Rediseño, optimización y producción de fuente fotovoltaica … · 2016. 4. 23. · design ergonômico adaptável ao corpo, leve e multi-funcional. Juntamente com o estudo técnico,

Capitán Jaime Hernán Rojas Parra*

Intendente Jefe Reinel Giovanni Aza Torres**

Subintendente Jhonny Sarmiento Tavera***

Patrullero Carlos Javier Beltrán****

Rediseño, optimización y producciónde fuente fotovoltaica portatil (Fase II)*****

Redesign, Optimization and Productionof Photovoltaic Power Pack (Phase II)

Redesenho, Otimização e Produçãode Fonte Fotovoltaica Portátil (Fase II)

Fecha de recepción del artículo: 27 de mayo de 2010.Fecha de aceptación del artículo: 16 de julio de 2010.

*Docente y jefe del Área de Investigación, Escuela de Telemática y Elec-trónica, Policía Nacional de Colombia. Director del Grupo de Investiga-ción ESTEL-DINAE. Correo electrónico: [email protected].**Coordinador de los semilleros de investigación y docente e in-vestigador, Escuela de Telemática y Electrónica, Policía Nacionalde Colombia. Correo electrónico: [email protected].***Auxiliar de investigación, estudiante Escuela de Telemática y Elec-trónica, Policía Nacional de Colombia. Correo electrónico:[email protected].

****Auxiliar de investigación, estudiante Escuela de Telemática y Elec-trónica, Policía Nacional de Colombia. Correo electrónico:[email protected].*****Artículo de investigación científica y tecnológica resultado deltrabajo que los autores adelantan en el Grupo de Investigación ES-TEL-DINAE, registro Colciencias COL0085075, categoría D (2010), quepertenece a la Escuela de Telemática y Electrónica, Policía Nacionalde Colombia.

ResumenEste artículo presenta los resultados de la investiga-ción institucional desarrollada por la Escuela de Tele-mática y Electrónica de la Policía Nacional de Colom-bia en el año 2010, proceso científico y tecnológicoque tuvo como objetivo central de estudio el redise-

ño, optimización y producción de una fuente fotovol-taica portátil (Fase II) que permitirá que los operati-vos o procedimientos en área rural se desarrollen conmás precisión y autonomía porque brinda herramien-tas al personal, garantiza la sostenibilidad de las co-municaciones, así como la de los demás de equiposelectrónicos que por su naturaleza son indispensa-bles en este tipo de eventos y que por imperiosa ne-cesidad requieren una fuente generadora de energíaeléctrica.

Policía Nacional de Colombia

Revista LOGOS CIENCIA &TECNOLOGÍA ISSN 2145-549X,Vol. 2, No. 1, Julio - Diciembre 2010, pp. 45-50

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Dirección Nacional de Escuelas/Vicerrectoría de Investigación

I. Artículos de investigación

Desarrollada en su fase inicial por estudiantes de laEscuela en el año 2009, este estudio ha enfocado enesta nueva fase la investigación para llevar el produc-to a su óptimo rendimiento, funcionamiento y senci-llez, valiéndonos de equipos electrónicos, desarrollode diseño ergonómico adaptable al cuerpo, ligero ymultifuncional. De igual manera este proyecto tienegran aplicabilidad para las unidades que desarrollanactividades de patrullaje rural, erradicación de culti-vos, protección de oleoductos a nivel institucional,pero a su vez podría ser utilizado por el Ejército Na-cional, las patrullas guarda costas y los grupos de sal-vamento y rescate. En este orden de ideas se buscagenerar una disminución en los costos de las opera-ciones y un aumento en la calidad de las mismas, parapermitir, de esta forma, dar más y mejores resultados.

Palabras claveFotovoltaico, Paneles Solares, Baterías, Ergonomía,Electrónica, Energía, Servicio de Policía.

AbstractThis article presents the results of an institutional resear-ch developed by the Telematics and Electronics Schoolof the National Police of Colombia in 2010, a scientificand technological process which had a focus of study:the redesign, optimization and production of a portablephotovoltaic power (Phase II), that will let the operatio-ns or procedures in rural areas developed with moreprecision and autonomy. The previous fact provides thestaff with tools, ensuring the sustainability of communi-cations, as well as other electronic equipment that be-cause of their nature are essential in this kind of eventsand that out of necessity require a source of electricalenergy.

This study, in its early stages, is developed by studentsfrom the School in 2009 and it has projected in this newphase doing some research to raise the product to itsoptimum performance, simple operation. The previousobjective will be carried out by the use of electronic equi-pment, the development of ergonomic, adaptable to thebody, light and multifunctional designs and the techni-cal study. Moreover, this project has great applicabilityfor the units that are involved in rural patrol, crop eradi-cation, protection of pipelines at the institutional level,but it could be used as well by the national army, coastguard patrols and search and rescue groups. Regardingthe previous statement, this study looks at decreasingtransaction costs and increasing their quality by assu-ring more and much better results.

Key wordsPhotovoltaic Solar Panels, Batteries, Ergonomics, Elec-tronic, Energy, the Police Service.

ResumoEste artigo apresenta os resultados da pesquisa insti-tucional desenvolvida pela Escola de Telemática e Ele-trônica da Polícia Nacional da Colômbia em 2010. Oprocesso científico e tecnológico teve como objetocentral de estudo o redesenho, a otimização e a pro-dução de energia portátil fotovoltaica (Fase II), per-mitindo que as operações ou procedimentos em áreasrurais sejam desenvolvidas com mais precisão e au-tonomia, pois fornecem ferramentas para o pessoal,garantindo a sustentabilidade das comunicações, bemcomo a outros equipamentos eletrônicos que, por suanatureza, são essenciais neste tipos de ambiente e que,em caso de necessidade precisam de uma fonte deenergia elétrica.

Desenvolvido em sua fase inicial por alunos da Escolaem 2009, este estudo tende a se concentrar em umanova fase de investigação para trazer ao produto aotimização de seu desempenho, funcionamento e sim-ples operacionalidade no aproveitamento de equipa-mentos eletrônicos, bem como o desenvolvimento dedesign ergonômico adaptável ao corpo, leve e multi-funcional. Juntamente com o estudo técnico, de mer-cado e financeiro, o projeto tem grande aplicabilida-de para as unidades que estão envolvidas na patrulharural, na erradicação de culturas, na proteção de óleo-dutos a nível institucional, e por conseguinte, poderiatambém ser usado pelas Forças Armadas nas patrul-has de guarda costeira e pelos grupos de busca e sal-vamento. Nesse sentido, busca-se a redução nos cus-tos de operação e o aumento de sua qualidade, per-mitindo assim, gerar mais e melhores resultados.

Palavras-chavePainéis solares fotovoltaicos, baterias, ergonomia,energia, eletrônica, serviço de Polícia.

INTRODUCCIÓN

La Policía Nacional de Colombia cuenta con equiposde alto desempeño que prestan sus servicios en uni-dades especializadas, como los grupos EMCAR (Es-cuadrones Móviles de Carabineros) y otras unidadesque desarrollan actividades de patrullaje rural, erradi-cación de cultivos, protección de oleoductos a nivelinstitucional, igualmente el Ejército Nacional, las pa-trullas guarda costas y los grupos de salvamento y res-

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En este orden de ideas, se hizo necesario optimizar laprimera fase del maletín fotovoltaico diseñado porestudiantes de la Escuela de Telemática y Electrónica,con el rediseño, optimización y producción de unafuente fotovoltaica portátil fase II, que consta de unsistema de recarga solar alternativa basada en efectofotovoltaico para alimentación eléctrica en circuitoselectrónicos de energía y carga, para esto, se llevó acabo un diseño, adaptación y montaje para el funcio-namiento, protección y vida útil del sistema, así mis-mo, esta investigación se enfocó a llevar el productoa su óptimo rendimiento, funcionamiento y sencillezcon la utilización de equipos electrónicos, desarrollode diseño ergonómico adaptable al cuerpo, ligero ymultifuncional, consecuente con el estudio técnico,de mercado y financiero que se realiza paralelamenteen todo momento de la investigación, confiriendodatos que permitieran su análisis para establecer loselementos técnicos a utilizar. Se llegó así a una solu-ción reflejada en un producto tecnológico con un altorendimiento y desempeño logístico, técnico y tecno-lógico para cumplir con la función correspondienteen la Institución policial en sus respectivos gruposoperativos de áreas rurales, selváticas o lejanas de laciudad, sin perder comunicación y el funcionamientode equipos electrónicos.

Es determinante la optimización del elemento sopor-tado en el análisis científico y estudio investigativoque decrete la fiabilidad y confiabilidad ante la nece-sidad, encauzada en entregar un producto de calidad,consecuencia, tamaño, viabilidad, costo y todas lasvariables a tomar. Es de tener en cuenta que el mundotecnológico es cambiante minuto a minuto, con unalto grado y desarrollo de nuevos componentes elec-trónicos que con sus características mejoradas serántomadas en este proyecto, como el caso de los nue-vos módulos o paneles solares flexibles, una elecciónpara aplicaciones en exteriores, con lámina protecto-ra compuesta de silicona RTV que proporciona unpaquete herméticamente sellado, para aquellos am-bientes inclementes, con conductores de cobre recu-bierto de estaño, ligeros y más compactos con la ca-racterística general de gran absorción de luz solarcertificado y evaluado por la empresa fabricante, ade-más de su vida útil, versatilidad, plegables con siste-ma redundante para ayudar a proporcionar energíaen caso de avería de alguna sección

Así pues, con la implementación de nuevos mecanis-mos y tecnologías innovadoras en la fuente fotovol-taica existente, se puede llegar a garantizar una signi-

cate como lo son Defensa Civil y la Cruz Roja entreotros, tienen la necesidad de contar con un dispositivoespecializado para alimentar los equipos electrónicosindispensables en las operaciones.

Ante las anteriores circunstancias, y con uso de losconocimientos científicos y tecnológicos disponibles,la Escuela de Telemática y Electrónica de la PolicíaNacional de Colombia ha planteado el rediseño, opti-mización y producción de una fuente fotovoltaicaportátil (fase II) que responda a las necesidades derendimiento, funcionamiento, sencillez, versatilidad,economía, ergonomía adaptable al cuerpo, ligero ymultifuncional ajustable a las necesidades de los gru-pos especiales de la Policía Nacional en un principio ydemás estamentos del Estado, y de fácil acceso a lasdiferentes unidades que estén ubicadas a lo largo yancho de la geografía nacional.

Para tal fin, el Área de Investigación de la Escuela deTelemática y Electrónica inició el proceso investigati-vo de rediseño, optimización y producción de unafuente fotovoltaica, sobre la primera fase desarrolla-da en la Escuela la cual fue diseñada por estudiantesdel Curso 005 del programa Técnico Profesional enTelemática, fase inicial del dispositivo objeto de opti-mización que técnicamente se caracterizaba por con-tar con un sistema de alimentación por paneles sola-res, con un banco de baterías tipo secas, un control yun conversor de voltaje, que le daba autonomía limi-tada a la capacidad de almacenamiento y al porcen-taje de carga recibida por los paneles solares, sinmencionar el peso del mismo, limitando su capaci-dad operativa en su campo de acción.

Fig. No. 1. Fuente Fotovoltaica Portátil Fase I


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ficativa capacidad operativa y de operacionalidad deldispositivo, una disminución de los riesgos a los quea diario se ven enfrentados nuestros uniformados enlas diferentes actividades, especialmente los gruposoperativos con incidencia directa sobre las accionesoperativas de la Policía Nacional.

1. METODOLOGÍA

Problema de Investigación

La Policía Nacional ha extendido su cobertura para pres-tar un óptimo servicio y combatir las bandas crimina-les en zona rural, por lo que además debemos tener encuenta que las comunicaciones son esenciales para larealización de las misiones.

En el desarrollo de los operativos de erradicación decultivos ilícitos, desmantelamiento de fábricas de nar-cóticos, destrucción de pistas clandestinas, neutraliza-ción de bandas criminales y narcoterroristas se pre-senta el inconveniente de no tener fuentes de energíaeléctrica para recargar los equipos electrónicos, debi-do a que estas misiones requieren de instalar bases depatrulla móviles en las montañas y por temporadas lar-gas. Los equipos de comunicación y demás al no estarfuncionando por falta de carga eléctrica pueden gene-rar traumas en el resultado de las operaciones; des-orientación a falta de GPS, cruce de fuego entre pro-pias tropas, inseguridad por la falta de visores noctur-nos, ausencia de elementos de prueba por falta debaterías para cámaras.

Este tipo de situaciones se han resuelto con la utiliza-ción de plantas eléctricas a base de gasolina, generan-do de esta forma otro tipo de problemas como lo sonla contaminación ambiental, el transporte de las mis-mas teniendo en cuenta que los desplazamientos sehacen a pie y cada individuo de la patrulla porta consi-go un equipo de campaña, material de guerra y víve-res, y el gasto en combustible y mantenimiento de estasentonces al adicionar una planta eléctrica se disminuyeel rendimiento físico en el desplazamiento y causa le-siones e indisposición para realizar las operaciones, ade-más es necesario transportar el combustible y eso ge-nera otro inconveniente cuando este se agota.

HipótesisEs posible rediseñar, optimizar y producir una fuentefotovoltaica portátil para que los operativos o proce-dimientos en área rural se desarrollen con más preci-sión y autonomía porque brindaría herramientas al

personal, garantizando la sostenibilidad de las comu-nicaciones así como la utilidad de los demás de equi-pos electrónicos que por su naturaleza son indispen-sables y se requieren en este tipo de eventos y que porimperiosa necesidad demandan de una fuente gene-radora de energía eléctrica que brinde ventajas como:facilidad en su transporte, peso liviano, libre de uti-lización de combustibles y efectividad en la recargade baterías para los equipos. Este dispositivo debefuncionar con luz natural, a través de paneles foto-voltaicos.

Objetivo general

Rediseñar, optimizar y producir un prototipo de fuentefotovoltaica recargable basada en paneles solares te-niendo como base el desarrollado por la Escuela deTelemática y Electrónica de la Policía Nacional durantela Fase I.

Objetivo específico

Diseñar un módulo de generación de energía basadaen efectos fotovoltaicos.

Enfoque de la investigación

Teniendo en consideración la Resolución No. 03504 del13 de junio de 2006 por la cual se expide el Reglamen-to para la Consolidación del Sistema Institucional deCiencia y Tecnología de la Policía Nacional, se puedeafirmar que la presente investigación forma parte delárea técnica y tecnológica, en la línea de desarrollo tec-nológico e innovación, para el desarrollo de proto-tipos e innovación de los servicios, por cuanto se basaen el conocimiento instrumental y busca generar unproducto innovador dirigido a mejorar las condicionesde un sistema (Baquero y otros,2008, p. 44). Según au-tores como Bello (2009, pp. 1-14), la investigación tec-nológica tiene como finalidad reconstruir procesos enfunción de descubrimientos ya realizados, lo que ex-plica que en este tipo de estudios se haga referencia ainvestigación aplicada.

Alcance de la investigación

Al finalizar este proyecto se espera un mejoramientoen la competitividad de la Institución representada porlos siguientes puntos:

* Aumento de la competitividad y productividad de laInstitución.



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* Reconocimiento de la importancia del diseño en lagestión de los proyectos de investigación y desarro-llo de la Institución.

* Implementaciones de una política de investigación ydesarrollo (I+D).

* Implementación de programas de desarrollo de pro-ductos.

* Aumento de reconocimiento y diferenciación de nue-vas soluciones para las necesidades de la Institución.

* Productos a la medida, basados en las necesidades yexpectativas de la Institución y los usuarios.

* Aumento de la confiabilidad del dispositivo.* Perfeccionamiento técnico en diseño, uso, procesos

y producción.* Fortalecimiento de la identidad e Imagen de la Insti-

tución a nivel interno y externo.* Mejores costos y administración de los recursos.

Etapas de la Investigación

- 1ra. Etapa: DOCUMENTACIÓN. Realizar una documen-tación completa de las fuentes existentes en el merca-do, que pueden ser adaptadas a la segunda fase deldesarrollo de la fuente por realizar. En este caso se ana-lizarán los diferentes circuitos usados, especialmentepor su tamaño y adaptabilidad.

- 2da. Etapa: DISEÑO DE LOS MÓDULOS. En esta fasees fundamental tener en cuenta los módulos electró-nicos de control, protección y sistema de carga de lafuente, aprovechando la energía solar para mejorar lostiempos de carga y autonomía de la unidad contene-dora de energía.

- 3ra. Etapa: ADAPTACIÓN DE ELEMENTO PORTABLE. Eldiseño del maletín contenedor del dispositivo y trans-porte deberá realizarse teniendo en cuenta la ergono-mía, el tamaño y el peso, esto con el fin de permitirfacilidad a la hora de transportar la unidad; abarca va-rios factores vitales para los equipos de campaña comolo son: la robustez, la durabilidad y la resistencia deestos elementos que se ven enfrentados a duros am-bientes de trabajo.

- 4ta. Etapa: ESTUDIO DE MERCADOS Y DE FACTIBILI-DAD. En el estudio de mercado, se realizará un análisisde los costos - beneficios de producción para su fabri-cación en serie.

2. RESULTADOS

A la hora de hablar del rediseño, optimización y pro-

ducción de fuente fotovoltaica portátil, fase II, pode-mos empezar con explicar cómo es su composición.En primer lugar se debe entender cómo es la distribu-ción por bloques funcionales que constituyen la fuen-te fotovoltaica, así:

ó

É

Í

Fig. No. 2. Bloques funcionales fuente fotovoltaica

Paneles Solares

Se ha desarrollado un elemento para proveer suminis-tro eléctrico a una carga por medio del aprovechamien-to de un efecto fotovoltaico, basando su principio defuncionamiento en el uso de energías alternativas oenergías renovables. Como objetivo general nos cen-tramos en implementar un prototipo de fuente foto-voltaica basada en paneles solares que genere corrientealterna con la potencia necesaria para conectar equi-pos portátiles eléctricos utilizados en campo.

Silicio cristalino y arseniuro de galio son la eleccióntípica de materiales para celdas solares. Los cristalesde Arseniuro de galio son creados especialmente parauso fotovoltaico, mientras que los cristales de silicioestán disponibles en lingotes estándar más baratosproducidos principalmente para el consumo de la in-dustria microelectrónica.

El silicio policristalino tiene una menor eficacia de con-versión, pero también menor coste. Los lingotes cris-talinos son cortados en discos finos como una oblea,pulidos para eliminar posibles daños causados por elcorte. Se introducen dopantes (impurezas añadidas paramodificar las propiedades conductoras) dentro de lasobleas, y se depositan conductores metálicos en cadasuperficie: una fina rejilla en el lado donde da la luzsolar y usualmente una hoja plana en el otro.

Los paneles solares son construidos con estas celdascortadas en forma apropiada. Para protegerlos de da-ños en la superficie frontal causados por radiación opor el mismo manejo de éstos se los enlaza en una


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cubierta de vidrio y se cimentan sobre un sustrato (elcual puede ser un panel rígido o una manta blanda).Se realizan conexiones eléctricas en serie-paralelo paradeterminar el voltaje de salida total. La cimentación yel sustrato deben ser conductores térmicos, ya que lasceldas se calientan al absorber la energía infrarroja queno es convertida en electricidad. Debido a que el ca-lentamiento de las celdas reduce la eficacia de opera-ción es deseable minimizarlo. Los ensamblajes resul-tantes son llamados paneles solares o grupos solares.

Fig. No. 3. Conjunto de paneles solares flexibles inte-grados al diseño

Cuadro de características técnicas

PANEL FLEXIBLE 24 CELDAS

RealVoltaje 15.4Corriente 3.6 AWatts 60 Vatios

PANEL FLEXIBLE

Nominal RealVoltaje 17.4 15.4Corriente 150mA 150mA

Etapa de potencia eléctrica

El desarrollo del bloque de potencia eléctrica se cen-tra en implementar módulos electrónicos que se en-cargaran de proveer corriente eléctrica alterna AC acualquier tipo de dispositivo electrónico que lo requiera,es por eso que el principio de este bloque se apoya eninversores de corriente.

- Inversor: La función de un inversor es cambiar unvoltaje de entrada de corriente continua a un voltajesimétrico de salida de corriente alterna, con la magni-



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tud y frecuencia deseada por el usuario o el diseñador.En el desarrollo de este proyecto es importante la efi-ciencia que nos vaya a entregar el inversor a su salidapuesto que de eso depende la estabilidad del circuitoy que no tengamos problemas en el momento delmontaje por carencia de potencia o mala señal de en-trega.

- Bloques funcionales fuente fotovoltaica: Para apli-caciones del inversor es importante tener en cuentalas siguientes características y conceptos:

* La Tensión de salida constante e independiente dela carga y de la tensión de batería en un amplio ran-go.

* Protección por sobrecarga escalonada, el cual per-mite alimentar artefactos de demanda de corrientealta de arranque.

* Protección por baja y alta tensión de batería.

* Limitación por sobrecarga.

* Estos encuentran aplicación en lugares en dondeno se dispone o no se accede fácilmente a energíaeléctrica de corriente alterna de red.

* Los artefactos eléctricos industriales y de hogar conalimentación de energía de corriente alterna de red,son mucho más económicos y de fácil adquisiciónque sus pares de corriente continua y baja tensión.

Como antecedentes científicos y tecnológicos tenemoslos tres tipos de inversores que existen:

* Inversores compactos/livianos, que son más peque-ños y cuentan con salida de potencia continua paraaplicaciones en negocios móviles, viajes, campamen-tos/salidas en bote y camiones. Son ideales paraalimentar laptops, cargadores de teléfonos celula-res, sistemas de juego, radios y equipos de campa-mento entre otros dispositivos de baja potencia.

* Inversores de alta potencia que están diseñados paraaplicaciones industriales, vehículos de flotas, obras,camiones y campamentos/salidas en bote. Brindansalidas máximas de energía de potencia máximopara manejar el arranque de alto consumo de equi-pos como taladros, sierras, bombas, motores de sin-cronización y otros.

* Inversores/cargadores que son fuentes de alimen-tación confiables para aplicaciones interrumpiblesde respaldo para emergencias. Cuando se cuentacon energía suministrada por la red pública, los in-versores/cargadores automáticamente pasan ener-

gía a su equipo mientras, al mismo tiempo, recar-gan las baterías conectadas.

Cuando la energía de la red pública no está disponi-ble, como durante un apagón en aplicaciones estacio-narias o mientras conduce en aplicaciones móviles, losinversores/cargadores automáticamente conmutan dela energía del servicio público a energía de respaldode la batería. Los inversores/cargadores están diseña-dos para aplicaciones EMS, RV y de otro tipo que ne-cesitan respaldo de batería confiable mientras estánen viaje.

Protección eléctrica

- Varistor: El varistor protege el circuito de variacio-nes y picos bruscos de tensión. Se coloca en paraleloal circuito a proteger y absorbe todos los picos mayo-res a su tensión nominal. El varistor sólo suprime picostransitorios; si lo sometemos a una tensión elevadaconstante, se quema. Esto sucede, por ejemplo, cuan-do sometemos un varistor de 110V ac a 220V AC, o alcolocar el selector de tensión de una fuente de ali-mentación de un PC en posición incorrecta. Es acon-sejable colocar el varistor después de un fusible. El va-ristor está construido a base de materiales semicon-ductores al igual que como el tiristor. Por lo tanto, alaplicar un potencial en sus extremos de pequeñas mag-nitudes ofrece resistencia muy elevada, en tanto que sisu potencial aplicado es muy elevado, su resistenciadisminuye permitiendo el paso de la corriente.

Unidad de control electrónico

Dentro de la estructuración del proyecto se define unbloque de control electrónico que se encarga de mo-nitorear y administrar todos los componentes activosde la fuente fotovoltaica; es decir se puede adminis-trar, regular, controlar, monitorear, depurar y censartodos los elementos funcionales pertenecientes al di-seño básico del prototipo.

Bloque de almacenamiento de energía

- Batería: En el desarrollo del proyecto como ítem pri-mordial encontramos el almacenamiento de energía,para este hecho se toma como base la implementa-ción de una batería eléctrica, acumulador eléctrico osimplemente acumulador, como dispositivo que alma-cena energía eléctrica usando procedimientos electro-químicos y que posteriormente la devuelve casi en sutotalidad; este ciclo puede repetirse por un determi-


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nado número de veces. Encontramos en el mercadoun conjunto enorme de tipos de baterías de diferen-tes tamaños, amperaje, voltaje, líquidas, de gel, ven-tiladas o selladas, químicas, etc. No obstante, hay sólodos grandes agrupaciones de ellas, las de partida,como las de los automóviles y las de descarga pro-funda.

Las baterías ideales para aplicaciones de partidas es-tán diseñadas para entregar una gran cantidad de co-rriente por un período corto de tiempo, y NO son apro-piadas para aplicaciones donde se usa un inversor (queentrega un voltaje de salida elevado y alterno. Estasbaterías, de partida, se caracterizan por una tasa de-nominada CCA, que muestra la capacidad de entregade corriente de la batería en MINUTOS.

Las baterías de descarga profunda o ciclo profundopueden operar en ciclos largos, en los cuales se le de-manda una entrega medianamente alta de corriente ypor muchas horas. En estas baterías hay una tasa dedescarga óptima (x HORAS), y por ejemplo una tasa

de descarga de 6 horas es relativamente rápida, com-parada con una lenta de 72 horas. En el primer casohay más corriente que se puede sacar de la bateríadurante la fase de descarga del ciclo, en el segundocaso hay una disponibilidad de amperes-hora por ma-yor tiempo. Las baterías para este tipo de aplicacionesson las FLA (Fload Lead Acid), GEL (Sealed Gel Cells),AGM (Sealed Absorbed Glass Mat), y las alcalinas deNíquel-Fierro (NiFe) y las de Níquel Cadmio (NiCad).

- Batería de litio-ion: En la Figura 5 se examina lacapacidad y la resistencia interna de una batería delitio-ion. Una previsible caída de la capacidad y suaveque se observa más de 1.000 ciclos y la resistencia in-terna aumenta sólo ligeramente. Debido a que las lec-turas de baja auto-descarga se ha omitido en estaprueba. La batería de iones de litio ofrece la más altadensidad de energía de la mencionada química y nocontiene metales tóxicos, posee corriente de descar-ga limitada; la necesidad de circuitos de seguridad yel envejecimiento son los atributos negativos de estabatería.

Fig. No. 4. Estructuración Bloques operativos de la Unidad de Control Electrónico



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Fig. No. 5. Ciclo de rendimiento de iones de litio

3.6 V, 500mAlithium-ion ofrece una buena capacidad yresistencia interna constante a lo largo de 1000 ciclos.Auto-descarga se omite debido a lecturas bajas.

Al realizar pruebas de la batería en un laboratorio, hayque señalar que el rendimiento en un entorno protegi-do es comúnmente superior a la de uso en el campo.Elementos de la tensión y presentar inconsistencia enel uso diario no se puede simular con precisión en ellaboratorio. Éstos son algunos de los motivos:

En virtud de un programa de ciclo completo, se llevó acabo en esta prueba, basada en baterías de níquel, nose ven afectados por la formación cristalina (memo-ria). La memoria acorta la vida de la batería en usotodos los días, si no se mantienen adecuadamente. Laaplicación de una descarga completa / ciclo de cargauna vez al mes soluciona este problema. La combina-ción níquel-cadmio es más propenso a la memoria quela de níquel-metal-hidruro.

La baterías basadas en iones de litio se beneficiaron deuna prueba de ciclo de vida controlada, pero el aspec-to del envejecimiento juega un papel menos impor-tante. La vida útil de iones de litio en la vida real es unacombinación de la cuenta de ciclo y el envejecimiento.Todas las baterías se ven afectadas por el envejecimien-to en diferentes grados.

El tipo de carga con la que las baterías se descargantambién juega un papel importante. Los equipos decarga digital de la batería con fuertes ráfagas de co-rriente. Las pruebas han demostrado reducir el ciclode vida cuando la batería se descarga con fuertes pul-sos de corriente en lugar de CC, a pesar de que al finalla entrega de energía es la misma. Los teléfonos celu-lares, computadoras portátiles cámaras digitales son

dispositivos que se basan en picos de corriente fuerte.En otros aspectos, sin embargo, una prueba de labora-torio puede ser más difícil con la batería de uso en elcampo real. En las pruebas realizadas, cada ciclo aplicauna descarga completa. Los paquetes de base de ní-quel fueron drenados a 1,0 voltios y de iones de litiode 3.0 voltios por celda. En el uso típico del campo, ladescarga antes de volver a cargar normalmente es su-perficial. Una descarga parcial pone menos tensión enla batería, que se beneficia de iones de litio y, en ciertamedida, también de níquel-metal-hidruro. Níquel-cad-mio es menos afectado por la entrega de ciclos com-pletos. Los fabricantes suelen especificar el ciclo de vidade iones de litio en una profundidad de 80% de la dedescarga.

- Diseño y construcción batería litio ion

Fig. No. 6. Celda de litio Ion 18650

Fig. No. 7. Litio Ion modelo construcción de batería 4s8p


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Esta celda tiene como gran ventaja su densidad de ener-gía, dimensiones y peso, está disponible en el merca-do y es la que tiene características propias que coinci-den eficientemente y eficazmente con el desarrollo delproyecto.

CONCLUSIONES

La Escuela de Telemática y Electrónica de la Policía Na-cional de Colombia ha desarrollado un prototipo defuente fotovoltaica basado en el aprovechamiento delas fuentes de energía alternativas, haciendo referen-cia específica a la energía solar y sustentados en unprincipio electro-químico, se desarrolló un módulo dealmacenamiento y conversión de energía, enfocado endar solución a las necesidades de los grupos táctico yoperativos de la Institución, teniendo siempre presen-te conceptos como ergonomía, portabilidad y autono-mía conceptos claves a la hora de generar un productotecnológico útil.

La implementación de este tipo de herramientas ge-nera un avance en el desarrollo de productos o dispo-sitivos tecnológicos propios de la Institución, fomentala creación y la profundización de procesos de investi-gación basados en las múltiples necesidades, ya seanoperativas o de carácter científico, consolidando así anivel institucional al Grupo de Investigación de la ES-TEL, por sus adelantos de innovación tecnológica parael beneficio de la Policía Nacional y del entorno cientí-fico de nuestro país.

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TABLA DE CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LA BATERÍAIMPLEMENTADA EN LA FUENTE FOTOVOLTAICA

BATERÍA LITIO ION

CARACTERÍSTICAS 14,4V

20 Ah

32 CELDASCELDA 3.6V - 2400mAHDIMENSIONES CELDA d 18mm X 65mmARREGLO 4S8PCARGA 19.2AHPESO BATERÍADIMENSIONES BATERÍA 165mmX65mmX65mm

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