Sistemas de caracterização de elementos sensores para radiômetros fotovoltaicos - Tiago Franca Paes (2012)
O estudo da radiação solar tanto no âmbito terrestre quanto fora da atmosfera é de fundamental importância para a compreensão das mudanças climáticas do planeta e otimização de sistemas de geração de energia. Trabalhos de caracterização de elementos sensores para uso em satélites ou em radiômetros vêm sendo desenvolvidos no Grupo de Células Solares (CELSOL) do Laboratório Associado de Sensores e Materiais (LAS) localizado no Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). O objetivo deste trabalho foi de aprimorar os sistemas de caracterização para análise e estudos dos elementos sensores dos radiômetros fotovoltaicos desenvolvidos no laboratório. O Grupo dispõe de três sistemas de caracterização de dispositivos fotovoltaicos. Um sistema de curva de corrente por tensão (IxV) composto por um simulador solar da Oriel classe CBA que opera com lâmpada de alta pressão de xenônio de 1000 Watts que reproduz o espectro solar fora da atmosfera (AM0) e terrestre na superfície (AM 1.5G) que, associado à outros equipamentos, possibilita a determinação de parâmetros relacionados ao desempenho de sensores fotovoltaicos tais como corrente de curto-circuito, tensão de circuito aberto, corrente de máxima potência, tensão de máxima potência, eficiência e o fator de preenchimento. Uma bancada óptica para medida da resposta angular por luz incidente que permite obter a resposta à lei dos cossenos, composto por fontes com lâmpadas de descarga elétrica de Hg(Xe) e de filamento (W) de 500 e 1000 Watts respectivamente, um tubo colimador de feixe de 2,85m com 6 íris, sendo a sua última ajustável entre 1 à 40mm e um suporte da célula que permite ajustar o ângulo de incidência da luz de $0°$ à $180°$. Um sistema de medida de responsividade espectral, composto por uma fonte com lâmpada de filamento (W) de 250 Watts, um monocromador Oriel, um amplificador Lock-in e um chopper. A partir das medidas de corrente por potência incidente [A/W], para cada comprimento de onda, é possível determinar a curva de resposta espectral dos detectores. Para validar os sistemas de medidas do laboratório foram caracterizadas de acordo com normas técnicas, diferentes amostras de elementos sensores voltados para os radiômetros desenvolvidos no laboratório tais como: células solares espaciais e terrestres, nacionais e importadas, fotodiodos de silício, que respondem na faixa espectral do visível e do infravermelho próximo, e fotodiodos de dióxido de titânio, que respondem somente à radiação ultravioleta. Os resultados medidos foram analisados e comparados com os dados informados pelos fabricantes dos dispositivos fotovoltaicos confirmando a capacidade do laboratório do CELSOL para caracterização e calibração de sensores fotovoltaicos.