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UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA
ALEXANDRINO TADEU FELONTA PEREIRA
PROJETO, CONSTRUO E ANLISE DE UM SISTEMA DE
POSICIONAMENTO AUTOMTICO DE PAINEL SOLAR
FOTOVOLTAICO
Juiz de Fora, MG - Brasil
Julho de 2016
ALEXANDRINO TADEU FELONTA PEREIRA
PROJETO, CONSTRUO E ANLISE DE UM SISTEMA DE
POSICIONAMENTO AUTOMTICO DE PAINEL SOLAR
FOTOVOLTAICO
Trabalho final, apresentado a Universidade
Federal de Juiz de Fora, como parte das
exigncias para a obteno do ttulo de
Engenheiro Eletricista.
Orientador: Andr Augusto Ferreira
Juiz de Fora, MG - Brasil
Julho de 2016
AUTORIZO A REPRODUO E DIVULGAO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRNICO, PARA FINS DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE.
FICHA CATALOGRFICA
PEREIRA, Alexandrino Tadeu Felonta. Projeto, construo e anlise de um sistema de posicionamento automtico de painel solar fotovoltaico
/ Alexandrino Tadeu Felonta Pereira. -- 2016.
65 f. : il. Orientador: Andr Augusto Ferreira Trabalho de Concluso de Curso (graduao)
Universidade Federal de Juiz de Fora, Faculdade de Engenharia, 2016. 1. Painel solar fotovoltaico. 2. Posicionamento automtico. 3. Converso de energia
.
ALEXANDRINO TADEU FELONTA PEREIRA
PROJETO, CONSTRUO E ANLISE DE UM SISTEMA DE
POSICIONAMENTO AUTOMTICO DE PAINEL SOLAR
FOTOVOLTAICO
Trabalho final, apresentado a Universidade
Federal de Juiz de Fora, como parte das
exigncias para a obteno do ttulo de
Engenheiro Eletricista.
Orientador: Andr Augusto Ferreira
Aprovada em 03 de agosto de 2016
Prof. Andr Augusto Ferreira, Dr.Eng. (Orientador)
Prof. Pedro Machado de Almeida, Dr.Eng.
Prof. Leonardo Willer de Oliveira, D.Sc.
AGRADECIMENTOS
Agradeo a Deus pelas conquistas alcanadas durante toda minha vida acadmica.
Ao meu pai Jos, minha me Silvnia, e minhas irms Barbarelli e Celina que sempre ao meu
lado me deram todo o suporte indispensvel na consolidao do meu carter.
Agradeo ao professor Andr Augusto Ferreira por ter confiado em mim tarefa de
desenvolver esse trabalho que tanto me motivou e ao mesmo tempo desafiou a buscar sempre
o melhor.
A Universidade Federal de Juiz de Fora - UFJF pelo suporte pesquisa e ao programa Bolsa
de Iniciao Cientifica BIC.
Ao amigo e companheiro de trabalho Jhonatan Brandel pelo esforo e dedicao a esse
trabalho que muito contribuiu na consolidao de meu conhecimento.
Agradeo ao professor Marcos Borges e ao Tcnico em Mecnica Guilherme Pires pela ajuda
nas simulaes e construo das peas da estrutura mecnica desenvolvida nesse trabalho.
Ao professor Pedro Machado que muito me ajudou nas pesquisas tericas relacionadas ao
assunto desse trabalho.
Ao Jos Amrico, Tcnico administrativo do Laboratrio Solar pelo companheirismo e pelos
conselhos que muito me motivaram a continuar na caminhada.
Aos bolsistas do Laboratrio Solar pela amizade, ajuda e companheirismo durante todos esses
anos.
Aos colegas de curso, pelos anos de alegria e companheirismo e pelos ensinamentos que
muito me ajudaram durante todo o perodo da faculdade.
Estou convicto de que as experincias e aprendizados, bem como as lies de vidas adquiridas
por conviver com pessoas experientes, certamente foram de grande importncia para a
construo do meu carter profissional. Pretendo, portanto, com o aprimoramento das
experincias adquiridas ter condies de atuar profissionalmente, conhecendo o processo da
empresa que eu atue, preocupando-me sempre em adaptar-me as novas realidades sem perder
o objetivo principal de um Engenheiro Eletricista.
Nossas virtudes e nossos sentimentos so
inseparveis, assim como fora e matria.
Quando se separam, o homem deixa de
existir.". (Nikola Tesla)
viii
RESUMO
Este trabalho tem como principal objetivo implementar um prottipo
para aumentar a eficincia no processo de converso de energia solar em
eletricidade. A estrutura projetada e construda busca automaticamente manter
a incidncia perpendicular dos raios do Sol em relao superfcie plana de
um painel fotovoltaico.
A presente monografia aborda o modelo matemtico para determinar a
posio do Sol ao longo do dia, a montagem experimental para movimentao
do painel em dois graus de liberdade, conversor esttico para condicionamento
da energia gerada pelo painel, resultados experimentais e anlise do
desempenho dos sistemas de painel fixo e de painel com ajuste automtico de
posio.
Projeto, construo e anlise de um sistema de posicionamento automtico
de painel solar fotovoltaico
Alexandrino Tadeu Felonta Pereira
Julho, 2016
Orientador: Andr Augusto Ferreira
ix
ABSTRACT
This work aims to implement a prototype to increase efficiency in solar energy
conversion process into electricity. The designed and built structure seeks to
maintain automatically the incidence of the sun's rays perpendicular towards the flat
surface of a photovoltaic panel.
This thesis discusses the mathematical model to determine the position of the
sun throughout the day, the experimental setup for panel movement in two degrees
of freedom, static converter for conditioning the power generated by the panel,
experimental results and systems performance analysis of fixed panel and of panel
with automatic position adjustment.
.
Design, construction and analysis of an automatic positioning system
photovoltaic solar panel
Alexandrino Tadeu Felonta Pereira
July, 2016
Supervisor: Andr Augusto Ferreira
x
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Insolao mdia anual na superfcie terrestre ........................................................... 19 Figura 2: Movimento do sol ao longo das estaes .................................................................. 19 Figura 3: Plano elptico da orbita da Terra ............................................................................... 20 Figura 4: ngulos para posicionamento solar .......................................................................... 23 Figura 5: Usina Solar Fotovoltaica da UFJF ............................................................................ 24 Figura 6: Maquete da Usina Solar da UFJF ............................................................................. 25 Figura 7: Planta baixa da Usina Solar da UFJF ........................................................................ 26 Figura 8: Obteno do perfil dos obstculos ............................................................................ 27 Figura 9: Projeo estereogrfica do local com os sombreamentos previstos ......................... 27 Figura 10: Tela do Software Radiasol 2.0 ................................................................................ 28 Figura 11 - Variao da radiao de acordo com a inclinao dos painis fotovoltaicos ........ 29 Figura 12: Carta solar de Juiz de Fora ...................................................................................... 30 Figura 13: Projeto da estrutura azimutal de dois eixos ............................................................. 31 Figura 14: Estrutura mecnica para posicionamento automtico de um painel solar fotovoltaico ............................................................................................................................... 31 Figura 15: Mecanismo do movimento azimutal e de inclinao .............................................. 32 Figura 16: Detalhe da montagem do mecanismo do movimento azimutal e de inclinao ..... 32 Figura 17: Micro redutor DC AK510 c/ caixa de reduo ....................................................... 33 Figura 18: Engrenagens de mquina de frango ........................................................................ 34 Figura 19: Mdulo Fotovoltaico BPSX120U ........................................................................... 34 Figura 20: Driver L298N .......................................................................................................... 35 Figura 21: Diagrama de blocos do L298N ............................................................................... 35 Figura 22: Esquemtico do circuito desenvolvido ................................................................... 36 Figura 23: a) Esquemtico do PCB; b) Placa montada ............................................................ 37 Figura 24: Kit Arduno Mega 2560 .......................................................................................... 37 Figura 25: Esquemtico do circuito conversor abaixador de tenso ........................................ 38 Figura 26: Fluxograma do algoritmo P&O .............................................................................. 39 Figura 27: Mtodo para calibrao dos eixos em graus ........................................................... 40 Figura 28: Curva de posio do eixo de elevao .................................................................... 41 Figura 29: Curva de velocidade do eixo de elevao ............................................................... 41 Figura 30: Inclinao do painel fixo. ........................................................................................ 42 Figura 31: haste para verificao da perpendicularidade dos raios incidentes do Sol ............. 43 Figura 32: Curvas de corrente versus tenso para diferentes condies de irradiao. ............ 45
