Gailu elektronikoak kargatzeko biltegiratze-sistema fotovoltaiko eramangarria: diseinua eta prototipaketa

Abstract

EUSKERA:

Gradu Amaierako Lan honetan, gailu elektronikoak kargatzeko energia biltegiratze sistema fotovoltaiko eramangarri bat diseinatu eta prototipatu da. Sistema plaka fotovoltaiko batez osatuta dago eta eguzki energiaz baliatuz energia elektrikoa ekoizten du. Horretaz gain, energia guzti hori biltegiratzeko bateria batez hornituta dago. Azkenik, sistemak energia hori metatzeko eta geroago erabiltzeko beharrezko zirkuitu eta kontroladoreak ditu.

6 V eta 150 mA dituen Xunzel eguzki plaka erabilita, 3,7 V-eko Litio ionezko 18650 bateriaren karga erregulatzailea diseinatu da ATmega328P mikrokontroladoreaz baliatuz. Buck erreguladore kommutatu batek plakaren tentsioa 4,2 V-era jaisten du PWM-aren duty-ciclea aldatuz. Honi esker, bateria xahututa dagoenean korronte handia xurgatuko du eta alderantziz, beteta dagoenean korronte baxua. Metatuta dagoen energia hori gailu elektronikoak kargatzeko asmoarekin, boost MT3608 zirkuitua eta USB irteera gehitu zaizkio sistemari. 0,96 hazbeteko OLED baten bitartez bateriaren egoera eta honi heltzen zaion korrontea bistaratuko dira. Etengailu bati esker, karga edo deskarga modua aukeratu ahal izango da.

Lanean zehar, sistemaren diseinua egin ezezik, honen muntaia ere burutu da. Horretarako, lehenik eta behin merkatuan dauden osagaietatik proiekturako egokienak direnak hautatu dira. Ondoren, kalkulu teorikoen bidez lortu diren emaitzak simulazioan eta prototipoan konprobatu dira, azken diseinua baino lehen azal daitezkeen erroreak hautemateko. Bukatzeko, PCB zirkuitu inprimatuan gauzatu da muntaia eta honen funtzionamendu egokia egiaztatu da. Sistema babesteko eta eramangarria izan dadin karkasa bat diseinatu eta 3D inprimagailuari esker fabrikatu da.

Lanaren garapenean hartu diren erabaki guztiak dokumentatu dira, baita emandako pausuak ere. Behin muntaia amaituta, lortutako emaitzak aztertu eta ondorioak atera dira.

ESPAÑOL:

En este Trabajo de Fin de Grado, se ha diseñado y se ha prototipado un sistema fotovoltaico portátil para cargar dispositivos electrónicos. El sistema está compuesto por una placa solar y aprovechando la energía solar produce energía eléctrica. Además de eso, está equipado con una batería para almacenar toda esa energía. Finalmente, el sistema cuenta con los circuitos y los controladores para acumular y utilizar posteriormente toda esa energía.

Utilizando un panel solar Xunzel de 6 V y 150 mA, se ha diseñado un regulador de carga de batería de iones de litio 18650 de 3,7 V empleando el microcontrolador ATmega328P. Un regulador reductor conmutado reduce el voltaje de la placa a 4,2 V al cambiar el ciclo de trabajo del PWM. Esto le permite absorber mucha corriente cuando la batería está gastada y lo contrario cuando está llena. Con la intención de cargar dispositivos electrónicos con la energía almacenada, se han agregado al sistema un circuito boost MT3608 y una salida USB. Un OLED de 0,96 pulgadas mostrará el estado de la batería y la corriente que llega a esta. Un interruptor permite seleccionar el modo de carga o descarga.

Durante el trabajo, aparte de hacer el diseño del sistema se ha realizado además el montaje de este. Para ello, primero se han elegido de los componentes que hay en el mercado los más correctos para el proyecto. Después, se han comprobado en simulación y en el prototipo los resultados obtenidos mediante los cálculos teóricos para detectar los errores que pueden aparecer antes del diseño final. Para acabar, se ha realizado el montaje en un PCB circuito impreso y se ha comprobado el funcionamiento correcto de este. Para proteger el sistema y que este sea portátil, se ha diseñado y fabricado una carcasa mediante impresión 3D.

Se han documentado todas las decisiones tomadas durante el transcurso del trabajo, además de los pasos dados. Una vez finalizado el montaje, se han estudiado los resultados obtenidos y se han sacado conclusiones.

ENGLISH:

In this End of Degree Project, a portable photovoltaic system has been designed and prototyped to charge electronic devices. The system is composed of a solar panel and taking advantage of solar energy produces electrical energy. Besides that, it is equipped with a battery to store all that energy. Finally, the system has the circuits and controllers to accumulate and later use all that energy.

Using a 6 V and 150 mA Xunzel solar panel, a 3,7 V Lithium ion 18650 battery charge regulator was designed employing the ATmega328P microcontroller. A switched buck regulator lowers the panel voltage to 4,2 V by changing the duty cycle of the PWM. This allows it to absorb high current when the battery is wasted and vice versa when it is full. With the intention of charging electronic devices with the stored energy, a boost MT3608 circuit and USB output have been added to the system. A 0,96-inch OLED will display the battery status and the current reaching to it. A switch allows selecting the charging or discharging mode.

During the work, apart from designing the system, it has also been assembled. To do this, the most correct components for the project have first been chosen from the components on the market. Afterwards, the results obtained through the theoretical calculations have been verified in simulation and in the prototype to detect the errors that may appear before the final design. Finally, the assembly has been carried out on a printed circuit PCB and its correct functioning has been verified. To protect the system and make it portable, a case has been designed and manufactured using 3D printing.

All decisions made during the course of the job, as well as the steps taken, have been documented. Once the assembly is finished, the results obtained have been studied and conclusions drawn.