Analise da energia gerada por uma placa solar fotovoltaica

INTRODUÇÃO

A possibilidade de utilização da radiação solar como fonte de energia é conhecida desde o século XIX (TREVELIN, 2014). No entanto, em função da escassez de combustíveis fósseis e seu possível esgotamento futuro, a necessidade de se utilizar fontes renováveis de energia tem crescido exponencialmente nas últimas décadas.

 No Brasil, a adoção do uso de energia solar em grande escala ainda é recente. A geração de energia solar fotovoltaica correspondeu a 1% da oferta de energia elétrica do país em 2019, proporcionada por um aumento na capacidade instalada de 675 MW em usinas centralizadas e 1430 MW em micro e mini produções (Empresa de Pesquisa Energética, 2020).

Mesmo que essa participação corresponda a apenas uma pequena parcela da oferta de energia, a rapidez na difusão da tecnologia é alta. Ainda segundo os balanços energéticos da Empresa de Pesquisa Energética (2020), só em 2019 a geração solar cresceu em 92,2% em relação a 2018, seguindo tendências dos anos anteriores.

Esse crescimento da demanda tem proporcionado diminuições relevantes nos custos para implementação de sistemas fotovoltaicos, como se pode observar nos leilões de energia elétrica do país (EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA, 2017, 2018, 2019). Com essa expansão, o Brasil tem se tornado competitivo no mercado fotovoltaico, e apresenta grande potencial para investimentos na área.

Além de ser uma economia emergente e que incentiva o uso de fontes energéticas renováveis para produção elétrica, a localização geográfica do Brasil o torna um local propício para investimentos em energia solar. De acordo com Agência Nacional De Energia Elétrica (2005), o país, por ter grande parte de seu território próximo da linha do Equador, tem poucas variações na duração solar do dia e recebe uma quantidade significativa de radiação. Dessa forma, se torna importante entender o funcionamento de práticas de melhoria na eficiência energética de placas solares fotovoltaicas e o comportamento desses painéis em diferentes situações.

 OBJETIVOS

 Objetivo geral

            Gerar energia elétrica a partir de uma fonte solar fotovoltaica e monitorar a eficiência do sistema de geração energética.

 Objetivos específicos

• alimentar uma carga com a energia convertida de uma placa solar fotovoltaica

• elaborar um circuito de medição de parâmetros como tensão e corrente fornecidos pela placa

• elaborar programação para obtenção e tratamento dos dados recebidos

• montar banco de dados e página web para monitoramento do projeto

• acompanhar e analisar eficiência da placa conforme potencial solar da região.

MATERIAIS E MÉTODOS

Para a realização deste projeto, serão utilizados principalmente os seguintes componentes:

• placa fotovoltaica de 10 W;

• módulo ESP32 NodeMCU;

• fusível 0,6 a;

• capacitor 2200 uF;

• regulador 7812;

• regulador 7833;

• sensor de corrente ACS712;

• amplificadores operacionais;

• conversor AD MCP3202;

• lâmpada 12 V, 2 W.

Com esses componentes, o circuito básico será montado para a execução do projeto conforme a Figura 1.

Fonte: própria autoria.

O circuito será alimentado pela placa solar com uma tensão que varia de 19V a 20V quando exposta ao sol. 

A placa deverá ficar exposta ao sol em local sem sombras, posicionada em direção ao norte e com uma inclinação referente à latitude da cidade.

Para o circuito de carga, serão utilizados componentes como um fusível, um capacitor e reguladores 7812 e 7833. O objetivo desses componentes é fazer a proteção do circuito e a regulagem da tensão que a carga irá receber. A tensão gerada pela placa irá alimentar uma lâmpada de 12 V e o microcontrolador ESP32, que funciona com uma tensão de entrada de 3,3 V (ESPRESSIF SYSTEMS, 2021).

Um sensor de corrente ACS712 que realiza medição a partir do efeito Hall será utilizado para as medições. Para além do circuito básico, em função da melhoria da resolução do sinal obtido, poderão ser incrementados ao circuito amplificadores operacionais 741 e um conversor AD MCP3202, além de divisores de tensão para obtenção dos valores de tensão gerados pela placa. O sinal amplificado será enviado ao ESP32.

O módulo ESP32 (figura 3) terá a função de fazer a obtenção e tratamento dos dados solicitados. Uma programação será elaborada para calcular os valores proporcionais de tensão (V), corrente (A) e potência (W) sobre as leituras obtidas, enviar esses dados via Wi-Fi para uma plataforma de análise e armazená-los em um banco de dados. A partir do ESP32, um web-server para acesso local pela internet também será criado.

Já a plataforma de acesso remoto será realizada com base na utilização de máquinas virtuais do Amazon Web Service (AWS). Um web-server será criado a partir de uma instância do tipo EC2 (Amazon Elastic Compute Cloud) (AMAZON WEB SERVICE, 2021), com o auxílio do software Visual Studio Code e ferramentas de programação como o Node-RED (MICROSOFT, 2021; OpenJS Foundation, [2021]). 

Dentre algumas análises na prática com o projeto, figura 3, a dashboard mostrou os dados da tensão de forma satisfatória, figura 2. 

Figura 2. Dashboard do projeto.

Fonte: própria autoria.

Figura 3. Projeto na prática.

Fonte: própria autoria.

Esse projeto utiliza o software de programação em blocos, Node-Red e de uma interface de nível (Figura 4). No software foi utilizado comunicação por Message Queuing Telemetry Transport (MQTT), protocolo de mensagens  para sensores e dispositivos móveis para redes IP, que é responsável pela transmissão entre os dados dos sensores, como corrente, tensão que foi o objetivo desse trabalho, junto com o microcontrolador ESP32 e Node-Red (Figura 5).

Figura 4. Interface gráfica do aplicativo Node-RED

Fonte: própria autoria.

Foi feito uma melhoria na dashboard para a  leitura dos dados como a corrente, tensão e potência (Figura 5).

Figura 5.  Interface dos dados da placa solar.

Fonte: própria autoria.

RESULTADOS E DISCUSSÕES

Feito o projeto, é possível fazer análise de que precisa-se melhorar o circuito, pois faltou componentes e houve instabilidade no sensor de corrente. Com isso, foi possível analisar somente a tensão em que a placa fotovoltaica se encontrava, com o não funcionamento do sensor de corrente, não foi possível gerar a potência. Pretende-se melhorar o circuito para obter melhores resultados, e também aprofundar no projeto construindo um protótipo de rastreador solar. Como o circuito não funcionou, foi construído um circuito utilizando um potenciômetro, para analisar o funcionamento da dashboard. Com isso, foi possível analisar conforme aumentava e diminuía o potenciômetro.

 

[ID:63] Autor:Ana Beatriz Valentin - Criado em: 2021-07-07 19:37:01 - [ Compartilhar ]