Desenvolvimento de sistema estimador de irradiância com comunicação IoT utilizando microcontrolador ESP32 e protocolo MQTT

Abstract

A irradiância solar papel desempenha um papel essencial no controle e na eficiência dos sistemas fotovoltaicos (FV). Além disso, com base nas características do módulo FV e no valor irradiância, é possível monitorar o rendimento dos módulos, buscar o ponto de máxima potência e supervisionar condições críticas, como sombreamentos parciais e módulos envelhecidos. No entanto, os piranômetros, que são sensores de irradiância, apresentam custo elevado, medições pontuais limitadas e necessidade de calibrações periódicas. Este trabalho propõe uma solução de baixo custo para estimar a irradiância em sistemas FV, utilizando medições de corrente, tensão e temperatura dos módulos FV. A técnica de estimação baseia-se na aplicação de um algoritmo \textit{lookup table}, construído a partir do Modelo Global Não Linear (MGNL) do módulo. O sistema desenvolvido utiliza o microcontrolador ESP32 para adquirir as grandezas do módulo e as envia via protocolo MQTT para um \textit{broker}, que encaminha os dados para um \textit{script} em Python, responsável por estimar a irradiância. Essa abordagem alivia o impacto computacional na ESP32, permitindo uma estimação mais precisa. Dessa forma, esse sistema permite o monitoramento remoto do módulo FV através da internet, com comunicação IoT. Para validar o conceito, foi desenvolvida uma Interface Homem-Máquina (IHM) no Elipse E3, que exibe as informações de maneira eficiente. Resultados experimentais demonstraram que o protótipo obteve um MAPE de 3,45\%, um desempenho superior à média dos métodos avaliados (3,60\%), confirmando sua precisão sob diferentes condições ambientais. A solução proposta não apenas permite a estimação precisa da irradiância, mas também se destaca pela implementação da conectividade IoT, contribuindo para o monitoramento e manutenção eficiente de sistemas fotovoltaicos.