Projeto, Desenvolvimento e Testes de Piranômetros de Baixo Custo - Uma Avaliação de Acurácia e Custo

Resumo

A medição precisa da radiação solar é crucial para a expansão da energia solar no Brasil, especialmente para avaliar o recurso disponível. No entanto, o alto custo dos piranômetros de precisão tem sido um obstáculo, limitando o acesso ao mapeamento da radiação solar em várias regiões do país. Se o custo de fabricação desses dispositivos fosse menor, tanto instituições de pesquisa quanto empresas do setor poderiam realizar mapeamentos mais abrangentes e acessíveis. Para resolver isso, este trabalho propõe o desenvolvimento de um piranômetro de baixo custo. Nosso protótipo, construído com componentes acessíveis e técnicas simplificadas, busca alcançar incertezas de medição próximas às de piranômetros Classe A. O principal objetivo é democratizar o acesso a essa tecnologia, permitindo sua aplicação em pesquisas acadêmicas, projetos educacionais e diversas aplicações práticas da energia solar. O protótipo construído, apresentou resultados satisfatórios na medição da irradiância solar global horizontal, utilizando dois sensores: uma mini célula fotovoltaica e um fotodiodo UV040-BG. As curvas de irradiância geradas mostraram-se próximas às de um piranômetro padrão Classe A, evidenciando a confiabilidade do protótipo. As métricas estatísticas confirmam essa confiabilidade: o RMSE foi de 28,5 W/m² e o nRMSE de 2,6%, com um desvio por RMSE de 28,47 W/m² para a mini célula fotovoltaica. Para otimizar o custo e o desempenho, sugerimos usar apenas a mini célula fotovoltaica, implementar monitoramento em nuvem, estender a coleta de dados e aplicar machine learning para maior precisão. A integração de um Microcontrolador ESP32 permite o monitoramento diário da irradiância, facilitando a avaliação do recurso solar. Em comparação com o mercado, onde piranômetros Classe A custam aproximadamente R$ 39.018,53, Classe B cerca de R$ 21.511,29 e Classe C R$ 7.362,24, nosso protótipo tem um custo estimado de fabricação de apenas R$ 600,56. Seu desvio por RMSE de 28,47 W/m² é inferior ao erro máximo da Classe C (±30 W/m²). Embora não atinja a precisão da Classe A (±10 W/m²), o protótipo demonstra um desempenho notável para sua categoria de custo, sendo uma alternativa viável e de baixo custo. Essa iniciativa visa reduzir barreiras financeiras, promover a inclusão tecnológica e fortalecer a formação de profissionais em energias renováveis, posicionando o protótipo como uma alternativa promissora para impulsionar o mapeamento da radiação solar no Brasil.