Desenvolvimento de uma estação meteorológica compacta e de baixo custo para aplicações em energias renováveis

Abstract

Nos últimos anos cada vez mais são utilizados painéis fotovoltaicos para produção de energia. Estes permitem utilizar a energia proveniente do sol em forma de radiação e transformar em energia elétrica. Muitos destes painéis têm como elemento fundamental na sua composição o silício, podendo este ter várias variações. Dependendo da variação de silício usado, o custo de produção de um painel fotovoltaico e a sua eficiência irá variar. Nesta dissertação foi desenvolvida uma estação meteorológica capaz de medir diversas variáveis meteorológicas, integrando também três módulos fotovoltaicos de diferentes variações de silício na sua composição, com o objetivo de fazer uma correlação entre as condições meteorológicas e a potência produzida pelos módulos. O sistema desenvolvido permite que os dados medidos pela estação sejam guardados localmente, através de um cartão de memória. A transferência dos dados para o utilizador é feita através da rede sem fios Bluetooth Low Energy (BLE), sendo uma solução em que não são acrescentados custos associados. Os dados transferidos são visualizados através de uma aplicação Android, sendo estes guardados numa base de dados desenvolvida em SQLite. Nesta aplicação podem ser definidas as horas de início e fim de aquisição de dados, bem como o período de amostragem. A aquisição de dados é feita recorrendo a um microcontrolador integrado num módulo com um transceiver BLE. Foi concebida e simulada uma solução para a maximização da produção de energia pelos módulos fotovoltaicos, através do uso de um conversor com capacidades de MPPC (Maximum Power Point Control). O sistema é todo alimentado através de uma bateria LiPo (Lithium Polymer), podendo esta ser recarregada através de um módulo fotovoltaico. O sistema desenvolvido foi testado através da aquisição de dados no exterior em dois dias diferentes. Foi possível a transferência e visualização de todos os dados através da aplicação Android desenvolvida. Os resultados obtidos permitem concluir que o módulo de silício monocristalino apresenta a melhor eficiência de entre as três tecnologias de silício para as condições meteorológicas da localização.

In recent years more and more photovoltaic panels are used for energy production. These allow the use of energy from the sun in the form of radiation and transform it into electrical energy. Many of these panels have silicon as their fundamental element in their composition, which may have several variations. Depending on the form of silicon used, the cost of producing a photovoltaic panel and its efficiency will vary. In this dissertation a weather station capable of measuring various weather variables was developed, integrating three photovoltaic modules of different silicon variations in its composition. The developed system allows the data measured by the station to be stored locally using a memory card. Data is transferred to the user device through a Bluetooth Low Energy (BLE) wireless network, which is a solution with no transfer costs associated. The transferred data is viewed through an Android application, and the data is stored in a database developed in SQLite. In this application it can be set the start and end times of data acquisition, as well as the sampling period. Data acquisition is done using a microcontroller integrated in a module with a BLE transceiver. A solution for maximizing the power output of photovoltaic modules was designed and simulated using a converter with maximum power point control (MPPC) capabilities. The entire system is powered by a LiPo (Lithium Polymer) battery, which can be recharged using a photovoltaic module. The developed system was tested by acquiring outdoor data in two different days. It was possible to transfer and view all data through the developed Android application. It is concluded through the obtained results that the monocrystalline silicon module has the best efficiency among the three silicon technologies for the localization weather conditions.