Todas as informações e os requisitos técnicos indispensáveis para dimensionamento de uma usina fotovoltaica (parte 1)

Uma usina fotovoltaica é constituída por um conjunto de módulos (painéis) fotovoltaicos, para além de uma componente elétrica (cabos) e uma componente eletrônica (inversores). Os módulos aproveitam a energia solar incidente a fim de produzir energia elétrica mediante o efeito fotovoltaico.
O objetivo das usinas fotovoltaicas é atingir poupanças significativas para a estrutura atendida.

O uso desta tecnologia deriva da necessidade de combinar vários fatores:
• compatibilidade com exigências de tipo arquitetônico e de proteção ambiental
• eliminação da poluição sonora
• poupança de combustível fóssil
• produção de energia elétrica livre da emissão de poluentes

Neste artigo iremos ilustrar os requisitos e as características indispensáveis para o dimensionamento de uma usina fotovoltaica.

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Posição aparente do Sol

Dado que a Terra gira em torno de si mesma, de Oeste para Leste, e que não nos percebemos deste movimento, temos a impressão de que seja a esfera celeste a girar na direção oposta, ou seja de Leste para Oeste, levando consigo todas as estrelas incluindo o Sol.

Por via da inclinação do eixo terrestre, em relação ao plano da órbita, o Sol aparece, de estação para estação, em alturas diferentes sobre o horizonte.

Esta impressão incorreta, que influenciou a visão do mundo e do céu por milhares de anos, é contudo tão confortável que ainda hoje é utilizada para descrever, de forma simples e intuitiva, o que acontece no céu.

Radiação solar

A expressão “radiação solar” refere-se ao fluxo de energia emitido pelo sol e absorvido pela crosta terrestre.

Radiação terrestre

Radiação solar em terra

Radiação solar em terra

Ao atravessar as camadas da atmosfera, a radiação solar acaba por sofrer vários efeitos: uma parte dela é refletida em direção do espaço; outra é difundida em todas as direções; outra é absorbida; outra enfim, conhecida como radiação solar direta, chega diretamente à superfície terrestre.

Site de instalação

O dimensionamento energético da usina fotovoltaica, ligado à rede do distribuidor, é executado tendo em consideração os seguintes aspetos, para além da disponibilidade económica:

• disponibilidade de espaços nos quais instalar a usina fotovoltaica
• disponibilidade da fonte solar
• aspetos morfológicos e ambientais (sombreamento e albedo)

Identificação dos espaços onde instalar a usina fotovoltaica

Em primeiro lugar é preciso escolher os espaços nos quais colocar os módulos fotovoltaicos. Geralmente, no caso de instalações civis, tenta-se colocar os painéis por cima das águas da cobertura. Se for possível, prefere-se uma instalação integrada na cobertura. É, portanto, preciso identificar a água exposta para SUL.

A exposição ideal é aquela que coincide com o SUL integral: a produtividade máxima será então obtida com azimute igual à 0 graus. Para além disso, é necessário definir a inclinação ideal dos painéis em relação ao plano horizontal: este valor é conhecido como tilt. Geralmente os valores máximos de produtividade obtêm-se com tilt = latitude -10°.

Superfície exposta em toda parte

Para avaliar de forma correta os ganhos solares é necessário calcular a radiação solar direta e difundida que afeta cada superfície do edifício, ou em qualquer caso inclinada.

Azimute e ângulo de tilt

Azimute e ângulo de tilt

Disponibilidade da fonte solar

A disponibilidade da fonte solar para o site de instalação tem que ser verificada usando os dados relativos a valores diários médios mensais da irradiação solar no plano horizontal.

Produção media mensal energia fotovoltaica

Produção media mensal energia fotovoltaica

Aspetos morfológicos e ambientais (sombreamento e albedo)

Os efeitos de proteção produzidos por volumes no horizonte, devidos à elementos naturais (áreas elevadas, arvores) ou artificiais (edifícios), implicam a redução de ganhos solares e o tempo de retorno do investimento.

Classificação das usinas fotovoltaicas

Eis alguns conceitos básicos para o dimensionamento das usinas fotovoltaicas:

• módulos fotovoltaicos:

dispositivos que transformam energia solar em energia elétrica

• controlador de carga:

dispositivo que protege os acumuladores (regula o carregamento e descarregamento dos mesmos)

• acumuladores:

dispositivos para armazenar a energia da usina fotovoltaica a fim de fornecer-la aos usuários quando os módulos não são capazes de produzir-la por falta de irradiação solar

• inversores:

dispositivo que converte a corrente contínua proveniente dos módulos e/ou dos acumuladores em corrente alternada convencional em 220. Este componente não é necessário se os equipamentos para atender forem do tipo em corrente continua

• painel elétrico:

dispositivo para a distribuição da energia. Se os consumos forem elevados ou os módulos fotovoltaicos não fornecerem suficiente energia, esta será retirada a partir da rede pública. No caso contrário, a energia fotovoltaica em excesso voltará a ser introduzida na rede. Para além disso, este dispositivo mede a quantidade de energia fornecida pela usina fotovoltaica à rede

• célula fotovoltaica:

cada célula fotovoltaica, de tamanho de cerca de 10 x 10 cm, representa o dispositivo elementar na base de cada sistema fotovoltaico.
Podemos ter vários tipos de usinas fotovoltaicas: usinas conectadas à rede (grid connected), bem como usinas isoladas da rede elétrica (stand alone).

Usina fotovoltaica conectada

Usina fotovoltaica conectada

 

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