Estudo, desenvolvimento e caracterização de radiômetros para medidas da radiação solar

• Autor(a) principal: Waldeir Amaral Vilela
• Data de Publicação: 2010
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE
• Texto Completo: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19/2010/09.17.18.50

O estudo da radiação solar que chega à superfície da terra é de fundamental importância dentro do contexto das mudanças climáticas globais e suas aplicações vão desde a compreensão do clima do planeta até a otimização de sistemas de energia. A importância do tema pode ser estimada pelo grande número de pesquisas que tem como escopo o estudo da radiação solar e de suas componentes, tanto em abordagem teórica como experimental. O Brasil possui um potencial energético solar imenso e o seu aproveitamento se apresenta como uma excelente alternativa devido ao baixo impacto ambiental, mas para a utilização desta forma de energia em larga escala é necessário um esforço para que haja domínio tecnológico e capacitação do parque industrial nacional na produção de dispositivos capazes de medir e monitorar a radiação solar. A ausência de uma indústria nacional destes dispositivos faz com que eles sejam importados com custos elevados. Com o objetivo de atender as necessidades de engenheiros, pesquisadores, meteorologistas e ambientalistas, foi desenvolvido neste trabalho um radiômetro para medida da radiação solar global de baixo custo e um dispositivo de aquisição de dados dedicado ao monitoramento da radiação solar. O desenvolvimento destes dispositivos se deu através de uma parceria entre LAS/INPE, LME/USP e a empresa Orbital Engenharia Ltda., tendo como objetivo a transferência da tecnologia ao setor produtivo privado. Para isso, foi utilizada de forma pioneira na área acadêmica uma metodologia de desenvolvimento que é utilizada comumente no INPE nos projetos de satélites e de outros componentes de aplicações espaciais. Dentro da metodologia utilizada, o projeto nasceu com a concepção dos produtos que foram definidos a partir das especificações feitas com auxilio de uma intensa pesquisa e através de sugestões de colaboradores e usuários destes dispositivos. O radiômetro desenvolvido é destinado à medida de radiação solar global e tem como característica particular o uso de uma célula solar de silício monocristalino convencional como elemento sensor. A célula solar utilizada foi produzida no LME/USP, e possui tipicamente uma tensão de circuito aberto de 580 mV, corrente de curto circuito de 70 mA e 13,5\% de eficiência. A resposta espectral do radiômetro desenvolvido é de 400 nm a 1100 nm, sensibilidade típica de 20 $\mu$V/Wm$^{-2}$, tempo de resposta menor que 10 ms, resposta compatível com a lei dos cossenos e precisão de $pm$ 3\%. O dispositivo de aquisição de dados é um \textit{datalogger} dedicado para medida da radiação, de 12 bits, 5 Mbyte de memória e baixo consumo de energia, capaz de adquirir e armazenar dados de quatro radiômetros e dois termopares, durante mais de um ano. Os sinais dos sensores medidos são convertidos em valores e unidades adequadas e são enviados para memória. Os dados também podem ser simultaneamente apresentados no mostrador do dispositivo ou enviados a um microcomputador. Para que o radiômetro tenha valor como um instrumento de medida confiável, ele foi calibrado por comparação com um padrão de referência que tem certificação e rastriabilidade. Para os testes e caracterizações dos radiômetros foram montados no laboratório de células solares do LAS/INPE três sistemas básicos: sistema de medida da radiação por comparação com um sensor padrão ou caracterização relativa, sistema de medida da resposta à lei dos cossenos e sistema de medida de resposta espectral. Nos protótipos desenvolvidos do radiômetro também foram realizados testes ambientais de umidade, radiação ultravioleta e névoa salina para determinar a conformidade dos dispositivos em relação aos requisitos de qualidade.