Geometria do colector e radiação solar

Para rentabilizar o aproveitamento da radiação solar é necessário ter um bom controlo da inclinação e da orientação dos painéis, dependendo a sua inclinação directamente da latitude e do dia do ano. Para se maximizar o aproveitamento no verão a superfície deverá estar inclinada um pouco mais na vertical. Apesar de terem uma grande importância estes factores não são críticos.

A radiação directa recebida é dada em função :da hora do dia; latitude; dos três ângulos e da declinação.

Oângulo de Zénite pode exceder 90º no início da manhã ou no início da noite, quando o sol está perto do horizonte do observador. Nestes casos, a radiação incide na parte de trás do painel (considerado fixo);

Optimização da inclinação do painel

• orientação azimutal;

• orientação em altura.

Inclinação igual à latitude.

O painel solar deve estar sempre orientado para os raios solares. A orientação óptima de um painel fixo não é óbvia.

A orientação mais conveniente é o colector (considerado fixo) virado para o equador com uma inclinação igual à latitude. Desde que cós ângulo) =30º, a variação de mais ou menos 30º no azimute ou na inclinação têm um pequeno efeito no total da energia recebida.

Em suma, tanto a inclinação como a orientação são dois factores bastantes importantes para se obter uma radiação solar máxima ou mínima de incidência no painel, traduzindo-se assim num maior ou menor rendimento do painel. Seguir o sol custa dinheiro, mas para largos campos de células, o custo da célula pode facilmente ultrapassar o custo do equipamento, mas se aumentarmos a potência de saída direccionando a luz nos painéis podemos diminuir o número de células requerido para determinada potência e diminuir assim os custos.

Os painéis podem capturar mais luz se eles forem adaptados para rodar em ambos os eixos. A rotação E-W, torna possível alinhar o painel com a trajectória do sol. A rotação N-S, permite ao painel compensar as mudanças, desde que o sol se levanta até que se põe, compensando assim, obrigatoriamente, as alterações das estações. Os máximos ganhos de seguir o sol são obtidos durante as 2 horas seguintes ao nascer do sol e as duas horas seguintes ao pôr-do-sol. Alguns projectos no entanto, estão preparados para seguir apenas o sol na direcção E-W e estão fixos em relação à altura do sol (distância angular ao horizonte) num ângulo de compromisso, que é permanente ou manualmente ajustado ao longo do tempo. As perdas da saída de luz do painel para certos seguimentos devem ser pesadas em relação aos custos do complexo equipamento de seguir o sol.

Um painel solar activo tem que ter dois graus de liberdade para poder seguir as variações do sol em azimute e em altura. Para seguir o sol em duas dimensões existem basicamente três suportes possíveis: Turntables, pedestais e cremalheiras, possuindo cada um os seus prós e contras. Os Turntables podem suportar painéis pesados, mas é o processo mais caro. Pedestais são razoáveis para instalar, mas tem uma capacidade limitada de peso. Cremalheiras são baratas e fáceis de instalar, mas limita a capacidade de abertura do painel.

Todos os suportes têm como é lógico problemas de limitações de peso. Nalguns casos os tamanhos dos painéis devem ser divididos em segmentos mais pequenos e cada segmento deverá poder rodar em concordância com o outro, segmentando-se os painéis elimina-se a necessidade de gigantescos suportes e mecanismos de condução, mas expande-se o problema de área disponível. Cada segmento provoca sombra, que será muito grande quando o segmento estiver virado para o sol.

A posição do sol no céu em qualquer instante do dia é tipicamente conhecida, podendo o painel ser então virado para a posição onde o sol poderá estar nesse preciso instante de tempo. O controlo do painel pode ser feito recorrendo a um microsistema. Este é programado para seguir as variações do sol. O seguimento é conseguido usando um programa que calcule a posição do sol para um determinado instante e local transmitindo impulsos para o mecanismo de condução, que são dois motores de passo. Os motores de passo movem o painel para a posição correcta em azimute e em altura. Depois de instalado, o seguidor continuará a seguir o sol e pára com o anoitecer. Só no período em que o sistema está inactivo é que é requerido um relógio para saber quando é que acaba a noite e começa o amanhecer. Alguns controladores trazem incorporados um regulador com a respectiva engrenagem para ajustar o ângulo de declinação e a equação do tempo.

Exemplo de seguidores automáticos

Fonte: Painéis Solares Activos

Trabalho Final de Mecatrónica

Luís Manuel Gonçalves Almeida, Marina Mendes Sargento Domingues Perdigão, Nuno Manuel Torrado Francisco

Departamento de Engenharia Electrotécnica da Universidade de Coimbra