Desenvolvimento
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Entre as etapas principais etapas de desenvolvimento do projeto estão:
Projetar o sistema de geração fotovoltaico off-grid;
Documentação sobre condutores e dispositivos de proteção;
Desenvolvimento do sensor de tensão contínua;
Estudo sobre os sensores utilizados;
Projeto do sistema de monitoramento;
1. Projetar o sistema de geração fotovoltaico:
1. Projetar o sistema de geração fotovoltaico:
Como parte fundamental do projeto, o projeto do Sistema de Geração Fotovoltaico (SGF) precisava ser rapidamente executado, junto com a pesquisa de preço dos componentes. A proposta do projeto era dimensionar o sistema mais potente possível, com um orçamento fixo, unido à um tempo de quatro meses de execução e finalização do SGF. A agilidade na execução do projeto possibilitou realizar a compra do SGF na mesma semana da apresentação inicial do projeto, o que tornou possível, a última foto do desenvolvimento presencial do SGF:
Suporte de fixação na cobertura do câmpus
Componentes do SGF e dispostivos de proteção reunidos
Inicialmente, com o orçamento previsto foi possível projetar um sistema composto por 2 módulos solares, que somados fornecem 650 W de potência. Visto a iminente a integração do sistema com um projeto secundário, o projeto do sistema foi executado de forma a possibilitar a inserção de mais um módulo solar, totalizando 975 W. Por fim, dada as parcerias entre diferentes áreas do campus foi possível instalar a estrutura de fixação na cobertura do campus.
Os seguintes diagramas representam as progressão do projeto, onde uma apenas identificou os equipamentos necessários e o sensoriamento, e outra já com os parâmetros dos itens adquiridos, unido ao tipo de sensoriamento em cada etapa, com os dispositivos de proteção.
Diagrama inicial de concepção do projeto
Diagrama final do projeto
2. Documentação dos condutores e dispositivos de proteção
2. Documentação dos condutores e dispositivos de proteção
O projeto de qualquer sistema elétrico exige um dimensionamento para torná-lo seguro tanto para os usuários do sistema, quanto para a vida útil do sistema.
O dimensionamento de qualquer sistema elétrico deve contemplar:
Os condutores, que conduzem a eletricidade, devem conter uma secção capaz de conduzir a quantidade de corrente, sem perder sua isolação.
Os dispositivos de proteção e seccionamento, como disjuntores e fusíveis que devem ser capazes de proteger o sistema de possíveis surtos de tensão e de corrente.
Com a proposta didática do projeto, isto é, disponibilizar a infraestrutura para os discentes terem contato com um sistema fotovoltaico, realizou-se um relatório de desenvolvimento, com o método de dimensionamento dos dispositivos e condutores.
Entre as normas utilizadas como referência no dimensionamento do sistema elétrico estão:
ABNT NBR 16690 - INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE ARRANJOS FOTOVOLTAICOS - Requisitos de Projeto
Esta norma estabelece os requisitos de projeto para sistemas fotovoltaicos com potência maior que 100 Wp e tensão de circuito aberto maior que 32V e menor que 1500V.
O objetivo principal desta norma é especificar os requisitos de segurança devido às particularidades de sistemas fotovoltaicos. São apresentados os métodos de dimensionamento de dispositivos de proteção contra curto circuito e sobretensão, condutores, aterramento, equipotencialização, dentre outros.
Está associada a diversas outras normas como por exemplo NBR 5410 (Instalações elétricas de baixa tensão) e NBR 5419 (Proteção contra descargas atmosféricas).
ABNT NBR 10899 - ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA: Terminologia
Esta norma especifica a terminologia relacionada apenas a sistemas de conversão de energia solar fotovoltaica em energia elétrica.
ABNT NBR 16767 - ELEMENTOS E BATERIAS ESTACIONÁRIAS PARA APLICAÇÃO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS NÃO CONECTADOS À REDE ELÉTRICA DE ENERGIA (off-grid): Requisitos gerais e métodos de ensaio
Apresenta os requisitos de ensaio relacionados às baterias estacionárias utilizadas em um sistema de energia FV do tipo off-grid. Não inclui métodos de dimensionamento, porém traz uma série de informações quanto às condições de operação, tipos de ciclo, dentre outras.
ABNT NBR 5410 - INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE BAIXA TENSÃO
ABNT NBR 5419 - PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS
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RELATÓRIO DE DESEVOLVIMENTO
3. Desenvolvimento do sensor de tensão contínua
3. Desenvolvimento do sensor de tensão contínua
Durante o processo de escolha dos sensores, pesquisando sobre os módulos disponíveis, foi possível observar que a maior parte dos sensores relacionados à medição de tensão CC não passavam de um divisor de tensão, em uma placa de circuito impresso.
Por este motivo, em relação à medição de tensão contínua, optou-se pelo desenvolvimento de um circuito com a função de condicionar os valores de tensão, atenuando-os de forma a possibilitar a conversão analógico-digital pelo micro controlador utilizado, convertendo valores na ordem de 50V para valores inferiores a 3,3V. O circuito projetado será referido como sensor de tensão CC, e o esquemático, apresentado a seguir:
Esquemático do circuito do medidor de tensão CC, feito no software Protheus.
Entre as especificações de projeto do sensor de tensão CC:
Ajuste fino de tensão de entrada de 44-50V, para diferentes módulos.
Tensão de saída máxima 3,3V
Diodos Zener na entrada e saída, garantindo a proteção da entrada analógica do microcontrolador.
Filtro de tensão passa-baixa, para variações muito rápida de tensão.
Após a realização do projeto, inicia-se o processo de prototipagem do circuito:
Diferentes etapas da placa de circuito impresso
Procedimento da corrosão da placa com percloreto de ferro
Estação de solda e EPI utilizados.
Após o procedimento de confecção das placas, obteve-se o módulo do sensor de temperatura conforme figura a seguir. No procedimento todo foram produzidos (2) módulos, para serem utilizados em diferentes estágios da geração de energia.
Apesar da produção de 2 módulos funcionais dos sensores de tensão, para aumentar a confiabilidade nos resultados das medições, faz-se necessário realizar a calibração dos módulos.
Módulo para medição de tensão CC, com 5x5cm.
4. Estudo sobre os sensores utilizados
4. Estudo sobre os sensores utilizados
Para a etapa de medição de corrente alternada utilizou-se o sensor de corrente SCT-013-020. O SCT é um sensor de corrente não invasivo do tipo transformador de corrente, basicamente composto por um enrolamento primário, núcleo magnético e enrolamento secundário. O modelo utilizado possui a relação de transformação de 20A/1V, que permite a medição de correntes entre 0 e 20A.
Para realização da medição da tensão alternada, optou-se pela utilização do sensor de tensão ZMPT101B, capaz de ler de 0 a 250 VAC.
Para realizar a medição de corrente contínua utilizou-se o sensor CJMCU-758, que permite realizar medições de até 50A, apresentando uma sensibilidade de 40mV/A.
Para medições de temperatura selecionou-se o sensor com saída digital DS18B20, que oferece a possibilidade de configuração de resolução, entre 9 e 12 bits. Os dados trafegam através da interface 1-Wire. Observa-se que, com exceção do sensor de temperatura, os sensores apresentam saída de sinal analógica. A Figura 2 exibe os sensores comerciais citados.
Ao realizar o projeto do sistema de monitoramento, também foi produzido um documento com os sensores a ser utilizados no projeto, não só explicando o princípio de funcionamento de cada um, como conta com referências de circuitos, links e códigos.
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SENSORES UTILIZADOS
5. Projeto do sistema de monitoramento
5. Projeto do sistema de monitoramento
Para aquisição dos sinais provenientes dos sensores foi utilizada a placa de desenvolvimento ESP32, a qual consiste em uma placa de alto desempenho, possuindo módulos Bluetooth e WI-FI integrados. O ESP 32 possui 18 canais para conversão analógico-digital, configuráveis em até 12 bits de resolução. O dispositivo foi programado através da IDE Arduino na versão 1.8.14 utilizando o pacote de hardware Espressif System versão 1.0.2.
Para o desenvolvimento do monitoramento de forma remota, optou-se em utilizar as Planilhas Google como banco de dados, para recepção e armazenamento das informações transmitidas pelo ESP-32 via WI-FI. Para tal operação utilizou-se da associação de um Formulário Google vinculado à Planilha, os dados provenientes dos sensores são recebidos pelo ESP-32 e enviados como respostas para o formulário online, e o formulário por sua vez, alimenta a planilha. A metodologia descrita é abordada no site "Vida de Silício".
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CÓDIGO REALIZADO
Referência para leitura de dados em tempo real, com saída no Google Planilhas.
Todos os componentes do sistema de monitoramento
Arquivos do projeto:
Arquivos do projeto:
Códigos de Arduino
Manuais - SGF e SM
Referências
Material do Projeto
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