1/7 www.ni.com

Sistema autônomo para eficientização na produção de energia elétrica através da luz solar

Autor(es):Luana A. Affonso Pestana - Universidade São Judas TadeuBruna Ziviani - Universidade São Judas TadeuMauricio F. Maehara - Universidade São Judas TadeuRobson F. Chaves - Universidade São Judas Tadeu

Resumo / Introdução:

Desenvolvimento de uma Unidade de Controle de Medição e Monitoramento de Dados da produção e consumo de energia elétrica gerada por energia solar, colaborando destaforma com a Sustentabilidade, tão discutida nos últimos tempos. Através do módulo Compact Field Point, o sistema realiza leituras de tensão e corrente nos pontos de mediçãoestabelecidos em suas entradas e saídas, através de uma rotina desenvolvida no LabVIEW. Essas informações são injetadas em um banco de dados MySQL, através de um ToolkitSQL do próprio LabVIEW. Os dados armazenados no banco são processados e disponibilizados através de uma aplicação web construída na plataforma.Net, na forma de relatóriose estudos estatísticos destinados ao usuário final.

Descrição do Projeto:

O sistema em questão é composto em sua totalidade por placas fotovoltaicas, banco de baterias, inversores de freqüência e sensor de radiação solar que compõem o Sistema deCaptação Solar, uma Unidade de Controle responsável pelo monitoramento dos dados e o Software de Gerenciamento de Dados coletados, discutidos neste documento, como sepode visualizar a seguir:

Para a instalação do sistema de eficientização, serão utilizados dois protótipos coletores, de energia solar fixo e móvel (aqui denominados Laboratório Solar e Girassol,respectivamente), previamente construídos, sobre os quais aqui se fará uma breve explanação.

O Laboratório Solar

Seu funcionamento consiste na captação da energia eletromagnética (irradiação solar) pelas placas fotovoltaicas, que a converte em energia elétrica na forma de corrente contínua.Essa corrente elétrica é armazenada no banco de baterias e posteriormente convertida em corrente alternada pelo inversor de frequência para alimentar as cargas conectadas aosistema e tem como objetivo analisar a implantação da Energia Solar como fonte de energia renovável em uma área da Universidade São Judas Tadeu, estudando seuscomponentes, funcionamento, eficientização do uso de energia e viabilidade econômica.

O Girassol

Tem como objetivo aumentar a captação de energia solar por células fotovoltaicas através da movimentação com dois eixos.

A movimentação visa garantir que os raios solares incidam num ângulo perpendicular às placas fotovoltaicas, o maior tempo possível, aumentando, assim, a rentabilidade dasmesmas. Essa movimentação é feita através de motores controlados por drives e acionados por um software desenvolvido em LabVIEW, conforme incidência da radiação solardiária. O aumento desta radiação será baseado no estudo do Ciclo Solar e Solstícios.

O Girassol será visto como uma fonte geradora de energia renovável, que será somada a energia gerada na placa fixa, visto que o objetivo do mesmo já foi comprovado em testesde campo.

Composição do sistema de monitoramento

O monitoramento dos dados é realizado através da instalação de um piranômetro solar junto às placas fotovoltaicas e de transdutores de corrente nos pontos de captação eutilização da energia gerada nas placas.

O núcleo de controle está instalado no painel de gerenciamento e distribuição da energia gerada pelos sistemas de captação, junto aos demais periféricos de controle doLaboratório Solar e do Girassol.

Transdutores de corrente

Os transdutores de correntes são dispositivos utilizados para transformar uma medição de corrente em um sinal de tensão sem que haja perdas no circuito mensurado. Os mesmosserão instalados nos pontos onde se deseja realizar leituras dos valores de entrada e saída (coleta de dados) e são conectadas aos módulos do Compact Field Point.

"Através do módulo Compact Field Point, o sistema realiza leituras detensão e corrente nos pontos de medição estabelecidos em suasentradas e saídas, através de uma rotina desenvolvida no LabVIEW. "- Luana A. Affonso Pestana, Universidade São Judas Tadeu

O desafio:Desenvolver uma aplicação para monitoramento, gerenciamento e divulgação dos dados de sistemas de captação de energiasolar e através destes, otimizar o ganho do sistema, através da redução de custos de manutenção, aumento da vida útil dosequipamentos que o compõe e melhor aproveitamento da energia gerada de forma limpa, contribuindo assim paraSustentabilidade.

A solução:A proposta a ser apresentada descreve a implementação de um núcleo de controle, que utiliza o módulo Compact Field Point eseus módulos de entradas e saídas para coletar dados de tensão e corrente medidos por transdutores de corrente. Este Núcleotem seu processamento e tratamento de erros construído através do software LabVIEW e juntamente com um Toolkit SQL para oLabVIEW, essa mesma rotina insere os dados coletados em um banco de dados MySQL que armazena as informações parafuturas consultas e geração de relatórios estatísticos, desenvolvidos em plataforma.Net, destinados ao usuário final.

Esquemático de implementação do sistema

2/7 www.ni.com

Piranômetro Solar

Instrumento designado para medir a intensidade de radiação solar, caracteriza-se pelo uso de uma termo-pilha que mede a diferença de temperatura entre duas superfíciesigualmente iluminadas. A expansão sofrida pelas superfícies provoca um diferencial de potencial que ao ser medido mostra o valor instantâneo da energia solar.

Núcleo de Controle

O Núcleo de Controle tem como seu principal elemento o Compact Field Point 2010 da National Instruments e é composto por uma fonte de alimentação, 2 módulos de entradasanalógicas e 2 módulos de saídas digitais. A sua rotina de execução foi desenvolvida através do software LabVIEW e tem o seu controle executado em tempo real.

O Núcleo de Controle recebe os sinais de tensão e corrente por meio dos transdutores de corrente, através dos seus módulos de entradas e saídas e realiza a transferência dedados para o PC via comunicação com o protocolo Ethernet, para o PC.

Têm-se os transdutores de corrente instalados nos seguintes pontos do sistema:

Banco de baterias;

Laboratório Solar;

Girassol;

Entrada de força da Portaria 2;

Piranômentro solar.

Através da rotina desenvolvida no LabVIEW, os dados são processados, conforme mostrado na Figura 3. E após o processamento, os mesmos são inseridos no banco de dadosMySQL utilizando o Toolkit SQL da NATIONAL INSTRUMENTS disponível para a ferramenta LabVIEW. Esse Toolkit foi utilizado, pois ele permite abrir e fechar a conexão do bancode dados e executar comandos SQL, permitindo total integração com a rotina desenvolvida para o módulo Compact Field Point.

Nessa mesma rotina é previsto o tratamento de erros para garantir a segurança e a integridade dos dados coletados, sem que, no momento em que ocorrer algum tipo de pane nosistema, a rotina e os dados não sejam afetados.

Sistema de Gerenciamento de Energia

Uma vez armazenados no banco de dados, um executável de cálculos, desenvolvido na plataforma.NET, resgata essas informações e realiza os cálculos para obtenção dasseguintes informações:

Quantidade de energia elétrica gerada no Laboratório Solar;

Quantidade de energia elétrica gerada no Girassol;

Soma da quantidade de energia elétrica gerada no Girassol e no Laboratório Solar;

Nível de radiação solar

Quantidade de energia consumida

Comparativo de quantidade de energia armazenada na bateria com relação à radiação solar

Quantidade de carga armazenada na bateria

Quantidade de energia convertida X utilizada

Quantidade de energia captada X convertida

Tempo para carga da bateria

Período de carga

Autonomia do sistema com a carga num dado momento

As informações e cálculos obtidos a partir do executável são enviados para o web site.

Web Site

O web site foi desenvolvido utilizando a plataforma Microsoft .Net, e nele, as informações transmitidas pelo executável são disponibilizadas ao usuário:

Como relatórios: Exibição dos valores divididos em períodos, pontualmente numa certa data ou dado no momento do acesso.

Como Gráficos: Exibição de gráficos ao longo do funcionamento do sistema de medição, permitindo fácil visualização das informações.

Par garantir a segurança dos dados disponibilizados no web site, este possui cadastro e autenticação de usuários, divididos em níveis de acesso e com submissão à aprovação doadministrador.

Biografia dos autores:

Bruna Ziviani

Nascida em 13 de Janeiro de 1986, na cidade de São Paulo, Técnica em Automação Industrial pela Escola Técnica Federal de São Paulo, trabalha na Grainn Service, comoAnalista de Marketing Estratégico.

Luana Antunes Affonso Pestana

Nascida em 01 de Fevereiro de 1983, na cidade de São Paulo, Técnica em Eletrônica pela Escola Liceu de Artes e Ofícios de São Paulo, trabalha na Isban – Grupo SantanderBrasil como analista de sistemas – desenvolvimento de software.

Mauricio Fabiano Maehara

Nascido em 25 de Janeiro de 1984, na cidade de São Paulo, Técnico em Informática pelo Instituto Santa Amália, trabalha na Telsinc como Especialista IP.

3/7 www.ni.com

Robson Fausto Chaves

Nascido em 11 de Janeiro de 1981, na cidade de São Paulo, Técnico em Eletrônica pela Escola Técnica Guaracy Silveira, trabalha na Otis Elevadores Ltda como Supervisor deServiços.

Informações do autor:LuanaA. Affonso PestanaUniversidade São Judas Tadeu Brasil

Esquemático de implementação do sistema

4/7 www.ni.com

5/7 www.ni.com

Painel de comandos

Paleta dos componentes SQL do LabVIEW

6/7 www.ni.com

Tela de login e senha

7/7 www.ni.com

Tela de Relatório de Geração e Consumo do Sistema de Captação Solar

Informações legaisEsse estudo de caso (esse "estudo de caso") foi desenvolvido por um cliente da National Instruments ("NI"). ESSE ESTUDO DE CASO É FORNECIDO "COMO ESTÁ", SEM GARANTIAS DEQUALQUER NATUREZA E SUJEITO A DETERMINADAS RESTRIÇÕES, COMO ESTABELECIDO DE FORMA MAIS ESPECÍFICA NOS TERMOS DE USO DA NI.COM (

).http://ni.com/legal/termsofuse/unitedstates/us/