REGISTRO DOI: 10.69849/revistaft/ch10202412231911
Priscila Borges de Moraes1; Ana Clara Ferreira Oliveira2; Antônio Henrique Passos S.P Machado3; Arthur Lopes Lima Oliveira4; Claudio Suzarte dos Santos Junior5; Pedro Antônio Brito Martins de Araujo6; Rogerio Almeida dos Santos7; Thiago Adorno Melo da Silva8; Ytallo Antônio Freire Costa Nascimento9
RESUMO
O presente trabalho analisou o aumento da eficiência de captação de energia com a aplicação do microcontrolador ESP32 na automação de sistemas fotovoltaicos focados em rastreamento solar. O estudo foi realizado em Feira de Santana, BA, com medições realizadas sob condições climáticas predominantemente ensolaradas. O objetivo foi comparar o ganho energético entre sistemas fixos e rastreadores solares. Para isso, foram coletados dados de tensão e corrente de ambos os sistemas utilizando um multímetro, com medições em intervalos regulares. A posição dos painéis do rastreador foi ajustada automaticamente com base nos ângulos de azimute e elevação do Sol, calculados em tempo real. Os resultados mostraram que o sistema de rastreamento solar apresentou um ganho percentual de 37,9% em relação ao sistema fixo, demonstrando maior eficiência na captação de energia. Concluiu-se que a automação do rastreador solar contribuiu para aumentar a consistência e a eficiência na geração de energia, especialmente em condições favoráveis de incidência solar.
Palavras-chave: Energia solar, ESP32, Rastreamento solar, Automação, Eficiência fotovoltaica.
ABSTRACT
The present study analyzed the increase in energy capture efficiency with the application of the ESP32 microcontroller in the automation of photovoltaic systems focused on solar tracking. The study was conducted in Feira de Santana, BA, with measurements taken under predominantly sunny weather conditions. The objective was to compare the energy gain between fixed systems and solar trackers. For this, voltage and current data were collected from both systems using a multimeter, with measurements taken at regular intervals. The position of the tracker panels was automatically adjusted based on the azimuth and elevation angles of the Sun, calculated in real-time. The results showed that the solar tracking system presented a percentage gain of 37.9% compared to the fixed system, demonstrating higher efficiency in energy capture. It was concluded that the automation of the solar tracker contributed to increasing the consistency and efficiency in energy generation, especially under favorable solar incidence conditions.
Keywords: Solar energy, ESP32, Solar tracking, Automation, Photovoltaic efficiency
1. INTRODUÇÃO
A busca por fontes de energia renováveis e limpas tem sido uma prioridade crescente ao longo dos anos. De acordo com Álvaro (2018, p. 15), “a crescente demanda de energia tem levado a sociedade a buscar novas fontes energéticas, minimizando os impactos ambientais e o aquecimento global.” Com o aumento populacional, torna-se necessário investir em fontes alternativas de produção de energia. (Oliveira et al., 2021) afirmam que há uma preocupação global com o consumo crescente de combustíveis fósseis para geração de energia, o que eleva as emissões de CO21 na atmosfera e altera o clima do planeta. Dessa forma, a atenção está voltada para o controle das emissões de gases poluentes e a preservação dos recursos naturais. (Oliveira et al., 2021) destaca que a maior parte das fontes de energia elétrica são não renováveis, o que agrava o esgotamento dos recursos naturais e gera desequilíbrio ecológico, tornando essencial fortalecer a pesquisa em novas tecnologias energéticas.
A energia solar fotovoltaica surge como uma alternativa promissora, sendo uma fonte limpa e renovável que converte a luz solar em eletricidade. A eficiência e a rentabilidade desses sistemas dependem da precisão das estimativas de desempenho energético, necessitando de modelos e metodologias confiáveis. A automação, como descrito por Teixeira et al. (2022), é crucial para a Indústria 4.0, pois reduz a intervenção humana direta e melhora a eficiência operacional. Este estudo destaca como o microcontrolador ESP32 é utilizado na automação de sistemas fotovoltaicos para direcionar os painéis solares em ângulos ideais, melhorando a eficiência dos sistemas e maximizando a captação de energia, permitindo assim uma comparação entre o sistema fixo e o sistema de rastreamento solar.
Com a crescente conscientização sobre as fontes de energia renovável, é necessário otimizar a eficiência das instalações fotovoltaicas e garantir um monitoramento eficaz dos ganhos energéticos. A automação permite que essas instalações sejam monitoradas e controladas de forma inteligente e eficaz. A energia solar fotovoltaica tem desempenhado um papel significativo na matriz energética global, especialmente no Brasil, que em 2023 superou 37 GW2 disponíveis de capacidade operacional (CNN Brasil, 2024). Devido à alta disponibilidade de radiação solar no território brasileiro, os sistemas fotovoltaicos são uma escolha natural para geração de energia limpa e renovável.
Sistemas tradicionais de painéis solares com estruturas fixas frequentemente não conseguem captar a quantidade máxima de radiação solar devido à variação do ângulo de incidência ao longo do dia. Para mitigar esse problema, sistemas de rastreamento solar foram desenvolvidos, ajustando dinamicamente a posição dos painéis para seguir o movimento do Sol e maximizar a captação de energia.
Este trabalho teve como objetivo principal comparar o ganho energético entre um sistema de rastreamento solar automatizado e um sistema de painel fixo. Para isso, foi desenvolvido um protótipo de rastreador solar utilizando o microcontrolador ESP32, que foi responsável por calcular a posição do Sol e ajustar a inclinação e o ângulo do painel fotovoltaico por meio de servomotores, otimizando a captação de radiação solar ao longo do dia. O estudo também avaliou o ganho percentual de energia entre os dois sistemas, demonstrando o potencial do rastreamento solar na melhoria da eficiência energética e contribuindo para o avanço de uma matriz energética mais sustentável e eficiente.
2. REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 Energia Solar Fotovoltaica
A energia do Sol pode ser utilizada para produzir eletricidade por meio do efeito fotovoltaico, que é a conversão direta da luz solar em energia elétrica. Diferentemente dos sistemas solares térmicos, que são usados para aquecimento ou para produzir eletricidade a partir da energia térmica do Sol, os sistemas fotovoltaicos captam diretamente a luz solar e produzem corrente elétrica. Essa corrente é coletada e processada por dispositivos controladores e conversores, podendo ser armazenada em baterias ou utilizada diretamente em sistemas conectados à rede elétrica (VILLALVA, 2012).
A tecnologia fotovoltaica é uma forma eficaz de converter a luz solar diretamente em eletricidade, aproveitando uma fonte de energia inesgotável e globalmente disponível. Entre as vantagens da energia solar estão a redução das emissões de gases de efeito estufa e a diminuição da dependência de combustíveis fósseis. Contudo, a energia solar enfrenta desafios, como a variação na quantidade de energia ao longo do dia e das estações, e o custo inicial de instalação dos sistemas solares (RODRIGUES, 2023).
2.2 Radiação Solar
A radiação solar é essencial para os sistemas fotovoltaicos. Embora a radiação incidente na atmosfera terrestre seja relativamente constante, a quantidade que chega à superfície varia devido a fatores como absorção e reflexão atmosférica, níveis de vapor de água, nuvens, poluição, latitude, estação do ano, data e hora do dia. Segundo Cortez (2013), a quantidade de radiação solar que atinge a superfície terrestre em uma hora é superior à energia consumida no planeta em um ano.
A produção energética de um painel fotovoltaico depende de fatores ambientais, como a temperatura ambiente e a radiação solar recebida. Estes fatores influenciam as curvas características do painel. A corrente de curto-circuito tem uma relação quase linear com a radiação, enquanto o aumento da temperatura reduz a tensão de circuito aberto e aumenta ligeiramente a corrente de curto-circuito. Isso ocorre porque a temperatura é dependente da radiação (CORTEZ, 2013).
2.3 Automação e Controle com ESP32
O ESP32 é um microcontrolador versátil, amplamente utilizado em projetos de automação e Internet das Coisas (IoT)3. Equipado com conectividade WiFi e Bluetooth4, permite comunicação sem fio eficiente em diversos ambientes. Com um dual-core5 de até 240 MHz, suporta aplicações complexas. Além disso, sua compatibilidade com uma ampla gama de sensores e atuadores o torna ideal para sistemas de automação.
O ESP32 se destaca como uma escolha ideal para projetos de automação e monitoramento baseados em IoT devido a suas características de baixo consumo de energia, alta taxa de transferência de dados e facilidade de integração com aplicações móveis (Tomar et al., 2023).
A facilidade de escalabilidade e a interface amigável possibilitada pela integração com aplicativos móveis também contribuem para a flexibilidade e acessibilidade do sistema, permitindo que o usuário acompanhe o desempenho do sistema de rastreamento solar de forma prática e confiável. Além disso, a confiabilidade e a eficiência observadas no uso do ESP32 em diversos estudos confirmam seu potencial como uma solução promissora para aplicações de IoT, reforçando sua adequação para o monitoramento remoto e preciso em sistemas automatizados (Tomar et al., 2023).
O uso do ESP32 em automação com requisições HTTP6 tem sido eficaz em aplicações como controle de interruptores e eletrodomésticos, integração e exibição de dados a partir de aplicativos móveis, demonstrando a alta adaptabilidade do microcontrolador para a integração com interfaces mobile (Mamta; Paul; Tiwari, 2022).
Estudos recentes mostram a viabilidade do ESP32 em rastreamento solar automatizado. Almeida (2024) desenvolveu um sistema de baixo custo usando o ESP32, reduzindo custos comparados a CLPs7. Algoritmos em Python8 estimaram irradiação diária e avaliaram a melhor movimentação para seguimento solar. Resultados indicaram até 30% mais produção de energia, com custo 86% menor quando comparado com o sistema fixo. Testes em usina solar real validaram os algoritmos, mostrando maior geração de energia com o ESP32.
2.4 Fundamentos Astronômicos para Rastreamento Solar
A posição do Sol em relação a um ponto da Terra depende de fatores astronômicos que permitem calcular com precisão seu posicionamento no céu, orientando o sistema de rastreamento solar para ajustar o painel fotovoltaico em ângulos que maximizem a captação de luz. Compreender esses fatores é essencial para sistemas de rastreamento que visam maximizar a energia captada. Duffie e Beckman (2013) discutem detalhadamente esses conceitos no livro Solar Engineering of Thermal Processes, apresentando os principais ângulos e suas fórmulas.
A declinação solar (δ), que representa a inclinação do eixo terrestre em relação ao plano orbital, é essencial para calcular a posição do Sol ao longo do ano. Segundo Duffie e Beckman (2013), no livro Solar Engineering of Thermal Processes, a declinação solar (δ) é encontrada pela equação(1) aproximada de Cooper (1969):
O ângulo horário (ω) é crucial para descrever a posição do Sol ao longo do dia e é determinado pela rotação da Terra em torno de seu eixo a uma velocidade angular de 15° por hora. Após o Sol cruzar o meridiano local, o ângulo horário assume valores positivos, indicando que ele já passou do ponto mais alto (Varejão-Silva, 2006).
Em resumo, o ângulo horário indica o deslocamento angular do Sol em relação ao meridiano local, e é dado pela equação(2):
A altitude solar (α) é a altura angular do Sol acima do horizonte. Varia ao longo do dia, atingindo o máximo ao meio-dia solar. Depende diretamente da latitude local, da declinação solar e do ângulo horário (Duffie e Beckman, 2013). Portanto, a altitude solar é o ângulo entre o horizonte e o Sol, e sua fórmula é dado na equação(3):
O azimute solar (A) indica a direção do Sol em relação ao norte geográfico, medido no plano horizontal. É crucial para ajustar a orientação dos painéis solares, garantindo que estejam voltados para a maior incidência solar. Junto com a altitude solar, o cálculo do azimute permite o alinhamento preciso dos painéis ao longo do dia e pode ser calculado conforme equação(4):
A (Figura 1) ilustra a declinação solar, altitude e azimute solar, destacando como esses ângulos influenciam a posição do Sol em relação à Terra e o ajuste dos painéis solares para maximizar a captação de luz.
Figura 1 – Declinação Solar, Altitude e Azimute Solar.
Fonte: Adaptado de Varejão (2006).
2.5 Métodos de Avaliação do Ganho Energético em Sistemas Fotovoltaicos
Um método comum para avaliar a eficiência energética é a amostragem por intervalos de tempo, envolvendo a coleta de dados em intervalos regulares ao longo do dia. Isso captura variações na produção de energia sob diferentes condições de iluminação, temperatura e outras variáveis.
Como os sistemas de rastreamento ajustam a posição dos módulos ao movimento do sol, eles tendem a apresentar maior eficiência em determinadas condições de luminosidade e climáticas (Debastiani et al., 2022).
Como temperaturas elevadas podem reduzir a eficiência dos painéis fotovoltaicos, operar na temperatura e condições ideais contribui para um desempenho energético superior desses sistemas (Peres, Almeida, & Morgado, 2020).
Resumindo, o método de avaliação de amostragem por intervalos de tempo permite uma análise abrangente do desempenho dos sistemas fotovoltaicos e é essencial para entender e otimizar a eficiência energética em diversos cenários operacionais.
3. MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 Materiais Usados na Construção do Rastreador Solar
O projeto foi desenvolvido sobre uma base de madeira com dimensões de 50 cm de comprimento por 50 cm de largura. Todo o experimento foi realizado sobre essa plataforma, garantindo um suporte estável e consistente. Todos os componentes utilizados foram fixados na base de madeira, permitindo uma montagem organizada e eficiente do sistema fotovoltaico automatizado.
Para o experimento, foi utilizado um painel solar de silício policristalino da marca Resun modelo RSM010-P como destacado na (Figura 2). As dimensões do painel são 240 x 350 x 17 mm e pesa 1 kg. As especificações técnicas incluem uma tensão em aberto de 21,60 V, e uma corrente de curto circuito de 0,61 A. A potência máxima do painel é de 10 W com tolerância de ± 3W.
Figura 2 – Painel solar Resun Modelo RSM010-P usado no projeto.
Fonte: Autores (2024).
Para garantir o funcionamento adequado do sistema de rastreamento solar, utilizou-se o ESP32, um microcontrolador com WiFi e Bluetooth integrados, ideal para IoT e automação. Ele controla os servomotores, realiza cálculos de posicionamento solar e envia dados para uma aplicação em React Native9 via HTTP, permitindo o monitoramento remoto. Acoplado ao ESP32, há um expansor de 30 pinos, que aumenta as portas disponíveis, facilitando a conexão de múltiplos componentes como sensores, servos e display, garantindo a funcionalidade completa do sistema de monitoramento e rastreamento. A (Figura 3) mostra o microcontrolador conectado ao expansor de pinos.
Figura 3 – ESP32 acoplado a um expansor de pinos.
Fonte: Autores (2024).
Maioria dos componentes estão conectados a uma protoboard10 de 400 pontos, que permite montar o circuito sem solda e ajustar conexões elétricas. Um display OLED I2C 11integrado exibe dados do sistema, como azimute, elevação, data e hora.
Neste sistema rastreador, foram utilizados dois servomotores12. O servo DS321813 controla a rotação da base conforme o ângulo de azimute calculado pelo microcontrolador. Devido à limitação do servo (180° de alcance e rotação anti-horária), o ponto zero foi configurado para o oeste geográfico. Isso permite que o servo siga o movimento do Sol de leste a oeste em um arco de 180°, mantendo o alinhamento com o Sol durante o dia. O servo RDS312014 ajusta a elevação do painel, com um ângulo de operação entre 0 e 90 graus. Juntos, esses servos posicionam o painel solar no ângulo ideal em relação ao Sol, maximizando a captura de energia. A (Figura 4) demonstra as conexões feitas na Protoboard e os servomotores usados na montagem do rastreador solar.
Figura 4 – Conexões de componentes na Protoboard, servomotores e ESP32.
Fonte: Autores (2024).
Para alimentar o sistema, especialmente os servos, que exigem mais corrente do que o ESP32 pode fornecer, foi incorporada uma bateria estacionária Moura VLRA 12MVA7. Essa bateria fornece energia estável e confiável, armazenando a energia captada pelo painel solar e garantindo o fornecimento constante para os servos, permitindo o funcionamento contínuo do sistema.
Para armazenamento e distribuição de energia eficiente e segura, utilizou-se um controlador de carga solar MPPT15. Esse controlador otimiza a transferência de energia do painel solar para a bateria e protege contra sobrecargas. A tensão da bateria excede o intervalo operacional dos servos (6 a 9V). Para monitorar e ajustar a tensão e corrente, foram usados dois dispositivos: o Watt Meter LCD16, que monitora a tensão, corrente e potência do controlador de carga, e o Regulador de Tensão Step Down LM2596 DC-DC com Display17, que ajusta a tensão para uma faixa estável e segura, adequada ao funcionamento dos servos, evitando picos que possam danificar o sistema. A integração entre esses componentes pode ser observada na (Figura 5), que mostra de forma funcional a conexão entre os elementos descritos nesta etapa.
Figura 5 – Controlador de carga, Watt Meter, Regulador de tensão e Bateria.
Fonte: Autores (2024).
As funcionalidades e especificações gerais dos componentes do projeto estão descritas no (Quadro 1), que detalha os elementos utilizados no sistema de rastreamento solar. O quadro proporciona uma visão abrangente das peças essenciais, explicando suas respectivas funções e características técnicas.
Quadro 1: Componentes Utilizados no Sistema de Rastreamento Solar.
Fonte: Autores (2024).
3.2 Métodos e Lógica de Software
O projeto foi desenvolvido e testado na cidade de Feira de Santana, BA, entre os dias 15 e 17 de novembro de 2024. A localização geográfica da cidade é a seguinte, conforme dados de (CIDADE-BRASIL, 2021): Latitude: -12.2661 (12° 16′ 24” Sul), Longitude: -38.9663 (38° 57′ 20” Oeste).
O fluxograma (Figura 6) ilustra de maneira clara e concisa o processo metodológico adotado, evidenciando a sequência lógica das atividades desenvolvidas, desde a preparação inicial até a análise dos resultados.
Figura 6 – Fluxograma ilustrando as etapas principais do projeto.
Fonte: Autores (2024).
A (Figura 7) apresenta um diagrama geral de montagem do projeto de rastreamento solar, destacando as conexões e ligações entre os componentes.
Figura 7 – Diagrama de montagem do projeto de rastreamento solar.
Fonte: Autores (2024).
Para a coleta de dados, o painel foi testado em duas configurações: primeiramente, acoplado ao sistema de rastreamento solar; em seguida, fixado em um suporte plástico direcionado ao norte geográfico com uma inclinação aproximada de 12º, que é a inclinação equivalente à latitude do local, simulando sistemas solares fixos em telhados, os mais comuns atualmente. A (Figura 8) apresenta o projeto completo montado, com a placa acoplada ao sistema de rastreamento solar. Na mesma base de madeira, encontra-se também o suporte plástico, responsável pela fixação da placa para compor o sistema fixo evidenciado na (Figura 9).
Figura 8 – Projeto montado, sistema de rastreamento e suporte para sistema fixo.
Fonte: Autores (2024).
Figura 9 – Projeto montado, sistema fixo acoplado com ângulo de 12º de inclinação.
Fonte: Autores (2024).
O sistema foi programado na plataforma Arduino IDE18 e implementado no microcontrolador ESP32, que controla os servos motores para ajustar o painel solar. A lógica de rastreamento usa cálculos astronômicos para determinar a posição do Sol, enquanto uma aplicação em React Native recebe dados em tempo real para monitoramento remoto. A função principal calculateSolarPosition(), detalhada no (Anexo A) realiza cálculos de declinação solar, ângulo horário, altitude e azimute do Sol, considerando latitude, data e hora do local. Essas informações são obtidas através da biblioteca NTPClient.h19, que converte o valor Unix (Epoch Time20) para um formato de calendário. Com essas variáveis, o sistema calcula a orientação solar com precisão.
Os valores de altitude e azimute são ajustados para a faixa de movimento dos servos motores: 0 a 180 graus para o servo horizontal e 0 a 90 graus para o servo vertical. Para economizar energia, o código coloca os servos em repouso quando o Sol está abaixo do horizonte. Esse mapeamento e essas funções podem ser analisados no (Anexo B).
Além de controlar os servos, o ESP32 atua como um servidor web, transmitindo dados em tempo real para um aplicativo móvel em React Native. Utilizando as bibliotecas WebServer21 e ArduinoJson22, ele responde a requisições HTTP e envia dados no formato JSON23 como mostra o (Anexo C). O endpoint /data24 fornece informações detalhadas sobre o sistema, como ângulos dos servos, posição geográfica e endereço IP25. Essa integração permite o monitoramento remoto e ajustes no sistema, como mostrado no (Anexo D) e na (Figura 10).
Figura 10 – Diagrama ilustrativo da conexão entre o ESP32, a lógica de controle dos componentes, a requisição ao servidor e a aplicação móvel.
Fonte: Autores (2024).
3.3 Procedimento de Medição e Comparação
Para avaliar a eficiência energética do sistema de rastreamento solar em comparação ao sistema fixo, utilizou-se a metodologia de coleta de dados por intervalos de tempo. Essa abordagem visou registrar dados relevantes sobre a geração de energia ao longo do dia, permitindo uma análise comparativa entre os dois sistemas.
Na amostragem por intervalos de tempo, medições manuais foram realizadas a cada 30 minutos, capturando variações na posição solar e nas condições de iluminação. Esse procedimento foi aplicado a ambos os sistemas. A cada 30 minutos, mediu-se a tensão (V) e a corrente (A) em cada sistema (fixo e rastreador solar). Com esses valores, calculava-se a potência instantânea (W) gerada. As medições começaram às 06:00 e se estenderam até às 17:30, totalizando 24 medições diárias para cada sistema.
Os dados obtidos foram organizados em tabelas que relacionam os valores de tensão, corrente e potência de ambos os sistemas em cada horário de medição, além de registrar as condições climáticas do local no momento da medição. Essa informação foi fornecida pelos pesquisadores, que analisaram o clima naquele determinado momento. Os dados das grandezas foram colhidos diretamente da placa solar, em circuito aberto, utilizando um multímetro. Cada dia teve sua própria tabela, permitindo uma interpretação mais clara dos dados e a geração de gráficos para análise comparativa dos resultados, apresentados na seção de Resultados e Conclusões.
4. RESULTADOS
Nesta seção, são apresentados os resultados obtidos durante o estudo, incluindo a implementação prática do sistema de rastreamento solar automatizado e os dados coletados sobre o desempenho energético ao longo de três dias consecutivos.
Inicialmente, destaca-se o sucesso na construção e operação do rastreador solar, que foi ajustado automaticamente para seguir a posição do Sol com base nos cálculos de azimute e elevação. A (Figura 11) ilustra o sistema rastreador em operação às 16h31, com os painéis inclinados em um ângulo de 24° de altitude.
Figura 11 – Projeto em funcionamento direcionando a placa solar.
Fonte: Autores (2024).
Foi observado que o painel é bastante sensível à luminosidade e a fatores que envolvem os raios solares. A presença de nuvens, por exemplo, causou variações significativas nos valores medidos. Essas variações são evidentes nos Gráficos 1, 2 e 3 apresentados a seguir.
O Gráfico 1 mostra a variação de potência ao longo do Dia 1. Pela manhã, as nuvens frequentes causaram quedas de potência. À tarde, com menos nuvens, houve mais estabilidade na potência.
Gráfico 1: Potência do Sistema Fixo e Rastreador Solar – Dia 1.
Fonte: Dados experimentais do estudo (2024).
O Dia 2 foi o mais limpo, proporcionando maior contato direto com os raios solares, a maioria das medições indicou altos valores de potência devido às condições favoráveis. Houve uma queda brusca às 15:00 como mostrado no Gráfico 2 devido a uma nuvem densa.
Gráfico 2: Potência do Sistema Fixo e Rastreador Solar – Dia 2.
Fonte: Dados experimentais do estudo (2024).
No Dia 3, pela manhã, houve pouco contato direto com os raios solares, resultando em menores valores de potência. Ao meio-dia, houve um pico devido ao contato direto. À tarde, a potência oscilou bastante devido às nuvens, tornando este o dia com maior variação.
Gráfico 3: Potência dos Sistemas Fixo e Rastreador Solar – Dia 3.
Fonte: Dados experimentais do estudo (2024).
O quadro 2 apresenta a média da potência, potência mínima e máxima, e o ganho percentual dos sistemas fixo e rastreador solar ao longo dos três dias de medição. Esses dados fornecem uma visão geral da performance dos sistemas em diferentes condições de luminosidade.
Quadro 2 – Média da Potência e Ganho Percentual nos Três Dias.
Fonte: Dados experimentais do estudo (2024).
A análise dos dados revela que o sistema de rastreamento solar apresentou um ganho percentual de 37,9% em comparação com o sistema fixo, evidenciando sua superior eficiência na captação de energia solar. Este ganho percentual reflete a capacidade do rastreador solar de maximizar a potência gerada, especialmente em condições favoráveis de incidência solar. A potência média, mínima e máxima medidas foram consistentemente superiores para o rastreador solar, de acordo com a placa solar utilizada no experimento.
Comparando com estudos já realizados e citados neste artigo, como o projeto de Almeida (2024), “Os resultados das simulações computacionais indicaram que o uso de rastreadores solares pode aumentar a produção de energia em até 30%”.
Almeida desenvolveu um trabalho semelhante ao aqui proposto, pode-se observar que ambos os estudos corroboram a eficácia do uso do ESP32 na automação de sistemas fotovoltaicos com rastreamento solar, destacando aumentos substanciais na eficiência energética.
Com os resultados obtidos semelhantes ao experimento de Almeida comprova a eficiente do rastreador solar, obtendo ganhos superior 30% de aproveitamento.
O ESP32 desempenhou de forma exemplar suas funções ao ajustar os servomotores com precisão e eficácia, calculando em tempo real os ângulos de azimute e elevação do Sol. Os ajustes realizados pelo ESP32 garantiram que os servos posicionassem os painéis solares corretamente, maximizando a captação de energia. Além disso, o ESP32 controlou todo o sistema de rastreamento de forma eficiente, demonstrando sua capacidade de gerenciar múltiplos componentes e realizar ajustes contínuos com alta precisão.
As medições realizadas sob condições climáticas predominantemente ensolaradas em Feira de Santana, BA, forneceram um ambiente ideal para demonstrar a eficácia do sistema de rastreamento, reforçando a conclusão de que a eficiência do sistema é maximizada em locais com alta incidência solar.
5. CONCLUSÕES
A implementação do sistema de rastreamento solar utilizando o microcontrolador ESP32 demonstrou uma melhoria significativa na eficiência de captação de energia solar, quando comparado ao sistema fixo. Ao ajustar dinamicamente a posição dos painéis solares para seguirem o movimento do Sol, foi possível maximizar a captação de energia, refletindo em um aumento considerável na geração de energia ao longo do dia.
A metodologia de amostragem por intervalos de tempo permitiu uma análise detalhada e precisa do desempenho dos sistemas fotovoltaicos sob diferentes condições de iluminação e clima, proporcionando dados valiosos para avaliar a eficiência energética dos sistemas testados. A organização dos dados em tabelas diárias e a geração de gráficos facilitaram a visualização e interpretação dos resultados.
Os resultados obtidos confirmam que a automação aplicada aos sistemas fotovoltaicos, através do ESP32, é uma estratégia eficiente e viável para aumentar a produção de energia renovável. Este projeto não apenas reforça a importância da inovação tecnológica na busca por soluções energéticas sustentáveis, mas também demonstra que a combinação de automação e energias renováveis pode contribuir significativamente para uma matriz energética mais equilibrada e menos dependente de fontes não renováveis.
Em suma, este estudo destaca a relevância de investir em tecnologias avançadas e metodologias robustas para otimizar o uso de energia solar, promovendo um futuro mais sustentável e energeticamente eficiente. A automação com o ESP32 mostrou-se uma abordagem promissora para maximizar a eficiência das instalações fotovoltaicas, apontando o caminho para futuras pesquisas e desenvolvimentos nesse campo.
Para aprimoramentos futuros deste estudo, sugere-se a implementação de cálculos para avaliar as perdas de energia do sistema. Essas perdas referem-se à quantidade de energia consumida pelo sistema para manter seu funcionamento. É essencial calcular essas perdas para estabelecer uma relação precisa entre a energia gerada e a energia consumida, a fim de avaliar a viabilidade do sistema. Além disso, recomenda-se a automação das coletas de dados, com posterior armazenamento em bancos de dados ou outros meios apropriados, de forma a otimizar o processo de análise e assegurar maior eficiência e precisão no tratamento das informações. É aconselhável também aumentar o período de coleta dos dados, a fim de analisar a variação dos ganhos de energia com maior precisão e consistência ao longo do tempo.
1Dióxido de Carbono (CO2): Gás Carbono.
2Gigawatt (GW): Grandeza física que mede potência.
3Internet das Coisas (IoT): Rede de dispositivos interconectados que se comunicam entre si.
4WiFi e Bluetooth: Tecnologias de conectividade sem fio.
5Dual-core: Processador com dois núcleos de processamento para maior eficiência.
6HTTP: Hypertext Transfer Protocol (Protocolo de Transferência de Hipertexto).
7CLP: Dispositivo de controle automatizado usado em processos industriais.
8Python: Linguagem de programação.
9React Native: framework para desenvolvimento de aplicativos móveis.
10Protoboard: placa utilizada para montagem de circuitos sem necessidade de solda.
11Display OLED I2C: tipo de display utilizado para exibir informações.
12Servo motor: dispositivo que permite o controle preciso de movimento.
13DS3218: dispositivo que controla a rotação da base conforme o ângulo de azimute.
14RDS3120: dispositivo que ajusta a elevação do painel solar.
15MPPT: Maximum Power Point Tracking (Rastreamento do Ponto de Máxima Potência).
16Watt Meter LCD: Dispositivo para monitorar os parâmetros elétricos do sistema.
17Regulador de Tensão Step Down LM2596 DC-DC com Display: Dispositivo ajustável que converte alta tensão para um nível desejado.
18Arduino IDE: Ambiente de desenvolvimento integrado usado para programar microcontroladores.
19NTPClient.h: Biblioteca que gerencia a data e hora via protocolo NTP.
20Epoch Time: Forma de representação de tempo baseada no número de segundos desde 1º de janeiro de 1970.
21WebServer: Biblioteca usada para criar servidores web.
22ArduinoJson: Biblioteca para manipulação de dados JSON no Arduino.
23JSON: Formato de intercâmbio de dados leve e fácil de ler.
24Endpoint /data: Rota no servidor web que fornece dados.
25Endereço IP: Identificação do dispositivo na rede.
REFERÊNCIAS
ALMEIDA, Eduardo Santos de. Desenvolvimento de um Sistema de Rastreamento Solar Horizontal de Um Eixo de Baixo Custo Baseado em Microcontrolador. 2024. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) – Escola de Engenharia, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2024.
BARBOZA, Lucas Emanuel A.; MEDEIROS, João Victor Furtado F. de; NEGREIROS, Antônio Carlos Fernandes de; CAMPOS, Manoel Henriques de Sá; VILELA, Olga C.; GOMES, Emerson Torres Aguiar; FRAIDENRAICH, Naum. Análise do desempenho de um sistema fotovoltaico com rastreamento de eixo único. In: X Congresso Brasileiro de Energia Solar, 23 a 27 de maio de 2022, Florianópolis, SC. Universidade Federal de Pernambuco, Centro de Energias Renováveis.
CIDADE BRASIL. Município de Feira de Santana. Disponível em: https://www.cidade-brasil.com.br/municipio-feira-de-santana.html. Acesso em: 8 nov. 2024.
CNN Brasil. Brasil fica em 6º lugar na geração de energia solar mundial. Disponível em: https://www.cnnbrasil.com.br/economia/macroeconomia/brasil-fica-em-6o-lugar-na-geracao-de-energia-solar-mundial/. Acesso em: 22 nov. 2024.
CORTEZ, Ramiro José Monteiro. Sistema de seguimento solar em produção de energia fotovoltaica. Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Mestrado, 2013.
DANIEL, Álvaro. Sistema de Rastreamento Solar Automático Baseado em Algoritmo de Posição Solar Aplicado a um Refletor Fresnel Linear. 2018.
DEBASTIANI, G.; NOGUEIRA, C. E. C.; ACORCI, J. M.; SIQUEIRA, J. A. C.; SILVEIRA, V. F.; SOUZA, S. N. M. de. Comparação do impacto da temperatura no desempenho de módulos fotovoltaicos estáticos e com sistemas de rastreamento solar (L-O, L-O + N-S). Research, Society and Development, v. 11, n. 4, p. e12311427220, 2022. DOI: 10.33448/rsd-v11i4.27220.
DUFFIE, John A.; BECKMAN, William A. Solar Engineering of Thermal Processes, Fourth Edition. Hoboken: John Wiley & Sons, 2013.
MAMTA, A. P.; TIWARI, R. Smart home automation system based on IoT using chip microcontroller. In: 9TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON COMPUTING FOR SUSTAINABLE GLOBAL DEVELOPMENT (INDIACOM), 2022, Goa. Anais… Goa: IEEE, 2022.
NASCIMENTO, Lucas Rafael do; VERÍSSIMO, Pedro Henrique; PIRES, Anelise Medeiros; RÜTHER, Ricardo; SOBRAL, César. Geração solar fotovoltaica com sistema de rastreamento de dois eixos no município de Jaguari-RS. In: VII Congresso Brasileiro de Energia Solar, 17 a 20 de abril de 2018, Gramado, RS. Universidade Federal de Santa Catarina, Departamento de Engenharia Civil.
OLIVEIRA, A.M.D., Mario, M.C., Pacheco, M.T.T., 2021. Fontes renováveis de energia elétrica: evolução da oferta de energia fotovoltaica no Brasil até 2050 / Renewable electric energy sources: evolution of the supply of photovoltaic energy in Brazil until 2050. BASR 5, 257–272. https://doi.org/10.34115/basrv5n1-016
PERES, Anna Carolina; ALMEIDA, Tatiane; MORGADO, Claudio O. Otimização de painéis fotovoltaicos fixos e comparação com sistemas de rastreamento solar para três cidades brasileiras. In: ENCONTRO NACIONAL DE TECNOLOGIA DO AMBIENTE CONSTRUÍDO, 18., 2020. Anais […]. Porto Alegre: ANTAC, 2020. p. 1–8. DOI: 10.46421/entac.v18i.771.
PRADO, G. O.; ULHOA, T. F.; DAMASCENO, J. J. R.; VIEIRA, L. G. M. Estado da arte em mecanismos de rastreamento solar. Universidade Federal de Uberlândia, Departamento de Engenharia Química; Universidade Federal do Triângulo Mineiro, Departamento de Engenharia de Produção. Florianópolis, SC, 2014.
RODRIGUES, Vinicius Marques Machado. Desenvolvimento de um rastreador solar controlado por Arduino. 2023.
SILVA, Mizael Alves da; CAVALCANTE, Renato Luz. Sistema de telemetria baseado em LoRa para monitoramento de embarcação sustentável. Universidade Federal do Pará, Tucuruí, Brasil, 2023.
SOUZA, João; SILVA, Maria. Determinação da posição do Sol em sistemas de seguimento solar. São Paulo: Editora Solar, 2023.
TEIXEIRA, Luiz Gustavo Vilela et al. “Tendências de Aplicações da Impressão 3D na Indústria 4.0.” Encontro Nacional de Engenharia de Produção (2022): n. pag. 1.
TOMAR, Vaibhav; YADAV, Satyanshu; YETI, Prathmesh; YEWARE, Nikhil; GAVARASKAR, Rupali. IOT based Home Automation System. International Journal for Research in Applied Science and Engineering Technology, Maharashtra, India: Vishwakarma Institute of Technology, 2023.
VAREJÃO-SILVA, M. A. Meteorologia e Climatologia. Versão Digital 2. Recife, 2006.
VILLALVA, Marcelo Gradella. Energia solar fotovoltaica: conceitos e aplicações – sistemas isolados e conectados à rede. 2012.
1Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais, Instituição de formação: Universidade Potiguar (UnP) , Endereço: (Mossoró, Rio Grande do Norte, Brasil), E-mail: ana.fferreira@outlook.com;
2Graduada em Engenharia da Computação, Instituição: Universidade Salvador (UNIFACS), Endereço: Feira de Santana, Bahia, Brasil, E-mail: ana.fferreira@outlook.com;
3Graduado em Engenharia da Computação, Instituição: Universidade Salvador (UNIFACS), Endereço: Feira de Santana, Bahia, Brasil, E-mail: antoniohenriquep@outlook.com;
4Graduado em Engenharia da Computação, Instituição: Universidade Salvador (UNIFACS), Endereço: Feira de Santana, Bahia, Brasil, E-mail: arthurlopes.lo2002@gmail.com;
5Graduado em Engenharia da Computação, Instituição: Universidade Salvador (UNIFACS), Endereço: Feira de Santana, Bahia, Brasil, E-mail: claudio.ssjr19@gmail.com;
6Graduado em Engenharia da Computação, Instituição: Universidade Salvador (UNIFACS), Endereço: Feira de Santana, Bahia, Brasil, E-mail: pa8631866@gmail.com;
7Graduado em Engenharia da Computação, Instituição: Universidade Salvador (UNIFACS), Endereço: Feira de Santana, Bahia, Brasil, E-mail: gerinho.almeida@gmail.com;
8Graduado em Engenharia da Computação, Instituição: Universidade Salvador (UNIFACS), Endereço: Feira de Santana, Bahia, Brasil, E-mail: ad0rn0code@gmail.com;
9Graduado em Engenharia da Computação, Instituição: Universidade Salvador (UNIFACS), Endereço: Feira de Santana, Bahia, Brasil, E-mail: ytalloantonio@gmail.com
ANEXOS
Anexo A – Código da função principal do projeto.
Anexo B – Código de ajustes e mapeamento de valores para os servos motores.
Anexo C – Código de envio de dados.
Anexo D – Código de requisição HTTP.
