Análise e construção de um piranômetro fotovoltaico

Abstract

O objetivo deste trabalho é analisar o comportamento de uma célula de silicio como sensor em um piranômetro e construir um protótipo deste instrumento. Inicialmente foi analisada a possibilidade de usar uma célula de silicio como sensor, enfatizando a influência da seletividadé espectral de sua resposta e a possibilidade de uma correção na mesma. Para verificar a influência das variações da irradiância espectral solar na corrente de curto-circuito da célula de silicio foram realizadas simulações da variações da irradiância espectral solar em função dos parâmetros atmosféricos. Analisou-se a possibilidade de fazer correções espectrais usando corantes orgânicos luminescentes para realçar a resposta da célula na região de menor sensibilidade e filtros de absorção para diminui-la na região de maior sensibilidade. Através de um estudo dos corantes verificou-se, por meio da resposta espectral simulada, que com eles não é possivel realçar significativamente a resposta espectral da célula.Conhecendo a resposta espectral da célula com ou sem correção e a irradiância espectral solar global segundo a variação dos parâmetros atmosféricos, simularam-se desvios de medidas em diversas condições. Concluiu-se que uma correção espectral na célula de silício, embora tornando a resposta uniforme em toda a banda de sensibilidade, não diminui significativamente os desvios. Considerou-se, então, uma resposta uniforme para a célula de silicio que se extende em direção ao infravermelho e verificou-se que os desvios das medidas simuladas diminuem exponencialmente com o aumento da resposta da célula em direção ao infravermelho. Constatou-se experimentalmente que nenhuma correção espectral na resposta da célula diminui os desvios das medidas da irradiância solar e projetou-se um piranómetro usando como sensor uma célula de silicio sem correção. O protótipo construido foi calibrado utilizando um piranómetro Eppley PSP e compararam-se desvios das medidas da irradiância com os desvios das medidas usando um piranómetro Kipp & Zonen e um piranómetro fotovoltaico Haenni (Solar 119). Se o protótipo for usado para medir a radiação solar total horária ou diária, o desvio máximo torna-se de 4,3% e 0,7% respectivamente. O protótipo construido é indica do principalmente para medidas da radiação total horária e diária, que são as de maior uso no dimensionamento de sistemas solares, tanto fotovoltaicos como térmicos. Também é indicado par a medidas instantâneas, quando não é necessária alta precisão.