimo (siempre vamos a encontrar un enchufe donde conectarlo) en el caso de hacer el montaje en exterior es necesario buscar alternativas para no depender de una toma de corriente, ganando así en flexibilidad. Es en este punto es donde la utilización de las placas fotovoltaicas y las baterías cobran una gran importancia, puesto que nos van a permitir instalar nuestro sistema en cualquier parte. A continuación vamos a ver como podemos construir nuestro sistema de cargador fotovoltaico para alimentar los proyectos hechos con Arduino. Sin más dilación empecemos.

Material

• Arduino
• Placa solar 4 V
• Diodo
• Controlador de carga
• Batería 3.7 V y 3000 mAh
• Potenciador USB

Lo primero que vamos a hacer será conectar el diodo a la salida del canal positivo de la placa solar, recordar que el diodo tiene dirección, así que conectaremos la salida positiva de la placa solar a la parte negativa del diodo (de esta manera vamos a evitar que se dañe la placa solar), de esta manera evitaremos que la electricidad circule en la dirección contraria. A continuación conectaremos la pare positiva del diodo a la entrada marcada como ‘+’ del controlador de carga. La salida marcada como ‘-‘ la conectaremos a la salida negativa de la placa solar. El cargador tiene un par de salidas extras que conectaremos a la batería, la salida marcada como ‘B+’ a la parte positiva de la batería. Del mismo modo vamos a conectar la salida ‘B-‘ a la parte negativa de la batería. De esta manera ya tendremos el sistema preparado para gestionar la carga de la batería. Para poder conectar Arduino a la batería y que este funcione correctamente solo nos queda conectar el potenciador, (puesto que la batería usada es de 3.7 V y Arduino trabaja a 5 V). Este equipo nos va a permitir incrementar el voltaje dado por la batería y así alimentar Arduino, con el voltaje adecuado para garantizar el correcto funcionamiento de Arduino.

Una vez pasamos por el potenciador, este nos va a aumentar el potencial de 3.7 V proporcionado por la batería a los 5 V que necesita Arduino (tanto Arduino Uno como Nano) para su correcto funcionamiento. En este momento, ya podemos alimentar a nuestro Arduino. En este momento tenemos dos opciones para proporcionar la energía a Arduino. La primera de ellas es utilizar la salida USB del potenciador (la mayoría de equipos del mercado vienen con la salida USB ya montada) y conectar con Arduino mediante su entrada USB. La segunda opción, consiste en alimentar Arduino mediante los pin’s ‘V_in‘ y GND. En este caso vamos a conectar el pin ‘5V’ del potenciador al pin ‘V_in‘ de Arduino. Para finalizar, conectaremos uno de los ‘GND’ del potenciador con uno de los ‘GND’ de Arduino. Con estos sencillos pasos ya tendremos nuestro sistema preparado para alimentarse mediante la alimentación de la placa solar y lograr así un sistema 100 % autónomo.

La configuración mostrada en esta entrada es la configuración base para poder realizar distintos proyectos. A partir de este momento se pueden conectar distintos sensores o equipos tanto al Arduino como a la batería para lograr que el sistema efectúe las funciones deseadas. Como vimos en entradas anteriores, una buena manera de ahorrar energía cuando tenemos Arduino conectado en una batería es utilizar el ‘Modo Sleep‘, de este modo se puede alargar el tiempo útil de la carga de la batería. A continuación vamos a proceder a mostrar como podemos calcular de manera rápida el tiempo que puede estar el sistema trabajando con una única carga de la batería, en el supuesto que esta no se pueda cargar porque hace un día nublado o de lluvia, por ejemplo. Así, en función del sistema que queramos montar y de las características de este, podremos dimensionar tanto el tamaño de la batería.

Batería

Para poder ver la capacidad de la batería que tendremos que utilizar es importante conocer el consumo de energía que vamos a consumir durante el periodo en que Arduino está funcionando y durante el tiempo en que está en el ‘Modo Sleep’. Para calcular el consumo medio de Arduino usaremos la fórmula:

• Consumo medio (Cm) = (Ton*Ion + Toff*Ioff ) / (Ton +Toff)
• Ton (Arduino activo) = 60 s
• Ion (consumo de Arduino) = 52 mA
• Toff (Arduino inactivo) = 29 min -> 1740 s
• Ioff (Consumo Arduino) = 31 mA

Con las condiciones marcadas, el consumo medio (Cm) es de 32 mA. Como el sistema trabaja con un voltaje de 5 V (Vo). La potencia media (Pm) del sistema será:

• Pm = Vo* Cm ->5*32 -> 160 mW

La potencia que nos pueda aportar la batería será de 11100 mWh (3.7*3000 mAh). Con toda esta información podemos calcular el tiempo en que la batería estará activa antes de quedar totalmente desconectada.

• Vida de la batería = 11100/160 -> 69 h -> 2.9 días

De esta manera tenemos que con la batería seleccionada y con las condiciones de trabajo del sistema, este tendrá autonomía durante 2.9 días solo trabajando con la batería. En el caso de que queramos más autonomía podemos utilizar una batería de más capacidad, mejorado de esta manera la autonomía del sistema.

Como hemos visto, es muy sencillo poder realizar la alimentación de nuestros sistemas de manera autónoma mediante la utilización de placas solares y con la batería podemos alargar el tiempo en que el sistema estará operativo y realizando las funciones para lo que ha sido diseñado. Espero que esta entrada os haya servido de ayuda, para poder implementar las placas solares en los distintos proyectos.

Saludos y hasta la próxima aventura!!!