Avaliação de desempenho de protótipo de seguimento solar passivo biaxial

Tese de mestrado integrado em Engenharia da Energia e Ambiente, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2015Nesta dissertação avaliou-se o desempenho de um protótipo de seguimento solar segundo dois eixos, sem consumo de eletricidade – seguimento passivo. O protótipo em estudo tira partido da variação de comprimento de um material, induzido pela expansão térmica, multiplicando-o num sistema mecânico de alavancas, as quais deverão orientar, em cada momento, o painel fotovoltaico na direção do sol. O seguimento solar fotovoltaico permite compensar a variação do ângulo de incidência do Sol, quer a nível sazonal, quer ao longo de um dia. Através da maximização da exposição solar, o ganho de energia médio anual é cerca de 30% em relação a um sistema fixo com inclinação e orientação ótimas. Este incremento deve, no entanto, compensar o consumo de energia relacionado com o seguimento, a manutenção e a fiabilidade do sistema, bem como o equipamento adicional necessário. Para avaliar a funcionalidade e a desempenho do protótipo, instalado no Campus Solar da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, foram montados diversos instrumentos calibrados: sensores meteorológicos e de monitorização solar; bem como sensores de expansão térmica, de temperatura dos materiais e de posição do painel fotovoltaico. Realizaram-se ainda testes de desempenho elétrica, através da comparação das curvas IV de dois módulos diferentes (fixo e com seguimento). A monitorização efetuada entre Fevereiro e Junho permite concluir que o sistema de seguimento solar em estudo funciona, embora a afinação seja complexa. A melhor configuração testada apresentou uma diferença média diária de 34º, quando comparada com o seguimento solar ideal. Por outro lado, a avaliação elétrica mostrou-se inconclusiva, atendendo às caraterísticas dos módulos utilizados nos testes e ao curto período de campanha. A validação dos dados da estação meteorológica demonstra a qualidade das medições de radiação global, direta e difusa.The purpose of this thesis is to analyze a two axis solar tracking prototype, which does not need electricity consumption to track the sun – passive tracking. The prototype under study takes advantage of the length variation of a material, induced by thermal expansion by means of a lever mechanic system in order to redirect the PV panel towards the sun at each time. The photovoltaic solar tracking enables to compensate daily and seasonal deviation of the solar incidence angle. By maximizing the collection of solar exposure, the annual electric power gained increases on average 30% when compared to a fixed system. This increase must, however, be enough to compensate energy consumption related with the system's tracking, maintenance, reliability and additional equipment. In order to evaluate the functionality and the performance of the prototype installed in the Solar Campus of the Faculty of Sciences University of Lisbon, several calibrated instruments were assembled: weather sensors and a solar monitoring station; as well as thermal expansion, temperature and photovoltaic panel position sensors. Experimental tests were performed to evaluate the electric performance, by comparing the IV curves of two different modules (fixed and with tracking). The monitoring campaign carried out between February and June showed that the passive solar tracking system works, although the pitch is complex. The best result was on average a daily difference of about 34º, when compared to an ideal solar tracking. On the other hand, the electric assessment proved to be inconclusive given the characteristics of the modules used in the tests and due to the short period of experimental campaign. The quality of global, direct and diffuse radiation measurements were demonstrated through weather station data validation