Uma estação meteorológica automática (AWS) mede o clima em um ponto, o dia todo, sem que ninguém leia instrumentos à mão. Em uma usina solar, essas medições são o parâmetro pelo qual se avalia a produção da usina: se o sol estava fraco, espera-se uma produção baixa; se o sol estava forte e a produção foi baixa, há algo errado. Este artigo apresenta as partes de uma estação do tipo que a Aeron fabrica para usinas solares e eólicas e o que cada parte faz.
O que uma estação precisa fazer
Toda estação meteorológica automática cumpre quatro funções: detectar as condições, converter os sinais dos sensores em números no momento certo, guardar esses números com segurança e enviá-los a um lugar onde as pessoas possam usá-los. Para usinas solares, a referência internacional é a IEC 61724-1:2021, que define o que um sistema de monitoramento deve medir e classifica os sistemas em Classe A, B e C por precisão. A Classe A é a mais exigente e a que financiadores e engenheiros independentes costumam pedir em usinas de grande porte.
1. Os sensores
Os sensores são escolhidos conforme o que a usina precisa saber. Em uma usina solar, o conjunto usual é:
- Irradiância: piranômetros medem a luz solar que chega a uma superfície horizontal (irradiância global horizontal, GHI) e no plano dos módulos (plano do arranjo, POA, ou irradiância global inclinada, GTI). Usinas com módulos bifaciais acrescentam sensores voltados para o solo para medir o albedo e a irradiância na face posterior.
- Temperatura do módulo: um sensor colado na parte traseira de um módulo, como o Rigel 2 da Aeron com seu elemento PT1000, porque a produção de um módulo cai à medida que ele esquenta.
- Temperatura do ar e umidade relativa: uma sonda, em geral dentro de um abrigo contra radiação, como o sensor de temperatura do ar e umidade relativa da Aeron (incerteza de medição de ±0,2 °C e 1% UR, saída RS485 Modbus).
- Velocidade e direção do vento: para o resfriamento dos módulos, para as decisões de recolhimento dos trackers e para a segurança.
- Chuva: útil para entender a limpeza natural dos módulos.
- Sujidade: um sistema de medição de sujidade compara um módulo de referência limpo com outro deixado para acumular poeira, mostrando quanta energia a sujeira está custando. O sistema de medição do índice de sujidade da Aeron faz isso a partir da corrente de curto-circuito dos dois módulos, com resolução de 0,01% no índice de sujidade.
As usinas eólicas usam um conjunto diferente em um mastro meteorológico: anemômetros e cata-ventos em várias alturas, temperatura do ar, umidade e pressão, medidos conforme a IEC 61400-12-1.
2. O registrador de dados
O registrador de dados é o cérebro da estação. Ele lê todos os sensores, converte os sinais analógicos em valores digitais, marca o horário e os armazena. Sua qualidade importa tanto quanto a dos sensores: um piranômetro muito preciso lido por um conversor ruidoso produz dados ruidosos.
O registrador de dados Xtreme da Aeron, por exemplo, usa um conversor analógico-digital de 24 bits com mais de 20 bits efetivos, amostra a 1 Hz e pode registrar em intervalos de até um segundo. Ele lê sensores por SDI-12, RS232 e RS485 Modbus e mantém o relógio correto com um receptor GPS integrado, de modo que cada leitura de cada estação de uma usina tenha um carimbo de tempo comparável. Isso importa quando as leituras são comparadas, minuto a minuto, com os dados de inversores e medidores.
3. Armazenamento
Uma estação não pode perder dados quando a conexão cai. As estações da Aeron guardam as leituras em 8 GB de memória interna, em formato CSV, com um slot micro-SD para até 32 GB adicionais, o que é suficiente para mais de cinco anos de registros. Quando a conexão volta, o período que faltava pode ser reenviado.
4. Comunicação
A estação envia suas leituras ao sistema SCADA da usina, a uma plataforma em nuvem ou aos dois. Os caminhos mais comuns são Modbus sobre TCP/IP para o SCADA e Ethernet, Wi-Fi ou 4G LTE para a nuvem. Quando um equipamento legado tem apenas porta serial, um gateway como o FLINT WDG85 da Aeron pode transportar seus dados por 4G.
5. Energia e montagem
As estações funcionam continuamente ao ar livre, muitas vezes longe de uma tomada conveniente, e por isso costumam ser alimentadas por um pequeno painel solar com bateria ou pela alimentação auxiliar da usina. O mastro, as hastes e a fixação de cada sensor também fazem parte da medição: um piranômetro que fica sombreado uma hora por dia, ou um sensor de temperatura de módulo que se soltou, fornece números errados sem nenhuma mensagem de erro. Por isso a IEC 61724-1 estabelece regras de posicionamento, alinhamento e limpeza, além das regras para os instrumentos.
6. Software
Por fim, alguém precisa olhar os dados. Uma plataforma como a Live3 mostra todas as estações em um mapa com seu status, calcula valores como a taxa de desempenho a partir de cada leitura e emite um alerta quando uma leitura permanece fora da faixa ou uma estação deixa de reportar, de modo que um problema seja encontrado em horas, e não no fim do mês.
Juntando tudo
Uma estação vale o que vale sua parte mais fraca. Sensores precisos precisam de um registrador preciso, um registrador precisa de relógio e armazenamento confiáveis, e tudo isso precisa de instalação correta e de limpeza e calibração regulares. Quando esses itens estão em ordem, a estação dá ao proprietário da usina uma resposta confiável à pergunta que mais importa: considerando o clima, a usina produziu o que deveria?
A Aeron projeta e fabrica sistemas de monitoramento meteorológico desde 2010. Para conversar sobre uma estação para a sua usina, fale com nossa equipe ou conheça o WMS para usinas solares fotovoltaicas.
