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Projeto/Construção de Rastreadores Solar - Gustavo Alves Silveira
Qua, 24 de maio de 2017, 15:45
Relatório de atividades desenvolvidas no período 2014.2 e 2015.1
Para que o aproveitamento da energia solar por paneis fotovoltaicos e coletores solares seja mais eficaz, é indispensável a utilização de um seguidor solar. Dessa maneira, os aparatos estarão sempre direcionados para o Sol. Quanto maior a área que está recebendo a radiação solar direta, maior será a produção de energia elétrica a partir de paineis fotovoltaicos, por exemplo.
Na primeira reunião com o orientador, foi apresentado e discutido um pré-projeto realizado por um estudante francês de Engenharia Mecânica durante seu período de estágio na Universidade Federal de Sergipe, em 2014. O projeto, realizado no software SolidWorks, consiste em um seguidor solar de dois motores, dois eixos e caixas superior e inferior. Através da análise conjunta do projeto, constatou-se a inexistência no mercado nacional de algumas peças sugeridas no projeto, a exemplo de um redutor, dispositivo que impede o movimento da engrenagem para o eixo.
Para esta pesquisa, a seleção dos materiais foi realizada e optou-se principalmente pela utilização de peças feitas de polímero ABS (Acrylonitrile butadiene styrene) em impressora 3D e placas de zincos cortadas e dobradas convenientemente. Para o primeiro protótipo, o motor escolhido foi o motor elétrico utilizado na indústria automobilística para elevação de vidros de carro. Os fatores que levaram a esta escolha foram o baixo custo, a ampla oferta do produto e a presença do redutor. O redutor permite que o motor não esteja energizado enquanto estiver parado, economizando energia.
Além da seleção dos materiais, foi utilizada uma outra ferramenta de desenvolvimento do produto: a FMEA (Failure Mode and Effect Analysis). A FMEA permitiu a análise das partes do seguidor solar e identificou suas partes críticas e sujeitas a falhas durante funcionamento.
Afim de situar a pesquisa no cenário atual e conhecer sobre tecnologias semelhantes existentes, foi realizado o levantamento do Estado da Arte do seguidor solar. Este levantamento foi útil para comprovação da eficácia de um seguidor de dois eixos, compreensão de aspectos de controle do seguidor, análise de patentes existentes e direcionamento para uma futura análise econômica.
Para estimativa da movimentação relativa do Sol em relação a Terra, o software Stellarium foi utilizado na pesquisa. O intervalo de tempo escolhido entre ajustes de posição do seguidor solar foi de quatro minutos e verificou-se que, neste intervalo, a movimentação aparente do Sol é inferior a um grau em qualquer uma das duas direções.
Após todas as etapas, primeiro protótipo do seguidor solar foi desenvolvido e conta com dois eixos, pois a primeira aplicação visa a medição da radiação direta. O primeiro protótipo foi colocado em funcionamento através da conexão do motor superior aos circuitos elétricos com programação computacional elaborados por Wendel Santos, estudante de Engenharia Eletrônica na Universidade Federal de Sergipe e participante do projeto. Assim, os testes de rastreamento foram realizados em laboratório com a substituição da luz solar por uma lâmpada e construção de um dispositivo com sensores LDR (Light Dependent Resistor).
Nos primeiros testes, o seguidor acompanhou a luz artificial em movimento, desempenhando sua função como planejado. Porém, constatou-se uma folga do eixo do motor de angulação maior que a movimentação relativa do Sol a cada quatro minutos, o que afeta a precisão do rastreamento e impossibilita a utilização dessa configuração de seguidor solar para medição de radiação direta. Por outro lado, a utilização dos motores elétricos empregados na indústria automotiva apresenta potencial de utilização em paineis fotovoltaicos e coletores solares.
Como tentativa de diminuir o erro de rastreamento e melhorar o funcionamento do seguidor, foi realizado o estudo de potencial utilização do servo motor no protótipo. O servo motor apresentou problemas de funcionamento com cargas que apresentam baixa inércia, mas mostrou-se uma opção viável para utilização em seguidores acoplados a estruturas maiores, que exercem maior inércia no eixo do motor. Para simulação de cargas com maior inércia, foi construído um aparato composto pelo servo motor, correia industrial, polias e guincho manual utilizado na construção civil.
Apesar do redutor do motor elétrico utilizado apresentar folga excessiva e a movimentação do protótipo do seguidor solar apresentar movimentação brusca, o seguidor com esse motor apresentou potencial de utilização em coletores solares e paineis fotovoltaicos reais pois estes apresentam maior inércia e, assim, a movimentação mais suave. A utilização de servo motor em seguidores solares acoplados em estruturas reais também se mostrou possível, desde que seja feita em estruturas com maior inércia. Para ambos os motores devem ser realizados testes de vibrações nas estruturas reais durante movimentação para analisar o funcionamento, atividade que será feita posteriormente.