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

Veja que o sensor com Termopilha é o que abrange o maior espectro de Luz Solar:

https://en.wikipedia.org/wiki/Pyranometer

Nycollas boa tarde,

Qual é o seu objetivo em construir um Piranômetro? Medir a irradiância solar para controle da produção de energia com painéis solares? 

Veja que interessante:

Pyranometer fotoelétrico - célula fotovoltaica 

Construído por volta da década de 2000 simultaneamente com a expansão dos sistemas fotovoltaicos, o piranômetro fotovoltaico é uma derivação do piranômetro de fotodíodo. Ele respondeu à necessidade de uma única célula fotovoltaica de referência ao medir a potência da célula e dos módulos fotovoltaicos. [5] Especificamente, cada célula e módulo é testada por meio de testes de flash por seus respectivos fabricantes, e os piranômetros de termopilhas não possuem a velocidade de resposta adequada nem a mesma resposta espectral de uma célula. Isso criaria uma incompatibilidade óbvia ao medir a potência, que precisaria ser quantificada. [6] [7] Nos documentos técnicos, esse piranômetro também é conhecido como "célula fotovoltaica de referência".

Um piranômetro fotoelétrico, modelo LM1-C2

A parte ativa do sensor é composta por uma célula fotovoltaica que trabalha em condições de curto-circuito. Como tal, a corrente gerada é diretamente proporcional à radiação solar que atinge a célula em uma faixa entre 350 nm e 1150 nm. Quando investido por uma radiação luminosa na faixa mencionada, produz corrente como conseqüência do efeito fotovoltaico . Sua sensibilidade não é plana, mas é a mesma da célula fotovoltaica de silício. Veja o gráfico Resposta espectral.

Design 

Um piranômetro fotovoltaico é montado essencialmente com as seguintes peças:

  • Um recipiente metálico com uma equipe de fixação
  • Uma pequena célula fotovoltaica
  • Eletrônica de condicionamento de sinais

Sensores de silício, como o fotodiodo e a célula fotovoltaica, variam a saída em função da temperatura. Nos modelos mais recentes, os eletrônicos compensam o sinal com a temperatura, removendo a influência da temperatura dos valores de irradiância solar. Dentro de vários modelos, o gabinete abriga uma placa para a amplificação e condicionamento do sinal .

Uso 

Os piranômetros fotovoltaicos são usados ​​em simuladores solares e em conjunto com sistemas fotovoltaicos para o cálculo da potência efetiva do módulo fotovoltaico e do desempenho do sistema. Como a resposta espectral de um piranômetro fotovoltaico é semelhante à de um módulo fotovoltaico, também pode ser usada para o diagnóstico preliminar de mau funcionamento em sistemas fotovoltaicos.

O objetivo em si é construir uma estação solarimétrica de baixo custo apenas para fins academicos mesmo. Vou dar uma olhada no material que mandou, valeu!!

Nycollas,

Eu concordo com o Gustavo. O LDR não é a melhor escolha para essa medição.
Você pode pensar em utilizar uma célula solar pequena como referência. Dê preferência a uma de silício, para que tenha uma resposta espectral próxima aos painéis que você pretende comparar. Dessa forma, seu projeto continua simples, mas com melhores resultados.

Outro ponto é que pelo datasheet do LDR você está medindo luminância (lumens/m2), não Irradiação (W/m2). Lumens dependem da função de absorção do olho humano, portanto as frequências que não são visíveis para nós, mas que contribuem para a potência nos painéis, não são computadas. Nesse caso você precisaria converter tudo isso baseado nos espectros de absorção.

Boa sorte! Parece um projeto bem interessante.

Boa noite

Utilizei este artigo academico para meu TCC, e funcionou no meu caso retornando valores de iradiação bem aceitaveis,  utilizei um arduino com referencia interna de 1.1V.

Os problemas que tive foram ajustar o potenciometro desse sensor LDR, e percebi que em um tempo curto o sol queima a superficie do sensor prejudicando a leitura.

Bom dia Ivo, 

Você fez aferições do seu projeto com um outro Piranômetro?

Esta muito claro para mim, nas pesquisas que eu fiz, que não se deve usar um LDR para fazer medições de irradiância solar. Na verdade você deve ter feito medições de iluminância. 

http://www.bosontreinamentos.com.br/eletronica/curso-de-eletronica/...

Boa tarde, 

Não consegui um piranômetro para comparação, comparei com valores do INPE, e fiz observaçãoes empericas, onde os valores obtidos com o LDR eram compativeis com horario, céu limpo, céu claro ETC..

Eu acho que o uso do LDR é valido pelo seu custo e disponibilidade comparado a um piranômetro(caro e dificil de se encontrar) e porque ela da uma correlação da iluminância com a irradiância, uma estimativa a um custo muito baixo. Creio que se levar em conta a iluminância do céu, dia, horario, altitude, posição geografica e condição climatica podemos fazer uma correlação bem aproximada da irradiância solar.

Boa tarde Ivo, 

Concordo com o que você disse sobre a relação feita entre a iluminância e a irradiância, e sim é possível estabelecê-la quando há um parâmetro de comparação, ou seja, um piranômetro para que você possa verificar se seus dados estão corretos. 

Bom eu acabei solucionando todo o meu problema, que era basicamente a má resposta que o modulo ldr dá quando é alimentado a 3,3V. Refiz a alimentação dele com 5V e agora os dados estão excelentes, condizentes com os artigos e monografias que li para realizar o projeto. 

Caso seja necessário, podem fechar o tópico. Agradeço a todos que trouxeram informações e assim puderam me ajudar!!! Abraços!

Boa tarde José Murta, para um piranómetro de baixo custo você recomenda usar uma célula fotovoltaica monocristalina ?

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