ARMAZENAMENTO DE ENERGIA DE FONTES INTERMITENTES NA MICROGERAÇÃO ELÉTRICA

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1 ARMAZENAMENTO DE ENERGIA DE FONTES INTERMITENTES NA MICROGERAÇÃO ELÉTRICA Camila Madeiros Alcântara Faculdade de Engenharia Elétrica CEATEC Alexandre de Assis Mota Faculdade de Engenharia Elétrica CEATEC Resumo: Atualmente, a matriz energética brasileira está dividida entre as fontes não-renováveis (56,1%) e as fontes renováveis (43,9%), sendo que a participação dos derivados de petróleo é muito significativa com, aproximadamente, 39% do total. Entretanto, existe a presença importante de fontes alternativas como a hidroeletricidade (14,4%), a cana-de-açúcar (13,5%), outras biomassas, como a madeira e o carvão vegetal (13,2%) e outras fontes renováveis, como a energia eólica e a solar (2,7%). O aproveitamento da energia gerada pelo Sol, i- nesgotável como fonte de calor e de luz, é uma das alternativas energéticas mais promissoras pois as fontes de energia são derivadas da energia do Sol. Este trabalho visa avaliar e estudar o comportamento da capacidade de armazenamento disponível para os microgeradores em redes elétricas, tendo em vista as características da fonte primária. Utilizando microcontrolador para simular a fonte solar. Palavras-chave: Eficiência Energética, energia solar, microcontrolador. Área do Conhecimento: Instalações Elétricas Prediais e Industriais - Eficiência Energética 1. INTRODUÇÃO Com a aposta em formas de produção renovável e descentralizada, surgiram novas preocupações, relativas à Qualidade de Energia Elétrica, nomeadamente na forma de onda da tensão na rede de Baixa Tensão, provocando a diminuição do fator de potência. Sabe-se também que a potência máxima a produzir pelo painel solar é a metade da potência utilizada pelo microprodutor. Tais fontes primárias apresentam, entretanto, um sério inconveniente: possuem uma natureza intermitente, não firme, e conseqüentemente o nível de potência gerada varia constantemente. Para contornar essa característica, os microgeradores são, em geral, dotados de um elemento de armazenamento (bateria ou ultracapacitores), que determina as características da interconexão do microgerador à rede elétrica. Por estes motivos, é importante procurar soluções que garantam que a introdução desta nova forma de geração de energia não tenha um impacto negativo nas redes de Baixa Tensão, permitindo a melhoria da forma de onda da tensão. Este trabalho foi desenvolvido para viabilizar estudos com as fontes primarias utilizando assim o microcontrolador Arduino. 2. DESENVOLVIMENTO E RESULTADOS OBTIDOS Primeiramente foi feito estudos das vantagens e desvantagens da energia solar. Concluindo que se trata de uma fonte renovável e limpa, sendo assim uma forma de produzir energia elétrica. Uma de suas desvantagens é por ser uma fonte intermitente. Além de estudos feitos com a fonte solar, foram feitos estudos de qual melhor forma de armazenamento de energia para diminuição de riscos com meio ambiente e viabilização de estudos futuros. Com isso foi verificado que a utilização de baterias para o armazenamento de energia e para os estudos seria de maior impacto ambiental (por poluir mais o meio ambiente ao ser descartado). Portanto, a utilização dos ultracapacitores foi convenientemente a forma mais cabível para se armazenar energia e para se fazer estudos, pois seu impacto ambiental é inferior que o das baterias além de ser de fácil manuseio para as eventuais analises por descarregar mais rápido que as baterias.foi feito estudos de qual seria a melhor componente para o armazenamento da energia. 1

2 Após os estudos realizados, foi dado inicio a programação do arduino tendo em vista simular diferentes formas de onda, permitindo também emular as características de uma fonte solar em bancada, todas programáveis, para se avaliar a eficiência energética em sistemas energéticos em sistemas de baixa tensão DC. Após isso, o sinal do microcontrolador passa por condicionamento em um estágio de potência associado a um conversor D/A para finalmente ser submetido a um estágio de aumento de ganho, carregando um ultracapacitor. A figura 1 ilustra o circuito utilizado e com a formação do sinal de saída fornecido pelo microcontrolador, em um formato triangular invertido. A figura 2 ilustra a saída do circuito emulando uma onda quadrada através do microcontrolador. A figura 3 ilustra a saída do circuito emulando senoide através do microcontrolador. Com isso, foi possível emular a saída de tensão de um painel fotovoltaico em bancada através de modelos matemáticos, utilizando-se uma seqüência numérica segundo uma distribuição de Weibull [4] ou pela reprodução de medições reais armazenadas em banco de dados [5]. A figura 4 ilustra a saída do circuito emulando uma fonte solar através do microcontrolador. Figura 2. Circuito com saída quadrada Figura 3. Circuito com saída senoide. Figura 1. Circuito com saída triangular invertido Figura 4. Circuito com saída com formato de uma fonte solar. 2

3 A programação utilizada é descrita pelos itens que seguem. A) Para a onda triangular invertida: void setup( ) //PINOS QUE SÃO UTILIZADOS void triangulo() int tri=0; while(1) for(tri=0; tri<255; tri++) PORTD = tri; // delay(); void loop() triangulo(); B) Para a onda quadrada: void quadrada() PORTD = B ; PORTD = B ; void loop() quadrada(); C) Para a onda senoidal: void cosse() float co, ang; int rang; while(1) for(ang=0; ang<360; ang++) rang = ((ang *3.14)/180); co= cosh(rang); PORTD = co; void loop() cosse(); 3

4 D) Para a simulação do painel solar: //PAINEL SOLAR void painel () // Esta função simula uma fonte solar PORTD = 130 ; PORTD = 129 ; PORTD = 129 ; PORTD = 128 ; PORTD = 128 ; PORTD = 123 ; PORTD = 123 ; 4

5 void loop() painel(); 3. CONSIDERAÇÕES FINAIS As formas de armazenamento de energia em ultracapacitores e baterias interferem e causam impactos na eficiência energética e qualidade de energia elétrica. O circuito e programação utilizados permitirão ensaios em bancada emulando diferentes formas de onda, principalmente ajudando nos ensaios com fonte solar, uma vez que com a programação não será necessária a utilização de painéis solares para esses ensaios, viabilizando assim os estudos com essa fonte energética. Portanto será possível ter mais qualidade e diminuir custos para uma melhor eficiência energética. MOTA, Lia Toledo Moreira ; PEZZUTO, C. C.. Dispositivo móvel para mapeamento de incidência solar para aproveitamento de energia solar fotovoltaica de pequeno porte (n.94). In: Agrener GD º Congresso Interncional sobre Geração Distribuída e E- nergia no Meio Rural, 2010, Campinas. [6] Camila Madeiros Alcântara; Lucas Leonel Molina; Alexandre de Assis Mota ; Lia Toledo Moreira Mota ; Claudia Cotrim Pezzuto. Circuitos para Avaliação da Eficiência Energética da Microgeração Solar Fotovoltaica na Conversão DC-AC em Sistemas de Baixa Tensão. In: VII Semana do Meio Ambiente - I Workshop em Ciências Ambientais, 2011, Sorocaba. AGRADECIMENTOS Agradeço aos Orientadores do grupo, principalmente ao Prof. Dr. Alexandre de Assis Mota pela competência como orientador e profissional, além dos amigos de grupo de pesquisa e de laboratório. REFERÊNCIAS [1] ANEEL, (2007), Energia Solar. Capturado em 10 de outubro de 2007 em Energia Solar(3).pdf. [2] Aguiar, W.M. (2004), O Uso de Fontes Alternativas de Energia Como Fator de Desenvolvimento Social para Segmentos Marginalizados da Sociedade, Tese de Doutorado, COPPE/UFRJ. [3] Cavalin, G.; Cervelin, S. (2007). Instalações Elétricas Prediais. Editora Érica. São Paulo (SP). [4] MOTA, Alexandre de Assis ; Mota, Lia T.M.. Wind energy generators sitting and sizing based on uncertain generation pricing. International Journal of Global Energy Issues, v. 32, p. 260, [5] LEITE, V. C. A. ; ALCANTARA, C. M. ; CAVALHEIRO, L. C. ; MOTA, Alexandre de Assis ; 5