Pesquisadores da UFRN buscam patentear instrumentos para melhorar medição da radiação solar

Região com grande potencial para a produção de energia solar, o Rio Grande do Norte pode ver essa particularidade aumentar ainda mais. Isso porque pesquisadores da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) criaram dois dispositivos que melhoram o funcionamento dos piranômetros, instrumentos utilizados para medir a radiação solar. A identificação desse “valor” é importante, pois a radiação solar indica a potência energética proveniente do sol que atinge a superfície terrestre. Esse potencial é utilizado para gerar eletricidade via painéis solares, em processos de dessalinização via luz solar e para aquecer alimento via fornos solares, entre outros exemplos.

A pesquisa que deu origem aos dois inventos ocorreu no núcleo de Pesquisa e Inovação em Tecnologia da Informação (nPITI), vinculado ao Metrópole Digital (IMD), e é fruto da tese de Evandson Claude Seabra Dantas, desenvolvida junto ao Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica e de Computação (PPgEEC). O estudante relata que a pesquisa tem relação com um estudo do início da década de 1980 com Pio Lobo e Francisco Belo que gerou inclusive a concessão de uma patente. De lá pra cá, instituições como a UFRN e as universidades federais de Campina Grande (UFCG) e Bahia (UFBA) passaram a pesquisar o tema com o objetivo de desenvolver um dispositivo novo, eficiente e rápido para medir a radiação solar. Evandson pontua, entretanto, que o dispositivo inventado em 1982, bem como os demais desde então, possuíam uma limitação quando a temperatura ambiente mudava.

“Este foi o objeto de pesquisa de meu doutorado ao qual mitiguei o problema utilizando uma abordagem diferente. Existem duas classes de piranômetros padronizados em norma internacional. Uma diz respeito aos piranômetros baseados em termopilha, que costumam ser lentos, mas sensíveis a qualquer comprimento de luz. A outra classe abrange os piranômetros baseados em células de silício, que são rápidos, mas possuem sensibilidade seletiva aos comprimentos de luz. O que fizemos foi integrar esses grupos com rapidez e sensibilidade a qualquer comprimento de luz”, explica.

O doutorando salienta que um dos inventos possui uma funcionalidade adicional, já que pode ser transformado em um anemômetro, dispositivo utilizado para medir a velocidade de gases e líquidos. Contudo, ambos já tiveram seus depósitos de pedido de patente feitos por meio da Agência de Inovação da Reitoria (Agir) sob as denominações: Radiômetro de Equivalência Elétrica com Diferença de Temperatura Constante e Arquitetura para Radiômetros e Anemômetros de Equivalência Elétrica com Espelho de Corrente. O primeiro possui um protótipo completamente funcional, testado em cenários computacional e real, enquanto que o grupo de inventores está envolvido agora na fase de desenvolvimento de protótipo do segundo invento.

Orientador da pesquisa, o professor Sebastian Yuri Cavalcanti Catunda acrescenta que os dispositivos baseiam-se no princípio da equivalência elétrica, quando a energia elétrica gasta para manter um sensor aquecido é inversamente proporcional à energia proveniente do sol. “Para exemplificar, suponha que, para manter o sensor aquecido a 60°C em ambiente escuro, é gasto 1 Watt de energia elétrica. Ao colocar o dispositivo exposto ao sol, são gastos apenas 20% da energia para manter o sensor aquecido na mesma temperatura, então sabemos que os outros 80% são provenientes da energia solar”.

Duas invenções em um raciocínio similar

O grupo de inventores conta ainda com José Taunaí Dantas Segundo, que contribuiu com pesquisas do modelo termodinâmico e abordagem em uma interface digital. A pesquisa em si rendeu duas tecnologias como frutos, com funcionalidades bem próximas. Segundo Evandson Dantas, “ambas fazem a mesma coisa, o que muda é que uma é mais precisa, enquanto que a outra é mais estável”. Uma delas, o radiômetro de equivalência elétrica com diferença de temperatura constante (REE-DTC), consiste em uma melhoria do radiômetro de equivalência elétrica ou radiômetro de substituição elétrica ou radiômetro auto-compensado.

A melhoria deste modelo de utilidade consiste em uma modificação da arquitetura apresentada no radiômetro auto-compensado para diminuir a influência da variação da temperatura ambiente. O REE-DTC é um dispositivo utilizado para medir radiação solar incidente em uma superfície, podendo atuar como um piranômetro – ou pireliômetro. Esse tipo de dispositivo é amplamente utilizado no campo de pirometria das radiações como método para medir radiação solar. A medida é importante no campo da produção de energia elétrica via fontes solares, bem como para a meteorologia.

O outro dispositivo é referente ao desenvolvimento de uma arquitetura para radiômetros e anemômetros de equivalência elétrica com espelho de corrente. No caso, a arquitetura proposta é responsável por manter um elemento sensor aquecido a uma temperatura determinada, que pode ser constante ou não. Para isso, aumenta ou diminui o fornecimento de potência elétrica ao elemento sensor usando um espelho de corrente. O equilíbrio entre a potência que entra no sensor e a que sai permite estimar a radiação incidente ou a velocidade de fluidos. A utilização do espelho de corrente proporciona vantagens técnicas tais como tempo de resposta mais rápido, maior precisão de controle e menor consumo quando comparado com outras arquiteturas.

Energia solar no RN

Pesquisas como essa do grupo da UFRN na área da energia solar têm importância natural por sua relação com a necessidade atual de se gerar energia limpa, gratuita, renovável e que contribua para a diminuição dos impactos ambientais. Contudo, para o Rio Grande do Norte, é necessário acrescentar o aspecto da perspectiva de incremento econômico que os investimentos são capazes de propiciar, já que o estado é um dos que possui maior incidência solar no Brasil, sobretudo devido à sua proximidade com a linha do Equador.

Para termos uma ideia, o Rio Grande do Norte conta com níveis anuais de irradiação que atingem 20 megajoules (MJ) por metro quadrado (m²), segundo o Atlas Solarimétrico do Brasil. Tecnicamente, quanto maior a incidência de radiação solar sobre as placas solares, maior será a quantidade de energia elétrica produzida. Para efeito comparativo, os números registrados no RN são superiores em 40% ao melhor local para produção de energia solar na Alemanha, uma das nações líderes mundiais na geração solar fotovoltaica.

Simplificadamente, o funcionamento do sistema acontece da seguinte forma: a captação da luminosidade é feita por meio das placas fotovoltaicas. A energia solar captada é enviada para o inversor fotovoltaico, que realiza a conversão de corrente contínua em alternada para alimentar os equipamentos eletrônicos que estão na rede da distribuidora. Os investimentos em energia solar no Rio Grande do Norte superaram a marca dos R$ 543 milhões em 2021. A perspectiva é de que em 2022 esse número supere R$ 1 bilhão. Dados da Associação Potiguar de Energias Renováveis (Aper) mostram que a potência instalada da energia solar no RN mais do que dobrou de 2020 para 2021, de 49,8 megaWatt-pico (MWp) para 108,6 MWp.

Fonte: AGIR/UFRN