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INSTITUTO SUPERIOR POLITÉCNICO DE SONGO
DIVISÃO DE ENGENHARIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELECTROTÉCNICA
LICENCIATURA EM ENGENHARIA ELÉCTRICA
PRÁTICAS PROFISSIONALIZANTES
Tema: Sistema de Rastreador Solar Automático
Discente: Docentes:
Juli Toni Maurício José Alberto Inácio Msc. Eng. Isac C. Bitone
Msc. Crespo B. José Msc. V. Fijamo
Setembro de 2024
INSTITUTO SUPERIOR POLITÉCNICO DE SONGO
DIVISÃO DE ENGENHARIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELECTROTÉCNICA
LICENCIATURA EM ENGENHARIA ELÉCTRICA
Sistema de Rastreador Solar Automático
Discente: Docentes:
Juli Toni Maurício José Alberto Inácio Msc. Eng º Isac C. Bitone
Msc. Crespo B. José
Msc. V. Fijamo
Setembro de 2024
Este Projecto é de carácter individual, investigativo e avaliativo da Unidade de competência: Práticas Profissionalizantes. Nível 2, 4º Semestre de 2024.
1. Introdução
A energia solar surge como uma alternativa renovável e ambientalmente benéfica, à medida que a terra acolhe a mudança para fontes de energia sustentáveis. Um Sistema de Rastreador Solar Automático é um meio para aumentar a eficiência dos painéis solares. Este projecto se aprofunda no desenvolvimento de um sistema de rastreador solar baseado em Arduino que detecta a luz e altera a posição do painel solar em relação a posição do sol. Como consequência, um sistema inteligente e dinâmico é criado que alinha constantemente o painel solar ortogonalmente aos raios solares, melhorando a colecta de energia. O sistema de rastreamento solar desenvolvido neste projecto será apresentado de forma oral e prática.
1.1. Objectivos gerais Garantir a máxima eficiência dos painéis solares na recepção dos raios solares.
1.2. Objectivos específicos Desenvolver um Sistema de rastreador solar baseado em arduino; Garantir a produção máxima da energia solar durante todo dia; Melhorar a sustentabilidade ambiental da energia solar a partir deste tipo de sistema.
2. Revisão Bibliográfica
Nos últimos anos, a energia solar se estabeleceu como uma das principais fontes de energia renovável, tendo abrangido um grande espaço na geração de energia eléctrica ao redor do mundo. Porém, devido a baixa eficiência dos painéis solares, havendo a necessidade de buscar tecnologias para maximizar a produção de energia eléctrica.
Nesse contexto, o presente projecto tem por objectivo desenvolver um protótipo de um rastreador solar para aplicações prática, controlado com um sistema Arduino, que possibilite a movimentação de placas fotovoltaicas em relação às posições do sol ao longo do dia através de um sistema electromecânico, melhorando, dessa maneira, a eficiência da geração solar fotovoltaica e trazendo melhorias para o efeito fotovoltaico. (Marcelo Roberto & Fabiana Karla)
2.1. Sistema
Sistema é um conjunto de elementos dinamicamente relacionados entre si, formando uma actividade para atingir um objectivo, operando sobre entradas (informação, energia ou matéria) e fornecendo saídas ( Chiavenato 2014, p. 407).
2.2. Energia Solar
Um sistema de energia solar é um modelo em que os componentes de seu equipamento Funcionam de forma a realizar a captação da energia solar, e sua conversão em energia eléctrica.
(a) Um eixo vertical (b) Um eixo horizontal. Adaptado de (Silva, 2012)
(c) Rastreador solar de dois eixos. Adaptado de (Vieira, 2014)
Um Sistema de rastreador solar com dois graus de liberdade combina o eixo horizontal com o eixo vertical. Portanto, esse sistema de rastreamento solar consegue captar mais os raios solares, proporcionando uma maior densidade de potência incidente na superfície do módulo (placa fotovoltaica).
4. Metodologia
A metodologia utilizada neste projecto foi a de pesquisa e análise da importância do mesmo para a sociedade e para as centrais fotovoltaicas em geral. Este projecto se aprofunda no desenvolvimento de um sistema de rastreador solar baseado em Arduino que detecta a luz solar usando Resistores Dependentes de Luz (LDR) e altera a posição do painel solar usando um servo motor.
5. Protótipo do Projecto – Descrição 5.1. Componentes necessários : Circuito primário. Arduino UNO; Sensores LDR (x2) – Resistores dependentes de luz; Mini servomotor (SG90); Módulo de reforço de tensão USB DC 1~5 V para DC 5 V; Módulo carregador de bateria LiPo (Mini TP4056 IC); Interruptor liga/desliga (Botão); Suporte de bateria 18650 (1 célula); Célula de bateria 18650 (3,7 V). Alternativos: Circuito Secundário.
- Placa Arduino UNO
- Painel solar (x1)
- Servo motor (SG90 x1)/ Motor cc
- Sensor LDR (x2)
- Resistor de 10kΩ (x2)
- TDA 2822;
- Placa de expansão / papelão e Fios de ligação.
O diagrama de circuito acima nos dá uma compreensão do arranjo de hardware que serve como base para o Sistema de Rastreador Solar Automático. Um painel solar de serve como a principal fonte de energia para o sistema. Incluímos um Módulo Carregador de Bateria LiPo Mini TP IC, que é alimentado por uma célula de 3,7 volts e tem um interruptor liga/desliga para controle, para garantir o gerenciamento eficaz dessa energia (circuito primário).
Uma fonte de 3,7 volts para para alimentar as peças essenciais, que incluem um motor cc, dois sensores Resistores Dependentes de Luz (LDR) e um Arduino UNO, a fim de manter uma distribuição de energia consistente. Os sensores LDR são puxados para baixo usando resistores de 100 quilo ohms para garantir sua operação (circuito secundário).
6. Simulação com Proteus 8.
Esta simulação examina o Sistema Rastreador Solar Automático, na qual foi construído com o Proteus 8.10. O objectivo desse sistema é seguir activamente a posição do sol para garantir que um painel solar permaneça posicionado de forma ideal para a maior colecta de energia. Esta simulação mostra como um Arduino UNO, sensores LDR, resistores e um servo motor trabalham juntos para fornecer rastreamento solar preciso.
6.1. Simulação de Rastreador Solar Automático com Arduino 1.8.
A compilação do código no Arduino IDE é o primeiro passo na simulação. Este código permite que o servo motor ou o motor e os sensores LDR operem juntos coordenando suas acções. Primeiro, o servo motor é inclinado noventa graus e permanece imóvel até que a luz que atinge ambos os sensores LDR seja igual.
Quando há uma diferença na recepção de luz é encontrada entre os dois sensores LDR, a simulação mostra a inteligência do sistema. O servo motor se move rapidamente para o lado com maior exposição à luz assim que um sensor detecta uma quantidade maior de luz do que o outro. O servo motor para quando ambos os sensores detectam a mesma quantidade de luz, o que é o resultado desse ajuste dinâmico.
Fig. Circuito primário com uso de servo motor.
7. Impacto ambiental
Com o aumento populacional e desenvolvimento industrial em escala global ocorre em consequência na crescente demanda por energia eléctrica. Para aumentar a eficiência com o que se tem já desenvolvido, foi proposta a tecnologia de rastreador solar em um eixo polar, que consiste em rastrear o posicionamento do sol e direccionar o painel fotovoltaico de modo que ele fique sempre perpendicular em relação ao sol. Para constatar se houve o aumento da eficiência, foi realizada a comparação entre um sistema convencional (painel fixo) e um sistema com o rastreador solar (painel móvel), (JÚNIOR, António Carlos - Rastreador solar e comparação de eficiência na geração fotovoltaica .).
9. Referências Bibliográficas
Bajpai, P., Kumar. - Design, Development and Performance Test of an Automatic Two-Axis Solar Tracker System. no: Institute of Electrical and Electronics Engineers - IEEE India Conference, Hyderabad, 2011, pág. 1-6.
Bessa Neto, L. J. de.,. Desenvolvimento de Rastreador Solar de Um Eixo Para painéis Fotovoltaicos com Aplicações Didácticas. 10p. Artigo (Graduação) - Bacharelado em Ciência e Tecnologia. Universidade Federal Rural do Semiárido-UFERSA, 2019 - Mossoró.
JÚNIOR, António Carlos Lemos. Et al. Rastreador solar e comparação de eficiência na geração fotovoltaica. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Ano 05, Ed. 08, Vol. 13, pp. 44-62. Agosto de 2020. ISSN: 2448-0959, Hiperligação de acesso: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/engenharia-eletrica/rastreadorsolar
Diagrama do Circuito: DOWNLOAD CODE, CIRCUIT DIAGRAM AND SIMULATION
