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17/07/2019

Cientista brasileiro desenvolve sensor para proteção de sistemas fotovoltaicos


Sensor de irradiância solar.

Com o princípio de medir o fenômeno da super irradiância – quando a potência de iluminação do sol ultrapassa valores comuns à superfície da terra – um projeto desafiador vem sendo desenvolvido por um cientista brasileiro para avaliar a sobrecarga desse tipo de ocorrência em módulos fotovoltaicos, através de um sensor de baixo custo destinado a identificar o fenômeno em escala de potência, enviando alertas e atuando no desligamento de uma planta solar no intuito de proteger o sistema antes que ele seja avariado.

A iniciativa é do professor da Universidade Federal Rural da Amazônia (UFRA) e membro sênior da IEEE – organização profissional e técnica dedicada à inovação, Otavio Chase, que desenvolveu a solução em sua tese de doutorado no Grupo de Estudos e Desenvolvimento de Alternativas Energéticas da Universidade Federal do Pará (GEDAE/UFPA). A pesquisa teve início em agosto de 2017, através da captação dos componentes e de uma célula fotovoltaica que suportasse valores acima de 1200 W/m², que é a recepção máxima tolerada atualmente pelos equipamentos disponíveis no mercado.

“Partimos para identificação dos números anuais desses eventos em cada região. Muitas pessoas falam que usar placas solares no Norte ou Nordeste do Brasil não é tão eficiente, pois esquentam muito. Mas na realidade essa sobrecarga não é por conta da temperatura ambiente, mas pelo fator da super irradiância”, comentou o especialista, esclarecendo que essas ocorrências acontecem no mundo inteiro, principalmente em regiões próximas a linha do equador e de clima tropical, localidades que tendem a ter bastante tempo nublado.

Ele explica que apesar do fenômeno depender da intensidade dos raios ultravioleta, diversos estudos comprovaram que quando o céu está parcialmente nublado, as nuvens formam uma espécie de lupa de calor, concentrando os raios solares e amplificando o fenômeno, que pode chegar a superfície com um valor de irradiação maior do que o tolerado pelas placas fotovoltaicas. “Os maiores estudos desenvolvidos na USP, Noruega e Estados Unidos foram realizados e seus resultados identificados com o tempo parcialmente nublado; dificilmente o fenômeno ocorre com céu claro”, afirmou o professor, lembrando que as bordas das nuvens também refletem a incidência, potencializando ainda mais o fator.

Aplicação envia alertas conforme a irradiação e pode desarmar uma placa ou um sistema por prevenção

O primeiro projeto que abordava o tema aconteceu no Instituto de Energia e Meio Ambiente da USP, em 2014, que identificou na época uma irradiância de 1560 W/m² em São Paulo, volume 56% acima do valor da superfície terrestre, que é de 1000 W/m². No Pará, especificamente na capital Bélem, um levantamento da UFPA registrou 1407 W/m². “Uma irradiância nesses níveis pode afetar o sistema de proteção e até causar queima dos painéis”, alerta Chase.

O sensor, que atua com tecnologia IoT (Internet das Coisas), tem por função detectar o fenômeno através de uma escala potencial, enviando alertas para os celulares cadastrados no sistema online, que recebe os avisos e os distribui. A aplicação pode desligar uma placa ou até uma usina inteira, ou numa fase posterior a ser desenvolvida colocar um atuador para que o sistema perceba que irá ocorrer o episódio e desligue automaticamente a rede, que irá desarmar para evitar a sobrecarga.

Redução do efeito estufa e apagões

Num primeiro momento, a concepção do projeto parece apenas se destinar a proteção e preservação dos sistemas fotovoltaicos. No entanto, ao pensar de forma mais ampla, a solução se mostra pertinente para minimizar os impactos do efeito estufa, na medida em que, quando uma unidade UFV é interrompida ou danificada, os consumidores passam a recorrer a fontes sujas, como no caso do carvão e o diesel nas termoelétricas, que agridem o meio ambiente e contribuem para a emissão de gases poluidores como o dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) e óxidos nitrosos (N2O), aumentando os danos à atmosfera e a populações.

Outro agravante, numa matriz elétrica predominantemente formada por hidrelétricas, é a sobrecarga em cima deste tipo de geração, o que pode inclusive gerar um possível colapso de energia no futuro, como os apagões ocorridos nos anos de 2001 e 2015. “A grande vantagem das placas solares é que não emitem gases poluidores causadores do efeito estufa. Na Região Norte, por exemplo, próximo a linha do Equador, identificamos irradiâncias na faixa de 1400 W/m², 40% acima do valor normal para superfície terrestre”, ilustrou o professor, afirmando que a fonte solar possui um fator de carbono equivalente a 89g por cada kW/h. “Se jogar isso para os MW que cada hidrelétrica gera, é um quantitativo alto”, pondera.

O protótipo do sensor foi validado em julho do ano passado, passando depois por mais testes em uma usina solar na universidade paraense, encontrando-se em funcionamento desde então. Segundo Otávio, a próxima fase será de estudos de viabilidade econômica para produção em maior escala, para que vire um produto comercializável. Ademais, o especialista informou que está desenvolvendo no momento a segunda fase do equipamento, agregando novas funcionalidades de comunicação e capturas de outras variáveis, como umidade.

Sensor demorou um ano para ser desenvolvido e conta com tecnologia IoT (Internet das Coisas)