PROTOTIPAÇÃO E ELABORAÇÃO DE UM SISTEMA DE AUTOMAÇÃO PARA PAINÉIS FOTOVOLTAICOS CONTROLADOS POR ARDUINO
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(2) PROTOTIPAÇÃO E ELABORAÇÃO DE UM SISTEMA DE AUTOMAÇÃO PARA PAINÉIS FOTOVOLTÁICOS CONTROLADOS POR ARDUINO. 1. INTRODUÇÃO Nosso planeta diariamente recebe em abundancia radiação proveniente do sol, sendo considerada uma energia completamente limpa, praticamente inesgotável na escala da nossa civilização e também como um dos pilares da vida na Terra, sendo alvo de diversas pesquisas ao longo dos anos. Dessas pesquisas resultaram os painéis fotovoltaicos, dispositivos capazes de converter a luz solar em energia elétrica, por meio de um processo onde duas placas de silício diferentemente dopadas formam um sistema elétron-lacuna quando expostas a luz, permitindo o fluxo de uma corrente em um circuito, o que é conhecido como efeito fotovoltaico, esse efeito é proporcional a quantidade de irradiação luminosa sobre o painel, sendo mais intenso quando recebe essa radiação de forma direta. Como há uma tendência em reduzir o número de emissões de gases poluentes na atmosfera, as energias renováveis como a solar vem sendo empregadas com mais IUHTXrQFLD FRPR DILUPD $/9(6 H 6,/9$. ³Com a crescente preocupação em frear a. degradação do planeta e o constante aumento pela demanda de energia, o Sol vem ocupando lugar de destaque como uma grande e importante fonte de energia alternativa. ´ Contudo sabemos que o sol atinge a superfície em ciclos, fazendo com que painéis fotovoltaicos convencionais não recebam toda irradiância solar que deveriam receber durante o dia de forma direta, o que justifica o desenvolvimento de um dispositivo capaz de rastrear e ajustar posicionamento da placa em relação ao sol. Esse trabalho tem como objetivos, provar o funcionamento do sistema de rastreamento e demonstrar os ganhos que podem ser obtidos com esse sistema..
(3) 2. METODOLOGIA Para a elaboração do sistema de automação foram utilizadas em grande maioria, peças recicladas de dispositivos eletrônicos, com o intuito de reduzir os custos de produção do protótipo, segue abaixo a lista de materiais utilizados: Tabela 1: Materiais utilizados. Quant. Descrição 1 Microcontrolador Arduino UNO R3 8 Resistores 4 Relés CC 12v 4 Diodos N4001 4 Transistores BD139 Cabos e conectores 1 Protoboard 830 furos 1 Motor elétrico CC 12 V c/ caixa de red. 1 Estrutura de ferro c/ 2 eixos de rotação 1 Bateria 12 V 7A 1 Potenciômetro 10k 2 Painéis fotovoltaicos KYOCERA KC40T 4 Lâmpadas 24 V 20W 2 Chaves fim de curso 2 Sensores LDR Fonte: Elaborado pelo Autor. A construção do projeto foi separada em 3 partes: Desenvolvimento da estrutura, controle de rotação do motor, e programação do software e varredura de luz ambiente que fará o acionamento quando necessário. A estrutura baseia-se em um suporte que se move em dois eixos, porém, o sistema desenvolvido move-se em apenas um dos eixos, entretanto, futuramente pretende-se automatizar esse eixo também, a estrutura foi projetada de forma que a placa fique inclinada 40º em relação ao solo. O controle de rotação e direção do motor foi desenvolvido em uma protoboard, e consiste em uma Ponte-H com 4 relés, de forma que, quando acionados em pares giram o motor no sentido desejado, a escolha de um motor CC foi mais adequada, pois o mesmo inverte o sentido de rotação caso seja invertido o sentido da corrente no mesmo. Para que os reles pudessem ser acionados pelo Arduino utilizou-se também 4 transistores BD139, que permitiram que os reles 12 V fossem acionados com um sinal de 5 V, segue abaixo o esquemático da ponte-h utilizado no projeto..
(4) Figura 1: Esquema elétrico da Ponte-h e circuito montado na protoboard. Após o acoplamento do motor à estrutura, foram posicionados os sensores LDR no eixo rotativo, os LDR foram alimentados com a saída 5 V do Arduino com a tensão regulada pelo potenciômetro, e as saídas ligadas nas entradas analógicas e em paralelo com o GND do Arduino funcionado como um divisor resistivo. O software executado no Arduino realiza uma leitura dos valores dos LDR recebidos pelas portas analógicas e os compara, e aciona os relés, caso necessário, para rotacionar o motor em direção a região com maior incidência luminosa. Com o sistema montado, o mesmo foi calibrado utilizando lâmpadas incandescentes e testado ao ar-livre posteriormente, após a calibração o sistema foi montado para o teste definitivo e coleta de dados. A estratégia adotada para a coleta de dados foi montar dois sistemas de geração fotovoltaica idênticos e independentes utilizando placas com as mesmas características e com cargas resistivas de mesmo valor ligadas em suas respectivas saídas, ambos direcionados ao norte com 40º de inclinação, porém sendo um sistema fixo e o outro rastreador, as amostras seriam recolhidas a cada 30 minutos de cada uma no período das 7:30 às 18:30, em cada amostra foram aferidos, tensão conectado a carga (V), corrente na carga (I), tensão de circuito aberto (Voc), corrente de curto circuito (Isc), temperatura(Cº), e irradiação solar sobre o painel(W/m²), os testes foram realizados no mesmo dia com o intuito de não haver diferença entre os resultados que poderiam ser causadas por variáveis como o clima. Os instrumentos utilizados para extrair os dados foram: Tabela 2: Instrumentos utilizados. Multímetro Icel MD-6199 Medidor de energia solar Icel SP-2000 Câmera térmica FLIR T420 Fonte: Elaborado pelo autor..
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