Construção de um simulador solar para caracterização de células solares fotovoltaicas

Abstract

Com a demanda crescente por fontes renováveis de energia buscando minimizar os impactos ao meio ambiente, a geração de energia oriunda da luz solar vem ganhando espaço no mercado. Estima-se que até 2030, 5,8% da energia produzida no Brasil virá de fonte solar, atualmente, esta percentagem está em 1,7%. Com o aumento da demanda por sistemas que produzam energia fotovoltaica, há também maior necessidade por tecnologias que auxiliem no desenvolvimento de módulos fotovoltaicos mais eficientes, resistentes e baratos. Os simuladores solares são tecnologias caras que simulam a luz solar em ambiente controlado ajudando no desenvolvimento, testagem, comissionamento e caracterização de células solares, garantindo que sejam eficientes e resistentes. Devido a importância dos simuladores e também seu custo, tornando-o restrito a alguns nichos, este trabalho apresenta a proposta de projeto e construção de um simulador solar de baixo custo. Após análises de tecnologias já existentes e o entendimento das características da luz solar e operação de módulos fotovoltaicos, foi dimensionado um simulador fotovoltaico de acordo com um dimensionamento pré-estabelecido para instalação em laboratório, assim como foi definida a quantidade de lâmpadas necessárias para simular a luz solar e materiais e componentes para sua construção. Finalizada a montagem do simulador de acordo com o projeto, foi aferida a irradiância na área de testes, uma estimativa da resposta espectral e estabilidade temporal para sua classificação baseada na Norma NBR 11879 da ABNT 1991, e então foi analisada a tensão e corrente fotogerada sob espectro AM1,5G para uma célula solar padrão. Ao final das validações, o simulador solar foi classificado como um simulador Classe C, além de entregar um baixo custo de produção, que no final do projeto chegou em R$3390.

With the growing demand for renewable energy sources seeking to minimize impacts on the environment, the generation of energy from sunlight has been gaining ground in the market. It is estimated that by 2030, 5.8% of the energy produced in Brazil will come from solar sources, currently, this percentage is at 1.7%. With the demand increase for photovoltaic energy systems, there is also a greater need for technologies that help in the development of more efficient, resistant and cheaper photovoltaic modules. Solar simulators are expensive technologies that simulate sunlight in a controlled environment helping in the development, testing, commissioning and characterization of solar cells, ensuring they are efficient and resilient. Due to the importance of simulators and also their cost, making it restricted to some niches, this work presents a proposal for the design and construction of a low-cost solar simulator. After analyzing existing technologies and understanding the characteristics of sunlight and the operation of photovoltaic modules, a photovoltaic simulator was designed according to a pre-established design for installation in the laboratory, as well as the number of lamps needed to simulate the sunlight and materials and components for its construction. After completing the assembly of the simulator according to the project, the irradiance in the test area was measured, an estimate of the spectral response and temporal stability for its classification based on the NBR 11879 of ABNT 1991, and then the voltage and photogenerated current were analyzed under AM1.5G spectrum for a standard solar cell. At the end of the validations, the solar simulator was classified as a Class C simulator, in addition to delivering a low production cost, which at the end of the project reached R$3390.00.