Sistema de rastreamento solar automático baseado em algoritmo de posição solar aplicado a um refletor fresnel linear

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Oliveira, Álvaro Daniel de
• Orientador(a): Macagnan, Mario Henrique
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade do Vale do Rio dos Sinos
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
• Departamento: Escola Politécnica
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Energia solar; Refletor Fresnel linear; Rastreador solar
• Palavras-chave em Inglês: Solar energy; Linear Fresnel reflector; Solar tracker
• Área do conhecimento CNPq: ACCNPQ::Engenharias::Engenharia Mecânica
• Link de acesso: http://www.repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/8659

O aproveitamento da energia solar pode ser uma alternativa muito importante para o atendimento da demanda cada vez maior por energia. Neste contexto, os concentradores solares acabam surgindo como uma opção bastante promissora. O presente trabalho apresenta um modelo de automação de um rastreador solar que dispensa o uso de sensores para determinação da posição do Sol. Esta determinação é feita apenas com base em aspectos astronômicos, utilizando um algoritmo para cálculo de efemérides, através do qual é possível prever a posição solar determinando os valores dos ângulos de azimute e de elevação solar através de dados de contagem de tempo constantemente atualizados por um relógio aplicado ao equacionamento programado em um módulo Arduíno. Para isso foi realizado um comparativo entre dois métodos de equacionamento de posição solar aparente, sendo um deles baseado em Duffie e Beckman (2013) e o outro o método baseado no trabalho de Reda e Andreas (2008), este último, com a vantagem de apresentar uma incerteza conhecida de 0,0003º, e a desvantagem de exigir um equacionamento muito mais complexo em relação ao primeiro método. Através de simulações para obter o valor da precisão necessária que o método de rastreamento deveria ter para se manter dentro dos limites da área de concentração do sistema absorvedor, foi verificado que apenas o segundo método poderia fornecer os valores dentro da faixa exigida de 0,2º. Para confirmar a aplicabilidade dos valores calculados na programação, foram realizadas simulações no programa Tonatiuh, além de medições realizadas diretamente nos espelhos através de um sensor de inclinação com resolução de 0,2°. Os resultados obtidos nos cálculos se mostraram satisfatórios, pois apresentaram valores muito próximos aos simulados (diferença máxima de 0,10º entre ambos), enquanto que para os medidos, a diferença máxima para o valor calculado foi de 0,14º. Após essa confirmação, os valores de posição solar obtidos na programação passaram a ser aplicados no posicionamento de um motor de passo responsável pelo acionamento de um conjunto de 14 espelhos acoplados entre si e projetados para concentrar a radiação em um absorvedor, utilizando a tecnologia do refletor Fresnel linear. Essa movimentação utiliza apenas um acionador, baseado na observação de que os valores da diferença angular entre os espelhos se mantêm constantes ao longo do dia.