Instrumentação aplicada à medição da radiação solar

Instrumentação aplicada à medição da radiação solar. Foto: Intercâmbio Eletro Mecânico LTDA

Quando imaginamos instrumentos de medição aplicados à geração de energia elétrica, comumente pensamos apenas nas grandezas elétricas como tensão, corrente, resistência e potência.

Porém, quando tratamos de energias renováveis, como a solar (fotovoltaica, heliotérmica e térmica), temos de pensar sempre em mensurar a fonte, no caso a radiação solar.

A medição da radiação solar global, considerando tanto a componente direta como a componente difusa, na superfície terrestre, é de grande importância para os estudos das influências das condições climáticas e atmosféricas.

Com o histórico dessas medidas determina‐se o potencial elétrico possível de ser gerado, e assim se viabilizam as instalações de sistemas de geração (fotovoltaica, heliotérmica ou térmica) em uma determinada região, garantindo o máximo aproveitamento ao longo do ano.

Além do potencial, esta instrumentação é de grande valia nos controles de eficiência da geração e na manutenção de todo o sistema.

Existe uma grande variedade de equipamentos para estas medições que são classificados pela OMM (Organização Mundial de Meteorologia) e também pela ISO 9060 (International Standard Organization).

No Brasil, para algumas aplicações específicas como habilitação em leilões de energia elétrica e outorga de usinas geradoras de energia, tanto a EPE (Empresa de Pesquisa Energética) quanto a ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica) têm as suas próprias resoluções e diretrizes de como estas medições devem ser realizadas e quais equipamentos devem ser utilizados.

Fora dos leilões – como na geração distribuída, por exemplo – não existe normatização nacional específica acerca das medições dessas variáveis ambientais, porém avaliar os potenciais de geração por meio de medições locais pode trazer uma segurança maior tanto para as empresas de instalação, como dos proprietários da planta, sendo assim podemos nos orientar pela IEC 61724-1 (International Electrotechnical Comission) de 2017.

É importante sabermos que embora os “tipos” e as classificações dos equipamentos possam variar de acordo com o nível da geração, a sua utilização é pertinente sempre, mesmo sendo em projetos domésticos, geração distribuída, micro/mini‐geração e grandes usinas centralizadas.

A seguir, mostramos alguns instrumentos de medição da radiação solar e seu uso mais frequente.

Piranômetro (GHI/DHI/POA)

Medidor de radiação solar com sensor primário constituído de termopilha.

Aplicação: Medição de radiação global (tanto para o plano horizontal, quanto para o plano inclinado). Quando associado a um acessório adequado, como “sun tracker” ou “shadow ring”, também pode ser utilizado para medição de radiação difusa.

Pireliômetro (DNI)

Medidor de radiação solar direta.

Aplicação: Medição de radiação solar direta quando associado a um “sun tracker”.

Espectroradiômetros

Medidor de bandas espectrais incidentes na radiação solar.

Aplicação: Qualificar a radiação solar, especificando as bandas espectrais.

Medidor de UV

Medidor de radiação ultra-violeta (UV), normalmente UVA, UVB e UVE.

Aplicação: Determinar a quantidade de radiação UV.

Pirgeômetro

Medidor de radiação infra-vermelha atmosférica.

Aplicação: Determinar a quantidade de radiação de ondas longas (infra-vermelho).

Albedômetro

Medidor de radiação de albedo, que conta com dois piranômetros a 180°, sendo normalmente um apontando para à terra e outro apontando para o céu.

Aplicação: Determinar a quantidade de radiação de ondas longas (infra-vermelho).

Net-Radiômetro

Medidor de saldo de radiação, que conta com dois piranômetros e dois pirgeômetros a 180°, sendo normalmente um piranômetro e um pirgeômetro apontandos para a terra e outro piranômetro e outro pirgeômetro apontandos para o céu.

Aplicação: Determinar a quantidade radiação solar refletida pela superfície incluindo a radiação infravermelha (plano horizontal).

Heliógrafo e “Sunshine Duration”

Medidores de duração dos raios solares em um ciclo de 24 horas, sendo o heliógrafo um equipamento totalmente mecânico e o “sunshine duration” sua versão modernizada com comunicação digital.

Aplicação: Verificação de tempo de insolação, durante o dia.

Rastreador solar (sun tracker)

Sistema eletromecânico que segue a trajetória do Sol, utilizando um conjunto de motores especialmente projetado para a fixação de diversos sensores, tais como piranômetros e pireliômetros.

Aplicação: Associado aos sensores adequados, permite fazer medições de radiação difusa, radiação direta e também radiação global.

Disco de sombreamento lateral (shadow ring)

Acessório para ser utilizado com um piranômetro.

Aplicação: Medição de radiação difusa quando utilizado em conjunto com um piranômetro.

Radiômetro foto-diodo

Equipamento para medir a radiação solar em faixas espectrais mais estreitas e específicas.

Aplicação: Medição de eficiência em módulos fotovoltaicos mono/policristalinos.

Traçador de curva (curve tracer)

Equipamento para traçar ou verificar a curva I-V nas associações de módulos fotovoltaicos.

Aplicação: Manutenção de sistemas de geração fotovoltaica.

Medidores portáteis

Equipamentos para diversas funções de medição, tais como radiação solar global, temperatura, ângulo de inclinação, direção (bússola) e grandezas elétricas.

Aplicação: Medição de potencial térmico e fotovoltaico para pequenas instalações.

Referências bibliográficas

WMO Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation, Edição de 2008, Atualizado em 2010
S. Pless; M. Deru; P. Torcellini; S. Hayter – Procedure for Measuring and Reporting the Performance of Photovoltaic Systems in Buildings, Technical Report NREL/TP-550-38603 Outubro 2005
F.C. Treble – EUR 6423 Standard procedures for terrestrial photovoltaic performance measurements, Joint Research Centre 1979
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