Lámpara solar casera con botellas recicladas: guía paso a paso

Este es el Artículo 4 de la serie Proyectos de Energía Solar para Estudiantes. Viene después del horno solar con cartón y papel aluminio y complementa lo aprendido en ¿Qué es la energía solar y cómo funciona? y en térmica vs. fotovoltaica. Aquí pasamos de calor a electricidad: almacenamos energía del Sol de día para iluminar en la noche.

1) La historia detrás del proyecto (por qué importa)

En muchas escuelas hay pasillos, jardines o huertos que por la tarde quedan a oscuras. Comprar luminarias comerciales puede salir caro y no enseña cómo funcionan. La lámpara solar con botellas recicladas resuelve ambos problemas: reusa plásticos que iban a la basura y forma a estudiantes en energía fotovoltaica básica (panel, controlador, batería y LED). Al terminar tendrás una luz funcional que podrás instalar, medir y mejorar cada semana.

2) ¿Qué vas a construir? (visión general)

Harás una lámpara que se carga con un panel solar pequeño durante el día y por la noche enciende LEDs alojados dentro de una botella PET que actúa como difusor. El “cerebro” es un módulo de carga que protege la batería y evita sobrecargas/descargas. El resultado es una luz resistente, económica y educativa.

Componentes del sistema (flujo de energía):
Panel FV → Módulo de carga y protección → Batería → (Interruptor / sensor crepuscular) → LEDs (difusor botella PET)

3) Dos versiones para elegir (según tu grupo)

Versión A — Sin soldadura (ideal para grupos grandes)

• Panel solar 5–6 V (1–3 W) con conector.

• Módulo banco de energía solar “todo en uno” o módulo TP4056 con protección + portabatería.

• 1 batería recargable tipo 18650 con protección integrada (o módulo con BMS).

• Tira LED 5 V (10–20 cm) o lámpara LED USB.

• Botella PET de 1–1.5 L limpia y seca + tapa.

• Interruptor mini o aprovechando el botón del módulo.

• Bridas (cinchos), pegamento epóxico o silicón, cinta aislante, caja de conexiones plástica pequeña.

Ventaja: armado rápido y seguro.
Aprendizajes: cableado, balance energético y medición básica.

Versión B — Con soldadura (STEM avanzado)

• Panel 6 V (3–5 W).

• Módulo TP4056 con protección (DW01 + 8205A).

• Batería Li-ion 18650 o LiFePO₄ 3.2 V (más segura).

• Driver LED (corriente constante 300–500 mA) o resistencia calculada.

• Fotocelda LDR + transistor/MOSFET para encendido automático nocturno.

• LEDs de alta potencia (1 W) o matriz LED 3–12 V.

• Porta-fusible mini (1 A) y fusible.

• Tubo termorretráctil, estaño, cautín, multímetro.

Ventaja: control total del circuito y aprendizaje profundo.
Aprendizajes: carga de baterías, drivers LED, automatización y protecciones.

4) Dimensionamiento rápido (que sí sirve)

4.1 ¿Cuánta energía necesitas?

Imagina que quieres 3 horas de luz por la tarde con 2 W de LEDs (iluminación suave para un sendero).

• Energía diaria requerida: $E \approx 2\text{ W} \times 3\text{ h} = 6\text{ Wh}$

4.2 ¿Qué batería usar?

Con una batería de 3.7 V nominal (Li-ion), la capacidad en Ah para 6 Wh es:

$$\text{Ah} \approx \frac{E}{V} = \frac{6}{3.7} \approx 1.62\text{ Ah}$$

Usa 2,000–3,000 mAh para margen y vida útil.

Si usas LiFePO₄ 3.2 V, calcula igual; es más segura y tolera más ciclos.

4.3 ¿Qué panel necesitas?

Con HSP = 5 y Performance Ratio (PR) ≈ 0.75:

$$P_{\text{panel}} \approx \frac{E}{\text{HSP} \cdot PR} = \frac{6}{5 \cdot 0.75} \approx 1.6\text{ W}$$

Recomendado: panel de 2–3 W (mejor 3–5 W si habrá días nublados o quieres más horas de luz).

5) Materiales y preparación (comunes a ambas versiones)

• Botella PET transparente (1–1.5 L), limpia y seca.

• Lija fina o esponja: matiza la pared interna para difundir mejor la luz.

• Agua + gotas de cloro para sanitizar antes del armado.

• Silicón o epóxico para sellar tapa y pasacables.

• Bridas para fijar panel y caja de conexiones al poste o pared.

• Pintura blanca para la cara inferior de la tapa (refleja luz hacia abajo).

Tip de diseño: si llenas parcialmente la botella con agua no será segura: la humedad provoca condensación y corrosión. Usa la botella como difusor vacío (más liviano y durable).

6) Construcción detallada (guía con explicación)

6.1 Preparar el difusor (botella)

1. Quita etiqueta, lava y seca.

2. Matiza por dentro con lija muy suave (o rocía una capa delgada de barniz mate por fuera).

3. Pinta la cara interna de la tapa de blanco o forra con aluminio para reflejar.

4. Haz un orificio pequeño en la tapa para pasar los cables del LED o del soporte.

¿Por qué? La superficie mate distribuye la luz y evita deslumbramientos. El reflector en la tapa aumenta el flujo útil hacia abajo.

6.2 Módulo de energía (sin soldadura)

1. Conecta el panel 5–6 V a la entrada solar del módulo (o a la entrada del TP4056 si esa es tu placa).

2. Inserta la batería en el portabatería. Verifica polaridad.

3. Conecta la tira LED 5 V a la salida del módulo (o a un puerto USB si existe).

4. Añade un interruptor entre la salida y el LED (o usa el botón del módulo).

5. Prueba al sol y revisa que el indicador de carga se encienda.

¿Por qué así? El módulo maneja la carga segura (corte por sobrecarga y por descarga profunda) y simplifica la electrónica.

6.3 Módulo de energía (con soldadura, versión avanzada)

1. Panel 6 V → TP4056 con protección (B+ / B– a batería; OUT+ / OUT– a carga).

2. Fusible de 1 A en serie con la batería para seguridad.

3. Driver LED (corriente constante). Si usas resistencia, calcula:

   $$R = \frac{V_{\text{bat}} - V_f}{I$$Ejemplo: LED blanco $V_f \approx 3.2\text{ V}$, batería 3.7–4.2 V, $I = 120\text{ mA}$ → $R \approx 8.3\Omega$ (usa 10 Ω, 1/2 W).

4. Sensor crepuscular: LDR en divisor + transistor/MOSFET para encender al caer la luz.

5. Organiza todo en caja de conexiones con prensaestopas y sellado.

¿Por qué driver? Un LED necesita corriente controlada; el driver mantiene brillo estable y alarga vida.

6.4 Integración mecánica

• Pega el porta-LED por dentro de la tapa (o cuélgalo con una varilla plástica).

• Pasa los cables por el orificio y sella con silicón.

• Atornilla el panel a un soporte con ángulo fijo (cercano a la latitud) mirando al sur en el hemisferio norte (norte en el hemisferio sur).

• Monta la caja de conexiones detrás del panel o en un poste; evita que la lluvia le pegue directo.

• Enrosca la botella y verifica que la luz se difunda uniforme.

7) Pruebas y mediciones (lo que convierte el armado en aprendizaje)

1. Carga diurna: deja el panel 4–6 h al sol. Registra clima, hora de inicio y fin.

2. Descarga nocturna: enciende la lámpara y mide tiempo hasta que baje el brillo.

3. Corriente de LED: con multímetro en serie, anota I (mA). Calcula potencia $P = V \times I$.

4. Eficiencia práctica: compara Wh que calculaste vs. horas reales de luz.

5. Sombras: repite con el panel parcialmente sombreado y observa la caída de rendimiento.

Rúbrica rápida (para el docente):

• Seguridad (conexiones, fusible, sellado) – 25%

• Orden del cableado y fijaciones – 20%

• Registros de medición y tabla de datos – 30%

• Presentación (difusión de luz, estabilidad mecánica) – 25%

8) Seguridad (no la saltes)

• Baterías: usa celdas con protección (o BMS). No cortocircuites. No cargues sin supervisión. No expongas a calor.

• Cables: respeta polaridad. Aísla uniones con termorretráctil o cinta de buena calidad.

• Sellado: evita entrada de agua a la caja eléctrica.

• Montaje: panel firme; botella y tapa bien sujetas.

9) Mantenimiento y mejoras

• Limpia el panel cada 2–4 semanas (polvo reduce producción).

• Verifica tornillos y bridas (viento).

• Si baja mucho la autonomía, cambia la batería o reduce corriente de LED.

• Mejoras:

  • Sensor crepuscular para encendido automático.

  • Reflector de aluminio bajo la tapa para dirigir luz.

  • Difusor doble (botella dentro de otra) para luz más suave.

  • Panel mayor (5 W) para más horas de luz.

10) Variantes educativas (elige según tu tiempo)

• Express (1 clase): versión A sin soldadura con tira LED USB y panel 2–3 W.

• Laboratorio (2–3 clases): versión B con driver, LDR y pruebas de corriente.

• Proyecto trimestral: comparar 3 grupos (panel 2 W, 3 W y 5 W) y publicar un informe de rendimiento con gráficos y fotos.

11) Problemas típicos y cómo resolverlos

• No enciende: revisa polaridad batería/LED; fusible sano; botón del módulo.

• Carga muy lenta: panel sucio o mal orientado; sombras; cables largos y delgados.

• Parpadeo del LED: batería descargada o driver inadecuado; baja la corriente.

• Vaho dentro de la botella: sellado deficiente o humedad previa; seca bien y vuelve a sellar.

12) Impacto y sostenibilidad (lo que hace valioso el proyecto)

Reutilizar botellas PET evita residuos, y usar un panel pequeño demuestra que poca energía bien gestionada resuelve necesidades reales. Este proyecto puede escalarse: más botellas = senderos iluminados, huertos escolares visibles, carteles informativos nocturnos. Además, los estudiantes aprenden física, electrónica y diseño con un objeto útil para su comunidad.

13) Conecta con la serie

• Fundamentos: ¿Qué es la energía solar y cómo funciona?

• Comparativa: Térmica vs. Fotovoltaica
• Proyecto previo: Horno solar con cartón y papel aluminio

• Siguiente proyecto (térmica): Experimento de calentamiento de agua con PET (mediciones de temperatura, pérdidas y gráfica tiempo–°C).

• Siguiente proyecto (FV): Mini panel solar para cargar celulares (cálculos de Wh, PR y MPPT/PWM).

14) Glosario mínimo (para no perderse)

• BMS (Battery Management System): circuito que protege la batería contra sobrecarga/descarga.

• Driver LED: fuente de corriente constante para LEDs de potencia.

• HSP (Horas Sol Pico): horas equivalentes de sol pleno (1,000 W/m²) al día.

• PR (Performance Ratio): factor de pérdidas del sistema (0.70–0.85 en proyectos pequeños).

• Difusor: elemento que suaviza la luz (en este caso, la propia botella PET).

15) Resumen operativo (lo que debes recordar)

1. Define cuántas horas de luz quieres y la potencia de LEDs.

2. Calcula Wh y dimensiona batería y panel con margen.

3. Usa módulo de carga con protección y fusible.

4. Matiza la botella para difundir luz y sella bien.

5. Mide y registra: corriente, horas de luz, clima y orientación del panel.

6. Ajusta corriente LED o tamaño de panel según resultados.

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