Development of a photovoltaic pyranometer / Desenvolvimento de um piranÃmetro fotovoltaico

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2008

RESUMO

Nesse trabalho foi desenvolvido e testado um piranÃmetro utilizando um sensor Ãptico à base de silÃcio cristalino, facilmente encontrado no mercado. O sensor foi envolvido por uma estrutura de PVC com a finalidade de minimizar os efeitos tÃrmicos e das intempÃries sobre suas medidas de irradiÃncia solar. Um difusor, tambÃm à base de PVC, foi incorporado ao piranÃmetro. O protÃtipo foi calibrado com um piranÃmetro comercial Eppley que serviu como padrÃo. Ambos os instrumentos foram conectados a um sistema de aquisiÃÃo de dados. As mediÃÃes foram realizadas durante vÃrios dias, em intervalos de um minuto, para condiÃÃes atmosfÃricas de cÃu claro e cÃu com nuvens. TrÃs grupos de anÃlises foram realizados: a) A princÃpio foram medidas, de acordo com a norma ISO 9060, a sensibilidade da constante de calibraÃÃo, a nÃo linearidade e a resposta ao Ãngulo de incidÃncia (resposta ao co-seno). b) A influÃncia da temperatura na medida de irradiÃncia foi analisada pela monitoraÃÃo da temperatura interna do sensor e das irradiÃncias medidas pelo protÃtipo e pelo Eppley. Os dados de irradiÃncia foram filtrados no intervalo de 950 to 1050 W/m2 para que fosse possÃvel isolar apenas os efeitos da temperatura nas medidas. c) Foi realizada uma comparaÃÃo entre irradiÃncia e energia solar diÃria registradas pelo Eppley e pelo protÃtipo ao longo dos experimentos. Os resultados obtidos sÃo descritos a seguir: (1) A constante de calibraÃÃo mÃdia obtida foi de 12,9 μV/(W/m2 ) , com desvio padrÃo da ordem de Â1%. A nÃo linearidade mÃdia à da ordem de  2,9% (o valor limite estabelecido por norma à de 3%). A resposta ao Ãngulo de incidÃncia do protÃtipo foi adequada atà 40 graus Celsius (desvios menores que 4%). Para Ãngulos maiores, o desvio cresce para valores de atà 9%. Esse comportamento indica a necessidade de se propor um difusor com caracterÃsticas Ãpticas melhor adaptadas à geometria do protÃtipo. (2) Com relaÃÃo à influÃncia da temperatura, foram registradas variaÃÃes (desvio padrÃo percentual) na irradiÃncia medida pelo protÃtipo da ordem de 2,6% para variaÃÃes de temperatura de 5,7%. Ao mesmo tempo, o Eppley registrou variaÃÃes da ordem de 2,3%, muito prÃximo do nÃvel observado para o protÃtipo. A maior diferenÃa observada entre as temperaturas mÃxima e mÃnima foi de 17oC (50,1oC â 33,1oC), o que corresponde a uma variaÃÃo da ordem de 39,4%. Valores de irradiÃncia correspondentes a essas temperaturas apresentam variaÃÃes da ordem de 1,3% para o protÃtipo e 0,6% para o Eppley. (3) No que se refere Ãs medidas de irradiÃncia, o desvio quadrÃtico mÃdio para valores instantÃneos (1 minuto) à da ordem de 6,3% (mÃdia ao longo de 54 dias). Considerando mÃdias horÃrias de irradiÃncia, esse valor diminui para 3,7%. Para energia solar diÃria, o desvio mÃdio obtido à da ordem de 2,0%. Esses resultados mostram que, embora o protÃtipo nÃo atenda a todas as exigÃncias da norma, ele pode ser adequado para mediÃÃes de radiaÃÃo solar. Entretanto, experimentos mais extensivos devem ser realizados para identificar e solucionar problemas que o instrumento ainda apresente. Um perÃodo mÃnimo de ensaios de um ano à necessÃrio para avaliar a estabilidade da constante do protÃtipo. Um radiÃmetro de baixo custo (US$ 150,00), com precisÃo similar à obtida nesse trabalho, poderà contribuir para a expansÃo da aquisiÃÃo de dados de energia solar, melhorando a informaÃÃo disponÃvel na rede de mediÃÃes solarimÃtricas do Brasil

ASSUNTO(S)

fotovoltaico sensor irradiance irradiÃncia piranÃmetro sensor fototransistor engenharia nuclear pyranometer photovoltaic phototransistor

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