LINHAS DE PESQUISA
1. Sistemas Solares de Aquecimento
No Brasil, dentre os sistemas térmicos que têm como fonte energética a energia solar, os sistemas de aquecimento de água com coletores de placa plana são os mais difundidos. O nosso clima permite utilizar, na maior parte das localidades, instalações com circulação natural, onde a redução da densidade da água aquecida produz o movimento necessário à circulação da mesma entre os coletores e o reservatório. A tecnologia da fabricação dos coletores destes sistemas é plenamente dominada pela indústria, podendo-se ainda buscar aperfeiçoamentos na seleção de materiais, metodologias de dimensionamento mais adequadas, gerenciamento energético das instalações, etc. Sistemas mais sofisticados, utilizando concentração da radiação solar e/ou superfícies seletivas. A energia solar também pode ser utilizada para aquecer o ar. Usados principalmente para aquecimento de ambientes, os coletores de aquecimento de ar são normalmente construídos integrados às edificações, buscando o conforto térmico na condição de inverno. Quando combinados com outros elementos da construção, além do aquecimento passivo no inverno podem também facilitar a ventilação dos ambientes, limitando o aquecimento exagerado no verão. Um bom projeto depende do conhecimento dos mecanismos do condicionamento passivo, propriedades dos materiais, disponibilidade de equipamentos no mercado e de explorar as variações sazonais do movimento aparente do Sol, resultando na diminuição da carga térmica e no aumento da sensação de conforto em edificações durante o ano todo.
A pesquisa do Laboratório de Energia Solar nestes setores pretende aprofundar o conhecimento destes sistemas a partir de um conjunto de atividades e projetos de caráter teórico e experimental.
Dentre estas atividades destacam-se:
- Coletores de placa plana – Análise de desempenho e materiais.
- Coletores de tubos evacuados do tipo water in glass e com tubos de calor.
- Coletores concentradores.
- Tanques térmicos de armazenagem.
- Metodologias de dimensionamento.
- Simulação computacional de sistemas solares de aquecimento de água.
- Conforto térmico.
2. Sistemas de Energia Solar Fotovoltaica
Nos últimos anos pode ser observado um crescente interesse na conversão direta da energia solar em eletricidade, feita através dos módulos fotovoltaicos. Suas principais vantagens sobre as demais fontes alternativas de energia são a confiabilidade e a previsibilidade.
Nesta área o LABSOL desenvolve pesquisa nos seguintes temas:
- Módulos e arranjos fotovoltaicos
- Acumuladores.
- Componentes auxiliares de sistemas fotovoltaicos.
- Eletrificação rural.
- Metodologias de dimensionamento.
- Simulação computacional de sistemas fotovoltaicos.
- Sistemas fotovoltaicos conectados à rede.
3. Radiação Solar
O Sol é a fonte da energia empregada pelos equipamentos solares. Conhecer o comportamento da radiação por ele emitida é condição obrigatória para quem deseja projetar e utilizar tais equipamentos. No Laboratório de Energia Solar, além do estudo da distribuição da energia solar, há uma linha de pesquisa voltada para a correta determinação experimental da sua intensidade e para a sintetização por computador de sequências de dados de radiação solar para serem utilizados em programas de simulação.
No que tange à instrumentação radiométrica, principalmente em função do alto custo dos instrumentos, o Laboratório de Energia Solar foi motivado a desenvolver, construir e caracterizar equipamentos com preço mais acessível, visando atender a uma faixa de mercado sem acesso aos instrumentos tradicionais. Nesse sentido já foram desenvolvidos piranômetros com termo-sensores, piranômetros fotovoltaico e instrumentação solarimétrica.
- Modelos de radiação solar.
DESENVOLVIMENTO DE SOFTWARES – SOLARCAD
No Laboratório de Energia Solar sempre foi dada uma grande importância ao desenvolvimento de modelos matemáticos apropriados à simulação computacional dos sistemas de aproveitamento da energia solar e seus componentes. Como forma de difundir e facilitar o acesso a estes modelos, o Laboratório está desenvolvendo programas de computador com interfaces amigáveis e intuitivas, proporcionando aos estudiosos da área e comunidade em geral a transferência do conhecimento e experiência acumulados pelo Laboratório ao longo de seus anos de existência.
O SOLARCAD é um pacote de programas visando o projeto de sistemas de energia solar e seus componentes, abrangendo tanto sistemas térmicos quanto fotovoltaicos. A principal característica do SOLARCAD é a habilidade de simular o comportamento real de cada componente do sistema a partir de um mínimo de parâmetros de entrada. Este aspecto, combinado com uma estrutura especialista e interfaces amigáveis, permite que o software seja utilizado até mesmo por profissionais não tão familiarizados com o tema. Por outro lado, os programas apresentam flexibilidade suficiente para serem utilizados em análises e simulações personalizadas por projetistas e pesquisadores com maior embasamento teórico. O SOLARCAD é estruturado em módulos, os quais podem ser utilizados tanto em conjunto como isoladamente.
Dentre os programas que compõem o SOLARCAD já estão disponíveis e operacionais os módulos RADIASOL2 e ESPECTRO, enquanto que os módulos TERMOSIM, PVSIZE, PVSIM e CREARRAY ainda encontram-se em fase de elaboração.
Radiasol2
O cálculo da intensidade da radiação solar em superfícies inclinadas é um procedimento trabalhoso devido ao elevado número de operações aritméticas envolvidas. Além de cálculos trigonométricos são necessários modelos de distribuição temporal e espacial da radiação solar. O RADIASOL2 utiliza internamente modelos matemáticos disponíveis na literatura, desenvolvidos por outros autores ou por integrantes do Laboratório. No programa os cálculos são realizados através de rotinas que determinam o efeito da inclinação da superfície receptora e da anisotropia da radiação solar em suas componentes direta e difusa. O usuário pode selecionar o modelo de distribuição da radiação e obterá na tela, imediatamente, um conjunto de dados adicionais na forma de tabelas ou gráficos. Curvas ou tabelas podem ser exportadas através da área de transferência do WINDOWS para outros aplicativos, onde poderão ser utilizadas para cálculos em projetos ou para apresentação de relatórios. Clique no hiperlink para fazer o download do programa RADIASOL2.
Espectro
A distribuição espectral da energia solar é muito importante para algumas aplicações térmicas e, principalmente, nas aplicações fotovoltaicas. O programa ESPECTRO é capaz de reproduzir a curva de distribuição espectral da radiação solar, em dias de céu limpo, a partir de parâmetros atmosféricos e geográficos conhecidos ou de fácil obtenção. A utilização do ESPECTRO facilita o estudo dos efeitos espectrais sobre os componentes de instalações solares. Uma vez obtido o espectro, pode-se calcular a absortância e a refletância de qualquer material, por integração no espectro solar, bastando para isso inserir os dados das propriedades ópticas dos mesmos. Também pode-se determinar o efeito combinado resultante da utilização de vários materiais semitransparentes ou refletores simultaneamente. Como alternativa à penosa tarefa de digitar tabelas com dados espectrais, um editor gráfico especialmente elaborado para este aplicativo permite a inserção de dados de propriedades espectrais com a utilização apenas do mouse. Clique no hiperlink para fazer o download do programa ESPECTRO.
Termodim
O programa TERMODIM constituirá o setor do SOLARCAD encarregado da simulação de sistemas de aquecimento de água com energia solar. O usuário ingressa com os dados de consumo de água e detalhes da fabricação do coletor solar e o programa sugere um dimensionamento, o qual poderá ser modificado a critério do usuário.
Termosim
O programa TERMOSIM constituir o setor do SOLARCAD encarregado da simulação de sistemas de aquecimento de água com energia solar. O usuário ingressa com os dados de consumo de água e detalhes da fabricação do coletor solar e o programa sugere um dimensionamento, o qual poderá ser modificado a critério do usuário, e a seguir se procede uma simulação em base horária considerando todas as temperaturas envolvidas no sistema. Esta simulação pode ser utilizada para fins de dimensionamento refinado, mas é especialmente recomendada para estudar diferentes estratégias de controle energético nas instalações termosolares. Clique no hiperlink abaixo para fazer o download do programa TERMOSIM.
Pvsize
O programa PVSIZE é a parte do SOLARCAD que ajudará o usuário a dimensionar a instalação e os componentes de sistemas fotovoltaicos. Através de uma uma interface muito intuitiva o programa solicita ao projetista todos os dados da instalação de consumo e as características dos equipamentos disponíveis para a geração de energia elétrica. Como resultado de uma simulação horária simplificada, apresenta a quantidade de módulos, baterias e bitola mínima de condutores necessários. Permitirá também a análise dos efeitos que modificações nas hipóteses de consumo produzem sobre o dimensionamento de sistemas. Clique no hiperlink abaixo para fazer o download do programa PVSIZE.
Crearray
O programa CREARRAY terá dupla finalidade. Por um lado, servirá para preparar toda a informação do painel gerador fotovoltaico para o programa PVSIM e, por outro, é uma poderosa ferramenta didática e de análise do comportamento de arranjos de módulos fotovoltaicos sofrendo diferentes estímulos ou combinações. Para sua utilização mais produtiva exigirá um pouco de treinamento, mas os resultados compensarão o esforço.
Clique no hiperlik para fazer o download do programa Crearray
Pvsim
O programa PVSIM será o simulador detalhado do comportamento de cada componente dos sistemas fotovoltaicos. Reunindo as informações geradas nos programas PVSIZE, CREARRAY e RADIASOL, promoverá uma simulação do sistema especificado e permitirá ao usuário analisar as consequências de modificações nos componentes do sistema.