Irradiância Solar W/m² utilizando LDR sensor

Boa tarde,

Estou realizando um projeto baseado num artigo sobre a construção de uma estação solarimétrica de baixo custo com finalidade de medir Temperatura, Umidade e Irradiância Solar (W/m²).

Os dados são medidos pelos sensores conectados ao microcontrolador ESP32 e enviados para um database que eu posso acessar e gerar gráficos utilizando o google charts com os valores e a hora que foi medido.

Para temperatura e umidade, utilizei um sensor DHT11 e funciona perfeitamente.

Para medir a Irradiância Solar utilizei um módulo sensor LDR analógico, conectado a porta analógica do ESP32 (esse micro utiliza 3,3V e 12 bits).

Meu problema é que os valores que eu obtenho dessa leitura são valores muito altos de irradiância, como podem ver no gráfico abaixo. Os valores usuais são próximos a 1000 W/m², como pode ser visto nas referências.

Valores medidos pelo meu modulo LDR:
(Essa curva começa as 11:40h e termina as 17:00h)
https://imgur.com/et3hz15

Valores comuns de referência:
https://imgur.com/OTQK7NK

https://imgur.com/TyAyNAD


Vou colocar aqui o código que estou utilizando para fazer a leitura do LDR:


//LDR
float ldr;
float tensao;
float tensao2;
float rad;

//IRRADIANCIA
    ldr = analogRead(34); //porta analógica conectada ao pino GPIO 34
    Serial.print("ldr: ");
    Serial.println(ldr);
    tensao = ldr*(3.3/4095.0); //a conversão de 12bits para escala de 0V a 3,3V   
    Serial.print("tensao: ");
    Serial.println(tensao);
    tensao2 = tensao*(5.0/3.3); // a conversão da escala de 3,3V para 5V
                                              // o trabalho de referência utiliza arduino, que trabalha em 5V
    Serial.print("tensao2: ");
    Serial.println(tensao2);
    rad = 4464.9*exp(-17.73*tensao2);  //a equação de conversão de tensão em                                             //irradiancia solar W/m²
    Serial.print("rad: ");
    Serial.println(rad);


O módulo LDR que estou utilizando:
https://imgur.com/5x1EWpG

O trabalho de referência que estou utilizando:
MEDIÇÃO DE RADIAÇÃO SOLAR GLOBAL UTILIZANDO SENSOR LDR

https://revistas2.uepg.br/index.php/ret/article/view/11382/20920920...


Enfim, se alguém puder me ajudar a identificar em que estou errando para minhas medidas não estarem condizentes ao trabalho, por favor, responda ao tópico. Sou novo no fórum e não sei se o post está correto, desde já desculpas qualquer coisa.

Muito obrigado!!

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Respostas a este tópico

Bom dia Sr. N,

tenho por pratica não comentar em tópico onde o garagista posta o sketck na área de texto do tópico.

Mas com o Sr. postou somente um pedaço com fins explicativos, vou reconsiderar.

O que faltou foi mais informações de como está usando este módulo:

    1. Com que voltagem está alimentando está modulo, com  5 V ou com 3,3 V?

    2. Qual saída do modulo está usando, DO (Digital) ou AO analógica?

RV

Foi mal a parte do código, nao entendi muito bem como colocar ele aqui adequadamente.

Está alimentado com 3,3V, que é o fornecido pelo ESP32, e utilizo a saída analógica já que preciso de níveis e não apenas de saída lógica 0 ou 1.

Obrigado

Bom dia, 

Usar um LDR comum para medir irradiância Solar? Isso é possível? Isso é confiável? 

Muita gambiarra no meu ponto de vista! 

Primeiro passo! Onde está o datasheet do sensor LDR??  O cara do projeto nem citou as informações do datasheet. 

Você tem que estudar as características do sensor para saber se é possível medir irradiância com ele. 

LDR datasheet (veja se é igual ao seu) :

Datasheet_LDR.pdf

Compare com esses outros sensores:

HOBOnet PAR Sensor
HOBOnet Solar Radiation (Silicon Pyranometer) Sensor
Photosynthetic Light (PAR) Smart Sensor
Solar Radiation (Silicon Pyranometer) Smart Sensor

Existem sensores mais confiáveis do que o DHT11.

Procure no Lab de Garagem. 

Veja esse outro projeto sobre irradiância. Também não sei se o sensor é confiável: 

http://labdegaragem.com/forum/topics/amplificador-ad822an-single-su...

Não é gambiarra visto que está em artigos científicos, TCCs e outros. Inclusive citei o link do projeto e sua eficácia e comprovação. Não há problema algum no meu sensor DHT11, o foco é o módulo LDR.

Nycollas, 

O artigo "científico" se contradiz ao informar que: 

"O piranômetro é o instrumento utilizado na medição de radiação global, incidente normalmente ao plano horizontal, e em alguns casos são utilizados para estimar a radiação difusa (PALMIERI, 2009). Pode-se classificar os piranômetros em dois tipos básicos, a saber, o piranômetro termoelétrico e o piranômetro fotovoltaico.

O dispositivo termoelétrico utiliza como sensor uma termopilha inserida no interior de duas semiesferas de vidro concêntricas, e está ilustrado na Figura 1.Figura 1–Piranômetro termoelétricoFonte: CRESESB, 2014A termopilha utilizada como sensor é constituída por uma por vários termopares dispostos em série, posicionando a junção quente enegrecida para o lado do sol, e a junção fria para a parte inferior (CRESESB, 2014). A diferença de potencial produzida nos termopares é convertida em W/m², medindo assim o valor instantâneo da radiação solar global. A disposição da termopilha está melhor ilustrada na Figura 2.Figura 2–Disposição termopilha no piranômetro termoelétricoFonte: JUCÁ, 2013.

O piranômetro do tipo fotovoltaico é constituído por uma célula fotovoltaica de silício monocristalino, que ao ser iluminada gera uma corrente elétrica, proporcional à radiação solar incidente em W/m², e está ilustrado na Figura 3."

Tomando este fato como princípio, a presente pesquisa baseia-se na comparação da diferença de potencial criada em um sensor LDR (Light Dependent Resistor) e a radiação solar em W/m² incidente no mesmo.Um sensor LDR, também chamando de fotoresistor, varia sua resistência conforma a incidência de luz sobre este, variando portanto a diferença de potencial gerada em seus terminais. Quanto maior a luminosidade, menor a resistência, consequentemente, quanto menor a luminosidade, maior a resistência. "

Um fotoresistor não é a mesma coisa que uma célula fotovoltaica e muito menos uma termopilha! 

Vai por mim. Sei o que eu estou afirmando. 

Estou querendo lhe ajudar....

Características de um sensor Piranômetro HOBO S-LIB-M003

Traduzindo:

https://www.onsetcomp.com/files/manual_pdfs/6708-F%20MAN-S-LIB.pdf

Características espectrais


Este sensor usa um fotodiodo de silício para medir a energia solar por unidade de área (watts por quadrado metro). Os fotodiodos de silício não são ideais para uso como sensores de radiação solar e o fotodiodo neste piranômetro de silício não é uma exceção (ver Gráfico A). Um piranômetro ideal tem igual espectral resposta de 280 a 2800 nm. No entanto, quando calibrado corretamente e usado corretamente, o O sensor inteligente de piranômetro de silício deve ter bom desempenho na maioria das situações.

O sensor é calibrado para uso sob luz solar (um Eppley Precision piranômetro espectral é usado como padrão de referência). Consequentemente, se o sensor for usado sob luz solar natural, os erros de medição serão pequenos. Observe que erros significativos pode resultar do uso do sensor sob luz artificial, dentro de copa de plantas, em estufas ou quaisquer outras condições em que o conteúdo espectral difere da luz solar.

Sr. N,

para anexar um arquivo contendo um código, proceda da seguinte forma:

escolha o arquivo no seu pc e de ok.

Voltando ao seu projeto:

Quais valores são impressos por esta linha: Serial.println(ldr);?

Principalmente os valores de qdo estão fora dos limites que você acha corretos.

RV

PS:  Coloquei seus cálculos numa planilha Excel e simulei 3 situações com o LDR,

obtendo os resultados da ultima linha.

Seu algorítimo está correto?

LDR Datasheet https://components101.com/sites/default/files/component_datasheet/L...
Formula usada 4464.9*exp(-17.73*tensao2);
Resistor Modulo 10000  Ohms
Alimentação 3,3 V
LDR 
Qtde de luz 1000Lux 10Lux Dark 
Resist. LDR Ohms 400 9000 10000000
Resist TT circuito 10400 19000 10010000
Corrente Circuito 0,000317308 0,000173684 3,2967E-07
Tensão1 (LDR) 0,126923077 1,563157895 3,296703297
Valores de  tensão1 0,126923077 1,563157895 3,296703297
Valores calculados  de  tensão2 0,19231 2,36842 4,99500
     
-17.73*tensao2 -17,73 -3,409615385 -                                     41,99 -                                     88,56
Exp(-17.73*tensao2)     0,033053910974066800     0,000000000000000001     0,000000000000000000
4464.9*exp(-17.73*tensao2); 4464,9          147,58240710811100              0,00000000000000              0,00000000000000

o serial print ldr me da valores de 0 a 4095, sendo o 4095 quando está totalmente escuro sobre o ldr. A conta e o codigo vem da monografia e do artigo que estudei, nao acho que digitei errado kkkk Sinto que quando tem muito sol ele da valores muito altos, diferente do observado no artigo, sendo que é o mesmo modulo e calculo realizado. Também nao creio que seja a alimentação do modulo pq ele funciona tanto em 3,3v e 5v. Vou dar uma olhada melhor sobre a relação de lux e w/m2. Valeu!!!!

Nas minhas leituras, os especialistas informam que não se deve usar um luximetro para medir Irradiância solar. Apesar de algumas pessoas afirmarem que isso é possível. 

Prefiro acreditar nos especialistas. 

https://www.researchgate.net/post/What_type_of_sensor_or_meter_shou...

Informações importantes sobre Piranômetro:

https://cdn02.duxcloud.com.br/hukseflux/products/12/files/datasheet...

https://cdn02.duxcloud.com.br/hukseflux/products/12/files/manual-do...

Traduzindo (me empolguei com o assunto). 

SR11 mede a radiação solar recebida por uma superfície plana a partir de um campo de visão de 180o
ângulo. Esta quantidade, expressa em W / m2 , é chamada radiação solar "hemisférica".
Trabalhando completamente passivo, usando um sensor de termopilha, o SR11 gera uma pequena saída
tensão proporcional a esse fluxo. Só pode ser utilizado em combinação com uma sistema de medida. O instrumento é classificado de acordo com a ISO 9060 e deve ser usado de acordo com as práticas recomendadas da ISO, IEC, WMO e ASTM.

SR11 é um sensor de radiação solar aplicado em observações gerais de alta precisão. Ele mede a radiação solar recebida por uma superfície plana a partir de um ângulo de 180o do campo de visão. Esta quantidade, expressa em W / m2 , é chamada radiação solar "hemisférica". SR11  piranômetro pode ser empregado ao ar livre sob o sol, bem como em ambientes fechados com simuladores solares baseados em lâmpadas. Sua orientação depende da aplicação e pode ser horizontal, inclinado (para o plano de radiação da matriz) ou invertido (para radiação refletida). Em combinação com o software certo, também a duração da luz do sol pode ser medida.

A equação central que governa SR11 é: E = U / S

Quantities                 Symbol       Unit 


Voltage output              U             V
Sensitivity                     S             V/(W/m2)
Temperature                 T             °C
Electrical resistance     Re           Ω
Solar irradiance             E            W/m2
Solar radiant exposure  H            W∙h/m2
Time in hours                h              h

O nome científico do SR11 é piranômetro. Um piranômetro mede a radiação solar recebido por uma superfície plana a partir de um ângulo de campo de visão de 180 °. Esta quantidade, expressa em W / m2 , é chamada radiação solar "hemisférica". O espectro de radiação solar se estende aproximadamente de 285 a 3000 x 10-9 m. Por definição, um piranômetro deve cobrir faixa espectral com uma seletividade espectral o mais "plana" possível.

Em uma medição de irradiância, por definição, a resposta à radiação de "feixe" varia de acordo com o cosseno do ângulo de incidência; ou seja, deve ter resposta completa quando a energia solar radiação atinge o sensor perpendicularmente (normal à superfície, sol no zênite, ângulo de 0 ° (incidência zero), resposta zero quando o sol está no horizonte (ângulo de incidência de 90 ° zênite) e 50% de resposta completa no ângulo de incidência de 60 °. Um piranômetro deve ter a chamada "resposta direcional" (documentos mais antigos mencionam “Resposta do cosseno”) o mais próximo possível da característica ideal do cosseno.

Verificação rápida do instrumento

1. Verifique a resistência elétrica do sensor entre o fio verde (-) e branco (+).Use um multímetro na faixa de 200 Ω. Meça a resistência do sensor primeiro com um polaridade, do que inverter a polaridade. Pegue o valor médio. A resistência típica da fiação é de 0,1 Ω / m. A resistência típica deve ser a resistência típica do sensor de 40 a 60 Ω mais 1,5 Ω para a resistência total de dois fios (frente e verso) de cada 5 m. Infinito resistência indica um circuito quebrado; zero ou baixa resistência indica um curto-circuito.


2. Verifique se o sensor reage à luz: coloque o multímetro na faixa mais sensível de Medição de tensão CC, normalmente na faixa de 100 x 10-3 VCC ou inferior. Expor o sensor a uma fonte de luz forte, por exemplo, uma lâmpada de 100 W a 0,1 m de distância. O sinal deve ler> 2 x 10-3 V agora. Escureça o sensor colocando algo sobre ele ou apagando a luz. A saída de tensão do instrumento deve diminuir e dentro de um aproximação por minuto 0 V.


3. remova a proteção solar usando a chave sextavada (consulte o capítulo sobre instalação da proteção solar).
tela). Inspecione o nível da bolha.


4. Inspecione o instrumento quanto a danos.


5. Verifique se o indicador de umidade está azul. A cor rosa indica que não está seca, mas úmido: neste último caso, substitua o dessecante (consulte o capítulo sobre manutenção).

Tabela 5.4.1 Requisitos para aquisição de dados e equipamentos de amplificação para SR11 em a configuração padrão:


Capacidade de medir pequenas voltagens sinais de preferência:    incerteza de 5 x 10-6 V
Requisito mínimo:    incerteza de 20 x 10-6 V
(válido para toda a faixa de temperatura esperada do equipamento de aquisição / amplificação)

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