¿Puedo aumentar la potencia de mi panel solar con un condensador?

Question

Tengo un panel solar de 3V y 70mA con una potencia máxima de 210mW. Si diseño un circuito RC en serie con él, ¿puedo aumentar la potencia prevista a unos 2W? Si es así, ¿cómo puedo determinar el tiempo que tarda en cargarse? ¿Cuánto tiempo tardará en descargarse para obtener una salida de 3V, 500mA?

A continuación se muestra un ejemplo de cómo pretendo configurarlo.

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Answer 1

No puedes conseguir energía de la nada, hagas lo que hagas. Así que no hay manera de aumentar la potencia. Punto. El tiempo de carga del condensador es 5T = 5 R C. Viene de la ecuación exponencial, y después de 5RC tienes el 99% de carga, normalmente considerado carga completa (o descarga, es simétrico). Supongo que no estás muy familiarizado con la electrónica, deberías leer algunas cosas sobre cómo funcionan los condensadores y las resistencias, así como la Ley de Ohm y la potencia. También puedes encontrar algunos vids muy amenos en youtube. Es toda la información que puedo darte respecto a tus preguntas. Echa un vistazo a esos vids o artículos, te costará media hora de tiempo, pero ya serás capaz de responder a tus propias preguntas, son cosas bastante básicas las que estás preguntando.

Answer 2

Si quieres una potencia permanente de 2W, por supuesto que es imposible (sería energía gratuita).

Si, como entiendo de tus comentarios, quieres cargar tu condensador durante un tiempo "largo", y luego descargarlo a mayor potencia durante un tiempo corto, entonces sí, es posible.

El límite teórico es que no se puede crear energía (energía = potencia x tiempo), sólo almacenarla. Lo mejor que puedes conseguir es sacar toda la energía que has producido sin pérdidas.

Si produce Pi=0,21 mW y desea una salida Po=2W, el límite superior es descargar durante una fracción f=Pi/Po=0,21/2=0,105 = 10,5% del tiempo. En la práctica, tendrás pérdidas, y con circuitos sencillos el panel solar no siempre producirá la potencia máxima. Creo que lo mejor que se puede conseguir en la práctica es que la carga dure 20 veces más que la descarga.

Ahora, con respecto a su circuito:

• La resistencia es inútil. Tu panel solar ya tiene una tensión que disminuye cuando aumenta la corriente (es decir, no es una fuente de tensión ideal), y la corriente máxima que produce tu pequeño panel no debería ser ningún problema para el condensador. No hay razón para disipar energía en forma de calor.
• En diodo 1N4148 que utiliza no está adaptado a su aplicación. A 10mA, se da para 1V de caída de tensión (por lo que aún más a 70mA.) Estás perdiendo más de 1/3 de tu potencia en el diodo. O bien elige un diodo con una caída de tensión muy baja (busque diodos Schottky), o tal vez incluso no utilice uno en absoluto (para ser doble comprobado con expertos en paneles solares, es una mala práctica para grandes instalaciones, pero podría estar bien para estos pequeños proyectos de aficionados).

Para el cálculo exacto de la carga-descarga del condensador, necesitaríamos:

• El enlace a la ficha técnica de tu panel solar.
• Información sobre la carga conectada (enlace si es posible, tensión mínima y máxima).

Answer 3

Tendrás que sacar más de 3V de tus paneles y más de 3V en la tapa/batería para sacarle unos segundos de 3V 500mA. (Aumentar el voltaje DC es muy ineficiente, así que opta por regularlo a la baja). Esto es porque el voltaje de un condensador cae a medida que descarga energía.

$$Energy=Capacitance×Voltage^2/2$$

En otras palabras, necesitas que el condensador tenga 3V de su energía, más la energía que necesitas gastar, más cualquier energía perdida debido a la ineficiencia (incluso los mejores reguladores de conmutación no son 100% eficientes - de hecho, la eficiencia suele ser una función de lo lejos que esté tu fuente de la salida deseada, ya que una fuente más alta equivale a más conmutación).

3V y 500ma son 1,5W. Dijiste 2W (lo cual es bueno ya que debería cubrir algunas deficiencias de eficiencia) así que vamos con eso durante 10 seg. Entonces 20J. Mostró una tapa de 1F que es bastante robusto, así que vamos a ejecutar un ejemplo con eso también.

$$BaseEnergy=1F×(3V)^2/2=4.5J$$ Así que necesitamos 24,5J para poder hacer una ráfaga de 10s.

$$ChargedEnergy=24.5J=1F×Vcharged^2/2$$

$$Vcharged=7V$$

3V 500 mA por segundos te pone en el rango de la batería a menos que consigas un panel de mucho mayor voltaje. Supongamos que quieres convertir tu panel de 3V y encuentras uno con un 30% de eficiencia (no lo recomiendo para conseguir un panel de mayor voltaje). Supongamos también que su tapa estaba en BaseEnergy y no totalmente descargado por lo que sólo necesita el 20J.

$$20J=0.3×3V×0.07A×Time$$

$$Time=317.5s=5.3min$$

Y eso sólo para generar la energía. Cargar la tapa puede costar un poco más (depende de lo baja que sea la resistencia). Se pone aún peor cuando tenemos en cuenta un diodo (necesitarás uno para evitar que el condensador se descargue a través de tu panel como has dibujado) y estos tienden a tener un coste de caída de tensión, reduciendo tus preciados 3V y poniéndolos en un rango aún peor para el convertidor de CC.