A.1 Tabela de conversão índice de UV
4.2 EFICIÊNCIA DO RASTREAMENTO SOLAR
Sendo o primeiro mês de funcionamento um período de testes e calibrações. A partir do mês de agosto de 2017 iniciaram-se as coletas de dados que foram analisadas e apresentadas no presente trabalho. Tais análises estenderam-se até o mês de abril de 2018. Os dados foram coletados todos os dias e podem ser visto na web (link já citado), para amostragem deste trabalho foi selecionado um gráfico de cada mês.
O critério utilizado para seleção dos dias analisados baseou-se em condições climáticas favoráveis como: dias de céu limpo com alto índice de radiação solar. Os próximos gráficos mostram a eficiência do rastreamento solar num período de 9 meses, contemplando aproximadamente 4 estações do ano (inverno, primavera, verão e início de outono).
No dia 01 de agosto de 2017, as condições climáticas foram favoráveis como mostra a tabela da Figura 41b. Pode-se observar nas primeiras horas do dia os painéis móveis (P2 e P3) apresentaram maior eficiência na captação energética quando comparado com painel fixo (P1). Porém, próximo ao meio dia a eficiência energética é semelhante nos três painéis, uma vez que, os raios solares incidem perpendicularmente nas três placas. Próximo ao pôr-do-sol percebeu-se maior eficiência na captação de energia pelo painel móvel de dois eixos (P3) em relação aos outros dois painéis (Figura 4.8a). Essa vantagem do painel solar móvel de dois eixos pode ser observada no gráfico de área sob curva mostrado na Figura 4.8b. Variações na captação de energia podem ser causadas por fatores de sombreamentos parciais como: nuvens, pássaros, sombras de árvores, prédios e sujeira.
Figura 4.8: (a) Gráfico de sol ao longo do dia; (b) Gráfico de área sob curva e tabela de temperatura e UVI em 01 de gosto 2017.
Resultados semelhantes foram obtidos no dia 03 de setembro de 2017, uma vez que os painéis móveis (P2 e P3) apresentaram maior eficiência nas primeiras horas do dia. Porém, próximo ao meio-dia não houve diferença na eficiência de captação solar. E o painel móvel de dois eixos (P3) foi mais eficiente na captação solar no período próximo ao pôr-do-sol (Figura 4.9).
Figura 4.9: (a) Gráfico de sol ao longo do dia; (b) Gráfico de área sob curva e tabela de temperatura e UVI em 03 de setembro 2017.
Os dias 06 de outubro e 28 de novembro de 2017 representam dias ensolarados, mas com nuvens. Tal condição influenciou diretamente na captação energética dos três pai- néis, o que explica as inúmeras atenuações apresentadas nos respectivos gráficos de linha (Figuras 4.10a e 4.11a). Além disso, nos gráficos de área sob a curva pode-se observar uma diminuição na captação solar em todos os painéis quando comparada com os meses de agosto e setembro, o que confirma a influência das nuvens sobre o sistema (Figuras 4.8b e 4.9b; Figuras 4.10b e 4.11b). Contudo, o painel móvel de dois eixos (P3) ainda apresentou maior eficiência energética (Figura 4.10b e 4.11b).
Figura 4.10: (a) Gráfico de sol ao longo do dia; (b) gráfico de área sob curva e tabela de temperatura e UVI em 06 de outubro de 2017.
Figura 4.11: .(a) Gráfico de sol ao longo do dia; (b) Gráfico de área sob curva e tabela de temperatura e UVI em 28 de novembro de 2017.
Fonte: Autor.
Na sequência, os dias 24 de dezembro de 2017 e 18 de janeiro 2018 apresentaram dias ensolarados com condições climáticas de céu limpo. Essas características contribuíram positivamente para a captação energética dos três painéis, como pode-se observar no gráfico de linha valores próximos à capacidade máxima de potência dos painéis (∼= 12 W), provavelmente em consequência da menor ocorrência de atenuações (Figuras 4.12a e 4.13a). Percebe-se que nos dias analisados dos meses de dezembro/2017 e janeiro/2018 a eficiência energética dos painéis móveis (P2 e P3) foi maior desde o nascer até o pôr-do-sol, esse aumento na captação fica evidente nos gráficos de área sob a curva (Figura 4.12b e 4.13b).
Figura 4.12: (a) Gráfico de sol ao longo do dia; (b) gráfico de área sob curva e tabela de temperatura e UVI em 24 de dezembro de 2017.
Fonte: Autor.
Figura 4.13: (a) Gráfico de sol ao longo do dia; (b) gráfico de área sob curva e tabela de temperatura e UVI em 18 de janeiro de 2018.
O dia 05 de fevereiro de 2018 apresentou um dia ensolarado, mas com nuvens. Como esperado, tal condição causou diminuição da eficiência energética, como pode ser obser- vado tanto no gráfico de linha como no gráfico de área sob a curva (Figuras 4.14a e 4.14b). Contudo, o painel móvel de dois eixos (P3) ainda apresentou maior eficiência energética quando comparado com os outros dois painéis (P1 e P2) (Figura 4.14b).
Figura 4.14: (a) Gráfico de sol ao longo do dia; (b) gráfico de área sob curva e tabela de temperatura e UVI em 05 de fevereiro de 2018.
Fonte: Autor.
Completando o ciclo das quatro estações do ano, os dias 27 de março de 2018 e 12 de abril de 2018 representam o início do outono. Assim como nos meses anteriores, os painéis móveis (P2 e P3) apresentaram maior eficiência energética em relação ao painel fixo (P1), conforme mostram as Figuras 4.15 e 4.16. Desta forma pode-se afirmar que o rastreamento solar se mostrou eficiente em todas as estações, principalmente no painel móvel de dois eixos (P3).
Figura 4.15: (a) Gráfico de sol ao longo do dia; (b) gráfico de área sob curva e tabela de temperatura e UVI em 27 de março de 2018.
Fonte: Autor.
Figura 4.16: (a) Gráfico de sol ao longo do dia; (b) gráfico de área sob curva e tabela de temperatura e UVI em 12 de abril de 2018.
É importante destacar que em alguns dias de monitoramento do mês de outubro/2017, a eficiência energética do painel móvel de um eixo (P2) é semelhante à do painel móvel de dois eixos (P3). Tal semelhança pode ser explicada pelo fato de que a correção de declinação solar do sistema móvel de dois eixos (P3) neste período do ano, aproxima-se da angulação do painel móvel de um eixo (P2). Conforme foi explicado anteriormente, nos equinócios o fator de correção angular é próximo de 0.
A saturação observada nos gráficos de linha dos dias analisados pode ser uma con- sequência do estouro do A/D. Isso pode ter ocorrido pelo fato do projeto ter sido desen- volvido em relação a tensão máxima (5V). Para evitar tal saturação, como sugestão de trabalho futuro, pode-se incluir um diodo zener que será ativado quando ocorrer o estouro do A/D, mantendo a tensão máxima de 5V, evitando assim tal saturação.
Dentre os fatores que causam variações na captação solar, alguns não podem ser con- trolados, com nuvens e pássaros. Mas outros fatores como sombra de prédios/árvores e sujeira foram controlados. O projeto foi instalado em área aberta, com a menor incidência de sombra possível. Além disso, para minimizar as atenuações na captação de energia so- lar, utilizou-se um protocolo de limpeza nos painéis segundo recomendação da Companhia Paulista de Força e Luz – CPFL. A cada 2 meses fez-se limpeza nas placas solares.
O gráfico apresentado na Figura 4.17 mostra a média de eficiência relativa energética (%) dos três painéis nos dias analisados. Como o painel fixo representa o modelo controle do projeto, sua eficiência foi estabelecida como 100%. Pode-se observar que o sistema de um eixo apresentou aumento de eficiência de quase 40%, quando comparado com o modelo fixo. Já o sistema móvel com dois eixos demonstrou eficiência energética aproximadamente 60% maior que o sistema fixo. O aumento de eficiência energética observado nos painéis móveis é resultado da correção angular destes, permitindo que os raios solares incidam perpendicularmente às placas por mais tempo ao longo do dia, resultando em maior captação energética em um dia ensolarado e de céu limpo.
Figura 4.17: . Gráfico de eficiência energética (%) dos painéis fixo e móveis. Fonte: Autor.
Capítulo 5
CONCLUSÃO
Pode-se concluir com o presente projeto que é possível otimizar a captação energética por placas fotovoltaicas com sistema de rastreamento solar, obtendo eficiência energética de aproximadamente 60% superior aos painéis fixos convencionais sem levar em conside- ração a energia gasta para o funcionamento do sistema desenvolvido.
Esse incremento na eficiência energética do painel móvel de dois eixos é resultado do aumento do tempo de captação energética ao longo do dia, uma vez que tal painel apresentou alta captação solar desde o nascer até o pôr-do-sol. O resultado positivo nesta captação energética é atribuído ao sistema mecânico desenvolvido com a utilização de motor de baixa rotação, que permitiu maior precisão na angulação do rastreador solar. Deste modo, o sistema de rastreamento solar é uma boa alternativa para aproveitamento de energia limpa.
É importante destacar o alinhamento entre o sistema de rastreamento solar e o con- junto de sensores acoplados a este sistema. De forma sincronizada, o sistema mecânico posicionava os painéis de acordo com as horas do dia, ao passo que os sensores coleta- vam dados específicos como: tensão e corrente elétrica, potência, temperatura ambiente e índice de UV. Adicionalmente, a partir da plataforma web criada, tais dados coletados puderam ser acessados em tempo real na forma de tabelas ou gráficos, além de serem ar- mazenados em um banco de dados do servidor da FT-UNICAMP para serem analisados posteriormente.
Considera-se que o projeto se trata de um protótipo, diferente de um equipamento comercial. Por isso não é possível comparar os custos de tal protótipo com rastreadores solares comerciais que apresentam função semelhante.
Finalmente, o sistema de monitoramento de UVI foi capaz de determinar os padrões de índice de UV na cidade de Limeira com eficiência e baixo custo (o valor ficou em 32% quando comparado a um sistema comercial da marca Oregon e da marca Davis Vantage Pro2 Sem Fio), uma vez que os dados coletados foram semelhantes aos dados da Clima- tempo. Tais padrões foram importantes para compor os dados da estação meteorológica da Faculdade de Tecnologia – FT/UNICAMP.
5.1
TRABALHOS FUTUROS
Este projeto apresentou soluções de melhorias em sistema de rastreamento solar ativo, porém para trabalhos futuros o rastreador pode ser utilizado em outros estudos ou apli- cações. Como, por exemplo, o estudo de explosões solares e suas influências nas teleco- municações. Nesse estudo poderia ser colocado um rastreador com uma antena direcional seguindo o sol e armazenando os dados, que depois poderiam ser verificadas interferências. Algumas possíveis sugestões para se aplicar usando o rastreador solar ativo são:
• Implementação das placas solares de maior potência.
• Comparação de desempenho com outros microcontroladores. • Comparação de desempenho com outros sensores.
• Estudo de um caso real.
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Primeiro Apêndice
Tabela A.1: Tabela de conversão índice de UV .
Saída Analógica Vout(mV) Índice (UV)
<10 <50 0 46 227 1 65 318 2 83 408 3 103 503 4 124 606 5 142 696 6 162 795 7 180 881 8 200 976 9 221 1079 10 240 1170+ 11 77
Segundo Apêndice
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 -0.2 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 a b s o rb a n c e Wavelength (nm)
Wavelength Step Slit D2
Range Scan Speed Size Width D2 Always Wavelength
Name (nm) (nm/min) (nm) (nm) On (nm)
linha de base 799.99 - 199.67 1000.00 0.43 1.50 yes 320.00
Terceiro Apêndice
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 tr a n s m it ta n c e Wavelength (nm)
Wavelength Step Slit D2
Range Scan Speed Size Width D2 Always Wavelength
Name (nm) (nm/min) (nm) (nm) On (nm)
linhadebase 799.99 - 199.67 1000.00 0.43 1.50 yes 320.00