Sistema remoto de medição de irradiância solar para obtenção do desempenho global de sistemas fotovoltaicos

Abstract

Os projetos para produção de energia elétrica por sistemas fotovoltaicos (FV) crescem ano após ano no Brasil. Em projetos de pequeno e médio porte a produção de energia é estimada por meio de programas de simulação. Surge a necessidade de avaliar o desempenho global desses sistemas frente à produção calculada, implicando a medição da irradiância solar. O desafio é desenvolver um dispositivo de baixo custo para ser usado em sistemas FVs de pequeno e médio porte. A corrente elétrica produzida por uma célula solar é diretamente proporcional (linear) à irradiância solar e acoplando-se um resistor, pode-se obter um valor de tensão proporcional à irradiância. Foi desenvolvido e caracterizado um dispositivo para obter a irradiação solar e transmitir os dados para uma plataforma na nuvem. A célula solar de silício usada no dispositivo foi calibrada e os valores de irradiância solar foram comparados em relação aos obtidos por um piranômetro térmico, mostrando uma raiz quadrada do erro médio da ordem de 9,7 W/m2 nos 21 dias de leitura das 6 h às 18 horas. O dispositivo foi instalado em um sistema fotovoltaico em Viamão - RS. Durante 47 dias de novembro/2022 a janeiro/2023, os dados de irradiância solar bem como os dados de produção de energia elétrica do sistema fotovoltaico foram enviados para a nuvem. A medição da irradiância permitiu a identificação de problemas de sombreamento no arranjo fotovoltaico. O desempenho global médio no período foi de 91 %, estando de acordo com o previsto para sistemas bem dimensionados e instalados.

The projects for the production of electric energy by photovoltaic (PV) systems grow year after year in Brazil. In small and medium size projects the energy production is estimated using simulation software. However, it is essential to assess the performance ratio of these systems against the calculated production, implying the measurement of solar irradiance. The challenge is to develop a low-cost device to be used in small and medium size PV systems. The electric current produced by a solar cell is directly proportional(linear) to the solar irradiance, and by coupling a resistor, a voltage value proportional to the irradiance can be obtained. A device was developed and characterized to obtain solar irradiance and transmit the data to a cloud platform. The silicon solar cell used in the device was calibrated and the solar irradiance values were compared with those obtained by a thermal pyranometer, showing a root mean square error of the order of 9.7 W/m2 in the 21 days of readings from 6 am to 6 pm. The device was installed in a photovoltaic system in Viamão - RS. During 47 days from November/2022 to January/2023, the solar irradiance data as well as the electricity production data from the photovoltaic system were sent to the cloud. The irradiance measurement allowed the identification of shading problems in the PV arrangement. The average overall performance ratio in the period was 91 %, being in line with what is expected for well-designed installed systems.