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4º Seminário de Pesquisa, Extensão e Inovação do IFSC ISSN 2357-836X

Desenvolvimento do Seguidor Solar Aplicado em Placas Fotovoltaicas (1)

Luiz Felipe Biffi Tomazoni(2); Ronaldo Atsushi Hayakawa(2); Luiz Silvio Scartazzini(3)

(1) Trabalho executado com recursos do Edital Universal No 12/2013 da Pró-Reitoria de Pesquisa, Pós Graduação eInovação. (2) Estudantes do curso de Engenharia de Controle e Automação do Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologiade Santa Catarina, Campus Chapecó. [email protected] e [email protected] . (3) Professor e pesquisador pelo Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia de Santa Catarina, Campus Chapecó; [email protected]

RESUMO: O Seguidor solar é um equipamento no qual o principal objetivo é acompanhar o deslocamentoda terra em relação ao sol para otimizar a incidência da radiação sobre as placas, na geração de energiaelétrica fotovoltaica. O sistema mecânico pode ser manual, controlado por temporizador ou tambémautomatizado. Atualmente sistemas automatizados já existem no mercado internacional, porém, os mesmos

possuem alto custo. Estes equipamentos possuem movimentação na horizontal e vertical, movimentandotodo o suporte que sustenta as placas solares. De fácil fixação das placas solares e sistema robusto, estesmodelos têm capacidade de agüentar fortes ventos. Porém, os modelos atuais apresentam grande consumode energia no sistema mecânico que gera o movimento para acompanhar a incidência solar,desencorajando o investimento no seguidor comercial. O modelo de seguidor que está sendo desenvolvidono IFSC/campus de Chapecó apresenta o novo sistema alfa confeccionado através de tecnologia de baixocusto e de maior eficiência. Este sistema apresenta movimentação através de um eixo central em conjuntocom uma junta homocinética, motores e barras roscadas. Os movimentos são controlados utilizando umaprogramação criada em "C", através da interface arduino uno.

Palavra Chave: Seguidor solar, programação, geração fotovoltaica, sistema alfa.

I. INTRODUÇÃO

O efeito fotovoltaico, que pode ser definidocomo o aparecimento de uma diferença de potencialelétrico entre dois eletrodos ligados a um sólido oulíquido quando este é iluminado. Foi observado pelaprimeira vez por Becquerel (apud GOETZBERGERet al.,2003 p. 2).

Russel Ohl descobriu a primeira célula solarde Silício por acidente em 1940 (RIORDAN apudGREEN, M. A., 2000 p. 990). Verificou uma grandediferença de potencial elétrico ao iluminar o que ele

pensava ser um bastão de silício puro. Estaspropriedades são devidas a um excesso de elétronsmóveis com suas cargas negativas.

No início dos anos 70 a crise do petróleoestimulou o uso de células fotovoltaicas para ageração de energia elétrica na terra (GREEN, M. A.,2000 p. 990). A partir de então, a crescentedemanda de energia elétrica associada à escassezdos recursos fósseis naturais, fez com que fossebuscado novas formas de obtenção de energiaelétrica, tais como, a solar, eólica, maré motriz,geotermia, biomassa, entre outras.

Devido a gestão capitalista dos bens, que

agrega alto custo para algumas tecnologias, muitasdas inovações tecnológicas não se popularizam. É ocaso dos seguidores solares disponíveis nomercado, os quais representam um custo que não érecompensado pelo valor correspondente do ganhode energia que ele proporciona.

O modelo de seguidor proposto tem comoprincipal objetivo modificar o sistema de suporte quemovimenta as placas solares utilizandoequipamentos mais leves e de menor custo,aumentando a eficiência do mesmo.Conseqüentemente haverá uma diminuição naquantidade de energia gasta para a movimentaçãodo conjunto que, associado ao maior rendimento,proporcionará maior energia disponibilizada para oconsumo.

II. METODOLOGIA

Seguidor Solar é um dispositivo que permite oajuste de ângulo de um coletor solar de tal formaque este esteja sempre voltado para o sol, fazendocom que aumente a incidência de raios solaresperpendiculares à superfície dos coletores

mailto:[email protected]












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[OLIVEIRA, 2010]. Este ajuste permite que haja ummelhor aproveitamento da energia emitida pelo solpor meio de raios solares, aumentando assim o

rendimento da produção energética.O rastreador solar atualmente apresentado nomercado, denominado beta, é demonstrado naFigura 1, onde este tem grande perda de energiadevido a quantidade de potência usada paragarantir o acompanhamento solar.

Figura 1 - Modelo seguidor solar beta, atualmentepresente no mercado.

Legenda modelo seguidor solar beta: -A: Sensores-B: Painel Solar-C: Engrenagens para movimento de inclinação-D: Motor de inclinação-E: Corona para movimento azimutal-F: Motor azimutal

O mecanismo apresentado na Figura 2 mostraparcialmente o funcionamento do novo seguidorsolar, denominado alfa, cujo desenvolvimento está

sendo proposto neste trabalho

Uma junta homocinética e dois flanges sãoacoplados no suporte fixo das placas, para queestas possam atingir a quantidade de grausnecessárias para o acompanhamento da luz solar.Para gerar o movimento, são acopladas no suporteduas barras roscadas com um motor em cada umadelas, para assim realizar o movimento de norte-sule a outra de oeste-leste.

Para a automatização do acionamento dosmotores, foi criado um programa em "C" implantadoem um micro-controlador, o qual funciona com alógica de uma tabela verdade. A Tabela 1 apresenta

a lógica da tabela verdade e a sua legenda.

Figura 2 - Modelo seguidor solar alfa.

Tabela 1 - tabela verdade SS SI NS NI

NORTE LOW LOW PWM HIGHSUL PWM HIGH LOW LOW

LS SI NS NIOESTE LOW LOW PWM HIGHLESTE PWM HIGH LOW LOW

Legenda da tabela verdade:-SS: sul superior

-SI: sul inferior-NS: Norte superior-NI: Norte inferior-LS: Leste superior-LI: Leste inferior-OS: Oeste superior-OI: oeste inferior-LOW: Sinal 0 volts- HIGH: Sinal 5 volt - PWM: Pulsos acionados

O funcionamento da tabela verdade pode serexplicado sucintamente: quando for acionado

sentido sul, o SS e o SI recebem respectivamenteos sinais dos pulsos e dos 5 volts. No entanto,alguns milissegundos antes, irá deixar o sentidonorte NS e NI com sinais de 0 volts para que nãoocorra curtos no sistema. Da mesma forma,resultados semelhantes ocorrem nos demaissentidos de rotação.

Para o acionamento do micro-controladorforam utilizados dois conjuntos com dois LDR's(Resistor dependente de luz) em cada conjunto. Umconjunto controla o movimento azimutal e o outrocontrola o movimento zenital, sendo que um LDR doconjunto controla a ida e o outro controla a volta do

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suporte das placas.O LDR de cada conjunto é separado do outro

LDR por um perfil em "T", como mostra a Figura 3,

para que, conforme a posição solar, não hajadiferença de resistência entre os pares, causadapelo sombreamento em um deles. Quando ocorrediferença entre as resistências dos LDR’s, o micro-controlador é acionado para enviar um pulso (pwm)que aciona os motores, reposicionando o sistemade forma que a diferença de resistência sejareduzida ao mínimo.

Figura 3 - Perfil em "T" separando os LDR’s

III. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Quando o micro-controlador está em

funcionamento, obedecendo a lógica presente nasplacas de circuito impresso inseridas em seusistema, faz com que não haja pontos desobrecarga ou curtos no circuito, garantido seufuncionamento conforme descrito no texto.

Testes foram realizados com o seguidor solaralfa através do Softwer Solid Works, disponível noCampus Chapecó, para o dimensionamento doconjunto do seguidor. O teste de resistência avalioua capacidade da estrutura para suportar velocidadesde vento e pressão, concluindo que o conjuntosuporta velocidades de vento de até 100 km/h epressões verticais 5 kN/m2.

Grandes dificuldades foram encontradas noacoplamento da junta homocinética no suporte, poisseus graus de movimentação são muito limitados.Para compensar o baixo grau de liberdade devariação nos ângulos, foram inseridos dois flanges,os quais aumentam o limite da angulação da juntahomocinética, mantendo a segurança do sistema.

Para o acionamento dos motores, foramnecessárias duas placas de alta potência, uma paracada sentido de movimento, azimutal e zenital,utilizando conjunto de mosfets para que nãoocorresse excesso de carga no micro-controlador.

IV. CONCLUSÕES

Como este projeto ainda está em andamento

devido ao pouco tempo em que foi implantado noCampus, testes ainda devem ser realizados paraverificar o ganho de energia obtido com o sistemado seguidor. Deverão ser realizados testescomparativos entre um conjunto de placastestemunho, que permanecerão fixas, e o conjuntode placas acopladas ao seguidor, para realização daanálise econômica, verificando se o ganho deenergia obtido com o conjunto seguidor sobre aenergia produzida pelo conjunto testemunho forneceuma renda na energia comercializada cujo valorsupere ao gasto investido no sistema de seguidor,para a região sul do Brasil, onde o número de

horas/sol/dia é menor do que em outras regiões dopaís.

Nos testes iniciais de laboratório o protótipodesenvolvido apresentou bom funcionamento,necessitando de alguns ajustes na programação,para correções de falhas.

AGRADECIMENTOS

Os pesquisadores do Grupo Controle, Automação e Eficiência Energética para o Ensinoagradecem a Pró-Reitoria de Pesquisa, Pós-

Graduação e Inovação e a coordenação do Campusde Chapecó pela elaboração e manutenção doprograma previsto no Edital Universal no IFSC.

REFERÊNCIAS

GOETZBERGER, A.; HEBLING, C.; SCHOCK, H.-W.Photovoltaic materials, history, status and outlook. Materials Science and Engineering R, v. 40, p. 1-46,2003.

GREEN, M. A. Photovoltaics: technology overview.

Energy Policy, v. 28, p. 989-998, 2000. OLIVEIRA, Fernanda P. Monografia: CélulaFotovoltaica de Silício. São Paulo: USP, 2010

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