Captação de Energia Solar via Placa Solar, Arduino e Interface Web

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1 Captação de Energia Solar via Placa Solar, Arduino e Interface Web Henrique Fischer 1, Marcelo Colvero 1, Paulo J. Rocha 1, Rodrigo F. Pacheco 1, Tiago P. Silva 1 1 Departamento de Ciência da Computação e Sistemas de Informação Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões (URI) Caixa Postal Santo Ângelo RS Brasil henrique-fischer@hotmail.com, marcelobarichello@gmail.com, jocerlarocha@yahoo.com.br, rfpacheco@gmail.com, tiagopauladasilva@gmail.com Abstract. The paper to be presented below, has as main objective to demonstrate the importance of using solar energy in our day, what their advantages and disadvantages. For the project which will be specified in this Article shall be used as a solar panel technology, arduino, web interface (PHP, HTML) and battery energy storage to simulate experimentally the use of solar technology to power some types of devices used in our daily. Keywords: design, energy, solar, arduino, php, html, advantages, disadvantages, simulation environment. Resumo. O artigo a ser apresentado a seguir, tem como objetivo principal demonstrar a importância da utilização da energia solar em nosso dia, quais suas vantagens e desvantagens. Para o projeto que será especificado neste artigo, será utilizada tecnologias como placa solar, arduino, interface web em (PHP, HTML) e bateria de armazenamento de energia que simularão em caráter experimental o uso da tecnologia solar para alimentar alguns tipos de aparelhos usados em nosso dia a dia. Palavras Chave: projeto, energia, solar, arduino, php, html, vantagens, desvantagens, simulação, meio ambiente.

2 1. Introdução As fontes de energia são extremamente importantes nas atividades humanas, pois elas geram combustíveis, eletricidade que iluminam, movimentam maquinas veículos e outros tipos de aparelhos. Sabe-se que no Brasil as principais energias são o petróleo, hidrelétrica, carvão mineral e biocombustíveis. Porém outras formas de energias também utilizadas são o gás natural, energia eólica, energia nuclear, lenha, carvão vegetal e energia solar. Por ser inesgotável, não poluir nem prejudicar o meio ambiente, a energia solar é uma grande opção para auxiliar no abastecimento de energia em ambientes domésticos, empresariais, acadêmicos entre outros. A curto e médio prazo, deverá aumentar a exploração direta dessa energia. À medida que fica mais caro,mais raro e politicamente mais inviável queimar combustíveis como o petróleo e carvão,usar a "limpa" radiação solar tende a ser uma opção mais sensata e prática - e a tecnologia futura de armazenamento de energia poderá resolver o problema dos países que têm menos dias ensolarados. (FERNANDES, Carlos Arthur de Oliveira. (2002). Em < >. Acesso em 03 de julho de 2012). Sua captação e manipulação podem ocorrer de várias formas, tanto que neste artigo será descrita uma forma de captação de energia solar através de uma pequena placa conectada a um arduino que simulara o abastecimento de uma residência alimentando alguns aparelhos domésticos existentes no local. 2. A importância da Energia Solar Conforme post publicado no site do Colégio Horizonte pelo professor Manoel Brandão, a energia solar já é utilizada em grande escala por grande parte da população mundial desde o inicio do planeta. Veja a figura abaixo. Figura 1 Porcentagem do uso da energia solar na nossa vida.

3 A energia solar é muito utilizada pelo ser humano. Mas nem todos sabem disso, sendo que ela pode ser utilizada de muitas formas, como: para secar roupa, aquecer água, produzir eletricidade. Devido a ela não poluir, ser renovável, viável para o Brasil que é um país que, na maior parte do ano, recebe grande quantidade de luz solar e para uma economia de energia, pode-se colocar aquecedor solar de garrafa pet que transforma energia solar em energia térmica para aquecer a água. Mesmo sabendo e conhecendo todas estas dessas vantagens, o uso da energia solar captada via painéis solares ainda é pequeno em nosso país conforme indica a figura 2 a seguir, uma das principais causa disso é o alto custo destes painéis que transformam energia solar em elétrica. Então é necessário incentivo para que esse custo diminua e assim o uso da energia solar se torne popular. Figura 2 Porcentagem de quem possui painel solar em casa. Algumas Vantagens. A energia solar não polui durante seu uso; As usinas demandam manutenção mínima; Ela é livre e abundante Tem alta aceitação pública por ser uma fonte natural de energia; Ela é excelente em lugares remotos ou de difícil acesso. Algumas Desvantagens. Existe variação nas quantidades produzidas de acordo com a situação climática A noite não existe produção alguma;

4 As formas de energia solar são poucas eficientes quando comparadas, por exemplo, aos combustíveis fosseis, energia hidrelétrica e a biomassa; Ela não recebe qualquer incentivo econômico; Locais em atitudes médias e altas sofrem quedas bruscas de produção durante os meses de inverno. 2. Metodologia A Placa Ela possui 90,2 mm de comprimento, 40,5mm de largura e 11,5mm de altura, em um formato que se aproxima mais de uma barra de cereal conforme a figura abaixo. Sua função é captar a energia solar e armazenar em sua bateria, após, ela se conecta ao arduino. Figura 3 Placa Solar com bateria G10 Solar Charger. Característica Capacidade Tipo de Bateria Tensão de Entrada Corrente de Entrada Características Técnicas Valor 2000mAh Lithium 5V 80mA Tensão de Saída 5.5V

5 Corrente de Saída 500mA Tempo para Carregamento Tomada ~2 horas Luz do Sol Dimensões Peso horas 90,2 40,5 11,5mm 70g Ciclo de Vida - Modo de Carregamento Energia Solar USB (com carregador de tomada) Temperatura de Operação - Temperatura de Armazenamento e Transporte - Conectividade USB O Arduino A placa de laboratório Arduino Duemillanove conecta-se via USB a placa solar e recebe informação desta do tipo esta ou não captando energia. A placa do arduino é baseada no micro controlador ATmega328P e foi inicialmente utilizada nesse projeto devido à sua facilidade de uso, tanto para a programação do controlador quanto para o uso de suas portas de entrada e de saída. Possui 14 portas digitais de entrada e saída, dentre as quais 6 podem ser utilizadas como saídas PWM (Pulse Width Modulation), 6 entradas analógicas, cristal interno de 16 MHz, conexão USB para dados e alimentação, botão de reset, entre outros recursos. A simplicidade de utilização foi determinante para a escolha desta placa, visto que por haver um bootloader pré gravado no controlador, o processo de gravação e edição é extremamente simples, não havendo necessidade de outros equipamentos para tanto. Para o uso, pode ser alimentada pela porta USB ou com um fonte DC de 7 a 12V. A figura abaixo ilustra a placa arduino duemilanove.

6 Figura 4 Placa Arduino Duemilanove A fonte de alimentação é um fator de extrema importância para o bom funcionamento da placa, pois uma alimentação inferior à 6V pode fazer com que as portas de saída não consigam gerar as tensões e correntes esperadas, e uma tensão de entrada superior à 12V pode ocasionar em danos aos circuitos da placa. A seguir, a descrição dos pinos de alimentação. VIN. É a entrada de tensão quando a placa Arduino é alimentada por uma fonte externa. Caso a alimentação venha diretamente do jack de conexão para alimentação, esse pino pode servir para fornecer alimentação à outros componentes. 5V. Fonte regulada utilizada para alimentar o microcontrolador e outros componentes da placa. Pode vir de uma entrada Vin, pela USB ou por outra entrada regulada a 5V. 3V3. Saída de alimentação de 3.3V, gerada pelo chip on board FTDI. A corrente maxima é de 50mA. GND. Terra. Outra característica favorável ao uso da tecnologia Arduino é sua facilidade de programação. Em um ambiente de programação próprio para as placas Arduino usa-se a programação em C/C++, com recursos exclusivos desenvolvidos com base na linguagem Wiring. Por já vir montada com um bootloader à placa Arduino Duemillanove permite a gravação direta no chip, sem necessidade de um equipamento de gravação. A comunicação com o computador de programação é feita através do protocolo STK500, e permite saídas em tela quando explicitadas na linha de código compilada e gravada no controlador.

7 Sempre que é feita uma gravação do software no controlador da placa, automaticamente é feita reinicialização do circuito, onde as memórias internas são sobrescritas com as novas linhas. Embora a gravação force um reinício do sistema, essa ação não fica presa a esse evento, pois a placa dispõe de um botão de reset, o qual ao ser pressionado gera um reinício do circuito, limpando as variáveis internas da programação e levando o controlador ao seu estado inicial logo após a gravação de um novo código. O PHP PHP é o acrônimo de Hipertext Preprocesor. É uma linguagem de programação do lado do servidor gratuito e independente de plataforma, rápido, com uma grande livraria de funções e muita documentação. Uma linguagem do lado do servidor é aquela que se executa no servidor web, justo antes da página ser enviada através da Internet ao cliente. As páginas que se executam no servidor podem realizar acessos a bases de dados, conexões em rede, e outras tarefas para criar a página final que será vista pelo cliente. O cliente somente recebe uma página com o código HTML resultante da execução da PHP. Como a página resultante contém unicamente código HTML, é compatível com todos os navegadores. HTML HTML é uma sigla inglesa da expressão Hypertext Markup Language e designa uma linguagem de descrição de documentos standartd da World Wide Web. É uma aplicação da SGML que utiliza tags para definir os diferentes elementos, tais como texto, elementos multimédia, formulários, hiperligações, etc. Acompanhando a evolução da Internet e dos próprios navegadores (ou browsers), a linguagem HTML também tem vindo a evoluir de forma a incorporar novas funcionalidades. 3. Proposta Desenvolver um projeto que ajude no calculo aproximado de ganho ou armazenamento de energia solar. A principio o projeto baseia-se em uma placa solar de captação ligada em um arduino que transmitirá as informações de carga recebida para o ambiente web que por sua vez irá calcular uma simulação de quais aparelhos eletrônicos poderão ser ligados com a carga de energia captada. Ex: Quanto tempo dura a carga armazenada em relação ao consumo de uma lâmpada. Ferramentas utilizadas Placa solar c/ bateria de lithium; Placa Arduino; Interface Web (PHP, HTML); Objetivos propostos Captar Energia Solar

8 Realizar a captação de energia solar emitida através dos raios solares para utilizá-la em experimentos e testes de forma a demonstrar como sua utilização poderá ser útil, tanto em questões econômicas quanto ambientais, pois estará sendo utilizada uma fonte interminável de energia sem afetar os ecossistemas e o maio ambiente em geral. Armazenar energia captada O Armazenamento desta energia é fundamental, visto que é a partir de seu armazenamento que poderá ser realizados os experimentos. Este armazenamento ocorrerá em uma bateria de Lithium, de capacidade bastante limitada, mas o suficiente para que experimentações sejam realizadas, assim, dando bases para cálculos estatísticos que poderão demonstrar quais seriam os resultados estatisticamente para eventos maiores da mesma ordem. Manipular carga de energia recebida A manipulação de medida da carga recebida será feita através de um ambiente Arduino, o qual, conectado a um sitema Web enviará as informações para um computador, possibilitando assim o desenvolvimento de caçulos de consumo, armazenamento e demais estatísticas. Transferir informações recebidas para ambiente web: A comunicação entre o Arduino e o computador é através da porta serial (USB). Realizar cálculos sobre as informações recebidas Recebendo todos os dados no computador, será possível realizar cálculos estatísticos de consumo, utilizando PHP. Com estes cálculos, será atingido o objetivo final do trabalho que é simular a utilização da energia solar em um determinado local, e observar os benefícios que a mesma trará. 4. Desenvolvimento Para iniciar o desenvolvimento do projeto, a primeira tarefa foi reunir todos os materiais necessários, como a placa de captação solar, arduino, e as ferrametas para desenvolvimento da parte programada (lógica) do sistema. Logo em seguida, o próximo passo a ser efetuado foi a conexão da placa solar com o arduino, que na sequencia irá transferir as informações de energia para manipulação na interface web. O código arduino que realiza esta conexão e leitura dos dados da placa solar é o seguinte:

9 Figura 5 Código Arduino parte 1 Figura 6 Código Arduino parte 2

10 Figura 7 Código Arduino parte 3 O código php e html que realiza a conexão e leitura dos dados enviados pelo arduino: Figura 9 Código php/ html parte 1

11 Figura 10 Código php/ html parte 2 Figura 11 Código php/ html parte 3

12 Figura 12 Código php/ html parte 4 5. Considerações Finais Finalmente ao término do desenvolvimento do projeto, várias considerações podem ser realizadas a respeito. Em primeiro lugar, o desafio imposto pelo projeto nos obrigou a aprender e compreender tecnologias que até o momento não havíamos tido contato, por exemplo, das pessoas envolvidas no projeto, apenas uma possuía conhecimentos muito básicos em arduíno, enquanto que em programação web HTML e PHP, nenhum dos componentes possuía conhecimento, o que dificultou bastante no desempenho das tarefas, porém a equipe trabalhou unidade e conseguiu criar o que havia sido proposta apesar de alguns pontos que não foram possíveis ser implementados devido ao conhecimento nas linguagens utilizadas. Outro fato considerável ao concluir o trabalho, são os resultados colhidos, como já ditos, apesar de algumas deficiências, o resultado ocorreu de forma aceitável, podemos simular em computador a utilização da energia solar em um ambiente doméstico com alguns aparelhos de uso comum em nosso dia a dia. Para encerrar, o trabalho desenvolvido poderá ser expandido, analisado e melhorado futuramente por pessoas eu tenham interesse em implementar e agregar mais funcionalidades e qualidade ao projeto atual. 6. Referências A importância da Energia Solar - Ambiente Arena. Energia Solar - Projeto para Amazônia -

13 ArduinoLabs - BlogInfoPetro - Colégio Horizonte - Energia Solar - Energia_Solar%283%29.pdf Energia Solar - Jornal da Globo. Usina na Califórnia produz eletricidade com a energia do sol - Mundo Educação. Fontes de Energia -