Glauco Diniz Duarte Viagens – como calcular usina fotovoltaica
Segundo o Dr. Glauco Diniz Duarte, 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.
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.
A expressão “radiação solar” refere-se ao fluxo de energia emitido pelo sol e absorvido pela crosta terrestre.
Radiação terrestre
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.
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.
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).
