Desenvolvimento de um piranômetro fotovoltaico

Abstract

Nesse trabalho foi desenvolvido e testado um piranômetro utilizando um sensor óptico à base de silício cristalino, facilmente encontrado no mercado. O sensor foi envolvido por uma estrutura de PVC com a finalidade de minimizar os efeitos térmicos e das intempéries sobre suas medidas de irradiância solar. Um difusor, também à base de PVC, foi incorporado ao piranômetro. O protótipo foi calibrado com um piranômetro comercial Eppley que serviu como padrão. Ambos os instrumentos foram conectados a um sistema de aquisição de dados. As medições foram realizadas durante vários dias, em intervalos de um minuto, para condições atmosféricas de céu claro e céu com nuvens. Três grupos de análises foram realizados: a) A princípio foram medidas, de acordo com a norma ISO 9060, a sensibilidade da constante de calibração, a não linearidade e a resposta ao ângulo de incidência (resposta ao co-seno). b) A influência da temperatura na medida de irradiância foi analisada pela monitoração da temperatura interna do sensor e das irradiâncias medidas pelo protótipo e pelo Eppley. Os dados de irradiância foram filtrados no intervalo de 950 to 1050 W/m2 para que fosse possível isolar apenas os efeitos da temperatura nas medidas. c) Foi realizada uma comparação entre irradiância e energia solar diária registradas pelo Eppley e pelo protótipo ao longo dos experimentos. Os resultados obtidos são descritos a seguir: (1) A constante de calibração média obtida foi de 12,9 μV/(W/m2 ) , com desvio padrão da ordem de ±1%. A não linearidade média é da ordem de ± 2,9% (o valor limite estabelecido por norma é de 3%). A resposta ao ângulo de incidência do protótipo foi adequada até 40 graus Celsius (desvios menores que 4%). Para ângulos maiores, o desvio cresce para valores de até 9%. Esse comportamento indica a necessidade de se propor um difusor com características ópticas melhor adaptadas à geometria do protótipo. (2) Com relação à influência da temperatura, foram registradas variações (desvio padrão percentual) na irradiância medida pelo protótipo da ordem de 2,6% para variações de temperatura de 5,7%. Ao mesmo tempo, o Eppley registrou variações da ordem de 2,3%, muito próximo do nível observado para o protótipo. A maior diferença observada entre as temperaturas máxima e mínima foi de 17oC (50,1oC 33,1oC), o que corresponde a uma variação da ordem de 39,4%. Valores de irradiância correspondentes a essas temperaturas apresentam variações da ordem de 1,3% para o protótipo e 0,6% para o Eppley. (3) No que se refere às medidas de irradiância, o desvio quadrático médio para valores instantâneos (1 minuto) é da ordem de 6,3% (média ao longo de 54 dias). Considerando médias horárias de irradiância, esse valor diminui para 3,7%. Para energia solar diária, o desvio médio obtido é da ordem de 2,0%. Esses resultados mostram que, embora o protótipo não atenda a todas as exigências da norma, ele pode ser adequado para medições de radiação solar. Entretanto, experimentos mais extensivos devem ser realizados para identificar e solucionar problemas que o instrumento ainda apresente. Um período mínimo de ensaios de um ano é necessário para avaliar a estabilidade da constante do protótipo. Um radiômetro de baixo custo (US$ 150,00), com precisão similar à obtida nesse trabalho, poderá contribuir para a expansão da aquisição de dados de energia solar, melhorando a informação disponível na rede de medições solarimétricas do Brasil