OTIMIZAÇÃO DE SENSOR ÓPTICO PARA APLICAÇÕES DE RASTREADORES SOLARES PARA CÉLULAS DE MULTIJUNÇÃO

Resumo

Para construção de um sistema autônomo de rastreamento solar (Tracker) para aplicações em painéis fotovoltaicos é imprescindível o uso de um sensor solar. A partir das informações luminosas nesta categoria de sensores é possível realizar a automação do tracker (PAEDELL, 2015).  Sensores de posição a fibra óptica são indicados para trackers que contém painel solar constituído de células de multijunção. Esta categoria de célula apresenta eficiência de conversão fotovoltaica significativamente superior às células solares convencionais. Uma vez que, para obter o melhor rendimento da utilização das células de multijunção, faz-se necessário utilizar sensores de posição com menor resolução em comparação aos convencionais (Rativa, 2015). O objetivo do trabalho é caracterizar um sensor de posição à fibras ópticas para células de multijunção para um sistema de rastreamento solar. O trabalho foi desenvolvido nos laboratórios de Optoeletrônica e Cyber-Físicos do Instituto de Inovação Tecnológica - IIT da UPE. O sensor óptico utilizado foi o cabo óptico THORLABS UM22-100-FBUNDLE, composto por sete fibras ópticas com um conector comum em uma extremidade e sete conectores individuais na outra. O setup da instrumentação utilizada é composto por um laser de diodo THORLABS CPS635R, emitindo radiação a 635 nm, uma lente plano-convexa THORLABS LA1131 - A - ML, com distância focal de 50mm, uma íris THORLABS SM1D12, fotodiodos THORLABS FDS02, um sistema de rotação NR360S automatizado por um motor de passo DRV8825 que é controlado por um Arduino Mega. A extremidade do conector comum é responsável pela captação do feixe de luz, após ser concentrado pela lente. Na outra extremidade de cada conector é encaixado o fotodiodo que é encaixado em um circuito eletrônico composto por 7 conversores de transimpedância independentes é utilizado um amplificador LM324 utilizado em sua configuração de buffer para garantir o melhor acoplamento de impedâncias, a saída do conversor é conectada a um Arduino Mega 2560 para que ocorra o acompanhamento em tempo real do posicionamento do feixe de luz perante as fibras, devido a tensão apresentada. O sistema de rotação é controlado por um circuito eletrônico composto com um motor de passo DRV8825 que é controlado pelo Arduino Mega 2560, o laser é acoplado no sistema de rotação, assim Arduino é programado para realizar determinado deslocamento angular em 40 passos, o primeiro programa a ser executado é o que determina se o sistema está alinhado ou não para a execução da varredura das fibras. Como o sistema é fixo, o sistema de rotação gira em apenas uma direção, portanto deve se alinhar 3 fibras no mesmo plano do sistema de rotação em que a fibra central é uma delas. Por fim é executado o segundo programa que varre todas as fibras alinhadas em seu plano de rotação e simultaneamente armazena a tensão das saídas dos conversores de transimpedância. Por fim foi verificado que o sistema proposto funciona bem, devido a coleta de dados armazenados pelo Arduino e a geração de gráficos no Microsoft Excel constata-se que a varredura angular ilumina as 3 fibras alinhadas, porém o spot do feixe de luz concentrado ainda é maior do que o esperado iluminando com pouca intensidade fibras adjacentes. Como trabalhos a serem realizados no futuro, pode-se criar um sistema óptico com lentes para reduzir o spot do feixe de luz concentrado e a realização de experimentos Outdoor para verificar como o sistema responde à luz solar.
 
 
 
Palavras-chave: Fibra óptica; Sistema de rotação; Sensor de Posição Solar.
 
Referências 
PAEDELL, R.; BERNAL, D.; MARTÍNEZ, E. MISPS solar position sensor development and field tests. In: 11TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON CONCENTRATOR PHOTOVOLTAIC SYSTEMS, 2015. AIP Publishing, 2015, vol. 1679, p. 080002. 
 
RÁTIVA, D. et al. Solar Tracker Sensor Based on a Quadrant Optical Fiber Array. FRONTIERS IN OPTICS, 2015, San Jose, 2015. Optical Fiber Sensors I: Applications, FTh1E.3
​
OLIVEIRA, F. T. V. CARACTERIZAÇÃO DE SENSORES DE POSIÇÃO PARA SEGUIDORES SOLARES. Dissertação (Mestrado em Tecnologia da Energia) - Universidade de Pernambuco, Recife, 2016.
Yamaguchi, Masafumi. Multi-junction solar cells paving the way for super high-efficiency. Journal of Applied Physics 129, 240901 (2021);