Sensor de Alinhamento

O sensor de alinhamento é responsável por enviar os comandos que acionam o acompanhamento do Sol ao longo do dia, sendo feito através de um sinal digital em sua saída. Este sensor foi implementado a partir de dois LDR’s, fixados em uma estrutura apropriada, juntamente com componentes eletrônicos analógicos básicos. A Figura 3.9 mostra o circuito eletrônico do sensor de alinhamento. Os sinais de tensão presentes sobre os LDR’s são constantemente comparados através de um comparador de tensão com histerese. REF é um LDR usado para obtenção de uma irradiância de referência e é posicionado de forma a receber constantemente a radiação solar durante o rastreio. TRK é sombreado pela estrutura na qual os LDR’s estão fixados sempre que o arranjo fotovoltaico fica desalinhado com o Sol, conforme mostrado na Figura 3.10.

Figura 3.10 – Estrutura de suporte dos LDR’s.

A estrutura usada para fixar os LDR’s tem um formato tal que, com o movimento do Sol ao longo do dia, a sombra sobre TRK aumenta, enquanto o REF permanece iluminado pelo Sol. Isto provoca uma diferença entre as irradiâncias recebidas pelos dois LDR´s, e conseqüentemente uma diferença entre as tensões sobre estes componentes. O circuito comparador de tensão recebe o sinal diferença e, ao perceber uma tensão em TRK maior que a tensão lida em REF, coloca em sua saída R um sinal de tensão alto, que comanda o acionamento do motor no sentido de rotação que realinha o arranjo fotovoltaico. Com o movimento de alinhamento, a sombra formada pela estrutura sobre TRK diminui até que sua tensão seja inferior à tensão sobre o LDR de referência, e o movimento é então encerrado até que haja um novo desalinhamento entre o arranjo e o Sol.

A histerese existente no circuito comparador exige uma diferença mínima entre os sinais de tensões comparados para que haja alguma mudança na tensão de saída do comparador. Esta diferença pode ser ajustada no circuito comparador e serve para evitar um número elevado de acionamentos do motor durante o funcionamento do rastreador.

Aumentando a diferença mínima exigida entre os sinais de tensão ocorre uma conseqüente diminuição da quantidade de acionamentos, com cada acionamento se prolongando por um período de tempo longo. Uma diminuição da diferença mínima de tensão ocasiona um aumento do número de acionamentos que passam a ter durações curtas. O melhor ajuste é conseguido através de testes com o rastreador em funcionamento.

Como o movimento de acompanhamento do Sol é acionado conforme a área sombreada de TRK, o formato dado à estrutura que suporta os LDR’s também influencia diretamente na precisão do rastreador. Quanto maior a altura do plano que gera a sombra, maior será a precisão no rastreamento, uma vez que, pequenos desvios entre o arranjo e o Sol geram uma sombra suficiente para ativar o rastreamento. Porém, quanto maior a área deste plano, maior a possibilidade do sistema ser influenciado pela incidência de ventos. O uso de um semicírculo para gerar a sombra, mostrado na Figura 3.10, garante uma diminuição da área total e do efeito da mudança de posição do Sol ao longo das estações do ano.

Ainda é possível diminuir a área do plano que gera a sombra se a estrutura de suporte dos LDR’s estiver posicionada com inclinação equivalente à latitude local. Neste caso, a largura necessária ao plano corresponde à medida da sua altura. A Figura 3.11 mostra a estrutura utilizada no projeto. Uma vez que o suporte dos LDR’s foi fixado no mesmo plano do arranjo fotovoltaico, e este possui inclinação correspondente à latitude de Recife, a área do plano pôde ser diminuída conforme comentado anteriormente, possuindo altura e largura de 18cm. Esta estrutura foi feita a partir de

uma chapa de alumínio, onde foram realizados cortes e dobras necessárias, e pintada na cor preta fosco, para evitar que reflexões da luz solar incidam sobre os LDR’s.

(a) (b)

Figura 3.11 – Estrutura usada no projeto para suporte dos LDR’s (a) TRK e (b) REF.

O sensor de alinhamento projetado permite apenas seguir o Sol à medida que este passa da posição do arranjo, isto é, através do acionamento do motor em um único sentido de rotação (Leste-Oeste). Assim, não é possível focalizar o Sol caso este se encontre numa posição anterior ao arranjo fotovoltaico. Embora isto possa parecer à primeira vista uma limitação do sensor de alinhamento, esta configuração simplifica o circuito e fornece praticamente o mesmo ganho de um circuito capaz de comandar o retorno do arranjo para focalizar o Sol.

Uma vez que o Sol tem seu movimento ao longo do dia em um único sentido, apenas um erro no seu acompanhamento pode levar o arranjo a estar adiantado em relação ao Sol. Este erro normalmente ocorre devido à falta de exatidão apresentada pelos rastreadores solares para baixas irradiâncias, principalmente em dias nublados, quando se tem uma forte presença da radiação difusa na composição da radiação total

que chega aos módulos fotovoltaicos e sensores. Nesta situação não há vantagem em realizar um rastreamento do Sol, porque a maior parte da radiação chega ao arranjo fotovoltaico em todas as direções de forma praticamente uniforme.

Como o sensor de alinhamento tem seu funcionamento baseado na comparação das irradiâncias que incidem sobre seus dois LDR’s, uma predominância da radiação difusa compromete sua precisão e pode acarretar em um adiantamento do arranjo em relação ao Sol. Como solução, o circuito eletrônico do sensor de alinhamento apenas aciona o rastreio se houver uma quantidade suficiente de radiação direta na composição da radiação total que permita aos LDR’s localizar o Sol com boa segurança. Isto é feito com o uso do resistor R9 em série com o LDR de referência (Figura 3.9). Quanto maior o valor usado para este resistor, maior a quantidade da radiação direta necessária para que haja acompanhamento. O valor para R9 usado no protótipo foi encontrado através de testes e experimentos com o rastreador em funcionamento.

Dessa forma, o sistema de rastreamento montado tem o seu movimento de seguimento do Sol ao longo do dia interrompido pela presença de nuvens, permanecendo parado até que o Sol reapareça, quando então se realinha ao mesmo.