Guía de despliegue solar autónomo para nodos repetidores en cumbres y azoteas
Cálculo de consumos, selección de placas solares, químicas de baterías Li-ion y LiFePO4, y diseño de cajas estancas para operar sin mantenimiento.
Alimentación ininterrumpida para la infraestructura de la malla
Los nodos configurados con roles de infraestructura (ROUTER o REPEATER) son el pilar que permite comunicar ciudades, comarcas y valles en Andalucía. Al situarse habitualmente en puntos altos —torretas, azoteas comunitarias o cimas montañosas—, no suelen disponer de acceso a la red eléctrica convencional.
Diseñar una estación solar autónoma fiable exige equilibrar el consumo medio del dispositivo con la capacidad de captación fotovoltaica en los meses más desfavorables del año.
1. Elección de la plataforma de hardware
El consumo en reposo (sleep current) y el consumo activo son los factores determinantes para el tamaño del sistema:
- Arquitectura Nordic nRF52840 (Recomendada): Placas como la RAK Wireless RAK4631 o WisBlock Core presentan un consumo medio inferior a 10-15 mA en funcionamiento normal, permitiendo autonomías de semanas con baterías modestas.
- Arquitectura ESP32: Aunque económica y potente para entornos con Wi-Fi, su consumo medio ronda los 60-120 mA, multiplicando por cinco la necesidad de captación solar y capacidad de almacenamiento.
2. Dimensionamiento del panel y regulador de carga
Para el clima de Andalucía, con alta radiación solar pero posibles periodos invernales de 3 a 5 días cubiertos consecutivos, se recomienda la siguiente configuración base para un nodo nRF52840:
- Panel solar monocristalino: Potencia nominal de 10W a 15W (voltaje de circuito abierto Voc ≈ 6V a 18V según el controlador).
- Controlador de carga MPPT / Solar Charger: Chips específicos para energía solar como el CN3791 (sintonizado a la tensión del panel) o la placa base integrada WisBlock Solar de RAK. Evitar reguladores PWM genéricos de automoción por su baja eficiencia a bajas corrientes.
- Protección contra descarga profunda: Imprescindible para no destruir las celdas químicas si el voltaje cae por debajo del umbral de seguridad (3.0V en Li-ion o 2.5V en LiFePO4).
3. Química de almacenamiento: Li-ion frente a LiFePO4
| Característica | Ión de Litio (18650 / 21700) | Fosfato de Hierro y Litio (LiFePO4) |
|---|---|---|
| Tensión nominal | 3.7 V por celda | 3.2 V por celda |
| Comportamiento en calor (>45 °C) | Mayor degradación por temperatura en verano | Excelente estabilidad térmica y seguridad |
| Ciclos de vida útil | 500 – 1.000 ciclos | 2.500 – 5.000 ciclos |
| Densidad energética | Muy alta (menor tamaño físico) | Moderada (requiere algo más de volumen) |
4. Estanqueidad y gestión de temperatura
- Caja estanca IP67: Con prensaestopas estancos y membrana de compensación de presión (tipo Gore-Tex) para evitar condensación interior provocada por los ciclos de día y noche.
- Ubicación de la batería: Proteger la batería de la insolación directa colocándola en la parte inferior o sombreada del receptáculo.