GERAÇÃO SOLARPhD. Eng. Clodomiro

Unsihuay Vila

Prof. Dr. Clodomiro Unsihuay-Vila Vila

Recurso solarPHD. ENG. CLODOMIRO UNSIHUAY

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Energia fotovoltaica (PV)

Energia solar: radiação e calor

Calor: Usinas heliotermica

Radiação: Células fotovoltaicas

3

4

5

6

7

8

Fonte : Sol

Principal fonte de energia

da terra

174 PW

Bola de gas

Energia gerada através

da fissão nuclear

9

Sol-Terra

Órbita quase circular

Eixo de rotação com 23.45º em relação ao plano

orbital

Eixo+translação = estações

Declinaçao solar

Angulo relativo entre

Sol e Equador

10

11

12

Declinação Solar (δ)13

n= número do dia no ano

EXEMPLO

Encontrar a declinação solar para o dia 21 de

Junho. n=172

Aula 1/declinação solar .xls

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Dia Seno (g) Declinação

172 0,39792563 23,44856

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Ângulos da Geometria Solar

18

Ângulos da Geometria Solar

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20

21

Latitude (ϕ): ângulo de vértice no centro da Terra, formado pela

semirreta com direção do ponto considerado e plano do

Equador. Positivo no Hemisfério Norte.

Ângulo horário (ω): ângulo diedro com aresta no eixo de

rotação da Terra, formado pelo semiplano que contém o Sol e o

semiplano que contém o meridiano local. Negativo nas manhãs.

Varia entre −180° 𝑒 180°, sendo os valores negativos para o

período da manhã, os positivos para o da tarde e o zero ao

meio-dia

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Ângulos da Geometria Solar

θZ: Ângulo Zenital (0->90°)

: Altura ou Elevação solar (0->90°)

θZ + =90°

γS: Ângulo Azimutal do Sol(-180 -> 180°)

γ : Ângulo Azimutal de superficie (-180 ->180º)

β: Inclinação da superficie (0 ->90º)

θ : Ângulo de incidência (0->90º)

ω : Ângulo horário do sol (-90 -> 90º)

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Esquema completo

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Ângulos

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Ângulo Horário do Sol ou Hora Angular ( ω ):

A seguinte expressão relaciona a altura solar com a latitude de um determinado local 𝜙, a declinação

solar 𝛿 e o ângulo horário 𝜔:

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Horas de dia

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No por do Sol, θZ= 0; enta o Ws vale:

Considerando-se que o comprimento angular do dia varia entre -ws

e + ws, ao duplicar o valor de ws e converter a hora angular para

hora solar (15° = 1 h), obtém-se o número teórico de horas de sol

para o dia e local em questão.

Exemplo

Sabiendo la Latitude de una localidade 43 graus N,

dia 13 de febrero com Hs= 10,50 h. Calcule:

A) ω = (HS – 12) × 15 = (10,50 – 12) × 15 = –22,50º

B) n=44

C) δ =–13,95º

D) θz = 60,48º

E) ωS = 76,60º.

F) N = 10,2 h.

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Irradiância

Energia que atinge a terra

Irradiância extraterrestre

Energia que chega à terra sem passar por

nenhuma atmosfera

Constante solar: I0

Irradiância extraterrestre sobre uma superficie

perpendicular

~1367 W/m²

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Comportamento anual

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Irradiância (Radiação) Solar:

Potencia por metro quadrado W/m2. Uma densidade de Potencia.

Irradiação Solar: Energia por metro quadrado durante um período

de tempo, recebida pelo sol ao nível do solo em determinado local.

Exemplo Wh/m2/dia.

Onde conseguir esses dados:

Mapas de insolação. Estudos de potencial solar.

Base de dados: Sundata, calculadora solar, Radiasol, SWERA.

Medições usando transdutores apropriados.

Radiação Solar Sobre a Terra

Radiação Solar sobre a Terra

➢ A potência total disponibilizada pelo Sol a Terra, no topo

da atmosfera, é de aproximadamente 174 TW;

➢ Segundo estudos cerca de 54% da irradiação que incide

no topo da atmosfera, 7% é refletida e 47% é absorvida.

➢ Ou seja, cerca de 94 mil TW chega efetivamente a

superficie terreste

➢ Radiação direta provêm diretamente da direção do Sol

e produz sombras nítidas;

➢ Radiação Difusa é aquela proveniente de todas as

direções e que atinge a superfície após sofrer

espalhamento pela atmosfera;

Radiação Solar sobre a Terra

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Componente difusa e Albedo

Mesmo em um dia sem nuvens, 20% da luz é difusa

Nublado -> 100% difusa

Se o PV estiver inclinado,ainda existe o Albedo

Reflexão solar de superficies próximas

Subtraindo-se todas as perdas atmosféricas, se tem aproximadamente 1000W/m², que é usada como potencia padrão para teste de células PV

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Distribuição da irradiação solar

média diária no mundo

Os projetos de sistemas fotovoltaicos normalmente exigem uma

irradiação de no mínimo 3 a 4 kWh/(m2.dia) (125 a 166 W/m² no

mapa), valores estes disponíveis para quase todas as áreas entre

os trópicos.

Pode-se observar como o potencial disponível no Brasil é maior

quando comparado com países da Europa, onde a conversão

fotovoltaica já é utilizada largamente. Além do tamanho do país,

observa-se que em todo o território brasileiro há disponibilidade

de irradiação solar equivalente ou melhor que nos países do Sul

da Europa e superando países como, por exemplo, a Alemanha,

país com capacidade instalada significativa de sistemas de

geração fotovoltaica.

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Irradiação: Brasil X Europa

Fig 8. Irradiação Solar no BrasilFig 9. Irradiação Solar na Europa

Observa-se que o

oeste da Bahia é dos

lugares mais

favoráveis, bem como

o Vale do São

Francisco, Piauí, Mato

Grosso do Sul, leste de

Goiás e oeste do

Estado de São Paulo.

Potencial Solar

Ainda segundo NOTA TÉCNICA EPE - Análise da Inserção daGeração Solar na Matriz Elétrica Brasileira (2012), a irradiaçãomédia anual brasileira varia entre 1.200 e 2.400 kWh/m2/ano,valores que são significativamente superiores a maioria dospaíses europeus, cujas estatísticas indicam intervalos entre 900 e1.250 kWh/m2/ano na Alemanha, entre 900 e 1.650 kWh/m2/anona França e entre 1.200 e 1.850 kWh/m2/ano na Espanha.

Mesmo sendo bastante inferior às áreas de maior insolação,como as regiões secas de baixas latitudes como o nordestebrasileiro, Curitiba apresenta uma média de irradiação solarsuperior à Alemanha, que é ícone mundial em produção econsumo de energia solar fotovoltaica.

41

http://del

tavolt.pe

/atlas/atl

assolar

42

43

http://eliseosebastian.co

m/irradiacion-en-peru-

para-dimensionar-

paneles-fotovoltaicos/

44

M

Melhor Brasil: 6,2 kWh/m2/dia (Oeste Bahia)

Melhor do Perú: 6,5 kWh/m2/dia(Costa Sur)

Melhor Alemanha: 4,52 kWh/m2/dia

45

Melhor Brasil: 6,2 kWh/m2/dia (Oeste Bahia)

Melhor Perú: 6,5 kWh/m2/dia(Costa Sur)

Melhor Alemanha: 4,52 kWh/m2/dia (Sur oeste)

Instrumentos de Medição

Identificação e seleção da localização maisadequada para instalação do sistema fotovoltaico;

Dimensionamento do gerador fotovoltaico;

Cálculo da produção de energia anual, mensal oudiária;

Estabelecimento de estratégias operacionais edimensionamento do sistema de armazenamento;

Os instrumentos são importantes para a obtençãoexperimental do valor do fluxo energético solar aolongo do tempo.

Piranômetro -

Irradiância global

Pireliômetro -

Irradiância

direta

Piranômetro Termoelétrico: utilizado para medir a irradiância global (direta +

difusa), normalmente no plano horizontal. O sensor é umatermopilha, colocada no interior de duas esferas concêntricas.

Fotovoltaico: composto célula voltaica de pequenas dimensões.Oferece menos precisão, porém a resposta é praticamenteinstantânea.

Classificados pela World Metereological Organization comoinstrumentos de razoável qualidade (erro máx de 10%) o fotovoltaicoe de boa qualidade (erro máx de 5%) o termoelétrico.

Pireliômetro

Mede a irradiância direta.

A irradiância difusa é bloqueada instalando-se o sensor termoelétricodentro de um tubo de colimação, com paredes enegrecidas eapontado diretamente ao Sol (dispositivo de rastreamento).

Segundo a WMO, são classificados como instrumentos de altaqualidade (erro máx de 2%).

Tratamento e Análise dos

Dados Solarimétricos

➢ Utilização das medições para desenvolvimento de projetos e avaliação de sistemas solares instalados;

➢ Validação de modelos de estimativa da radiação solar onde não existam informações medidas;

➢ De grande importância para projetos de sistema fotovoltaico;

➢ A avaliação sobre a consistência e qualidade dos dados obtidos é crucial nos projetos;

➢ Podem ser utilizadas bases de dados solarimetricos, programas computacionais, informações a partir de medições de superficie e a partir de satélites;

Informações a partir de

medições

SIMEPAR.

SENAHMI

CRESEB, CEPEL http://www.cresesb.cepel.br/index.php?section=s

undata

INMET:

http://www.inmet.gov.br/portal/

SONDA - Sistema de Organização Nacional de Dados Ambientais

http://sonda.ccst.inpe.br/

Programas computacionais

❑ Sundata - contêm

valores de

irradiação diária

média no plano

horizontal para

cerca de 350

pontos no Brasil e

em países

Limítrofes;

Fig 13. Imagens do site - Sundata

Informações a partir de medições

por satélite

SWERA: http://maps.nrel.gov/swera

NASA: https://eosweb.larc.nasa.gov/sse/

SODA: http://www.soda-is.com/eng/index.html

Informações a partir de

programas computacionais

SUNDATA

http://www.cresesb.cepel.br/index.php?section=sunda

ta

RADIASOL da UFRGS:

https://www.lume.ufrgs.br/handle/10183/45987/stats

?locale=pt_BR

RETSCREEN

HOMER, etc

Programas computacionais

❑ Radiasol 2 – desevolvido pela UFRGS, o usuário deve entrar com dados de irradiação diária e dados de temperatura, selecionar a localização e a orientação do plano de estudo e o programa sintetiza dados horários de irradiação global, divide em os dados em valores de radiação direta e difusa para cada horário ao longo do ano e calcula a irradiação horária sobre o plano inclinado;

Fig 14. Imagens do software Radiasol 2

Programas computacionais

❑ Meteonorm – desenvolvido na suiça, possui uma base de dados climatológicos para vários países do mundo e de uso em aplicações para aproveitamento energético. Além disso, incorpota também mecanismos de sintetização de séries de dados.

Fig 15. Imagens do software Meteonorm

Exemplo: Avaliação do potencial

energético solar

Para obter-se a irradiação do local é

utilizado a ferramenta SunData, fornecida

pelo CRESESB e disponibilizada na internet:

http://www.cresesb.cepel.br/index.php?sec

tion=sundata&

http://www.cresesb.cepel.br/index.php#localidade_90