Grau de liberdade

Quanto ao grau de liberdade, os seguidores solares podem ser classificados como seguidores solares de eixo único e de eixo duplo.

2.1.2.1 Seguidores solares de eixo único

Os seguidores solares de eixo único têm somente um eixo de rotação. Podem ser do tipo horizontalmente alinhado (Horizontal Single Axis Tracker - HSAT), verticalmente alinhado (Vertical Single Axis Tracker - VSAT), horizontalmente alinhado com inclinação (Horizontal Tilted Single Axis Tracker - HTSAT) e polar (Polar Aligned Single Axis

Tracker - PASAT). Suas definições são apresentadas a seguir:

1. Seguidor solar de eixo único horizontal: No HSAT, o eixo de rotação é horizontal em relação ao solo e posicionado na linha norte-sul. O mesmo eixo pode ser com- partilhado por vários painéis, a fim de reduzir os custos de instalação. Esse tipo de seguidor solar é mais apropriado para regiões de baixas latitudes. Um HSAT típico pode ser visto na Figura 2.7a.

Figura 2.7 – a) HSAT b) VSAT c) HTSAT. Fonte: (SEME et al., 2017).

2. Seguidor solar de eixo único vertical: No VSAT, o eixo de rotação é vertical ao solo. Esses sistemas são mais apropriados para regiões de altas latitudes e precisam ser instalados com espaçamentos maiores para evitar que um sistema cause sombrea- mento no outro (NSENGIYUMVA et al., 2018). Um VSAT típico pode ser visto na Figura 2.7b.

3. Seguidor solar de eixo único horizontal inclinado: Esses sistemas operam como o HSAT, porém, possuem seu eixo de rotação inclinado. São adequados para regiões

Capítulo 2. Seguidores solares 31

de latitudes mais elevadas e economizam espaço de instalação quando comparados com outros tipos de seguidores solares de eixo único (NSENGIYUMVA et al., 2018). Um HTSAT típico pode ser visto na Figura 2.7c.

4. Seguidor solar de eixo único polar: No PASAT o eixo inclinado está alinhado à estrela polar (Singh et al., 2018). Nesse sistema o ângulo de inclinação deve ser igual à latitude do local (NSENGIYUMVA et al., 2018).

Li et al. (2011a) desenvolveram um estudo a fim de verificar o desempenho de um seguidor solar de eixo único horizontal na China. Uma análise matemática foi elaborada para estimar a irradiação diária coletável em três sistemas: com painéis fixos, com seguidor solar de eixo duplo e com HSAT. Os resultados mostraram que o ganho anual do HSAT foi principalmente relacionado à orientação do seu eixo de rotação, uma vez que foram obtidos melhores resultados para o rastreamento no eixo sul-norte, com um ganho de 10-24% comparado ao sistema fixo, enquanto o eixo leste-oeste obteve um ganho de 8%. Constatou-se também que o desempenho de um HSAT decresce com a latitude, portanto, apresentam uma maior viabilidade quando instalados em regiões cujas latitudes são mais baixas.

Para investigar o desempenho de um VSAT em comparação a um sistema de painéis fixos e um sistema com seguidor solar de eixo duplo, Li et al. (2011b) propuseram um procedimento matemático a fim de estimar a irradiação anual coletável. Os cálculos mostraram que, comparado ao sistema de painéis fixos, o VSAT obteve um ganho de 28% em áreas com maiores índices de irradiância solar e 16% em áreas com menores índices de irradiância solar, destacando a relação entre o desempenho de um seguidor solar e os recursos solares locais disponíveis. Quanto à máxima irradiação anual coletável por um VSAT, obtiveram-se resultados entre 95-96% da máxima irradiação anual coletável por um seguidor solar de eixo duplo.

2.1.2.2 Seguidores solares de eixo duplo

Os seguidores solares de eixo duplo possuem dois eixos de rotação que, geral- mente, são perpendiculares. Eles produzem mais energia que sistemas seguidores solares de eixo único devido à sua melhor precisão, pois conseguem rastrear o Sol tanto horizon- talmente, quanto verticalmente (MEREDDY et al., 2016). Por esse motivo, necessitam de sistemas de controle mais complexos para garantir o seu funcionamento, implicando em altos custos de aquisição e manutenção. Outra desvantagem desses sistemas é o esforço ao qual estão sujeitos, principalmente devido ao seu peso e resistência ao vento (RAMOS, 2016).

Kivrak et al. (2012) desenvolveram um seguidor solar de dois eixos de controle em malha aberta. O sistema foi analisado experimentalmente em comparação a um sistema de painéis fixos, inclinados a 37∘, nas condições solarimétricas de Denizli, Turquia (37.77∘, 29.09∘_{). As medições foram realizadas nos meses de maio a junho e o sistema com seguidor}

solar obteve um ganho de energia produzida próximo de 64% em relação ao sistema fixo. É importante destacar que, ao invés de utilizar cargas fixas ou baterias conectadas aos painéis, as medições foram realizadas utilizando-se um mecanismo de rastreamento do ponto de máxima potência (MPPT – Maximum Power Point Tracking). A explicação disso é que baterias recarregáveis solicitam a mesma potência de um painel fixo ou móvel, levando a erros na análise do desempenho de seguidores solares. Kivrak et al. afirmaram que sistemas seguidores solares devem ser utilizados independentemente de serem ou não caros, simplesmente porque diminuem a área necessária para a construção de uma usina em até 60%.

Os seguidores solares de dois eixos podem ser do tipo tip-tilt e do tipo azimuth-

altitude.

2.1.2.2.1 Seguidor solar de eixo duplo tip-tilt

No seguidor solar de eixo duplo tip-tilt o arranjo fotovoltaico é montado no topo de um poste, como é mostrado na Figura 2.8, e possui o eixo azimutal vertical fixo (SINGH et al., 2018). A desvantagem do seguidor tip-tilt é o fato de o poste manter-se sujeito ao peso de todos os painéis, limitando a quantidade de painéis em uma string.

Capítulo 2. Seguidores solares 33

2.1.2.2.2 Seguidor solar de eixo duplo azimuth-altitude

No seguidor solar de eixo duplo azimuth-altitude, o eixo primário é vertical ao solo e é chamado de eixo azimutal, enquanto o eixo secundário é normal ao eixo primário e é chamado de eixo de elevação (SINGH et al., 2018). Ao contrário do tip-tilt, possui o peso dos painéis distribuídos ao longo do eixo primário, podendo suportar uma quantidade maior de painéis. Um sistema azimuth-altitude típico pode ser visto na Figura 2.9.

Figura 2.9 – Seguidor solar de dois eixos do tipo Azimuth-altitude. Fonte: Autoria própria.

Sidek et al. (2017) apresentaram um estudo sobre um seguidor solar de dois eixos azimuth-altitude. O sistema foi projetado e fabricado como mostrado na Figura 2.10. Foi utilizado um motor CC para girar o painel no eixo azimutal e um motor CC linear para movimentar o painel no eixo de elevação. O desempenho do seguidor é analisado em comparação a um sistema fotovoltaico fixo inclinado. Constatou-se que, em relação ao sistema fixo, o seguidor obteve um ganho de 26,9% e 12,8% em dias ensolarados e dias nublados, respectivamente.

Figura 2.10 – Projeto do seguidor solar de dois eixos azimuth-altitude. Adaptado de (SI- DEK et al., 2017).