Tema 2 Aula 1 Instrumentos de medição da radiação solar

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

SISTEMAS DE ENERGIA SOLAR
Prof. Dr. Walfrido Alonso Pippo
walfrido.pippo@unila.edu.br
Engenharia de Energias Renováveis 
UNILA, Foz do Iguaçu 2º.semestre 2015
Tema 2 -Aula 1 : Instrumentos de medição da 
Radiação Solar
Objetivos da aula:
Dar a conhecer a importância da medição da radiação solar;
 Dar a conhecer os principais instrumentos de medição da radiação solar;
Explicar as principais bases de dados solarimétricos e softwares.
Porque, então, não se utiliza de forma mais generalizada a energia solar em qualquer de suas formas?
O conceito de energia ASSEGURADA 
A energia assegurada do sistema elétrico brasileiro é a máxima produção de energia que pode ser mantida quase que continuamente pelas usinas hidrelétricas ao longo dos anos, simulando a ocorrência de cada uma das milhares de possibilidades de seqüências de vazões criadas estatisticamente, admitindo certo risco de não atendimento à carga, ou seja, em determinado
percentual dos anos simulados, permite-se que haja racionamento dentro de um limite considerado aceitável pelo sistema. Na regulamentação atual, esse risco é de 5%.
Fonte : Cadernos Tématicos ANEEL , Energia Assegurada. 2005
http://www.aneel.gov.br/arquivos/pdf/caderno3capa.pdf 
Parque eólico 30%
Solar fotovoltaica 15-30%
Central hidrelétrica: 55%.
Central nuclear: 60%-98%.
Central termelétrica a carvão/óleo: 92%.
Central de ciclo combinado: 60%
Valores típicos de referência da energia firme (assegurada) dos diferentes tipos de usina
Fonte: Matriz Energética : Cenários, Oportunidades e Desafios.CNI, 2007 
Para que precisa-se da medição da radiação solar?
A medição da radiação solar, tanto a componente direta como a componente difusa na superfície terrestre é de maior importância para o estudos das influências das condições climáticas e atmosféricas. Com um histórico dessas medidas, pode-se viabilizar a instalações de sistemas térmicos e fotovoltaicos em uma determinada região garantindo o máximo aproveitamento ao longo do ano onde, as variações da intensidade da radiação solar sofrem significativas alterações.
Importância da medição da radiação solar
Importância da medição da radiação solar
Desta forma temos que :
O conhecimento do recurso solar é a variável de maior peso para o desenvolvimento de um projeto de sistema de aproveitamento da energia solar
A medição da radiação solar é necessária para:
Identificação e seleção da localização mais adequada para a instalação de um sistema solar térmico;
Dimensionamento do gerador fotovoltaico;
Cálculo da produção de energia anual, mensal ou diária;
Estabelecimento de estratégias operacionais e dimensionamento do sistema de armazenamento (para sistemas isolados 
Dimen
9
Solarimetria e Instrumentos de Medição
O objetivo fundamental dos dados solares é: 
A obtenção instantânea do fluxo energético solar (irradiância) ou integrado (irradiação) ao longo do tempo (minuto, hora, dia ,ano)
Existem dois tipos de piranômetros
O piranômetro termoelétrico ( Figura 1)
O piranômetro fotovoltaico (Figura 2)
Solarimetria e Instrumentos de Medição
Medições da radiação solar global e difusa: Uso dos piranômetro
Solarimetria e Instrumentos de Medição
Figura 1 piranômetro termoelétrico 
Este tipo de piranômetro usado para medir irradiação solar (direta +difusa) , normalmente no plano horizontal (campo hemisférico),tem como sensor uma termopilha colocada no interior de duas semiesferas de vidro concêntricas 
A termopilha é construída por múltiplos termopares em série, com a junção quente enegrecida faceando o sol e a junção fria na parte interior
Figura2 . Piranômetro fotovoltaico
Solarimetria e Instrumentos de Medição
O piranômetro de tipo fotovoltaico (FV) , mostrado na Figura 2, é composto por uma célula fotovoltaica de pequenas dimensões .
Vantagem –baixo custo
Desvantagem – pouca precisão das medições
A principal origem da sua imprecisão é a resposta espectral (Figura 3) da célula fotovoltaica
Solarimetria e Instrumentos de Medição
Figura 3 . Resposta espectral dos piranômetros FV. 1) Distribuição espectral da irradiância na superfície da Terra ; 2) Resposta do piranômetro termoelétrico ; 3) Resposta do piranômetro FV de silício O erro pode chegar a 5 % 
FV
Figura 4 . Banda de sombreamento com ajuste manual para um Piranômetro 
Solarimetria e Instrumentos de Medição
O valor da radiação solar difusa é medido com um piranômetro ao qual é acoplada uma banda ou disco sombreador para bloquear a componente direta , como se representa na Figura 4 e 5. Ao combinar os valores medidos pelo piranômetro bloqueado com outro sem o dispositivo de bloqueio pode-se obter a componente direta pela subtração dos valores da radiação global e de sua componente difusa. 
A banda de sombreamento necessita ajuste manual de acordo com a declinação solar , diferentemente do disco de sombreamento , que é dotado de rastreador que acompanha o movimento aparente do sol em dois eixos de forma automática ( Figura 5)
Figura 7 . Piranômetro com disco sombreador e rastreador solar em dois eixos 
Medições da radiação solar direta: Uso do pireliômetro
Solarimetria e Instrumentos de Medição
Figura 6 . Pireliômetro e seu desenho esquemático
O pireliômetro é um instrumento utilizado para medir a irradiância direta com incidência normal à superfície . A irradiância difusa é bloqueada instalando-se o sensor termoelétrico dentro de um tubo de colimação Figura 6 , com paredes enegrecidas e apontando diretamente ao Sol ( dispositivo de rastreamento Figura 7). O instrumento caracteriza-se por ter ma pequena abertura de forma a “visualizar” apenas o disco solar.
O sistema de rastreamento solar pode ser em um ou dois eixos, sendo a escolha determinada pela analise da relação custo beneficio 
Solarimetria e Instrumentos de Medição
Figura 7 . Pireliômetro montado em um rastreador solar.
Estimativa da radiação solar média. uso de softwares...
Estimativa da radiação solar média. uso de softwares...
Figura 8. Pagina inicial do link: http://www.cresesb.cepel.br/sundata/ 
Tomado doSundataCentro de Referencia para Energia Solar e Eólica Sergio Brito (CRESESB)
http://www.cresesb.cepel.br/index.php?link=/sundata/index.php
Latitude:22,905555° Sul
Longitude:47,060833° Oeste
Distância:9,8 km
Radiação diária média mensal [kwh/m2.dia]
#
Ângulo
Inclinação
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Jul
Ago
Set
Out
Nov
Dez
Média
Delta
 
Plano Horizontal
0° N
5,33
5,56
5,22
4,53
4,06
3,56
4,19
4,58
4,75
5,58
5,86
5,53
4,9
2,3
 
 
 
Ângulo igual a latitude
23° N
4,83
5,3
5,37
5,14
5,08
4,65
5,46
5,45
5,06
5,45
5,36
4,94
5,17
0,81
 
 
Maior média anual
22° N
4,86
5,32
5,38
5,13
5,05
4,61
5,42
5,42
5,06
5,47
5,39
4,97
5,17
0,86
 
Maior mínimo mensal
26° N
4,73
5,22
5,35
5,18
5,17
4,75
5,57
5,51
5,06
5,38
5,25
4,82
5,17
0,84
 
 
Estimativa da radiação solar média. uso de softwares...
Estimativa da radiação solar média. uso de softwares...
Exercício : Trazer resultado na próxima aula 
Estimar a Radiação solar média para acidade de Foz do Iguaçu
Estimar a radiação solar média para um coletor solar inclinado em 0 graus com relação ao plano horizontal no mês de agosto
Estimar a radiação solar média para um coletor solar inclinado em 23 graus, orientação Norte no mês de setembre
CENTRO DE ENSINO E PESQUISA EM AGRICULTURA - CEPAGRI/UNICAMP
ESTAÇÃO METEOROLÓGICA AUTOMÁTICA
MÊS - JULHO 2010 - HORÁRIO 24 HORAS - TIPO DE DADO -222
dia
Dia
V5
V2
Dir.
hora
rad.i.
rad.r.
cal.+
cal.-
tmax
hora
tmin
hora
tsolo+
hora
tsolo-
hora
chuva
 
 
 
1
182
3,207
2,422
119
2302
16,9
129,9
-220
-22,2
28,0
1506
10,7
700
18,9
1455
12,1
820
0,0
2
183
3,442
2,501
142
143
16,91
128,6
-215
-20,5
27,5
1524
11,4
726
18,92
1452
12,41
816
0,0
3
184
3,599
2,579
144
220
16,92
131,1
-223
-21,1
27,6
1449
11,7
714
18,99
1524
12,49
829
0,0
4
185
3,364
2,658
157
14
16,9
130,6
-210
-21,1
27,4
1426
10,6
723
18,98
1455
12,1
806
0,0
5
186
3,324
2,54
1,31
1118
16,88
134,5
-208
-20
27,9
1518
11,7
437
19,01
1438
12,33
817
0,0
6
187
3,638
2,618
0,95
1155
16,95
133,4
-192
-17,9
28,9
1511
11,9
658
19,61
1508
12,64
807
0,0
7
188
3,364
2,775
334
1356
16,89
137,3
-238
-21,3
27,4
1353
11,8
713
19,38
1440
12,75
818
0,0
8
189
3,089
2,618
272
1332
16,89
139,8
-222
-21,7
27,8
1428
10,3
643
18,9
1448
12,2
755
0,0
9
190
3,207
2,54
166
738
17,05
175,6
-132
-14,3
29,1
1356
15,2
650
19,48
1419
13,18
824
0,0
10
191
5,168
4,148
167
1954
16,99
140,7
-169
-13,5
27,1
1453
16,1
722
19,65
1528
14,13
808
0,0
11
192
3,403
2,697
122
2
17,09
142,4
-185
-12,6
28,8
1508
16,5
644
20,73
1451
14,59
819
0,0
12
 
 
13
 
 
Estimativa da radiação solar média. uso de softwares...
Descrição dos dados distribuidos nos Arrays
Estação Sinótica 
111 - Dados a cada 10 minutos
222 - Dados diários
333 - Dados Sinóticos. 7, 9, 14, 15 e 21 horas
265 - Dados das 7 as 7 horas
Correção do vento outubro/2004 – V10m = V5m * 3,2875 * 3,6 – m/s para km/h
Dados de 10 minutos
Dados diários
Dados sinóticos
Dados de chuva
A
111
A
222
A
333
A
265
B
Ano
B
Ano
B
Ano
B
Ano
C
Dia Juliano
C
Dia Juliano
C
Dia Juliano
C
Dia Juliano
D
Hora - minuto
D
Hora - minuto
D
Hora - minuto
D
Hora - minuto
E
Veloc. Instantânea do Vento a 5 metros (m/s)
E
Veloc. máxima do Vento a 5 metros (m/s)
E
Veloc. Instantânea do Vento a 5 metros (m/s)
E
Chuva das 7 h as 7 h
F
Veloc. Instantânea do Vento a 2 metros (m/s)
F
Veloc. máxima do Vento a 2 metros (m/s)
F
Veloc. Instantânea do Vento a 2 metros (m/s)
F
Temperatura do Ar máxima do diaC
G
Direção do Vento no instante da aquisição ()
G
Direção do Vento no instante da veloc. Máx.()
G
Direção do Vento no instantânea ()
G
Horário de ocorrência da Temp. Ar máxima
H
Radiação Incidente total de 10 leituras (KW/m2)
H
Horário de ocorrência vr máx. veloc. do vento
H
Umidade relativa Instantânea (%)
H
Temperatura do Ar Minima do dia (C)
I
Radiação Refletida Total de 10 leituras (KW/m2)
I
Radiação Incidente Total do dia (KW/m2)
I
Temperatura do Ar Instantânea (C)
I
Horário de ocorrência da Temp. Arminima
J
Fluxo Positivo de calor no solo total de 10 leituras (W/m2)
J
Radiação Refletida Total do dia (KW/m2)
J
Pressão
J
Umidade máxima
Tabela 1 Formato de apresentação de dados Meteorológicos estação UNICAMP 44 
Próxima Aula Tema 2 Métodos e medições da irradiação solar
Aula 2- Potencial solar e sua avaliação, Tratamento e analise dos dados solarimétricos
Referências : 
Centro de referência para a energia solar e eólica Sergio Salvo de Brito 
http://www.cresesb.cepel.br/sundata/index.php#sundata
Manual de Engenharia Fotovoltaica : Grupo de trabalho Energia solar –GTES-CEPEL-
-DTE-CRESEB, 2014