Aferição de incidência solar em microgeradores - PUC

Anais do XVII Encontro de Iniciação Científica – ISSN 1982-0178
Anais do II Encontro de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação – ISSN 2237-0420
25 e 26 de setembro de 2012
Aferição de incidência solar em microgeradores fotovoltaicos:
Estudo do potencial para bombeamento de água
Cesar Rennó Gonçalves
Faculdade de Engenharia Elétrica
CEATEC
[email protected]
Alexandre de Assis Mota
Grupo de Pesquisa em Eficiência Energética
CEATEC
[email protected]
Resumo: Esse projeto utilizou energia solar como
principal fonte de energia para a alimentação de uma
bomba d’agua. Considerou o uso de dois painéis solares, duas baterias de 12 V e uma fonte de energia
convencional 110 V/220 V AC, como fontes de alimentação.
O tipo de silício mais utilizado para fabricação de painéis solares é o silício amorfo. O silício amorfo é o
mais visado por ter um custo menor que os outros
tipos de silício. Mesmo seu rendimento sendo de aproximadamente 9%, ele tem varias vantagens que
compensam essa deficiência, por exemplo:
Para a utilização das fontes de energia sugeridas, foi
desenvolvido um circuito regulador para limitar a tensão de saída do painel em 12 V, pois sua tensão varia de acordo com as condições climáticas. Também
foi utilizada uma ponte retificadora na saída de um
Trafo 10 A, 12 V para retificar a onda, que por sua
vez também estava ligado no circuito regulador de
tensão, pois a tensão de saída da ponte retificadora é
16 V.
• Baixo consumo de energia na produção;
• Baixo custo e simplicidade na fabricação;
• Viabilidade de fabricação de células com áreas
grandes.
Palavras-chave: Energia solar, painéis fotovoltaicos,
microgeradores fotovoltaicos .
Área do Conhecimento: Engenharia Elétrica - Instalações Elétricas Prediais e Industriais.
1. INTRODUÇÃO
O aproveitamento da energia gerada pelo Sol, tanto
como fonte de calor quanto de luz, é na atualidade
uma das alternativas energéticas mais promissoras,
uma vez que é abundante, renovável e não polui o
meio ambiente. No entanto, é importante citar que é
intermitente.
Uma das formas de utilização da luz solar como fonte
de energia é chamada de fotovoltaica, que consiste
na obtenção de energia elétrica por meio da luz solar.
O efeito fotovoltaico é uma conversão que se dá pela
transformação dos fótons contidos na luz solar em
energia elétrica por meio de células solares e painéis
fotovoltaicos constituídos, por exemplo, de silício
(material semicondutor).
2. METODOLOGIA
O desenvolvimento desse trabalho se deu a partir de
pesquisa bibliográfica técnica, para propor a alimentação de uma bomba d’água utilizando energia solar,
baterias e energia elétrica convencional. Esse projeto
considerou dois painéis solares como fonte de alimentação DC, duas baterias 12 VCC e uma fonte de
energia convencional 110 V/220 V AC.
Foi desenvolvido um setup de medição, baseado em
técnicas de instrumentação, utilizando multímetros
para observar o funcionamento da bomba. Além disso, foram utilizados também um circuito retificador e
regulador de tensão. Especificamente para esse projeto foram utilizados os seguintes materiais:
• Para a Ponte Retificadora:
• 4 diodos de potência 6A;
• 1capacitor de 4700uF.
• Para o Regulador de Tensão:
• 2 2N3055;
• 1 LM7812.
• 1 Trafo 10A, 12V;
• 2 painéis solares 12V, 3A, 55W ;
• 2 baterias 12V, 7Ah;
• 1 bomba d’agua 6A, 12V;
• 2 multímetros.
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25 e 26 de setembro de 2012
3. RESULTADOS
Como resultado foi observado por meio de ensaios o
funcionamento da bomba d’agua a partir das três
fontes de energia utilizadas separadamente. O melhor desempenho foi constatado quando a bomba
estava ligada diretamente na bateria. Também foi
testado o funcionamento da bomba d’agua utilizando
os painéis solares a as baterias simultaneamente.
Com isso se constatou que quando ocorre alguma
queda na produção de energia no painel, a bateria
supre para a bomba sempre estar em funcionamento.
Quando pressionada a saída da bomba, ocorreu um
aumento de corrente e consequentemente a queda
de tensão.
A Figura 1 ilustra a bomba ligada diretamente nas
baterias em paralelo. Isso é possível pelo fato das
baterias possuírem uma tensão de saída de 12 V.
Figura 2: Bomba d’agua alimentada
por painéis solares
A Figura 3 apresenta a bomba sendo alimentada por
uma fonte de energia convencional AC (rede de baixa tensão). O transformador está ligado diretamente
na tomada (127 V), que por sua vez está ligada em
uma ponte retificadora com saída DC. Após a ponte
retificadora obteve-se uma tensão de 16 V, o que
requer a implementação de um circuito regulador de
tensão para 12V na saída.
Figura 1: Bomba d’agua alimentada por baterias
Já no caso da Figura 2, temos a bomba sendo alimentada pelos painéis fotovoltaicos ligados em paralelo visando dobrar a corrente, pois neste caso cada
painel tem uma corrente de 3A. Na saída do painel
foi ligado um circuito regulador de tensão, pois a tensão resultante variava muito de acordo com as condições climáticas. Foi verificada uma tensão de 21 V
sem carga e de 18 V em condição de operação normal, variando até 0 V para diferentes níveis de carregamento.
Figura 3: Bomba d’agua alimentada
pela rede de baixa tensão convencional
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A Figura 4 ilustra a alimentação da bomba a partir
dos painéis solares e das baterias. Neste caso, eles
foram utilizados também como fonte. Além disso,
também foi utilizado um regulado LM7815 ligado entre a saída do painel e a bateria para limitar a tensão
de carregamento da bateria e um resistor para limitar
a corrente.
Figura 4: Bomba d’água alimentada
por baterias e painéis solares
A Figura 5 mostra o circuito retificador e o circuito
regulador de tensão. Os transistores de potência
(2N3055) estão acoplados a um dissipador de calor.
para uma tensão de referencia de 13,5V; quando as
baterias atingirem essa tensão de 13,5V, ficarão em
estado de flutuação.
4. CONSIDERAÇÕES FINAIS
No Brasil, temos muitos problemas com áreas remotas que não dispõem de energia elétrica e que necessitam de soluções para obter energia elétrica por
meios de fontes alternativas, como a energia solar.
Estamos em uma sociedade que busca cada vez
mais a sustentabilidade e caminhos para poupar a
natureza. Esse projeto visa exatamente essa vertente, se baseando em uma fonte de energia renovável
para o funcionamento de uma maquina, apenas utilizando fonte de energia convencional se preciso.
AGRADECIMENTOS
Agradeço ao Prof. Alexandre de Assis Mota que me
orientou durante meu projeto, agradeço também aos
meus colegas de iniciação que me ajudaram e os
técnicos de laboratório. Agradeço à PUC-Campinas
pelo fornecimento da bolsa de iniciação científica
associada a este projeto.
REFERÊNCIAS
[1] CRESESB (2006), “Energia Solar, Princípios e
Aplicações”.
[2] CRESESB (2004), “Manual de Engenharia para
Sistemas Fotovoltaicos.
[3] ANEEL, (2007), “Energia Solar”. Capturado em 10
de outubro de 2007 em
http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/atlas/pdf/03Energia_Solar(3).pdf
Figura 5: circuito retificador e regulador de tensão
O passo que conclusivo do projeto foi a interrupção
no carregamento das baterias, pois ainda será preciso utilizar um LM741 como comparador de tensão,
[4] Aguiar, W.M. (2004), “O Uso de Fontes Alternativas de Energia Como Fator de Desenvolvimento Social para Segmentos Marginalizados da Sociedade”,
Tese de Doutorado, COPPE/UFRJ.