Laboratório de Energia Solar_UFRGS Radiasol

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05/09/2017 Laboratório de Energia Solar/UFRGS
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LABORATÓRIO DE ENERGIA SOLAR - LABSOL
Escola de Engenharia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Porto Alegre - RS - Brasil
O LABSOL-UFRGS é um dos Laboratórios Associados do INCT-EREEA 
 
 
 
Equipe
Instalações
Ensino
Linhas de Pesquisa
Pesquisas em andamento
Softwares
Imagens Termográficas
http://www.ufpa.br/inct-ereea
http://www.ufrgs.br/cbens2018
http://www.solar.ufrgs.br/andamento.htm
http://www.solar.ufrgs.br/termografia/index.html
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Outros Serviços 
 
 
 
EQUIPE
Chefe do Laboratório
 
Arno Krenzinger
 
Professor Titular
Professor orientador de bolsistas de
Iniciação Científica, Mestrado e
Doutorado. Responsável pela cadeiras
de Materiais Elétricos, Energia Solar I e
Energia Solar Fotovoltaica. 
 
 
 
Pesquisadores
José Luiz Salvadoretti Engenheiro Mecânico - Mestre em
mailto:arno@mecanica.ufrgs.br
http://genos.cnpq.br:12010/dwlattes/owa/prc_imp_cv_int?f_cod=K4783891A0
mailto:jls@mecanica.ufrgs.br
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Engenharia
Pesquisador em Ciências Térmicas e
programador de microcomputadores.
César Wilhelm Massen Prieb
Engenheiro Eletricista - Doutor em
Engenharia
Pesquisador em equipamentos térmicos
e fotovoltaicos. Responsável pelo setor
de instrumentação do Laboratório.
 
Alunos de Pós-Doutorado
Nome Titulação
Roberto Federico Farfán
 
Área: Energia Solar Fotovoltaica
 
Doutor em Ciências
 
Lic. em Energias Renováveis
 
 
Alunos de Doutorado
 
Nome
 
Titulação
Previsão
de
Conclusão
 
Eurides Ramos Costa
 
Área: Energia Solar Fotovoltaica
 
 
Mestre em Engenharia
Engenheiro Mecânico
2018
 
 
Cristiano Saboia Ruschel
 
Área: Energia Solar Fotovoltaica
 
Mestre em Engenharia
Engenheiro Mecânico
2019
 
Fernando Schuck de Oliveira
 
Área: Energia Solar Fotovoltaica
 
Mestre em Engenharia
 
Licenciado em Física
2019
 
José Eduardo Ferreira da
Fonseca
 
Área: Energia Solar Fotovoltaica
 
Mestre em Engenharia
 
Engenheiro Metalúrgico
2019
 
Crisciele Ferreira dos Santos
 
Área: Energia Solar Térmica
Mestre em Engenharia
 
Engenheira Mecânica
2020
mailto:cprieb@ufrgs.br
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Área: Energia Solar Térmica
 
 
Cassio Bortolosso
 
Área: Energia Solar Fotovoltaica
 
Mestre em Engenharia
 
Engenheiro Eletricista
2020
 
Crissiane Alves Ancines
 
Área: Energia Solar Térmica
 
Mestre em Engenharia
 
Engenheira Mecânica
2021
 
Luiz Antonio Piccoli Jr.
 
Área: Energia Solar Fotovoltaica
 
Mestre em Engenharia
 
Engenheiro Mecânico
2021
 
 
Alunos de Mestrado
 
Nome
 
Titulação
Previsão
de
Conclusão
 
Carolina Schumacher Defferrari
 
Área: Energia Solar Fotovoltaica
 
 
 
Engenheira de Materiais 2017
 
Gabriel Szyszka Haeser
 
Área: Energia Solar Fotovoltaica
 
 
 
Engenheiro de Materiais 2018
 
Josiane Peroza
 
Área: Energia Solar Fotovoltaica
 
Engenheira de Energia 2018
 
 
 
Bolsistas de Iniciação Científica
Nome Curso de Graduação Bolsa
Lucas Della Méa Soares Engenharia Mecânica CNPq
Luiz Ernesto Ferreira Alves Matemática CNPq
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Victor Schneider Pozzobon Engenharia de Energia Voluntário
 
 
 
INSTALAÇÕES
 As instalações do LABSOL - Laboratório de Energia Solar - estão localizadas no Campus do Vale da
Universidade Federal do Rio Grande do Sul, na cidade de Porto Alegre. Sua área física,
compreendendo um terreno cercado de meio hectare, com aproximadamente 340 m² de área
construída, permite a realização de ensaios dos principais componentes dos sistemas fotovoltaicos e
térmicos e a implementação de protótipos, além de servir de constante fonte para o desenvolvimento
de trabalhos dos alunos. Dentre as áreas de atuação do Laboratório destacam-se a execução de
ensaios de equipamentos (módulos fotovoltaicos, inversores grid-tie e coletores solares) e o
desenvolvimento de softwares de simulação e dimensionamento de sistemas térmicos e fotovoltaicos.
Ao longo dos seus mais de trinta anos de atuação o LABSOL desenvolveu ou adquiriu uma série de
equipamentos. Dentre estes podem ser citados:
• Sistemas computadorizados de traçado de curvas características de células e módulos
fotovoltaicos, com temperatura controlada;
 • Gabinete climatizado com possibilidade de rotação para ensaios outdoor de módulos
fotovoltaicos; 
 • Simulador solar PASAN IIIc (área iluminada útil de 2 m x 2 m) para o ensaio de módulos
fotovoltaicos. O simulador é utilizado com um túnel óptico de 6,5 m x 2,5 m x 2,5 m. O conjunto
está abrigado em uma edificação com 75 m² construída especialmente para este fim;
 • Bancada de testes outdoor de coletores solares de aquecimento de água, com base rotativa; 
 • Radiômetros para radiação solar (pireliômetros e piranômetros) Eppley, Kipp & Zonen, Eco e de
construção própria; 
 • Bancada de ensaios de carga e descarga de baterias; 
 • Anenômetros, termômetros, câmeras termográficas, higrômetros e outros instrumentos para
medidas meteorológicas; 
 • Diversos sistemas de aquisição de dados para uso geral; 
 • Pequena oficina mecânica; 
 • Central fotovoltaica conectada à rede, com 4,8 kWp; 
 • Sistema de aquecimento de água com energia solar.
 
FOTOS DAS INSTALAÇÕES DO LABORATÓRIO 
(clique sobre as fotos para vê-las ampliadas)
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http://www.solar.ufrgs.br/Fotos/FachNorte.jpg
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ENSINO
 O Laboratório de Energia Solar é vinculado ao Programa de Pós-Graduação de Engenharia de
Minas, Metalúrgica e de Materiais (PPGE3M) e ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia
Mecânica (PROMEC). É utilizado em aulas práticas das seguintes disciplinas da UFRGS:
Na Graduação:
Materiais Elétricos e Magnéticos;
Energia Solar Térmica;
Energia Solar Fotovoltaica;
 Energia para o Meio Rural.
Na Pós-Graduação:
Energia Solar I;
Energia Solar Fotovoltaica.
 
Teses e Dissertações Concluídas 
 
Ferramentas de Ensino:
 
 Animações do Comportamento Térmico de Um Reservatório Cilíndrico Horizontal
 
LINHAS DE PESQUISA
1.Sistemas Solares de Aquecimento
2.Sistemas de Energia Solar Fotovoltaica
3.Radiação Solar
1. Sistemas Solares de Aquecimento
 No Brasil, dentre os sistemas térmicos que têm como fonte energética a energia solar, os sistemas
de aquecimento de água com coletores de placa plana são os mais difundidos. O nosso clima permite
utilizar, na maior parte das localidades, instalações com circulação natural, onde a redução da
densidade da água aquecida produz o movimento necessário à circulação da mesma entre os
coletores e o reservatório. A tecnologia da fabricação dos coletores destes sistemas é plenamente
dominada pela indústria, podendo-se ainda buscar aperfeiçoamentos na seleção de materiais,
metodologias de dimensionamento mais adequadas, gerenciamento energético das instalações, etc.
Sistemas mais sofisticados,utilizando concentração da radiação solar e/ou superfícies seletivas,
podem permitir o aquecimento de água (ou outros fluidos) em temperaturas mais elevadas, sendo
ainda muito pouco utilizados em nível comercial no Brasil. 
 A energia solar também pode ser utilizada para aquecer o ar. Usados principalmente para
aquecimento de ambientes, os coletores de aquecimento de ar são normalmente construídos
integrados às edificações, buscando o conforto térmico na condição de inverno. Quando combinados
com outros elementos da construção, além do aquecimento passivo no inverno podem também
facilitar a ventilação dos ambientes, limitando o aquecimento exagerado no verão. Um bom projeto
depende do conhecimento dos mecanismos do condicionamento passivo, propriedades dos materiais,
disponibilidade de equipamentos no mercado e de explorar as variações sazonais do movimento
aparente do Sol, resultando na diminuição da carga térmica e no aumento da sensação de conforto em
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edificações durante o ano todo. 
 A pesquisa do Laboratório de Energia Solar nestes setores pretende aprofundar o conhecimento
destes sistemas a partir de um conjunto de atividades e projetos de caráter teórico e experimental.
Dentre estas atividades destacam-se:
1. Coletores de placa plana - Análise de desempenho e materiais.
2. Coletores concentradores.
3. Tanques térmicos de armazenagem.
4. Metodologias de dimensionamento.
5. Simulação computacional de sistemas solares de aquecimento de água.
6. Conforto térmico.
Trabalhos Publicados
 
2. Sistemas de Energia Solar Fotovoltaica
 Nos últimos anos pode ser observado um crescente interesse na conversão direta da energia solar
em eletricidade, feita através dos módulos fotovoltaicos. Apesar de, sob o ponto de vista
custo/potência instalada, ser uma das formas mais caras de obtenção de energia elétrica, a sua
utilização pode ser economicamente vantajosa em uma série de situações, dependendo da potência
demandada e da distância da rede convencional ou outra fonte de energia. Suas principais vantagens
sobre as demais fontes alternativas de energia são a confiabilidade e a previsibilidade.
1. Gerador fotovoltaico.
2. Acumuladores.
3. Componentes auxiliares de sistemas fotovoltaicos.
4. Eletrificação rural.
5. Metodologias de dimensionamento.
6. Simulação computacional de sistemas fotovoltaicos.
7. Sistema fotovotaico conectado à rede.
Trabalhos Publicados
3. Radiação Solar
 O Sol é a fonte da energia empregada pelos equipamentos solares. Conhecer o comportamento da
radiação por ele emitida é condição obrigatória para quem deseje projetar e utilizar tais equipamentos.
No Laboratório de Energia Solar, além do estudo da distribuição da energia solar, há uma linha de
pesquisa voltada para a correta determinação experimental da sua intensidade e para a sintetização
por computador de seqüências de dados de radiação solar para serem utilizados em programas de
simulação. 
 No que tange à instrumentação radiométrica, principlamente em função do alto custo dos
instrumentos radiométricos de precisão, o Laboratório de Energia Solar foi motivado a desenvolver,
construir e caracterizar equipamentos com preço mais acessível, visando atender a uma faixa de
mercado sem acesso aos instrumentos tradicionais. Nesse sentido já foram desenvolvidos um
piranômetro com termo-sensores, um piranômetro fotovoltaico e um pireliômetro fotovoltaico.
1. Instrumentação solarimétrica.
2. Modelos de radiação solar.
Trabalhos Publicados
DESENVOLVIMENTO DE SOFTWARES - SOLARCAD
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http://www.solar.ufrgs.br/TrabFV.html
http://www.solar.ufrgs.br/TrabRad.html
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 No Laboratório de Energia Solar sempre foi dada uma grande importância ao desenvolvimento de
modelos matemáticos apropriados à simulação computacional dos sistemas de aproveitamento da
energia solar e seus componentes. Como forma de difundir e facilitar o acesso a estes modelos, o
Laboratório está desenvolvendo programas de computador com interfaces amigáveis e intuitivas,
proporcionando aos estudiosos da área e comunidade em geral a transferência do conhecimento e
experiência acumulados pelo Laboratório ao longo de seus anos de existência. 
 O SOLARCAD é um pacote de programas visando o projeto de sistemas de energia solar e seus
componentes, abrangendo tanto sistemas térmicos quanto fotovoltaicos. A principal característica do
SOLARCAD é a habilidade de simular o comportamento real de cada componente do sistema a partir
de um mínimo de parâmetros de entrada. Este aspecto, combinado com uma estrutura especialista e
interfaces amigáveis, permite que o software seja utilizado até mesmo por profissionais não tão
familiarizados com o tema. Por outro lado, os programas apresentam flexibilidade suficiente para
serem utilizados em análises e simulações personalizadas por projetistas e pesquisadores com maior
embasamento teórico. O SOLARCAD é estruturado em módulos, os quais podem ser utilizados tanto
em conjunto como isoladamente.
 Dentre os programas que compõem o SOLARCAD já estão disponíveis e operacionais os módulos
RADIASOL2 e ESPECTRO, enquanto que os módulos TERMOSIM, PVSIZE, PVSIM e CREARRAY
ainda encontram-se em fase de elaboração. 
 
RADIASOL2
 O cálculo da intensidade da radiação solar em superfícies inclinadas é um procedimento trabalhoso
devido ao elevado número de operações aritméticas envolvidas. Além de cálculos trigonométricos são
necessários modelos de distribuição temporal e espacial da radiação solar. O RADIASOL2 utiliza
internamente modelos matemáticos disponíveis na literatura, desenvolvidos por outros autores ou por
integrantes do Laboratório. No programa os cálculos são realizados através de rotinas que determinam
o efeito da inclinação da superfície receptora e da anisotropia da radiação solar em suas componentes
direta e difusa. O usuário pode selecionar o modelo de distribuição da radiação e obterá na tela,
imediatamente, um conjunto de dados adicionais na forma de tabelas ou gráficos. Curvas ou tabelas
podem ser exportadas através da área de transferência do WINDOWS para outros aplicativos, onde
poderão ser utilizadas para cálculos em projetos ou para apresentação de relatórios. Clique no
hiperlink abaixo para fazer o download do programa RADIASOL2.
 
***NOVO*** Download do programa RADIASOL2 ***NOVO***
 
Download do programa RADIASOL (versão anterior) 
ftp://ftp.solar.ufrgs.br/progs/Radiasol2.zip
ftp://ftp.solar.ufrgs.br/progs/radiasol.zip
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ESPECTRO 
 A distribuição espectral da energia solar é muito importante para algumas aplicações térmicas e,
principalmente, nas aplicações fotovoltaicas. O programa ESPECTRO é capaz de reproduzir a curva
de distribuição espectral da radiação solar, em dias de céu limpo, a partir de parâmetros atmosféricos
e geográficos conhecidos ou de fácil obtenção. A utilização do ESPECTRO facilita o estudo dos efeitos
espectrais sobre os componentes de instalações solares. Uma vez obtido o espectro, pode-se calcular
a absortância e a refletância de qualquer material, por integração no espectro solar, bastando para
isso inserir os dados das propriedades ópticas dos mesmos. Também pode-se determinar o efeito
combinado resultante da utilização de vários materiais semitransparentes ou refletores
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simultaneamente. Como alternativa à penosa tarefa de digitar tabelas com dados espectrais, um editor
gráfico especialmente elaborado para este aplicativo permite a inserção de dados de propriedades
espectrais com a utilização apenas do mouse. Clique no hiperlink abaixo para fazer o download do
programa ESPECTRO.
Download do programa ESPECTRO 
 
TERMODIMO programa TERMODIM constituirá o setor do SOLARCAD encarregado da simulação de sistemas
de aquecimento de água com energia solar. O usuário ingressa com os dados de consumo de água e
detalhes da fabricação do coletor solar e o programa sugere um dimensionamento, o qual poderá ser
modificado a critério do usuário. 
ftp://ftp.solar.ufrgs.br/progs/espectro.zip
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TERMOSIM
 O programa TERMOSIM constituir o setor do SOLARCAD encarregado da simulação de sistemas
de aquecimento de água com energia solar. O usuário ingressa com os dados de consumo de água e
detalhes da fabricação do coletor solar e o programa sugere um dimensionamento, o qual poderá ser
modificado a critério do usuário, e a seguir se procede uma simulação em base horária considerando
todas as temperaturas envolvidas no sistema. Esta simulação pode ser utilizada para fins de
dimensionamento refinado mas é especialmente recomendada para estudar diferentes estratégias de
controle energético nas instalações termosolares. Clique no hiperlink abaixo para fazer o download do
programa TERMOSIM.
Download do programa TERMOSIM (Windows XP) 
 Download do programa TERMOSIM (Windows 7) 
PVSIZE
 O programa PVSIZE é a parte do SOLARCAD que ajudará o usuário a dimensionar a instalação e
os componentes de sistemas fotovoltaicos. Através de uma uma interface muito intuitiva o programa
solicita ao projetista todos os dados da instalação de consumo e as características dos equipamentos
disponíveis para a geração de energia elétrica. Como resultado de uma simulação horária simplificada,
apresenta a quantidade de módulos, baterias e bitola mínima de condutores necessários. Permitirá
também a análise dos efeitos que modificações nas hipóteses de consumo produzem sobre o
dimensionamento de sistemas. Clique no hiperlink abaixo para fazer o download do programa PVSIZE.
Download do programa PVSIZE 
ftp://ftp.solar.ufrgs.br/progs/TermoSim_3.0_setup.zip
ftp://ftp.solar.ufrgs.br/progs/Termosim%28windows7%29.zip
ftp://ftp.solar.ufrgs.br/progs/PVSize.zip
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CREARRAY
 O programa CREARRAY terá dupla finalidade. Por um lado servirá para preparar toda a informação
do painel gerador fotovoltaico para o programa PVSIM e, por outro, é uma poderosa ferramenta
didática e de análise do comportamento de arranjos de módulos fotovoltaicos sofrendo diferentes
estímulos ou combinações. Para sua utilização mais produtiva exigirá um pouco de treinamento mas
os resultados compensarão o esforço. 
Download do programa Crearray 
 
 
 
 
 
PVSIM
 O programa PVSIM será o simulador detalhado do comportamento de cada componente dos
sistemas fotovoltaicos. Reunindo as informações geradas nos programas PVSIZE, CREARRAY e
RADIASOL, promoverá uma simulação do sistema especificado e permitirá ao usuário analisar as
conseqüências de modificações nos componentes do sistema. 
 
ftp://ftp.solar.ufrgs.br/progs/Crearray.zip
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OUTROS SERVIÇOS
 Dentre os ensaios experimentais que o Laboratório de Energia Solar está apto a realizar podem ser
citados:
Caracterização de equipamentos solares térmicos em geral:
Determinação da eficiência instantânea e absoluta de aquecedores solares de água;
Determinação da eficiência instantânea relativa de aquecedores solares de água, por
comparação direta;
Determinação do coeficiente global de perdas de calor em coletores de água quente;
Determinação do coeficiente de perdas de calor em reservatórios de água quente;
Caracterização de materiais transparentes e translúcidos;
Caracterização de materiais absorvedores (absortância e emissividade);
Caracterização de materiais refletores e eficiência de espelhos.
.
Caracterização de equipamentos de instalações fotovoltaicas:
Caracterização de módulos fotovoltaicos;
Calibração de piranômetros térmicos e fotovoltaicos;
Determinação da eficiência de inversores de uso fotovoltaico. 
 
Endereço para correspondência: 
Laboratório de Energia Solar 
Caixa Postal 15049 
 Porto Alegre - RS - Brasil 
91501-970
Fones: (051) 3308-6841 / 3308-7338 / 3308-7836
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Atualizada em 09/08/2017.
http://www.solar.ufrgs.br/Coletor.html