Lancha fotovoltaica
HalcónSolar


Raúl Novo
Licienciado en Geografía.
Guillermo Leyva
Ingeniero mecánico.
José Carlos Díaz
Licenciado en Geografía.
Especialistas del Grupo Eólico
de ECOSOL Solar.
Miembros de CUBASOLAR.
Tel.: (537) 2043117
E-mail: eolicos@solar.copextel.com.cu

 

Nuevo concepto motriz para propiciar una náutica respetuosa con el entorno
y un desarrollo turístico sustentable.

La División ECOSOL Solar, de COPEXTEL S.A., y los Astilleros Almendares, pertenecientes a EMPROTUR, aunaron sus esfuerzos en un propósito común: el diseño y la construcción de una lancha acorde con las exigencias del turismo ecológico, completamente silenciosa, que no quema combustible tradicional y por ello no expulsa residuales al ambiente, lo que la hace respetuosa con el entorno.

La presentación de la lancha fotovoltaica a directivos del turismo nacional se llevó a cabo en las aguas del embalse Hanabanilla, el 13 de agosto de 2001, y durante seis meses prestó servicio a los turistas de la instalación hotelera del lugar en largos trayectos de contemplación, con resultados técnicos muy favorables y gran aceptación.

En perspectiva, se crean condiciones para enlazar por vía fluvial poblados de difícil acceso por caminos, y se estudian diversas solicitudes para el turismo, ya que por sus características es apropiada para actividades turísticas y recreativas de alta sensibilidad ambiental, en las que no es posible usar la motonáutica tradicional.

Descripción
La lancha HalcónSolar ha sido construida a partir del modelo básico tradicional de lancha Halcón que producen los Astilleros Almendares, a la cual se le instaló un sistema suministrado por ECOSOL Solar, consistente de un motor eléctrico de 800 W de potencia (33,6 kg o 74 lb de empuje), energizado por un banco de 4 baterías de 6 V (CD) y 220 Ah cada una, que se recarga parcialmente durante la travesía en días soleados mediante un módulo de 4 paneles fotovoltaicos de 125 Wp (watt pico), lo que permite aumentar la autonomía de la travesía. Un controlador de carga regula el régimen de carga que aportan los paneles, y un cargador a bordo de la lancha, que se conecta a la red local de 110 V (CA), en tierra, garantiza la recarga profunda de las baterías cuando atraca.

Los paneles fotovoltaicos pueden también aportar corriente de recarga cuando la lancha está atracada, complementando el aporte del cargador, con lo que se reduce el tiempo total de la recarga.

Las baterías cargadas a 100 % dotan al HalcónSolar de una autonomía de marcha básica a máxima potencia (máxima velocidad de 4 a 5 nudos) de 3 h, que se extiende hasta 4 h por el aporte de los paneles fotovoltaicos. La navegación a velocidades inferiores incrementa proporcionalmente el tiempo de autonomía.

Componentes del sistema de motorización eléctrica: motor eléctrico de 800 W, 24 V (CD), 4 paneles solares fotovoltaicos de 125 Wp, controlador de carga de 30 A, cargador de baterías de 24 V (CD), 30 A y banco de 4 baterías de 6 V (CD), 220 Ah.

Motor eléctrico
Se utilizó un motor eléctrico de inmersión con control fuera de borda, de imanes permanentes de 800 W de potencia media, 24 V (CD) y 33,5 kg (74 lb) de empuje con 5 velocidades: 3 directas y 2 inversas, accionadas por un manubrio giratorio incorporado al timón.


Motor eléctrico de inmersión con control fuera de borda,
y su hélice, utilizado en la lancha HalcónSolar 800.

Su consumo máximo es de 45 A, el nominal es de 35 A y en la segunda velocidad directa (75 % de potencia) su consumo medio es de 27 A. El motor posee indicadores que muestran el estado de carga instantáneo de las baterías.

Tiene un peso de 13 kg y una sólida construcción, además de una protección anticorrosiva que le permite operar en agua de mar, y sus elementos vulnerables a impactos (la hélice y la vara) son muy flexibles, para amortiguar los efectos de tales impactos.

La vara del motor tiene un largo de 107 cm (42 in) y su altura se ajusta para situar la hélice a la profundidad deseada. Igualmente puede seleccionarse el ángulo de la vara con respecto al espejo de popa, lo que permite colocarlo incluso horizontalmente fuera del agua cuando la lancha se desplaza sobre fondos bajos.

El tiempo de operación de la lancha depende del estado de carga inicial de las baterías, en función del tiempo de recarga suministrado por el cargador, del régimen de carga que aporten los paneles fotovoltaicos y del régimen de marcha a que sea sometido.

Paneles fotovoltaicos
Los paneles solares constan de un conjunto de celdas fotovoltaicas constituidas por láminas de silicio monocristalino, interconectadas eléctricamente e inmersas en un relleno transparente (plástico inerte), que se montan de modo conveniente en una estructura soporte.

La corriente y el voltaje entregados por un panel solar varían con la intensidad de la luz incidente y con la temperatura ambiente.

La potencia máxima de un panel se expresa en watt pico (Wp) y la energía que entrega en watt hora (Wh), que es el producto de la potencia máxima por el tiempo efectivo de exposición a la radiación solar.

El sistema fotovoltaico de la lancha está integrado por 4 paneles de 125 Wp de potencia nominal y 12 V (CD) cada uno, para una potencia nominal del sistema de 250 W, configurada su instalación en serie-paralelo para obtener un voltaje de operación de 24 V (CD). La vida útil de estos paneles es de 20 años.


Para el control del régimen de carga de los paneles solares fotovoltaicos a las baterías,
se instala un controlador de carga que garantiza esta operación con eficiencia.

La generación de este sistema se ha calculado considerando un tiempo diario de captación de 3 h, asumiéndose como el tiempo efectivo de exposición para una lancha que navega por canales con vegetación que proyecta sombras, y dado que el ángulo de los paneles no es el óptimo para la máxima captación. Por ello, se estima que el sistema fotovoltaico aportará hasta 20 A en cada hora de navegación, lo que equivale a reponer 57 % del consumo horario del motor, o sea, extiende la autonomía de la lancha en algo más de
30 min por cada hora de navegación diurna.

Controlador de carga
Este equipo controla el régimen de carga de los paneles fotovoltaicos a las baterías, elimina la necesidad de utilización de diodos internos o externos, garantizando una eficiencia excepcional de recarga de las baterías de plomo-ácido y optimizando el limitado tiempo de carga disponible por la radiación solar.

En la parte frontal del equipo aparecen 5 indicadores luminosos que censan el estado de carga de las baterías y brindan una completa información sobre el funcionamiento del sistema fotovoltaico.

Durante el proceso diario de carga, este indicador puede normalmente encenderse y apagarse con frecuencia, de acuerdo con los requerimientos de las baterías, detectados por el controlador.

El controlador de carga no funcionará si se encuentra incorrectamente instalado. Se debe seleccionar el calibre de cable adecuado y cumplir las técnicas de instalación. Si se utilizan calibres de cables que resulten muy pequeños, podrían introducirse pérdidas de voltaje que provocarían un mal funcionamiento del controlador de carga fotovoltaico.


Los astilleros cubanos pueden asimilar la construcción de lanchas fotovoltaicas
con la calidad y la eficiencia que exige la industria turística.

Método de operación
El controlador de carga despertará en la mañana, cuando el voltaje de salida de los paneles fotovoltaicos sea igual o mayor que el voltaje de las baterías (voltaje FV OK). En este momento el controlador cerrará el interruptor de carga por un período de 1 s. Durante este tiempo el circuito censor de corriente medirá la dirección y cantidad de flujo de corriente. Si el flujo de corriente se encuentra en la dirección correcta (a las baterías) y excede los 300 mA (corriente FV OK), el interruptor se cerrará (cargando). Si existe un flujo de corriente insuficiente, el interruptor de carga se disparará y el equipo esperará cerca de 5 min para realizar otra verificación.

Este regulador de carga se garantiza por 5 años y su vida útil puede superar los 15 años si se conserva adecuadamente protegido del agua, golpes e intemperismo.

Cargador de baterías a bordo
Se empleó un cargador de baterías con tres salidas independientes de 12 V (CD) y 10 A por salida, para abastecer 1, 2 ó 3 baterías de 12 V (CD) simultáneamente, y 30 A de salida máxima total. Su instalación puede configurarse para cargar bancos de baterías de 12, 24 ó 36 V (CD). Constituye la principal fuente de recarga del banco de 4 baterías de 6 V (CD) de la lancha, instaladas en serie para obtener un voltaje de operación de 24 V (CD).
El cargador está controlado por un microprocesador. El equipo se encuentra protegido del agua y de la corrosión, así como contra conexión de polaridad invertida, sobrecargas y cortos circuitos, y es de fácil montaje a bordo. En HalcónSolar ha sido ubicado dentro del asiento posterior próximo a la banda de estribor, y fijado en su interior.

Finalizadas las travesías diarias de la lancha, el cargador se conecta a la red normal de 110 V (CA) del atracadero para garantizar la recarga del banco de baterías.

El cargador de baterías tiene en su parte frontal 4 indicadores lumínicos por cada salida, que se encenderán temporalmente señalando el estado de carga de las baterías, de acuerdo con el aporte del sistema de recarga.


Las baterías acumulan la energía eléctrica aportada por los paneles solares
fotovoltaicos durante la travesía, o por el cargador al conectarse
al Sistema Electroenergético Nacional, o a la red local.

El tiempo de operación del motor eléctrico dependerá del nivel de recarga suministrado por el cargador a bordo, de la recarga de las baterías mediante el sistema fotovoltaico y del nivel de descarga, en dependencia de la velocidad de marcha del motor durante la travesía, del peso total sobre la embarcación y de las condiciones de navegación impuestas por las aguas, que determinan el nivel de consumo eléctrico. El cargador indicará automáticamente cuando las baterías se hayan cargado por completo.

El cargador tiene un selector que permite programar el microprocesador para una carga óptima de cualquier tipo de baterías, incluyendo a las de plomo-ácido de ciclo profundo, gel, celdas húmedas y baterías de alto contenido de calcio. El microprocesador ajusta de forma automática el funcionamiento del cargador al tipo de batería en uso, aunque puede seleccionarse también de modo manual.


Detalles de un tabloide editado por EMPROTUR,para promocionar el uso de una náutica respetuosa con el entorno.

Banco de baterías
El banco de baterías es el encargado de la acumulación de la energía eléctrica que se genera por los paneles fotovoltaicos durante la travesía, así como la suministrada por el cargador al ser conectado a la red en el atraque. Está conformado por 4 baterías de plomo-ácido de ciclo profundo, de 6 V (CD) y 220 Ah de capacidad cada una. Su instalación en serie produce un voltaje de explotación de 24 V (CD) y una capacidad de descarga total de corriente de 220 Ah.

La vida útil del banco de baterías depende, en gran medida, del nivel total de descarga y del voltaje final de cierre. Por ello, durante la explotación de la lancha el banco de baterías no debe descargarse por debajo de 50 % de su capacidad, lo que equivale a 110 Ah. Un régimen muy prolongado de marcha a máxima potencia del motor puede provocar una descarga intensa que deprima excesivamente el estado de la carga final del banco.
El mantenimiento que debe recibir el banco de baterías consiste en la revisión semanal del nivel del electrólito en los vasos de las baterías, la comprobación del apriete de los conectores y el estado de estos (previniendo la corrosión). El nivel del electrólito debe restituirse agregando solo agua destilada hasta cubrir las placas.

Nuevos prototipos
La construcción del prototipo de lancha fotovoltaica ha despertado gran interés por sus posibilidades de empleo. Por lo general, la utilización de potentes motores de combustión interna en actividades relacionadas con el turismo de contemplación, como la navegación en sitios de bajo calado, canalizos y lagunas interiores, está limitada por el desplazamiento rápido y ruidoso en sitios con entornos frágiles, donde estos medios atentan contra la quietud, afectando la posibilidad de acercarse furtivamente a los sitios deseados, perturbando las condiciones para variadas actividades.

La lancha fotovoltaica está diseñada para navegar en estos sitios y su motor puede adaptarse a diferentes profundidades de navegación, es silenciosa, no produce residuales contaminantes del medio y elimina el acarreo de combustibles y lubricantes, requiriendo un mínimo de mantenimiento, lo que la hace altamente compatible con el interés de desarrollar actividades propias de entornos sensibles, como es el caso de diversas aficciones ecoturísticas.

Esta primera realización ha motivado el desarrollo de nuevos prototipos de lanchas fotovoltaicas.

Con las experiencias adquiridas en la explotación de la lancha fotovoltaica, y conociendo sus posibilidades, esta fue rediseñada, por lo que se cambió su motor por uno de mayor potencia, de 45,9 kg de empuje (101 lb) y 36 V (CD), sustituyéndose los cuatro paneles de 125 Wp utilizados inicialmente por seis de 165 Wp (con lo cual se incrementó la generación eléctrica con paneles fotovoltaicos) y se aumentaron a seis las baterías del banco, para alcanzar el voltaje de operación y garantizar la reserva de corriente.

Los resultados de esta nueva versión fueron muy satisfactorios; se realizaron pruebas en el poblado de Guamo Embarcadero, Municipio Cauto Cristo, en la provincia Granma, con trayectorias más largas a lo largo del río Cauto (hasta de 25 km), y se comprobó el aumento de su velocidad de desplazamiento y un mejor rendimiento del motor a menores potencias, con la consiguiente disminución de su consumo y una mayor autonomía en comparación con el diseño anterior.

En un futuro inmediato se prevé el diseño de una lancha con paneles fotovoltaicos construidos a partir de celdas encapsuladas, sin la estructura típica de los paneles tradicionales; en este caso, sin cristal ni estructura de aluminio, con lo cual se aligerará notablemente el conjunto, aumentará su rendimiento y explotación y, por consiguiente, sus posilidades de uso.

 




He aquí algunas de las bondades de las lanchas fotovoltaicas:
permiten navegar en aguas de diferentes profundidades, son completamente silenciosasy no queman combustibles fósiles, con el consiguiente respeto del medio ambiente.Con lanchas fotovoltaicas como las concebidas por ECOSOL Solar y los Astilleros Almendares, se brinda una alternativa sostenible a la náutica tradicional, tanto para el turismo, como para enlazar por vía fluvial poblaciones de difícil acceso.