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Título: Desenvolvimento de sistema de controle e instrumentação de protótipo de concentrador de energia solar fotovoltaica e térmica com um grau de liberdade
Autor(es): Cavalcante, Caio Neno Silva
Orientador(es): Brasil Júnior, Antônio César Pinho
Assunto: Concentrador solar
Energia solar
Data de apresentação: Dez-2016
Referência: CAVALCANTE, Caio Neno Silva. Desenvolvimento de sistema de controle e instrumentação de protótipo de concentrador de energia solar fotovoltaica e térmica com um grau de liberdade. 2016. xv, 211 f., il. Trabalho de conclusão de curso (Bacharelado em Engenharia Mecatrônica)—Universidade de Brasília, Brasília, 2016.
Resumo: Realizou-se, neste trabalho, a construção de um concentrador solar tipo linear fresnel com quinze espelhos planos, projetado para refletir os raios solares diretos para um absorvedor, com doze células fotovoltaicas presas a um duto de ar, que resfria as células e, ao mesmo tempo, aproveita o calor dispersado que seria desperdiçado. Construiu-se, também, uma bancada de instrumentação para uso em projetos CPV/T e CSP. A bancada de instrumentação, também chamada de bancada solar, contava, ao final deste trabalho, com um datalogger e dezesseis sensores, sendo oito termopares, uma termorresistência, um sensor de umidade relativa, dois piranômetros, um divisor de tensão para mensuração de tensões até 10 V nas células fotovoltaicas, um sensor de corrente, um anemômetro e um inclinômetro digital para ajuste manual dos espelhos do concentrador. A bancada também conta com um driver de motor de passo, um Arduino Uno e toda a eletrônica necessária para receber sinal de até quatro potenciômetros nas entradas analógicas do Arduino. Foi elaborado um algoritmo de localização da posição do sol em azimute e elevação e de predição do horário local de alvorada, meio-dia e pôr-do-sol, além de outro algoritmo que faz a predição da posição dos espelhos com base na localização do sol no céu. Por último, foram elaborados dois esquemas de controle do posicionamento para o motor de passo, sendo um em malha aberta e um em malha híbrida, mesclando aspectos da malha aberta e da malha fechada.
Abstract: In this Project, a linear Fresnel type solar concentrator was designed with fifteen flat mirrors to deflect direct sun rays to an absorber with twelve photovoltaic cells attached to an air duct, which, in turn, cools the cells and, at the same time, uses the dispersed heat that would be, in regular conditions, wasted. A instrumentation table for CPV/T and CSP projects was also designed. Also called a solar bench, this table had, by the end of this report, a datalogger and sixteen sensors, which were eight thermocouples, one termorresistance, one relative humidity sensor, two pyranometers, one voltage divider for measuring tensions up to 10 V in the photovoltaic cells, one current sensor, one anemometer and a digital inclinometer, for manual adjustment of the mirrors in the linear fresnel concentrator. The solar bench also has a stepper motor driver, an Arduino Uno microcontroller and all the necessary electronics for communicating the analog input ports of the Arduino with up to four potentiometers. A solar positioning algorithm based on azimuth and elevation angles was designed, whcich also predicts the local sunrise, noon and sunset times. Another algorithm predicts the position that each mirror should be according to the time of the day, and the suns’s positionin the sky. At last, two stepper motor control schemes were implemented, one based in an open-loop approach and the other based in a hybrid approach, mixing elements of open-loop and closed loop schemes.
Informações adicionais: Trabalho de conclusão de curso (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Curso de Graduação em Engenharia de Controle e Automação, 2016.
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