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Tudo sobre orientação dos painéis fotovoltaicos

A orientação ideal dos painéis fotovoltaicos é no sentido sul, com uma inclinação igual à latitude. Descubra como orientar seu sistema para maximizar o rendimento

A eficiência dos painéis fotovoltaicos pode ser afetada significadamente se estimada adequadamente a orientação e a inclinação. Definir essas variáveis não é fácil, pois durante o dia a incidência dos raios varia conforme a posição do sol.

Para facilitar esse processo, recomendamos usar um software fotovoltaico o que o ajudará a orientar corretamente os sistemas, considerando dados geográficos e o período sazonal em que há maior necessidade de energia.

Azimute e inclinação: o que são?

Como todos sabemos, o sol se move de leste a oeste, com uma trajetória parabólica. Para definir a direção dos raios solares em relação à superfície do módulo fotovoltaico é necessário considerar dois ângulos:

  • azimute;
  • inclinação ou tilt.

Define-se azimute o ângulo de orientação do plano do dispositivo fotovoltaico em relação ao meridiano correspondente. Na prática, ele mede o desvio do plano em relação à orientação para o Sul (em locais do hemisfério norte terrestre) ou para o Norte (em locais do hemisfério sul). Valores positivos do ângulo do azimute indicam uma orientação para oeste e valores negativos indicam uma orientação para leste (CEI EN 61194).

O ângulo aumenta à medida que a rotação no sentido horário do vetor aumenta. Isso significa que:

  • com azimute 0°, o painel aponta para sul;
  • com azimute de 90°, o painel está voltado para o oeste;
  • com um azimute de 180°, o painel está voltado para o norte.

Conhecer o ângulo azimute do sol é um valor fundamental para definir a orientação dos painéis fotovoltaicos.

Define-se inclinação, também conhecido como tilt ou grau de elevação, a inclinação de um objeto em relação ao plano do solo, ou seja, o ângulo que um objeto, em vista lateral, faz com a linha do solo.

Em sistemas fotovoltaicos, se representa como a inclinação do plano do dispositivo fotovoltaico em relação ao plano horizontal (de acordo com a IEC/TS 61836).

 

A imagem ilustra um exemplo de inclinação-30-35°-Direcao-Sul-painéis fotovoltaicos

Inclinação 30-35° em direção Sul

Como orientar os painéis fotovoltaicos?

A maior eficiência energética de um sistema fotovoltaico não deriva apenas da qualidade do sistema, mas também da orientação e inclinação dos painéis fotovoltaicos.

Um sistema fotovoltaico atinge seu pico máximo de produtividade quando os raios solares são perpendiculares aos painéis. Esta é uma condição ótima que não pode ocorrer de forma perpétua, mas muda ao longo do dia e de acordo com as estações do ano.

Para otimizar o sistema da melhor maneira possível, é necessário, portanto, orientar os painéis na direção em que a incidência dos raios é maior e estimar os seguintes fatores:

  • radiação solar;
  • direção de painéis solares;
  • inclinação dos painéis fotovoltaicos.

Estimativa da radiação solar

O primeiro fator a ser calculado para verificar se um local é adequado para a instalação de um sistema fotovoltaico é a estimativa da quantidade de energia solar que chega até aquele local.

Ao longo do ano, o sol varia as suas trajetórias na superfície terrestre e a radiação solar que atinge a terra não é constante. Consequentemente, a energia solar não é uma energia programável e nem sempre pode ser usada quando necessário, por exemplo, durante a noite.

No entanto, para entender o valor da radiação solar média de um determinado local, os caminhos do sol são traçados em mapas solares, ou diagramas solares, organizados em coordenadas polares ou coordenadas cartesianas.

Os mapas solares em coordenadas polares são gráficos nos quais a abóbada celeste é projetada e reduzida a um plano horizontal. Esses diagramas são compostos por círculos concêntricos, do perímetro externo ao centro, que representam diferentes valores da altitude solar.

Do centro partem também linhas que cruzam as várias circunferências considerando os diferentes períodos do ano e identificando valores de azimute diferente. Os caminhos do sol nos vários meses do ano são então mostrados nesses mapas, como linhas curvas.

Por exemplo, o caminho do sol em fevereiro coincide com o de outubro e, portanto, é representado por uma única linha. Finalmente, cada diagrama solar é específico para uma determinada latitude.

A imagem ilustra um exemplo de diagrama polar solar

Diagrama polar solar

Os mapas em coordenadas cartesianas são diagramas nos quais se projeta a abóbada celeste como se fosse a superfície de um cilindro projetada sobre um plano.

Assim, os pontos cardeais encontram-se nos extremos e o centro de referência é o sul, direção para a qual os painéis devem ser orientados. A curva mais alta é a trajetória do sol durante o período de verão, enquanto a mais baixa é a que ele faz durante o período do solstício de inverno. Ao lado das ordenadas, existem os valores definidos como elevações.

Para produzir esses mapas, sugerimos que você use um software fotovoltaico com o qual você pode projetar seu sombreamento fotovoltaico diretamente no diagrama solar e verificar a quantidade de energia solar em um determinado período do ano.

 

A imagem ilustra um exemplo de diagrama solar Solarius PV-painéis fotovoltaicos

Diagrama solar Solarius PV

Para entender a real quantidade de energia projetada em um determinado local, é possível utilizá-la de forma gráfica. É o caso da representação em linhas curvas da radiação solar incidente em uma determinada localidade. É a representação em linhas curvas da radiação solar incidente em um determinado local. Essas radiações variam de acordo com a latitude: quanto menor a latitude, maior a radiação solar incidente porque o Sol chega em um ângulo mais ortogonal à superfície de captação.

Por exemplo, na Itália, do sul ao norte, a radiação tenderá a diminuir. Na verdade, serão 5,2 kWh/m²/dia nas ilhas e 3,8 kWh/m²/dia nos Alpes.

A imagem ilustra um exemplo de representação da radiação solar utilizando linhas curvas

Representação da radiação solar utilizando linhas curvas

Direção de painéis solares

Um sistema fotovoltaico é mais produtivo quando os raios do sol são perpendiculares aos painéis solares e a melhor orientação dos painéis fotovoltaicos é na direção sul com ângulo azimute igual a 0°.

Se a instalação voltada para o sul não for possível ou se houver obstáculos que causem sombreamento, a orientação dos painéis pode ser alterada:

  • ao orientar os painéis a um máximo de 45° sudeste e sudoeste, a produção anual sofreria uma redução anual bastante limitada (1-3%);
  • se a orientação for mais de 45° para o sul, a produção começará a diminuir significativamente.

Por outro lado, a radiação que um painel exposto a nascente ou, menos ainda, um painel exposto a poente pode ter, é menos significativa, pois captaria apenas a radiação matutina ou vespertina.

A imagem ilustra um exemplo de orientação dos painéis solares: direção sul

Orientação dos painéis solares: direção sul

Inclinação de painéis solares

A inclinação ideal dos painéis fotovoltaicos é influenciada pela latitude do local geográfico onde os painéis serão montados.

Como regra simplificadora pode-se dizer que a inclinação ideal dos painéis para uma produção anual máxima é igual a latitude L do local de instalação. Por exemplo, se tiver uma latitude de 40°, o painel será instalado com uma inclinação entre 30 e 40°.

A imagem ilustra um exemplo de Inclinação de painéis fotovoltaicos

Inclinação de painéis fotovoltaicos

Para determinar a inclinação correta de um painel também é necessário considerar a superfície sobre a qual os painéis fotovoltaicos serão instalados:

  • se um sistema fotovoltaico for instalado em uma cobertura de telhado, os painéis serão instalados coplanares com a inclinação do telhado;
  • se o sistema for instalado no solo ou em uma cobertura plana que não seja o telhado, a inclinação deve ser calculada com precisão, para evitar que os painéis colocados na frente causem, em algum período do ano, sombras nos painéis colocados na parte da linha traseira.

Para calcular com precisão a distância mínima de instalação das fileiras de painéis fotovoltaicos e a inclinação correta, sugerimos que você conte com um software fotovoltaico capaz de calcular automaticamente essa dimensão em qualquer superfície (horizontal, vertical ou inclinada).

Como otimizar a orientação dos painéis: rastreadores solares

A orientação dos painéis fotovoltaicos é, portanto, crucial para maximizar o rendimento do sistema fotovoltaico. Para otimizar a disposição solar durante todo o ano, é possível instalar dispositivos eletrônicos específicos que permitem acompanhar a trajetória do sol: falamos de sistema de rastreamento solar ou rastreadores solares.

O que são rastreadores solares?

Os rastreadores solares fotovoltaicos são dispositivos e mecanismos particulares que permitem mover e girar o painel fotovoltaico para que estejam sempre orientados na direção do sol. Com este sistema, portanto, o painel não é fixo, mas móvel.

A imagem ilustra um exemplo de sistema de rastreador solar-painéis fotovoltaicos

Sistema de rastreador solar

Como funcionam os rastreadores solares?

Os rastreadores solares permitem que você sempre mantenha a inclinação de 90° entre o painel e os raios solares para otimizar a orientação dos painéis fotovoltaicos e, portanto, a eficiência energética.

Existem diferentes tipos e o mecanismo de operação varia de acordo com o tipo.

Os principais tipos de rastreadores solares são:

  • rastreadores solares de eixo único;
  • rastreadores solares biaxiais.

Rastreadores solares de eixo único “perseguem” a radiação solar girando em torno de seu eixo e, com base em sua orientação, podem ser classificados em:

  • rastreadores de inclinação: giram em torno do ângulo de inclinação, ou leste-oeste e rastreie a altura do sol no céu;
  • rastreadores horizontais: seguem o sol durante sua trajetória no céu e neste caso o eixo de rotação é norte-sul;
  • rastreadores de azimute: giram em torno de um eixo vertical perpendicular ao solo e requerem grandes espaços para instalação;
  • rastreadores de eixo polar: eles rastreiam a radiação solar, girando em torno de um eixo paralelo ao eixo de rotação da Terra.

Os rastreadores solares biaxiais, por outro lado, possuem dois eixos de rotação perpendiculares entre si, que permitem, por meio de um sistema elétrico, apontar os painéis perfeitamente na direção do sol. Dependendo de sua orientação, eles são divididos em:

  • rastreadores de elevação azimutal: seu funcionamento intercepta a radiação, permitindo que os painéis se orientem perfeitamente perpendiculares aos raios solares, ao longo do dia;
  • rastreadores solares com estrutura tilt-roll: evitar áreas sombreadas.

Finalmente, com base no tipo de sistema que permite que o movimento se oriente em direção ao sol, eles podem ser classificados em:

  • rastreadores solares ativos;
  • rastreadores solares passivos.

Os rastreadores solares ativos são compostos por motores elétricos que permitem o movimento lento dos painéis fotovoltaicos. Eles são divididos em:

  • analógico: o movimento é gerado por sensores que identificam a melhor posição para absorção da radiação solar;
  • digital: são operados por um microprocessador que, ao memorizar dados sobre o posicionamento do sol, consegue orientar os painéis na direção de maior luminosidade.

Os rastreadores passivos em vez disso usam fenômenos físicos autônomos independentes do posicionamento do sol em relação ao painel, como por exemplo, a expansão térmica de um gás fluido comprimido aquecido pelo sol, gerando uma pressão hidráulica que permite o movimento da estrutura do painel solar.

A imagem ilustra um exemplo de desempenho dos painéis Solarius PV-painéis fotovoltaicos

Desempenho dos painéis Solarius PV

Para definir de maneira ideal a orientação dos painéis sem sistema de rastreamento solar, recomendamos que você experimente imediatamente um software fotovoltaico, onde inserindo o local de instalação e os valores de azimute e inclinação você será capaz de detectar os dados de irradiação diária média mensal e obter uma visão geral da análise de desempenho de painéis fotovoltaicos.

 

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