Desenho de uma usina fotovoltaica: todas as informações e requisitos técnicos indispensáveis para um desenho correto (parte 1)

Uma usina fotovoltaica é composta por um conjunto de módulos (painéis) fotovoltaicos, a partir de uma componente elétrica (cabos) e uma eletrônica (inversores). Os módulos usam a energia solar incidente para produzir energia elétrica por meio de efeito fotovoltaico. O objetivo da usina fotovoltaica é alcançar uma significativa economia para a estrutura servida.

A utilização desta tecnologia nasce da exigência de combinar:
• a compatibilidade com exigências arquitetônicas e da proteção ambiental
• nenhuma poluição sonora
• uma poupança de combustível fóssil
• uma produção de energia elétrica sem a emissão de poluentes

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

Posição aparente do Sol

Desde que a Terra gira em torno de si mesma de Oeste para Leste e desde que nós não percebemos este movimento, temos a impressão de que seja a esfera celeste que gira em sentido oposto, ou seja de Leste para Oeste, levando consigo todas as estrelas incluindo o Sol.

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

Esta impressão errônea, que afetou a visão do mundo e do céu por milhares de anos, é entanto tão confortável que é ainda utilizada para se referir, de maneira simples e intuitiva, ao que acontece no céu.

Radiação solar

A radiação solar é o fluxo de energia emitido pelo sol e absorvido pela crosta terrestre.

Radiação sobre a terra

Radiação solar em terra

Radiação solar em terra

A radiação solar atravessando as camadas da atmosfera sofre efeitos diferentes, uma parte é refletida em direção do espaço, uma parte é difundida em todas as direções, uma parte é absorvida e finalmente uma parte chamada radiação solar direta, chega diretamente a superfície da terra.

Site de instalação

O dimensionamento energético da usina fotovoltaica, conectado à rede do distribuidor, é realizado tendo em conta, além da disponibilidade econômica, dos seguintes aspetos:

• disponibilidade de espaços onde instalar a usina fotovoltaica
• disponibilidade da fonte solar
• fatores morfológicos e ambientais (sombreamento e albedo)

Individuação dos espaços sobre os quais instalar a usina fotovoltaica

A primeira coisa a fazer é individuar os espaços onde colocar os módulos fotovoltaicos. Geralmente, no caso de instalações civis, se tenta de colocar os painéis sobre as águas da cobertura. Se possível se prefere uma instalação integrada na cobertura. Portanto é necessário identificar a água exposta para SUL.

A exposição ideal é aquela coincidente com o SUL integral; portanto a produtividade máxima se obtém com azimute igual à 0 graus. Além disso, é necessário individuar a inclinação ótima dos painéis com respeito ao plano horizontal; Este valor é chamado tilt. Geralmente os valores máximos de produtividade são com tilt = latitude -10°.

Superfície exposta em toda parte

Para avaliar adequadamente o ganho de calor por insolação é necessário calcular a radiação solar direta e difusa que incide sobre cada superfície do edifício, ou em qualquer caso inclinada.

Azimute e ângulo de tilt

Azimute e ângulo de tilt

Disponibilidade da fonte de energia solar

A disponibilidade da fonte de energia solar para o local de instalação deve ser verificada utilizando os dados relativos aos valores diários médios mensais da irradiação solar no plano horizontal.

Produção media mensal energia fotovoltaica

Produção media mensal energia fotovoltaica

Fatores morfológicos e ambientais (sombreamento e albedo)

Os efeitos da proteção solar por parte de volumes no horizonte, devidos à elementos naturais (relevos, arvores) ou artificiais (edifícios), determinam a redução de ganhos solares e o tempo de retorno do investimento.

Classificação usinas fotovoltaicas

Aqui estão alguns conceitos básicos para o desenho das usinas fotovoltaicas:

• módulos fotovoltaicos:

dispositivos para a transformação de energia solar em energia elétrica

• controlador de carga:

dispositivo para a proteção de 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 elétrico ou eletromecânico capaz de converter a corrente continua proveniente dos módulos e/ou dos acumuladores em corrente alternada convencional em 220. Nota: Se os equipamentos a ser alimentados são do tipo em corrente continua se pode fazer sem este componente

• painel elétrico:

para a distribuição da energia. No caso de consumos elevados ou na ausência de alimentação por parte dos módulos fotovoltaicos a corrente é tomada da rede pública. Caso contrário a energia fotovoltaica em excesso é novamente introduzida na rede. Além disso isto 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, constitui o dispositivo elementar na base de cada sistema fotovoltaico.
Podemos ter diferentes tipos de usinas fotovoltaicas: usinas conectadas à rede (grid connected) e usinas isoladas da rede elétrica (stand alone).

Usina fotovoltaica conectada

Usina fotovoltaica conectada

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