Otimização de sistemas de rastreamento solar com sensores de inclinação de alta precisão
Os sensores de inclinação têm impacto significativo na produção das usinas de energia solar (CSP) e, por isso, são muito usados no rastreamento solar. Embora a importância do rastreamento solar e o ganho de produção que ele traz estejam comprovados, há muita confusão sobre como esse sistema funciona e quais são os ganhos esperados. Recebemos com frequência muitas dúvidas sobre a eficácia dos sensores de inclinação no rastreamento solar e sobre suas vantagens. Este artigo procura explicar justamente isso.
Importância do rastreamento solar
Nas usinas solares, a potência produzida depende da orientação dos painéis em relação ao sol. Quando o desalinhamento passa de certo ponto, a produção começa a cair de forma acentuada. Para ser preciso, a produção dos painéis diminui com o cosseno do ângulo entre a radiação incidente e o painel.
É um equívoco comum achar que a maior parte da energia solar só está disponível ao meio-dia. Na verdade, vários estudos mostraram que a potência disponível no início da manhã e no fim da tarde é de aproximadamente metade da disponível ao meio-dia. Além disso, o ângulo de inclinação em que se espera a potência máxima também depende do local (latitude) e da estação do ano. Sem rastreamento solar, a maior parte dessa energia se perde pelo desalinhamento entre os raios do sol e os coletores.
Em países como a Índia, a energia solar é abundante durante a maior parte do ano. Mas em outras partes do mundo, por causa da baixa disponibilidade de energia solar, não ter um sistema de rastreamento solar leva a uma produção ruim e, portanto, a longos prazos de retorno do investimento. Mesmo em regiões como a Índia, o uso do rastreamento solar pode melhorar de forma significativa a produção, resultando em rápida recuperação dos investimentos feitos.
O rastreamento solar pode melhorar a produção das usinas solares em 10 a 25%, dependendo da localização e das condições climáticas. Quando há restrição de espaço, é possível obter mais produção com sistemas de rastreamento solar.
Tipos de rastreamento solar
O rastreamento solar pode ser feito de duas formas: de eixo único (apenas elevação) e de eixo duplo (elevação e azimute).
Rastreamento solar de eixo único
No rastreamento solar de eixo único, com a ajuda de sensores de inclinação, os coletores solares são movidos apenas para acompanhar a elevação do sol. Isso significa que, se o sol se desloca na horizontal pelo céu, os painéis não são movidos para ficar voltados para ele.
Os sensores de inclinação usados no rastreamento de eixo único costumam ser sensores de inclinação de eixo único. A produção obtida com o rastreamento solar de eixo único é, sem dúvida, maior do que sem nenhum sistema de rastreamento, mas é um pouco menor do que com o sistema de eixo duplo.
No rastreamento solar de eixo duplo, tanto o ângulo de elevação quanto o ângulo azimutal (horizontal) são controlados, de modo que o coletor fique sempre voltado com precisão para o sol. Os sensores de inclinação usados no rastreamento solar de eixo duplo são capazes de detectar a inclinação em duas dimensões. Embora os sistemas de rastreamento solar de eixo duplo sejam mais caros do que os de eixo único, o aumento de produção obtido justifica o custo extra.
O papel dos sensores de inclinação no rastreamento solar
Embora diferentes técnicas possam ser usadas no rastreamento solar, os sensores de inclinação são provavelmente a tecnologia mais usada para essa finalidade.
Outra tecnologia usada no rastreamento solar são os encoders ópticos. Os encoders ópticos têm um disco com fendas de tamanhos e formatos diferentes, em ângulos diferentes. O pulso de luz que passa por essas fendas é monitorado para descobrir o ângulo de orientação. À medida que o motor move o eixo, o disco também gira e, com isso, o pulso de luz varia. Essa variação é usada para descobrir o ângulo de rotação. No caso do rastreamento de eixo duplo, usam-se dois motores separados e dois encoders ópticos para calcular a elevação e o ângulo azimutal.
O que faz dos sensores de inclinação a opção preferida para essa aplicação, em relação a outras tecnologias, como os encoders ópticos?
A seguir, alguns recursos dos sensores de inclinação que os tornam ideais para essa aplicação.
Os sensores de inclinação são compactos, fáceis de instalar e usar e acessíveis. Seu custo é muito menor do que os ganhos que proporcionam, o que justifica seu uso nessa aplicação. Já os encoders ópticos são difíceis de instalar, e desalinhamentos durante a instalação podem gerar um erro permanente na saída, se não forem corrigidos.
Os sensores de inclinação fornecem uma saída digital que pode ser enviada diretamente aos controladores para controlar a orientação dos coletores. A saída permanece precisa ao longo do tempo. No caso dos encoders ópticos, por serem sensores de ângulo relativo, a operação ao longo do tempo pode introduzir um pequeno erro na saída, que pode aumentar gradualmente.
Os sensores de inclinação são robustos e, por isso, resistem ao calor, à chuva e a outras condições climáticas extremas. Em comparação com eles, os encoders ópticos têm componentes móveis e, portanto, sofrem desgaste. A poeira e a sujeira também afetam o desempenho deles.