Como a inclinação dos raios solares?

Inclinação do Painel Solar Fotovoltaico

A inclinação do painel solar fotovoltaico, ou seja, a forma com estarão dispostos no telhado é um dos fatores mais importantes da instalação.

Em suma, a melhor disposição é aquela que mais aproveita os raios solares e propícia a melhor condição para o efeito fotovoltaico acontecer.

Apesar de parecer muito simples, este é um detalhe que poucos instaladores conhecem e saber disso com certeza é um diferencial no mercado.

Para entender a melhor posição para o melhor aproveitamento dos raios solares, precisamos entender primeiro a forma que eles chegam à Terra.

Devido ao formato da Terra, cada local recebe um nível de radiação solar diferente e que varia ao longo do ano.

Essa variação é decorrente do movimento translacional que a Terra faz ao redor do Sol durante o ano.

Para entender o impacto desse movimento translacional na produção do seu sistema solar fotovoltaico, é importante compreender os seguintes conceitos.

Ângulo Azimutal

Este é o ângulo de orientação dos raios solares de acordo com o norte geográfico. Ao longo do dia, o Sol varia esses ângulos azimutais.

A instalação correta dos módulos fotovoltaicos deve considerar o movimento que o Sol realiza diariamente de forma a otimizar a captação da luz solar.

Por exemplo, um módulo instalado com sua face voltada para o oeste, fará o aproveitamento ideal somente no período da tarde.

No período da manhã, terá pouco aproveitamento, variando de acordo com a inclinação do telhado e/ou estrutura de fixação do módulo.

No hemisfério sul (localização geográfica do Brasil), o ideal é instalar os módulos fotovoltaicos com suas faces orientadas para o Norte. Isso melhorará o aproveitamento dos raios solares ao longo de todo o dia.

Declinação Solar

É o ângulo dos raios solares, em relação ao plano na linha do Equador. Esse ângulo varia de acordo com os meses.

Nos meses de solstícios (início do verão e inverno), o ângulo de declinação é máximo e nos equinócios (início da primavera e outono) é zero, ou seja, paralelos à linha do equador.

Assim sendo, a “altura do Sol” no céu é maior nos dias de verão e menor nos dias de inverno (ficando mais próximo da linha do horizonte).

Isso faz com que a intensidade da luz solar varie ao longo do ano, tendo os picos nos meses do verão.

Ângulo de inclinação ideal

Não existe um entendimento geral sobre a melhor forma de definir o ângulo ideal de inclinação de um módulo fotovoltaico.

Porém, através da latitude de onde será instalado o sistema é possível determinar o ângulo  mais próximo do ideal.

Por recomendação, seguimos a seguinte definição para determinar o melhor ângulo de inclinação dos módulos:

Portanto você precisa consultar a latitude do local onde será realizada a instalação para assim determinar o ângulo de inclinação ideal para sua estrutura de fixação.

Para realizar essa consulta a ferramenta do Google Maps é uma excelente alternativa. Abaixo, te mostro o passo-a-passo de como chegar na latitude.

1º  – Abrir o Google Maps;

2º – Pesquisar o local onde será realizada a instalação;

3º – Clicar com o botão direito e escolher a opção “O que há aqui? ”

Após realizar esse procedimento irá aparecer um box contendo a latitude e longitude do local, respectivamente.

OBS: A latitude é o número a esquerda.

Feito isso basta consultar a tabela que você terá o ângulo de inclinação ideal para o seu sistema fotovoltaico.

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Introdução

Para cada sistema fotovoltaico (FV) e para cada local de destino será necessário fazer algumas alterações na inclinação, levando em conta de algumas considerações a respeito do local, onde o mesmo será instalado e também a respeito da quantidade de energia envolvida necessária.

Para isso, um projeto bem elaborado por profissionais competentes pode vim a durar décadas sem perder a qualidade de produção a baixo custos de manutenção, podendo ter um custo inicial mais alto do que um sistema mal projetado a uma qualidade superior em termos de projeto e componentes. Porém, com melhores retornos, produzindo mais energia e custando menos para manter.

Então, a SIE visando seu compromisso com o cliente sempre está em busca do equilíbrio entre a qualidade e o desempenho para que o sistema fotovoltaico tenha uma boa relação custo benefício. Para projetar esses sistemas com uma boa relação custo benefício alguns conhecimentos são necessários, estes são listados abaixo:

A Trajetória do sol

É fundamental compreender o Sol e a sua relação com a superfície da Terra, essa interação é de grande importância para projetar um sistema FV. O Sol emite energia radiante e essa energia alcança a superfície da Terra. Insolação é o indicador dessa energia que alcança determinada área da Terra durante um período de tempo determinado.

A quantidade utilizável de radiação solar disponível no local depende de alguns fatores listados a seguir:

• Para a condições do local: As condições locais, podem ser árvores e obstruções que venham a causar possíveis sombreamentos aos raios solares. Como também, outras condições podem incluir poeira, sujeira ou poluentes locais transportados pelo ar, como resíduos de diesel ou querosene, fluxo de ar.

• Clima: O tempo nublado diminui a concentração da radiação solar e a neve pode cobrir os painéis solares, diminuindo o desempenho.

• Latitude: A localização no planeta afeta o ângulo da luz solar e, com isso, a quantidade de radiação solar.

Incidência nos Módulos Fotovoltaicos

A qualidade da radiação solar e a quantidade de luz solar disponível em um dado local na Terra dependem dos seguintes fatores:

• A trajetória da Terra em torno do Sol: A órbita da Terra faz com que a luz solar atinja uma superfície no planeta em ângulos e intensidades variados, de hora em hora, diária, mensal, sazonal e anualmente.

• Órbita elíptica: A Terra gira em torno do Sol em uma elipse, o que traz a Terra para mais perto e mais longe do Sol.

• Eixo: Durante o inverno no hemisfério Norte, o polo Norte aponta para longe do Sol, e o polo Sul aponta para o Sol. Isso resulta em diferenças na energia disponível entre os polos Norte e Sul.

Inclinação e Rotação

A Terra gira em um eixo com ângulo de 23,5 graus, aproximadamente. Essa inclinação causa dias mais longos e mais curtos em épocas do ano diferentes. Como também, do equinócio da primavera até o equinócio do outono, o hemisfério Norte tem dias mais longos, enquanto o hemisfério Sul tem dias mais curtos. Durante o verão, o hemisfério Norte se inclina para o Sol no eixo da Terra.

Os equinócios da primavera e do verão são os dois dias do ano durante os quais as horas do dia e da noite são iguais. Então, o polo Norte da Terra começa a apontar para longe do Sol e o hemisfério Sul tem dias mais longos, do equinócio do outono até o equinócio da primavera. Os dias mais longos ocorrem durante os meses do verão em ambos os hemisférios.

A quantidade e a densidade de luz solar que um local recebe varia drasticamente em intervalos do ano. Os dias mais curtos são provocados pela rotação da Terra em seu eixo e sua posição na elipse. Esse fato, por sua vez, provoca uma redução drástica na quantidade de radiação solar que um local recebe. A órbita elíptica da Terra afeta o ângulo que os raios solares devem percorrer para chegar à Terra e, com isso, limita a intensidade dos raios.

Ângulo de Incidência

O ângulo, ou inclinação, e a orientação da superfície irradiada afetam as horas solares totais. As superfícies horizontais são mais irradiadas pela luz solar com valores mais altos porque o Sol tem um ângulo de incidência menor à medida que a luz solar se aproxima de atingir o painel na perpendicular durante os meses do verão.

Durante os meses de inverno, as superfícies verticais têm mais insolação porque os raios solares atingem essas superfícies em ângulos menores. As horas solares variam de local para local, latitude para latitude e ambiente para ambiente.

Algumas ferramentas práticas como a Carta Solar são utilizadas para obtenção de algumas informações como o indicie de radiação, sombreamento, melhor orientação. Onde através do deslocamento do Sol, com base num sistema de coordenadas esféricas, permite representar a cada hora a posição do Sol no céu. O site SunEarthTools disponibiliza essa ferramenta para visualização da Carta Solar, para efeitos de visualização, temos a seguinte carta solar representada na Figura 1 para a cidade de João Pessoa:

A linha superior representa o Solstício de inverno, onde os dias são mais curtos, correspondendo ao solstício de 21 de junho. A capacidade de geração dos painéis nesse dia atinge o mínimo anual devido essa baixa radiação solar. Por outro lado, no solstício de 21 de dezembro, linha inferior da carta solar, os dias possuem maior duração. Nesse dia, a geração de energia dos painéis fotovoltaicos tende a ser a máxima anual.

Orientação ao Módulo

Os módulos FV são mais eficazes quando estão perpendiculares aos raios solares. Entretanto, o posicionamento horizontal é tentador pela simplicidade, mas realmente não é o melhor posicionamento para a produção de energia. O posicionamento horizontal faz com que os módulos FV acumulem sujeira e resíduos, dificultando a autolimpeza desses módulos durante as chuvas.

Os sistemas de rastreamento estão disponíveis para a montagem do módulo FV. Esses sistemas movimentam os módulos para seguir a radiação solar. Os sistemas de rastreamento melhoram os níveis de rendimento energético dos módulos FV em até 20%. Os rastreadores de eixo simples acompanham o Sol de leste a oeste. Os rastreadores de eixo duplo acompanham o Sol de leste a oeste e seguem os seus movimentos à medida que sobe ou desce no céu.

Ângulos de Inclinação

A colocação dos módulos fixos em um ângulo igual à latitude do local ajuda a obter a produção anual máxima de energia. Entretanto, a realidade é que na maioria das vezes o projeto do telhado, a estética e a preferência do cliente vão determinar a inclinação com mais frequência do que qualquer outra consideração. A figura 2 ilustra o posicionamento de paines solares fixo a um telhado com a orientação sudoeste e inclinação de aproximadamente 35°, o mais próximo possivel da latitude local para a cidade de João Pessoa, PB.

Com isso, alterar o ângulo de inclinação duas ou quatro vezes ao ano, com as estações, parece uma ótima maneira de maximizar o rendimento durante o ano. Com isso, com o passar do tempo os clientes se cansam de mudar e deixam os painéis em uma inclinação que, na realidade, pode diminuir o desempenho. Para isso, os condutores e outros componentes se desgastam mais depressa quando movimentados regularmente.

Como também, o cliente também corre o risco de quebrar os painéis de vidro e danificar outros componentes sensíveis do sistema. Então, embora um cliente possa melhorar marginalmente o desempenho, esse desgaste adicional aumentará os custos de manutenção ao longo do tempo.

Referências

BALFOUR, John; SHAW, Michael; NASH, Nicole Bremer. Introdução ao projeto de sistemas fotovoltaicos. Rio de Janeiro: LTC, 2016.

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