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UNIVERSIDADE REGIONAL DO CARIRI – URCA
CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA – CCT
DEPARTAMENTO DA CONSTRUÇÃO CIVIL
TECNOLOGIA DA CONSTRUÇÃO CIVIL: TOPOGRAFIA E ESTRADAS
JOSE ISAAC SAMPAIO CRUZ
GEOPROCESSAMENTO E SUA RELEVÂNCIA PARA A EFICIÊNCIA NA
PRODUÇÃO DA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA NA REGIÃO
METROPOLITANA DO CARIRI
JUAZEIRO DO NORTE, CE
2019
JOSE ISAAC SAMPAIO CRUZ
GEOPROCESSAMENTO E SUA RELEVÂNCIA PARA A EFICIÊNCIA NA PRODUÇÃO
DA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA NA REGIÃO METROPOLITANA DO CARIRI
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado a
Banca Examinadora do Curso de Tecnologia da
Construção Civil com habilitação em Topografia e
Estradas, da Universidade Regional do Cariri –
URCA, como requisito para obtenção do título de
Tecnólogo em Construção Civil.
Orientadora: Prof.ª M.ª Janeide Ferreira Alencar
de Oliveira
JUAZEIRO DO NORTE, CE
2019
À toda Região Metropolitana do Cariri
AGRADECIMENTOS
A minha família, principalmente aos meus pais, José Sampaio Cruz e Ângela Gleison
Dantas Sampaio Cruz, pela confiança, incentivo, compreensão, apoio e seus amores
incomensuráveis.
A minha professora e orientadora de pesquisa, Janeide Ferreira, que mesmo antes da
pesquisa contribuiu de inúmeras formas no meu desenvolvimento educacional e profissional,
com seus incentivos e conselhos.
Ao meu professor e orientador da bolsa de estudos, Jefferson Marinho, no qual
participou de forma crucial para meu desenvolvimento enquanto acadêmico. E a todos os
demais professores que contribuíram compartilhando dos seus conhecimentos de forma
espontânea e objetiva.
Aos meus primos e amigos, Markus Wanderson, Cyanne Parente, Alana Almeida,
Roana Gouveia, Sara Nogueira, João Diniz, Camila Alencar, Adailza Mourão e Leide Daiane,
por todo apoio, incentivo, confiança, carinho, paciência, compreensão e por sempre acreditarem
em mim.
A todos que compõe o Laboratório de Inovação e Sustentabilidade (LABIS),
principalmente aos amigos Adelson Lacerda e Lucas Menezes, que me ajudaram de várias
formas e inúmeras vezes nessa jornada acadêmica.
Aos meus colegas e amigos de graduação, no qual foram uma das maiores conquistas
adquiridas durante o período da universidade. E a todos que compõe a Universidade Regional
do Cariri (URCA), que contribuíram diretamente e indiretamente para minha formação
acadêmica.
“A verdadeira felicidade não está em fazer o que
se deseja, mas em amar o que se realizou.”
Winston Churchill
“Dattebayo”
Uzumaki Naruto
RESUMO
O geoprocessamento é um conjunto de técnicas que realizam o processamento de dados
georreferenciados secundários, possibilitando o tratamento, analise e comparação desses dados
e os transformando em informações primarias com um rigor técnico-cientifico. Considerando
o alto nível de radiação solar emitido em direção ao Nordeste brasileiro, realizou-se o
geoprocessamento das taxas de irradiação solar na Região Metropolitana do Cariri (RMC),
localizada ao sul do estado do Ceará com o intuito de determinar a relevância do
geoprocessamento para a eficiência na produção da energia solar fotovoltaica, em virtude da
utilização de uma produção energética sustentável. Desse modo, utilizou-se do programa QGis
3.6.2 para o geoprocessamento dos dados espaciais da irradiação solar ofertados pelo
Laboratório de Modelagem e Estudos de Recursos Renováveis de Energia (LABREN), dos
limites territoriais disponibilizados pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE)
e dos Modelos Digitais de Elevação (MDE) da United States Geological Survey (USGS). Além
disso, com as coordenadas geográficas dos municípios da RMC adquiriu-se suas respectivas
irradiações solares mensais por meio do programa SunData v 3.0 para avaliar o comportamento
das taxas de irradiação. Sendo assim, através de mapas temáticos, quadros e gráficos, constatou-
se que na proporção em que se distancia dos limites da Chapada do Araripe, os índices de
irradiações solares aumentam, desse modo, as urbes: Juazeiro do Norte, Caririaçu e Farias Brito
oferecem um melhor potencial energético dentre as nove da RMC, porém, ainda sim os demais
municípios dispõe de índices de irradiação solar maiores que a média brasileira. Desse modo,
o geoprocessamento se mostrou uma tecnologia bastante útil na avaliação quanti-qualitativa das
irradiações solares, podendo avaliar os locais com as maiores taxas energéticas.
Palavras-chave: Geoprocessamento, Região Metropolitana do Cariri, Radiação Solar.
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1: Tipos de Irradiação Solar no sistema Terra-atmosfera ............................................ 15
Figura 2: Diagrama esquemático do balanço energético solar global da Terra (%) ............... 16
Figura 3: Angulações notáveis da Terra em relação ao Sol .................................................... 17
Figura 4: Declinação Solar (δ) conforme as estações do ano.................................................. 18
Figura 5: Mapa temático da Irradiação Solar Direta no Brasil (kWh/m²) ............................... 19
Figura 6: Mapa temático da Irradiação Solar Global Horizontal no Brasil (kWh/m²) ............ 21
Figura 7: Síntese das taxas de irradiações solares por região brasileira.................................. 22
Figura 8: Mapa temático do Potencial de Energia Solar Fotovoltaica do Brasil (kWh/kWp) 24
Figura 9: Índice de energia solar fotovoltaica no Brasil e no Mundo ..................................... 25
Figura 10: Ferramentas para as Geotecnologias ..................................................................... 27
Figura 11: Mapa de localização da Região Metropolitana do Cariri ...................................... 32
Figura 12: Climatologia da chuva média mensal dos municípios da Região Metropolitana do
Cariri no período de 1981 – 2011 ............................................................................................. 34
Figura 13: Representação das Etapas da Pesquisa .................................................................. 35
Figura 14: Mapa Hipsométrico da Região Metropolitana do Cariri ....................................... 39
Figura 15: Mapa da Irradiação Solar Anual Direta na Região Metropolitana do Cariri
(Wh/m².dia) .............................................................................................................................. 41
Figura 16: Mapa da Irradiação Solar Anual Difusa na Região Metropolitana do Cariri
(Wh/m².dia) .............................................................................................................................. 42
Figura 17: Mapa da Irradiação Solar Anual Global Horizontal na Região Metropolitana do
Cariri (Wh/m².dia) .................................................................................................................... 45
Figura 18: Mapa da Irradiação Solar Anual no Plano Inclinado na Região Metropolitana do
Cariri (Wh/m².dia) .................................................................................................................... 47
LISTA DE ABREVIATURA E SIGLAS
’ Minuto
” Segundo
° Grau
ABSOLAR Associação Brasileira de Energia Solar Fotovoltaica
ANA Agência Nacional de Águas
ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica
APA Área de Proteção Ambiental
APP Área de Proteção Permanente
C Celsius
CCST Centro de Ciência do Sistema Terrestre
CD Cartografia Digital
CE Ceará
cm Centímetro
CRESESB Centro de Referência para as Energias Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito
GNSS Global Navigation Satellite System
GPS Global Positioning System
GW Gigawatt
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
IEA International Energy Agency
INPE Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
km Quilômetro
km² Quilômetro quadrado
kWh Quilowatt-hora
kWp Quilowatt-pico
LABREN Laboratório de Modelagem e Estudos de Recursos Renováveis de Energia
m² Metro quadrado
MDE Modelo Digital de Elevação
mm Milímetro
MME Ministério de Minas e Energia
MW Megawatt
N Norte
NASA National Aeronautics and Space Administration
NMM Nível Médio dos Mares
O Oeste
PIB Produto Interno Bruto
PV Fotovoltaica
REM Radiação Eletromagnética
RMC Região Metropolitana do Cariri
RMF Região Metropolitana de Fortaleza
S Sul
SIG Sistema de Informação Geográfica
SR Sensoriamento Remoto
SRC Sistemas de Referências de Coordenadas
SRTM Shuttler Radar Topographic Mission
USGS United States Geological Survey
VANT Veículos Aéreos Não Tripulados
Wh Watt-hora
ZEA Zona Especial Ambiental
δ Declinação Solar
θa Ângulo Azimutal Solar
ω Ângulo Horário Solar
𝜃z Ângulo Zenital Solar
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................... 12 1.1. Objetivos ......................................................................................................................... 13
1.1.1. Objetivo Geral ................................................................................................................. 13
1.1.2. Objetivos Específicos ...................................................................................................... 13
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ................................................................................. 14 2.1. Energia Solar ................................................................................................................... 14
2.2. Radiação Solar ................................................................................................................ 14
2.2.1. Albedo da Superfície ....................................................................................................... 16
2.2.2. Irradiação Direta ............................................................................................................ 17
2.2.3. Irradiação Difusa ............................................................................................................ 19
2.2.4. Irradiação Global Horizontal ......................................................................................... 20
2.2.5. Irradiação no Plano Inclinado........................................................................................ 21
2.3. Energia Solar Fotovoltaica .............................................................................................. 23
2.4. Topografia ....................................................................................................................... 25
2.5. Geotecnologias ................................................................................................................ 27
2.6. Geoprocessamento .......................................................................................................... 28
2.6.1. Sistema de Informações Geográficas .............................................................................. 28
2.6.2. Sensoriamento Remoto .................................................................................................... 29
2.6.3. Georreferenciamento ...................................................................................................... 31
3. ÁREA DE ESTUDO ....................................................................................................... 32 3.1. Climatologia da Região Metropolitana do Cariri ............................................................ 33
4. MATERIAIS E MÉTODOS ........................................................................................... 35 4.1. Primeira Etapa: Fundamentação Teórica ........................................................................ 36
4.2. Segunda Etapa: Coleta e Tratamento de dados ............................................................... 36
4.2.1. Dados Georreferenciados ............................................................................................... 36
4.2.2. Irradiações Solares da RMC ........................................................................................... 37
4.3. Terceira Etapa: Análise e Comparação ........................................................................... 38
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES .................................................................................. 39 5.1. Topografia da Região Metropolitana do Cariri ............................................................... 39
5.2. Irradiação Solar ............................................................................................................... 40
5.2.1. Irradiação Direta ............................................................................................................ 41
5.2.2. Irradiação Difusa ............................................................................................................ 42
5.2.3. Irradiação Global Horizontal ......................................................................................... 43
5.2.4. Irradiação no Plano Inclinado........................................................................................ 45
6. CONCLUSÃO ................................................................................................................. 49 REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 51
12
1. INTRODUÇÃO
O homem desde os tempos remotos a procura de meios para registrar características
singulares dos locais por onde haviam percorrido, produziam mapas compostos por símbolos
para se situar e nortear os demais integrantes do grupo. E assim, com o declínio da Era nômade,
desenvolveu-se uma necessidade de integrar aos mapas demarcações de domínios territoriais,
acrescentando maior importância aos mapeamentos (ANA, 2012).
Mais tarde, no ano de 1854 com o avanço das civilizações, a epidemia da cólera em
Londres estava em estado alarmante, então o Dr. John Snow por meio de diagramas, associou
as fatalidades acometidas pela doença ao mapa da cidade, onde foi possível identificar os locais
com maiores incidências de pessoas contaminadas e descobrir que estavam localizados
próximos a um poço de abastecimento de água, no qual foi possível avaliar a qualidade da água
e descobrir a causa da propagação da doença (SOBRINHO, 2014). Diante disso, a ideia de
georreferenciar os dados associando-os aos mapas começou a ter uma nova visão.
Com o desenvolvimento dos métodos e técnicas para mapeamento, foi possível alinhar
às tecnologias, consistindo numa Cartografia Digital, gerada a partir do processamento de
informações georreferenciadas, resumindo-se ao geoprocessamento.
O geoprocessamento se tornou uma técnica altamente prática podendo ser aplicada nas
mais variadas áreas, nesse caso, será aplicado ao mapeamento das irradiações solares incidentes
na Região Metropolitana do Cariri. Irradiações essas que são consumidas através de placas
fotovoltaicas para a produção da energia elétrica. Vale ressaltar que considerando o Sol uma
eminente fonte de irradiação ilimitada, a energia solar fotovoltaica (PV) é considerada
inesgotável, sendo esse um dos meios para conservar e reduzir a degradação do planeta.
Segundo a International Energy Agency (IEA, 2018), as adições de capacidade
renovável de 178 gigawatts (GW) em 2017 quebraram outro recorde, representando mais de
dois terços do crescimento da capacidade líquida global de eletricidade, além disso,
complementou afirmando que nos próximos seis anos a Energia PV irá dominar o crescimento
da capacidade renovável com 575 GW previstos para entrar em operação.
Em contra partida, o Brasil mesmo localizando-se próximo a linha do equador, que
consequentemente se torna mais qualificado a usufruir da Energia PV por ser uma das diretrizes
que mais influencia na incidência das irradiações, ainda não a contempla como principal fonte
de energia elétrica. Porém, de acordo com o Ministério de Minas e Energia (MME, 2018), a
capacidade total da matriz de geração de energia elétrica do Brasil somou 161,6 GW, dos quais
82,2% são provenientes de fontes renováveis, em sua maioria com o uso de hidrelétricas.
13
Desse modo, o Brasil tem tendências aos investimentos em energias renováveis, sendo
assim, levando em consideração que o Norte e Nordeste são as regiões do Brasil com maior
proximidade à Linha do Equador, surgiu o interesse em avaliar a situação das irradiações solares
da RMC, a qual está localizada no Nordeste, mais precisamente ao sul do estado do Ceará, onde
é constituída por nove municípios: Juazeiro do Norte, Crato, Barbalha, Jardim, Missão Velha,
Caririaçu, Farias Brito, Nova Olinda e Santana do Cariri.
Entretanto, o potencial das irradiações não é determinado apenas por sua proximidade a
Linha do Equador, devendo-se levar em consideração o bioma, clima e a topografia da área em
questão, sendo essas algumas diretrizes que influenciam no potencial energético. Portanto,
visando um melhor aproveitamento desse meio de geração de energia, o trabalho apresenta
através de técnicas de mapeamentos geoprocessados associados as irradiações solares (sejam
elas diretas, difusas, horizontais e no plano inclinado) a relevância do geoprocessamento.
Considerando que o geoprocessamento permite integrar informações espaciais como:
limites territoriais, pontos de elevações, irradiações, características ambientais e dentre outras,
tornou-se possível analisar as taxas de irradiações solares dos municípios da RMC com as do
país, logo, permitindo determinar os locais que contemplam dessas maiores taxas e por
consequência, obter um maior aproveitamento para a produção da energia solar fotovoltaica,
acarretando em um desenvolvimento regional sustentável.
1.1. Objetivos
1.1.1. Objetivo Geral
Analisar a relevância do geoprocessamento para eficiência na produção energética solar,
conforme a topografia e a radiação solar incidente na Região Metropolitana do Cariri, Ceará.
1.1.2. Objetivos Específicos
• Analisar o relevo topográfico da Região Metropolitana do Cariri;
• Verificar a estimativa da irradiação solar na região;
• Realizar o geoprocessamento da região;
• Comparar dados do geoprocessamento em relação as diretrizes apresentadas.
14
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Este tópico compreende os dados e as referências teóricas necessárias para a
fundamentação do trabalho, onde apresentará as características importantes do
geoprocessamento e da energia solar. Em primeira instância será abordado as características
das irradiações solares para produção da energia fotovoltaica e adiante os princípios teóricos do
geoprocessamento.
2.1. Energia Solar
Caracterizada como uma fonte sustentável, a energia solar resultante do calor e da luz
do Sol tem o seu potencial energético explorado através de diversas tecnologias, onde são
divididas nas formas de aquecimento solar, energia heliotérmica, arquitetura solar e energia
solar fotovoltaica. Segundo o Centro de Referência para as Energias Solar e Eólica Sérgio de
Salvo Brito (CRESESB, 2006), o Sol fornece para a atmosfera terrestre cerca de 1,5 x 1018 kWh
de energia por ano, tratando-se de 10.000 vezes o valor do consumo mundial da energia elétrica.
Portanto, uma energia inesgotável que pode suprir da crescente demanda energética mundial.
Conforme a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL, 2005), quase todas as
fontes de energias são formas indiretas da energia solar, sendo elas: Hídrica, Biomassa, Eólica,
Combustíveis Fósseis e Maremotriz. Desse modo em sua totalidade a energia solar corresponde
a uma grande parcela das energias geradas.
Esta energia é classificada pelos métodos de captura, entre elas temos a Direta e Indireta.
A direta é quando necessita apenas de uma etapa para captar a energia solar e transformar em
energia elétrica, ocorre na medida que os efeitos da radiação entram em contato com os
semicondutores (Placas Fotovoltaicas), destacando-se os efeitos fotovoltaicos e termoelétricos,
a indireta necessita de duas ou mais etapas para a captação e conversão para a energia elétrica,
destacando-se a energia heliotérmica (ANEEL, 2005); (PINTO e outros, 2015).
2.2. Radiação Solar
A radiação solar é a principal fonte para produção da energia com relação aos processos
químicos, físicos e biológicos que ocorrem no sistema Terra-atmosfera, tratando-se de um fluxo
de energia proveniente do Sol, transmitida de forma eletromagnética, sendo assim, o
conhecimento acerca dessa variável tem diversas aplicabilidades, como na engenharia,
arquitetura, meteorologia, hidrologia e como indicador da variabilidade climática (LOHMANN
e outros, 2006); (SILVA e outros, 2010).
15
Essa radiação é apresentada de cinco formas distintas, seja ela Direta, Difusa, Global
Horizontal, Global no Plano Inclinado e a Fotossinteticamente Ativa, embora de acordo com
Pereira e outros (2006), a fotossinteticamente ativa não apresenta aplicações diretas para a
energia elétrica, mas tem grande relevância na fotossíntese e para a área do setor de
biocombustíveis. A transição do termo Radiação para Irradiação dar-se após a exposição da
mesma ao sistema Terra-atmosfera.
Sendo assim, a Irradiação Direta é a energia emitida pelo Sol que penetra diretamente
ao solo, sem sofrer qualquer influência, por isso contém a maior potência energética dentre as
cinco. A Irradiação Difusa atinge o solo somente após sofrer espalhamento pela atmosfera
terrestre (perpassando por gases e/ou nuvens), sendo a menor com potencial energético. A
Irradiação Global Horizontal é uma composição por parte da Irradiação Direta e Difusa,
enquanto a Irradiação no Plano Inclinado em suma é a Irradiação Global com uma inclinação à
Linha do Equador mais o Albedo da Superfície. (PINHO e GALDINHO, 2014); (PEREIRA e
outros, 2017); (MENDES e FERNANDES NETO, 2018); (PEREIRA, 2019). É possível
assemelhar de forma mais didática os tipos de irradiações solares na Figura 1.
Figura 1: Tipos de Irradiação Solar no sistema Terra-atmosfera
Fonte: (PINHO e GALDINHO, 2014); (PEREIRA e outros, 2017); (MENDES e FERNANDES NETO, 2018);
(PEREIRA, 2019), adaptado.
Dessa forma, a proporção irradiada está associada a diversos fatores, onde o principal
elemento dissipador da energia solar são as nuvens, as quais são geradas num clico hidrológico
ocasionado pela evaporação d’água e, posteriormente, condensando-se na atmosfera
16
(PEREIRA e outros, 2017); (MONTEIRO e FARIAS, 2019). Os locais com maiores
incidências de nuvens são aqueles com bastante presença de umidade (próximos aos Polos do
planeta ou outorgados pelos Rios Voadores ocasionados pela Floresta Amazônia e/ou pelos os
oceanos), ou até mesmo em lugares com altitudes montanhosas. A Figura 2 esquematiza a
relação das radiações provenientes do Sol, onde cerca de 51% não são absorvidos pela
topografia local.
Figura 2: Diagrama esquemático do balanço energético solar global da Terra (%)
Fonte: CAIN; BOWMAN; HACKER (2018)
2.2.1. Albedo da Superfície
De acordo com Silva (2019), o Albedo é o condicionamento da superfície terrestre
conforme a intensidade dos fluxos de energia entre a atmosfera e a área afetada, com relação a
radiação solar refletida pela superfície e a sua radiação incidente. Seguindo essa linha de
raciocínio Dubayah e Rich (1995), afirmam que a topografia é um dos fatores importantes que
determinam a quantidade de irradiação solar incidente em um local da superfície terrestre.
Com a relatividade das irradiações solares, o albedo varia de acordo com as
características Bio-físico-químicas das superfícies, ângulo zenital, atividades humanas como
desflorestamento, queimadas, agricultura e urbanização (SILVA, 2019). Sendo assim, o efeito
albedo é responsável por refletir parte da irradiação a partir de todos elementos da superfície
terrestre. Sendo importante para os cálculos da determinação da Irradiação no Plano Inclinado.
17
2.2.2. Irradiação Direta
A radiação solar emitida em direção a superfície terrestre pode apresentar dissipações
com relação aos processos radiativos de absorção ou espalhamento que ocorrem na atmosfera,
portanto, a Irradiação Direta é a parcela que não sofre essas dissipações, incidindo diretamente
na superfície (PEREIRA e outros, 2017). Além disso, existe a Irradiação Direta Horizontal, que
representa o valor da irradiância direta numa superfície horizontal com o cosseno do ângulo
zenital.
De acordo com Monteiro (2018), a incidência direta do sol na superfície terrestre é dada
pelo Ângulo Zenital Solar (𝜃𝑍), o qual representa o ângulo formado entre o zênite (seguimento
de linha perpendicular ao sol) e o segmento, partindo da mesma origem, que liga à superfície
terrestre. A Figura 3 apresenta as angulações solares diante da superfície da Terra e dos seus
pontos cardeais, considerando que o observador está localizado no hemisfério sul do planeta.
Figura 3: Angulações notáveis da Terra em relação ao Sol
Fonte: PEREIRA e outros (2017)
Em contrapartida, a Topografia Convencional utiliza-se dos ângulos zenitais para
determinar as medidas verticais do terreno. Pereira (2019) constata que os ângulos zenitais estão
na mesma direção do vetor gravidade, porém em sentidos opostos, onde esse ângulo permite
uma variação de 0° a 360º.
Além disso, como mostra na Figura 3, existe o Ângulo Azimutal Solar (θa) sendo a
angulação do Norte até a linha de projeção do Sol, no plano horizontal. Bem como o Ângulo
Horário Solar (ω), correspondente ao deslocamento angular do Sol devido a rotação da Terra,
18
onde exerce uma variação de -180° à +180º, ao decorrer de cada hora a partir do período da
manhã, acrescenta-se +15º aos -180º (PEREIRA e outros, 2017).
Outro ângulo consideravelmente notável para os estudos da irradiação, é conhecido por
Declinação Solar (δ), o qual é formado pela inclinação do plano equatorial da Terra e a linha
de direção Sol-Terra, apresentando variações angulares de -23° 27’ à +23° 27’ ao longo do
período de um ano, deste modo, a angulação torna-se negativa quando a linha de direção Sol-
Terra cruza a superfície no Hemisfério Sul (PEREIRA e outros, 2017).
A Figura 4 demonstra as angulações variando de acordo com a posição do Sol em
relação aos períodos do ano, onde no período conhecido como Equinócio temos o Sol irradiando
com maior potência as regiões localizadas mais próximas à linha do Equador, e os Solstícios
que favorecem um dos hemisférios.
Figura 4: Declinação Solar (δ) conforme as estações do ano
Fonte: PEREIRA e outros (2017)
Tratando-se do hemisfério sul, onde está localizado o Brasil, a partir de 20 de março até
21 de julho (sendo o ápice do solstício de inverno) as noites são mais longas que os dias, logo,
temos menos quantidade de irradiação solar, e mais irradiação de setembro a dezembro, com
dias mais longos. A Figura 5 apresenta um mapa temático do Brasil quantificando a Irradiação
Solar Direta Normal que incide de forma perpendicular à superfície, tomando como série
histórica um período de 20 anos, do ano de 1999 a 2018. Percebe-se que persevera durante o
período de estudo uma maior irradiação localizada no Nordeste e com maiores intensidades nos
locais mais distantes aos oceanos.
19
Figura 5: Mapa temático da Irradiação Solar Direta no Brasil (kWh/m²)
Fonte: SOLARGIS (2019)
Ademais, nota-se que mesmo o Norte estando localizado mais próximo a linha do
equador não apresenta maiores irradiações, isso se dar em partes ao seu bioma, onde a vegetação
e clima predominante intensificam a geração de nuvens que difundem a irradiação.
2.2.3. Irradiação Difusa
As radiações solares podem ser discriminadas primordialmente entre Diretas e Difusas,
no qual todas as irradiações que recebem absorção ou reflexão, resultando em dissipações no
seu potencial energético, são caracterizadas por Irradiações Difusas, sendo assim, as nuvens;
umidades na atmosfera e sombreamentos causados por objetos; árvores; construções e/ou
relevos montanhosos são particularidades que difundem a radiação solar (PEREIRA e outros,
2017); (SILVA e outros, 2019).
20
Considerando que algumas dessas particularidades são características geradas conforme
os mais distintos biomas, dar-se a entender que aquele com predominância em relevos planos,
baixa precipitação de chuva e com vegetações rasteiras, são menos propícios a ter sua radiação
dissipada, além dos locais com Ciclos Hidrológicos mais estagnados que acabam por sua vez
com baixa incidências de nuvens na troposfera.
Assim como a Irradiação Direta, a Difusa também apresenta variação, sendo ela a
Irradiação Difusa Horizontal, que representa a taxa de energia incidente sobre uma superfície
horizontal por unidade de área, decorrente do espalhamento do feixe solar direto pelos
constituintes atmosféricos como as moléculas, nuvens, material particulado etc. (PEREIRA e
outros, 2017).
2.2.4. Irradiação Global Horizontal
Segundo Borges e outros (2010), a radiação solar incidente sobre uma superfície plana
e horizontal é uma fração da radiação solar no topo da atmosfera, onde depende das condições
atmosféricas locais, logo, em uma situação local com o céu claro (ausência de nuvens) a
irradiação não sofre alteração no potencial. Nesse contexto Marques, Roseno e Nizzoli Filho
(2019), complementam afirmando que a irradiação global horizontal é a representação da soma
das irradiações horizontais diretas e difusas.
De acordo com estudos realizados, Pereira e outros (2017, p. 47) constataram que:
Regionalizando estas análises, verifica‐se que os menores valores do percentil P25 da
irradiação global ocorrem em abril na região Norte (entre 2,70 e 2,80 kWh/m²), em
maio no Centro‐Oeste (entre 3,30 e 3,40 kWh/m²) e em junho nas regiões Nordeste
(entre 2,70 e 2,80 kWh/m²), Sudeste (entre 2,50 e 2,60 kWh/m²) e Sul (entre 1,20 e
1,30 kWh/m²). Os maiores valores do percentil P25 são observados em setembro na
região Norte (entre 5,30 e 5,40 kWh/m²), Nordeste (entre 6,80 e 6,90 kWh/m²) e
Centro‐Oeste (entre 5,50 e 5,60 kWh/m²) e, em dezembro, nas regiões Sudeste (entre
5,30 e 5,40 kWh/m²) e Sul (entre 6,70 e 6,80 kWh/m²).
É possível observar a grande influência da sazonalidade para com as irradiações solares,
onde no Nordeste temos o mês de junho retratando uma média de 2,70 a 2,80 kWh/m² e em
setembro uma variação de 6,80 a 6,90 kWh/m², logo, numa diferença de três meses temos um
acréscimo de aproximadamente 252%.
Por consequência dessa alternância ao decorrer dos meses, é utilizado apenas a média
anual da irradiação solar para o dimensionamento das placas fotovoltaicas. Pereira e outros
(2017), afirmam que a região do Nordeste é que oferece a maior estabilidade na produção de
energia empregando a tecnologia solar ao longo de todo o ano. Desse modo, a Figura 6 retrata
a média anual das taxas de irradiações solares no plano global horizontal.
21
Figura 6: Mapa temático da Irradiação Solar Global Horizontal no Brasil (kWh/m²)
Fonte: SOLARGIS (2019)
A irradiação global horizontal por reproduzir a somatória dos valores diretos e difusos,
apresenta uma variação menor entre a taxa mínima e máxima irradiada, denotando maior
uniformidade com relação aos valores de irradiação solar do país, porém, a maior concentração
da irradiação ainda se encontra no Nordeste brasileiro, com valores de até 6,2 kWh/m².dia. E
em contra partida as menores taxas que se difundiam no Norte do país, passam a se situar ao
sul, com ênfase no estado de Santa Catarina.
2.2.5. Irradiação no Plano Inclinado
Segundo Marques, Roseno e Nizzoli Filho (2019), a irradiação no plano inclinado
engloba a radiação horizontal com o acréscimo de uma parcela da radiação refletida da
superfície (albedo) e dos elementos ao redor. Sob o mesmo ponto de vista, Pereira e outros
22
(2017), a retratam sendo a taxa de energia total incidente naquela área, sobre um plano inclinado
na latitude do local em relação à superfície terrestre.
A Figura 7 apresenta uma síntese da média anual das taxas de irradiações solares de
acordo com os estudos realizados pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) no ano
de 2017, através de uma série histórica com mais de 17 anos de dados de satélites.
Figura 7: Síntese das taxas de irradiações solares por região brasileira
Fonte: PEREIRA e outros (2017)
23
Observa-se que as irradiações médias por Grande Região seguem um mesmo padrão,
onde a Direta Normal é menor que a Global Horizontal, que por sua vez é menor que no Plano
Inclinado, logo, é possível notar a importância de orientar à inclinação correta para um melhor
aproveitamento das taxas energéticas. Segundo Vargas e outros (2019), no hemisfério sul,
recomenda-se orientar para o norte verdadeiro e incliná-las (placas fotovoltaicas) nessa direção
em um ângulo correspondente à latitude do local, visando um melhor aproveitamento da
captação da energia solar.
2.3. Energia Solar Fotovoltaica
De acordo com o CRESESB (2006), o Efeito Fotovoltaico é o que caracteriza a Energia
Solar Fotovoltaica, correspondendo a uma diferença de potencial nos extremos de algum
material semicondutor, que após a absorção da radiação solar direta produz a energia elétrica,
esse efeito foi relatado por Edmond Becquerel em 1839. Porém a inexistência de tecnologias
avançadas na época, limitou o uso desse meio energético sendo empregado apenas no âmbito
espacial considerando seu menor custo e peso para manter a permanência no espaço.
Apenas com a crise energética de 1973-1974, a preocupação em estudar novas fontes de
energias começou a ser desenvolvida, entretanto seria necessário a redução em até 100 vezes o
valor dos semicondutores para que a energia fosse economicamente viável. Dessa maneira, no
ano de 1993 começou uma produção em larga escala das células fotovoltaicas com o Silício,
sendo esse o segundo elemento mais abundante no globo terrestre, logo, reduziu
significativamente o valor das placas, além disso, melhorou a eficiência energética (CRESESB,
2006); (BRAGA, 2008).
Segundo o Portal Solar (2017), os modelos atuais de placas fotovoltaicas têm uma
eficiência de no máximo 25% em converter a radiação solar em energia elétrica, e no Brasil, a
célula com maior eficiência apresenta 17,3% de rendimento. Porém, Omair e outros (2019),
desenvolveram recentemente uma célula solar com uma eficiência de conversão de 29,1 ± 0,4%
na prática, e afirmam teoricamente que através do seu estudo é possível alcançar uma eficiência
acima de 50%.
Portanto, materiais e métodos a respeito dessa tecnologia estão sendo constantemente
criados e atualizados (como por exemplo, o sistema de rastreamento solar), a fim de garantir
um melhor aproveitamento das irradiações solares, considerando que atualmente a taxa de
eficiência das placas ainda são baixas. A Figura 8 apresenta um mapa temático a respeito do
potencial energético fotovoltaico do Brasil, representando a soma média diária/anual de
produção de eletricidade.
24
Figura 8: Mapa temático do Potencial de Energia Solar Fotovoltaica do Brasil (kWh/kWp)
Fonte: SOLARGIS (2019)
A Solargis (2019), destaca que para a determinação do potencial fotovoltaico se faz
necessário uma avaliação da radiação solar, temperatura do ar e do terreno, estar na inclinação
ideal (de 1º a 31º à linha do equador) e a computação das perdas energéticas nos módulos
fotovoltaicos como: sujeira; sombreamento entre linhas; cabos; inversores; transformadores etc.
Desse modo, ao associar a Figura 6 à Figura 8, percebe-se que as áreas delimitadas com as
maiores taxas de irradiações consequentemente apresentam um maior potencial energético solar
fotovoltaico.
Segundo Pereira e outros (2017), a geração fotovoltaica de energia elétrica no Brasil
tem um grande potencial, visto que nos locais menos ensolarados é possível gerar mais
eletricidade do que no local mais ensolarado da Alemanha, por exemplo. Na Figura 9, apresenta
os valores investidos e acumulados na energia solar fotovoltaica, no Brasil e no Mundo.
25
Figura 9: Índice de energia solar fotovoltaica no Brasil e no Mundo
Fonte: Associação Brasileira de Energia Solar Fotovoltaica (ABSOLAR, 2019), adaptado.
A Alemanha que em potencial fotovoltaico tem suas taxas máximas ainda menores que
as mínimas do Brasil, está em quarto lugar de potência acumulada do mundo com 45,4 GW,
enquanto o Brasil contempla apenas de 2,4 GW de potência. De acordo com a ABSOLAR
(2019), mais de 2 GW em usina fotovoltaica estão em operação, onde esse número representa
mais de R$ 10 bilhões em investimentos privados atraídos ao país desde 2014, que viabilizaram
a geração de mais de 50 mil novos empregos, além de que as usinas geram energia elétrica
limpa e renovável, suficiente para suprir um consumo equivalente à necessidade de mais de três
milhões de brasileiros, ademais, há mais de 1,7 GW em novos projetos em fase de
desenvolvimento e construção, com início de operação prevista para até 2022.
2.4. Topografia
Os escritores clássicos que realizavam estudos a respeito da topografia na década de 80
como, Domingues e Espartel, à definem sendo a ciência que utiliza da geometria e trigonometria
para determinar minuciosamente e com exatidão uma parcela da superfície terrestre sem levar
em conta a curvatura da Terra, que através de pontos, linhas e poligonais caracteriza-se a área
26
de estudo, representando os detalhes do terreno como: divisas, vegetações, rios, estradas,
povoações etc.
No entanto com a sociedade alcançando um alto nível de desenvolvimento tecnológico
a ciência da topografia também foi beneficiada com desenvolvimento e modernização dos seus
equipamentos, os tornando mais sofisticados para a realização dos levantamentos topográficos,
onde melhorou consideravelmente na velocidade e precisão das medições de uma superfície
terrestre.
Desse modo Felipe (2015), denota que como consequência da modernização dos
equipamentos é possível realizar os levantamentos topográficos com mais precisão e facilidade,
como por exemplo, com a união dos teodolitos eletrônicos informáticos integrados a um
distanciômetro eletrônico, criando as Estações Totais que excluem a necessidade da caderneta
de campo (objeto utilizado para anotação dos dados adquiridos), além disso, obteve-se o
desenvolvimento do Global Navigation Satellite System (GNSS), que se tornou a alternativa
mais eficaz quando considerado as variáveis: custo e produtividade.
Com o uso do GNSS a topografia consegue adquirir os pontos, linhas e poligonais
associados a um Sistema de Coordenadas Geográficas, expressos em latitude, longitude e
altitude. Dessa forma, as informações adquiridas nos levantamentos topográficos podem ser
facilmente georreferenciadas.
Diante dessa possibilidade, utiliza-se da topografia moderna para realização de locações
topografias (demarcar um terreno através de pontos característicos), para determinar com
precisão milimétrica a posição das placas fotovoltaicas, podendo georreferenciar aquele dado,
fornecendo a melhor inclinação solar (𝜃𝑍) por meio do Norte Verdadeiro, muito utilizado
quando a implantação das placas fotovoltaicas são para fins de abastecer grandes áreas, como
as micro ou macro usinas solares, sendo necessário o melhor aproveitamento da radiação solar.
Desse modo Botelho, Francischi Jr. e Paula (2018), definem atualmente a topografia
como sendo uma técnica de levantar, medir e descrever a forma do terreno, servindo para os
mais variados tipos de uso, como delimitação de áreas, apoio a obras, usos agronômicos,
locações de equipamentos industriais etc., porém, ressaltam a importância dos conhecimentos
básicos e essenciais acerca da topografia e geometria, pois a negligencia quanto a esses
conhecimentos podem transformar esse aumento da precisão dos novos equipamentos em um
risco enorme, resultando em erros grotescos nas mediações.
27
2.5. Geotecnologias
De acordo com Silva (2018), as geotecnologias são um grupo de ferramentas capazes
de produzir, reproduzir e integrar dados ou informações que possuem coordenadas geográficas.
Essas coordenadas determinam a localização exata de algum ponto no globo terrestre, de acordo
com a latitude, longitude e a altitude. Sendo assim, a topografia modernizada pode oferecer um
aparato de dados e informações para compor as Geotecnologias. A Figura 10 caracteriza as
ferramentas utilizadas para aplicação e realização das geotecnologias.
Figura 10: Ferramentas para as Geotecnologias
Fonte: SILVA (2018)
Essas geotecnologias constituem a ciência que abrange o processamento de dados
topográficos, geodésicos e geográficos por meio dos conhecimentos a respeito da cartografia,
e possibilita a obtenção desses dados através dos seus respectivos instrumentos. Segundo
Freitas Filho (2011), a relevância das geotecnologias não está apenas no mapeamento e
monitoramento do espaço geográfico, mas sim na unificação da organização e estruturação das
informações geográficas, facilitando na manipulação e consulta desses dados espaciais.
Considerando que as geotecnologias além de envolver os equipamentos necessários para
a coleta dos dados brutos, a mesma também integra todo um sistema que processa e trata esses
dados, portanto, o geoprocessamento compõe parte das geotecnologias. Além disso, Sousa
(2019) complementa afirmando que dentre as geotecnologias existem o Sistema de Informação
Geográfica (SIG), Cartografia Digital (CD), Sensoriamento Remoto (SR), Global Positioning
System (GPS) e a topografia, para coletar os dados e posteriormente serem processados nos
softwares específicos.
Inclusive Fitz (2008) afirma que, as geotecnologias podem ser entendidas como as novas
tecnologias ligadas às geociências e correlatas, as quais provém avanços e desenvolvimentos
significativos relacionados a estrutura do espaço geográfico. Logo, as geotecnologias geram
28
uma gama de oportunidades para o estudo de diversas áreas relacionadas a posicionamentos
terrestres, marítimos ou aéreos.
2.6. Geoprocessamento
Entende-se por geoprocessamento como um conjunto de técnicas que realizam o
processamento de dados georreferenciados secundários e os transforma em informações
primarias com um rigor técnico-cientifico. Nesse contexto, Pereira (2019) afirma que ao
permitir essas intersecções de dados georreferenciados, é possibilitado a apresentação dessas
informações em gráficos, tabelas e mapas, o tornando de grande utilidade para planejamentos
ambientais, e por consequência disso vários pesquisadores utilizam dessas técnicas de
geoprocessamento para estudos de cunho geográfico e ambiental.
A esse respeito, Sousa (2019, p. 21) complementa:
O Geoprocessamento pode ser entendido como uma tecnologia que abrange um vasto
campo de ferramentas e técnicas de maneira interdisciplinar, com aplicabilidade em
quaisquer áreas de conhecimento. Tornando-o extremamente relevante dentro do
contexto atual em que vivemos, pois, sua utilização é cada vez mais requisitada em
função da necessidade da análise e tratamento de informações espaciais,
imprescindíveis para acompanhar o sistema de globalização, com o sensoriamento
remoto (SR), os sistemas de referências de coordenadas (SRC) e os sistemas de
posicionamento de satélites (GPS).
Dessa maneira, com o desenvolver das tecnologias o geoprocessamento foi utilizado
nas mais diversas áreas, sempre com o intuito de integrar os dados brutos para a geração de
informações direcionadas e mais pertinentes. Portanto, essa técnica vem se mostrando
importante para diversos estudos avaliativos, principalmente com relação a sustentabilidade
ambiental, seja no contexto da desertificação, desmatamento e poluição, além disso, a vasta
aplicabilidade dessa área possibilitou até mesmo para a utilização em questões sociais, como
de segurança pública, podendo ajudar na gestão e analise da criminalidade urbana (PEREIRA
e outros, 2014); (PEREIRA; LOBÃO e OLIVEIRA JUNIOR, 2019); (NASCIMENTO e
OLIVIERA, 2019).
Com a possibilidade de realizar analises espaciais, a tecnologia e os conceitos a respeito
do geoprocessamento vêm adquirindo mais credibilidade a partir das diferentes formas do seu
emprego e com a precisão que pode ser oferecida nos dados avaliados. Essa precisão e acurácia
depende não só da atividade realizada para adquirir os dados georreferenciados, mas também
na forma de como é feito o processamento.
2.6.1. Sistema de Informações Geográficas
O Sistema de Informações Geográficas é frequentemente confundindo com o
geoprocessamento pelo simples fato que os dois realizam analise e tratamento de dados, porém,
29
o SIG executa os processamentos de dados gráficos (cartográficos) e não gráficos (descritivos)
com ênfase na análise espacial e modelagens de superfície. Já o Geoprocessamento é um termo
mais abrangente, representando quaisquer tipos de processamento de dados devidamente
georreferenciados (FREITAS FILHO, 2011); (OLIVEIRA, 2017). Não obstante, o SIG se
tratando de um sistema, compreende não só o processamento, mas também exerce a capacidade
de manipular, analisar e armazenar os dados.
De acordo com Fitz (2008), o SIG é constituído por uma plataforma computacional
(hardware), programas de computadores (softwares), dados, profissionais e/ou usuários
(peopleware) e por fim as metodológicas ou técnicas que serão aplicadas para operar e produzir
a análise dos respectivos dados. Portanto, esse sistema integra não só a parte computacional,
mas todos os elementos envolvidos para a realização do processamento e analise.
A aplicabilidade desse sistema em estudos de analises espaciais tem contribuído de
forma excessivamente na compreensão de inúmeros fenômenos que ocorrem e afetam a
sociedade contemporânea, em questões ambientais e sociais (PEREIRA, 2019). Nesse contexto
Oliveira (2017) afirma que, a estrutura do SIG pode ser usada como ferramenta que auxilia na
análise e manipulação de dados geográficos, além de ser útil na construção de um banco de
dados geográficos e na produção de mapas.
Com a geração de mapas através do SIG, se torna possível associar diversas camadas
distintas de dados, a fim de obter as informações de forma mais proficientes, dessa maneira, é
capaz de incorporar em um só mapa: limites municipais, rodovias, áreas de preservação,
aerofotogrametrias, bacias hidrográficas etc., possibilitando uma melhor associação dos dados
incorporados no sistema.
2.6.2. Sensoriamento Remoto
Segundo Fitz (2008), o sensoriamento remoto consiste numa técnica que utiliza de
sensores para a captação e registro à distância, por meio das energias refletidas ou absorvidas
de uma superfície, sem de fato exercer um contato direto com a mesma, podendo ainda
expressar os dados obtidos por meios digitais em formatos de imagens, gráficos, dados
numéricos etc. Através da captura e registro dos dados, como as imagens de satélite, o SR
integra-se como uma ferramenta de grande relevância às geotecnologias, onde torna possível o
monitoramento do meio ambiente e seus respectivos fenômenos.
As energias captadas pelos sensores são caracterizadas por radiações eletromagnéticas
(REM), definida por Meneses (2012) pelo princípio da sua natureza de onda e energia, que se
propagam pelo espaço assim como a luz solar, logo, a REM no contexto de dualidade é uma
30
forma de onda e ao mesmo tempo uma forma de energia. Desse modo, o sensoriamento remoto
torna-se uma das principais tecnologias para a obtenção das taxas de radiações solares presentes
na superfície terrestre, e por ser um dos componentes das geotecnologias, é possível associar
os dados obtidos através do SR com um SIG para realização do geoprocessamento e produção
de mapas temáticos.
Diante disso temos o Sol como sendo a mais importante fonte natural de REM utilizada
pelos sensores passivos, assim classificados por necessitarem de energias externas para o seu
devido funcionamento, e por outro lado temos os sensores ativos, que possuem uma fonte de
energia própria seja por meio de ondas de rádios, spot de luz das filmadoras, flash de celulares
etc. (FITZ, 2008). Os sensores passivos detêm de uma grande energia para seu funcionamento
durante o dia, porém, o principal problema enfrentado por eles é permanecer este
funcionamento a noite ou em dias nublados, visto que não possuem de uma REM própria para
contornar a ausência das luzes solares e captar as imagens.
Vale ressaltar a existência doutra forma de classificação dos sensores, que são entre
sensores imageadores e não-imageadores. No qual Fitz (2008), relaciona com o tipo de produto
gerado, logo, os sensores imageadores são aqueles que traduzem as informações por meio de
imagens, semelhante as fotografias (surgindo o conceito das imagens de satélites), e os sensores
não-imageadores são aqueles que proporcionam os dados coletados na forma de gráficos e em
dados digitais diversos.
Os avanços tecnológicos que possibilitaram orbitar os satélites e a realização de missões
espaciais também foram responsáveis para que a ciência do sensoriamento remoto entrasse em
uma expansão exponencial, acoplando um sistema de radar especialmente modificado ao
Endeavour (ônibus espacial), dessa maneira, a National Aeronautics and Space Administration
(NASA) no ano de 2000, liderou a missão Shuttler Radar Topographic Mission (SRTM) com
o escopo de gerar um Modelo Digital de Elevação quase-global, onde foi possível adquirir
dados sobre mais de 80% da superfície terrestre com resoluções de 1 arco segundo,
aproximadamente 30 metros (PINTO, 2012).
Porém, existem também a possibilidade da utilização dos Veículos Aéreos Não
Tripulados (VANT) para áreas menores e que necessitem de uma maior precisão (menor
resolução espacial), como o nome já sugere, são pequenas aeronaves que não necessitam de
uma pessoa para tripular podendo ser controladas remotamente, além disso, os VANT’s
necessariamente contemplam de uma câmera de filmagem para a realização do sensoriamento
remoto. Coelho e outros (2019), realizou um estudo utilizando do VANT Phantom 4 Advanced
onde foi possível adquirir imagens com resoluções espaciais de até 2 cm.
31
2.6.3. Georreferenciamento
De acordo com Rodrigues (2017), com a necessidade de conquistar novas fronteiras de
forma segura, estudou-se métodos para navegar por locais desconhecidos garantindo a
determinação da localização durante todo o trajeto. Sendo assim, desenvolveu-se o GNSS que
fornece pontos de latitude e longitudes, conhecidos como coordenadas geográficas.
Utilizando dessas coordenadas geográficas fornecidas pelo GNSS, foi possível a
idealização e criação do SIG se tratando de um sistema computacional trabalhado em um
número infinito de informações de cunho geográfico, que possibilita o manuseio de dados e
informações georreferenciadas (FITZ, 2008); (SILVA e PEREIRA, 2018).
Ademais, de acordo com Roque e outros (2006), georreferenciar um mapeamento ou
imagem de satélite é tornar suas coordenadas conhecidas em um sistema de referência,
associados a Pontos de Controle que são feições físicas perfeitamente identificáveis tais como:
Interseções de estradas e rios, represas, aeroportos, edifícios proeminentes, topo de montanhas,
dentre outros.
32
3. ÁREA DE ESTUDO
A Região Metropolitana do Cariri está situada no Sul do estado do Ceará, sendo a
segunda maior aglomeração urbana do estado, ficando atrás apenas da Região Metropolitana
de Fortaleza (RMF), composta por nove municípios a RMC é uma das mais importantes do
Nordeste destacando-se por sua riqueza em solo, recursos hídricos, minerais e variedades na
sua agricultura, desenvolvendo atividades comerciais, industriais e serviços dos mais variados
(MASCARENHAS e BARROSO, 2015). A Figura 11 apresenta um mapa de localização da
Região Metropolitana do Cariri e seus eventuais municípios.
Figura 11: Mapa de localização da Região Metropolitana do Cariri
Fonte: Autor (2019)
Fundada decorrente da Lei Complementar Estadual Nº 78 no ano de 2009, realizou-se a
idealização e criação da Região Metropolitana do Cariri que a partir de uma conurbação
existente entre suas três principais cidades: Juazeiro do Norte, Crato e Barbalha denominada
CRAJUBAR, a lei associava ao CRAJUBAR mais seis municípios: Jardim, Missão Velha,
Caririaçu, Farias Brito, Nova Olinda e Santana do Cariri, contemplando cerca de 609.358
habitantes e uma área total de 5.460,085 km² (IBGE, 2018 e 2019); (NASCIMENTO e
33
CHACON, 2016). O Quadro 1, apresenta as localizações em coordenadas geográficas e
algumas das características dos municípios da RMC.
Quadro 1: Características dos municípios da Região Metropolitana do Cariri
Nº Municípios Coordenadas Geográficas Ano de
Criação
Área
Territorial
(IBGE, 2018)
População
Estimada
(IBGE, 2019) Latitude Longitude
1 Barbalha 7°17'56.10"S 39°18'09.44"O 1846 569,508 km² 59.732
2 Caririaçu 7°02'30.56"S 39°17'07.80"O 1876 623,564 km² 26.965
3 Crato 7°13'50.84"S 39°24'44.35"O 1764 1.176,467 km² 132.123
4 Farias Brito 6°55'34.10"S 39°34'24.10"O 1890 503,622 km² 19.450
5 Jardim 7°35'07.39"S 39°16'45.42"O 1814 552,424 km² 27.174
6 Juazeiro do Norte 7°13'45.02"S 39°18'45.08"O 1911 248,832 km² 274.207
7 Missão Velha 7°14'59.34"S 39°08'25.18"O 1864 645,704 km² 36.442
8 Nova Olinda 7°05'30.49"S 39°40'46.76"O 1957 284,401 km² 15.565
9 Santana do Cariri 7°11'10.67"S 39°44'15.55"O 1885 855,563 km² 17.700
Fonte: IBGE (2009; 2018 e 2019) e Google Earth (2019), adaptado.
As Regiões Metropolitanas são criadas para o desenvolvimento mútuo dos municípios
vizinhos à sua metrópole, desse modo, mesmo Juazeiro do Norte sendo a penúltima urbe a ser
criada e a segunda com a menor área territorial, tornou-se metrópole por ser a cidade com maior
concentração de pessoas e a que mais alavancou economicamente nos últimos anos, com o
maior Produto Interno Bruto (PIB) dentre as demais, gerando desenvolvimento e oportunidades
de emprego para os municípios que constituem a RMC.
3.1. Climatologia da Região Metropolitana do Cariri
No geral o estado do Ceará contempla de características climáticas semiáridas com uma
vegetação predominantemente constituída pela Caatinga, porém a região do Cariri em especial
tem o clima influenciado pela Floresta Nacional do Araripe, localizada na Chapada do Araripe,
onde parte da sua área está dentro dos limites municipais de Barbalha, Crato, Jardim, Missão
Velha, Nova Olinda e Santa do Cariri.
Lima e outros (2012), caracteriza a floresta pelo clima tropical úmido, com regimes de
chuvas irregulares, uma vez que garantem uma concentração das chuvas em poucos meses,
apresentando uma média de chuva anual de 700 a 1000 mm e com variações térmicas anuais
muito baixas, onde as temperaturas médias situam-se entre 23º C e 27º C, e de maio a agosto é
caracterizado como o período mais ameno, com temperaturas médias de 21º C e 25º C.
34
Entretanto, na mesma proporção que se distancia dos limites da floresta, as temperaturas
começam a elevar, podendo chegar a 37º C nos dias mais quentes.
Em contra partida Ramires, BerayArmond e Salgado (2017), declara que a região do
Cariri cearense é composta por duas estações nas faixas equatorial e tropical: estação seca e
estação chuvosa, além disso, afirmam que essas estações são bem definidas, onde a chuvosa
ocorre entre janeiro e abril, com as médias mensais das precipitações de chuvas acima de
100mm e na estação seca são encontrado valores de 2,9 mm a 40 mm, de junho a novembro.
Desse modo, o gráfico da Figura 12 permite um melhor entendimento do comportamento das
médias de chuvas.
Figura 12: Climatologia da chuva média mensal dos municípios da Região Metropolitana do
Cariri no período de 1981 – 2011
Fonte: FERNANDES; SILVA e NÓBREGA (2012)
Sendo assim, nota-se veementemente que os meses de janeiro a abril concentra-se as
maiores precipitações de chuvas chegando à média mensal dos nove municípios de 240 mm e
de junho a outubro com valores mais amenos, onde agosto representa o mês com os menores
incides de chuvas, com a média regional menor que 10 mm.
35
4. MATERIAIS E MÉTODOS
A metodologia aplicada foi dividida em três etapas, onde a pesquisa teve caráter
explicativo quanti-qualitativo com a aplicação de um estudo de caso. A princípio o fluxograma
na Figura 13 apresenta as etapas e fases que foram realizadas para concluir o objetivo geral do
trabalho, em seguida essas etapas foram discriminadas e detalhadas em subtítulos.
Figura 13: Representação das Etapas da Pesquisa
Fonte: Autor (2019)
O fluxograma apresenta pontos característicos de cada etapa realizada, onde foi dividido
entre a parte teórica compondo a primeira etapa e a prática compondo a segunda. A realização
das duas etapas é interdependente, porém para a inicialização da terceira foi necessário a
conclusão das duas primeiras.
36
4.1. Primeira Etapa: Fundamentação Teórica
O trabalho teve como escopo a relação entre a área de estudo e a relevância do
geoprocessamento para o potencial energético fotovoltaico na região, portanto, a
fundamentação teórica teve foco nas características da Região Metropolitana do Cariri, além
das principais diretrizes que podem influenciar nesta produção de energia, sendo eles: radiações
solares e a topografia.
Utilizou-se como principal fonte para abordar a energia solar a segunda edição do Atlas
Brasileiro de Energia Solar (2017), produzido pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
(INPE), no Centro de Ciência do Sistema Terrestre (CCST) através do Laboratório de
Modelagem e Estudos de Recursos Renováveis de Energia, no qual é fomentado dados e
informações espaciais sobre as radiação solar e o seu respectivo potencial para a matriz
energética brasileira.
Além disso, efetuou-se uma revisão bibliográfica de diversos autores distintos
abordando as questões do geoprocessamento, sua funcionalidade e aplicação ao Sistema de
Informação Geográfica e a respeito do Sensoriamento Remoto no qual teve grande importância
para quantificar a radiação incidente na topografia terrestre.
4.2. Segunda Etapa: Coleta e Tratamento de dados
4.2.1. Dados Georreferenciados
Para o geoprocessamento se faz necessário dados geoespaciais, nos quais compreendem
dentro de um sistema de informações geográficas com suas respectivas coordenadas
georreferenciadas. Os arquivos Rasters e Shapefiles adquiridos foram geoprocessados no
software gratuito QGis Desktop 3.6.2 para a geração dos respectivos mapas temáticos.
Primeiramente, desenvolveu-se um banco de dados geoespaciais para os referidos
geoprocessamentos, nos quais os limites municipais brasileiros foram adquiridos através do
Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística do ano de 2017, com o intuito de demarcar as
fronteiras da Região Metropolitana do Cariri.
Os dados da SRTM adquiridos para gozar dos rasters de resolução espacial de 30 metros
foram ofertados pelo United States Geological Survey, no ano de 2015, onde foi necessário
adquirir duas cenas de rasters para englobar toda a RMC. Posteriormente utilizou-se de técnicas
de geoprocessamento para mesclar as duas cenas de rasters e extrair apenas a área do referido
estudo. Desse modo, foi utilizado de falsas cores para distinguir as variações de níveis e mostrar
suas respectivas elevações.
37
Concomitantemente, foi possível adquirir dados alfanuméricos gerais a respeito da
Irradiação Direta, Difusa, Horizontal, No Plano Inclinado e Fotossinteticamente Ativa em
Wh/m².dia incidente por todo o Brasil em uma média anual, ofertados pelo INPE, através de
estudos realizados no LABREN. Esses dados alfanuméricos representam as radiações solares
do Brasil de uma série histórica de 17 anos, do ano de 1999 a 2015, os quais foram coletados
através de imagens de satélite com uma resolução espacial de 0,1° x 0,1° (aproximadamente 10
km x 10 km).
Utilizou-se esses dados com o objetivo de quanti-qualificar por meio de mapas
temáticos georreferenciados as irradiações solares na RMC, porém, como a Irradiação
Fotossinteticamente Ativa não apresenta aplicações diretas à energia elétrica, foi descartado
apenas esses dados alfanuméricos.
Após a coleta dos dados foi realizado o tratamento e análise dos mesmos, garantindo
que todos os arquivos estivessem no sistema de referência SIRGAS 2000, em seguida,
categorizou-se os valores por meio de variações de cores com o intuito de melhor identificar as
taxas de irradiações, tomando como base as tonalidades da paleta de cores dos mapas da
SolarGIS, para melhor associação das taxas energéticas. O objetivo dos geoprocessamentos
foram para analisar a topografia da região, delimitando as partes mais altas ou com maiores
vegetações, onde possam influenciar na irradiação solar direta, diminuindo sua eficiência
energética.
4.2.2. Irradiações Solares da RMC
Além disso, através do Programa SunData v 3.0, ofertado pelo site do CRESESB, foi
possível adquirir as Irradiações Horizontais e no Plano Inclinado mensalmente, dos 09
municípios que compõe a Região Metropolitana do Cariri. As irradiações são emitidas em
kWh/m².dia de acordo com as respectivas coordenadas dos municípios, onde fornecem as
médias de acordo com: os pontos mais próximos as distancias das coordenadas e a inclinação
angular com maior média anual ou mínima mensal.
Para esse estudo e comparação com os dados, foi utilizado os pontos mais próximos das
coordenadas apresentadas no Quadro 1; para as irradiações globais horizontais, usou-se com
inclinação de 0º e para as irradiações no plano inclinado, utilizou-se das inclinações com as
maiores médias anuais, as quais variaram de 5º a 7º N. Com o propósito de associar aos valores
apresentados nos mapas geoprocessados, assim como para avaliar os meses com menores e
maiores taxas energéticas.
38
4.3. Terceira Etapa: Análise e Comparação
A etapa final do trabalho consistiu em analisar e comparar os dados adquiridos mediante
as etapas anteriores. Onde foi dividido em duas fases, considerando as variáveis: Radiação Solar
e a Topografia. A fim de determinar a relevância do geoprocessamento com relação a
associação dos dados, direcionados para a área de estudo.
Por meio da geração do mapa hipsométrico da Região Metropolitana do Cariri, é
possível identificar o contorno e os píncaros da Chapada do Araripe, idealizando um dos
possíveis influenciadores na irradiação solar, além de impossibilitar o uso das placas
fotovoltaicas por ser uma Área de Proteção Ambiental (APA). Ademais, visto que por meio do
georreferenciamento pôde-se determinar o Ângulo Zenital Solar necessário para uma irradiação
direta às placas fotovoltaicas como também a elevação em comparação ao Nível Médio dos
Mares (NMM).
Dessa forma, os mapas de irradiação solar apresentam de forma precisa áreas
aproximadamente de 10 km x 10 km com as maiores incidências médias anuais de irradiação
solar, seja elas, direta, difusa, horizontal ou no plano inclinado. Considerando a relação feita
pela a empresa internacional SolarGIS da irradiação solar com o potencial fotovoltaico, foi
associado o potencial fotovoltaico de uma área com a proporção de radiação irradiada no local.
Portando, utilizou-se desse parâmetro para determinar qualitativamente o seu devido potencial
energético.
39
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Esse tópico apresenta a análise e comparação das informações do tópico Fundamentação
Teórica com os dados das irradiações solares e as altitudes em relação ao Nível Médio dos
Mares da Região Metropolitana do Cariri, no qual serão expressados através de Quadros,
Gráficos e mais importante, por meio de mapas geoprocessados para determinar a relevância
dos dados georreferenciados com o estudo da topografia para o melhor aproveitamento das
irradiações solares.
5.1. Topografia da Região Metropolitana do Cariri
A Topografia é capaz de caracterizar os lugares em pontos geométricos (áreas e
elevações) e artísticos (rios, vegetações, etc.), sendo assim, através dos estudos realizados da
região é possível classificar a incidência de nuvens de acordo com as características bio-físico-
químicas terrestres, em razão do processo do Ciclo Hidrológico, além de que em pontos com
altitude bastante elevada a temperatura consequentemente começa a diminuir, assim como a
irradiação solar em consequência da umidade presente no ar. A Figura 14, apresenta o mapa
hipsométrico da RMC, representando as altitudes dos municípios em falsas cores com relação
ao Nível Médio dos Mares.
Figura 14: Mapa Hipsométrico da Região Metropolitana do Cariri
Fonte: Autor (2019)
40
Observa-se que quase metade da Região Metropolitana do Cariri é contemplada pela
Chapada do Araripe, aumentando consideravelmente a altitude do relevo. Em partes,
dependendo da distância de um ponto elevado para outro mais baixo, o sombreamento
ocasionado pela obstrução dos raios solares também pode ocasionar diminuição na irradiação.
Sendo assim, os geoprocessamentos dos levantamentos topográficos podem: categorizar
o solo, permitindo associar áreas que possam ocasionar esses sombreamentos; identificar locais
de difícil ou proibido acesso, como as APP’s (Áreas de Proteção Permanente), ZEA’s (Zona
Especial Ambiental) e no caso da Chapada do Araripe, caracterizada por ser uma APA, onde é
priorizado a conservação e a sustentabilidade do local, para mitigar os impactos ambientais.
Além disso, o geoprocessamento fornece as coordenadas geográficas e com isso, é possível
determinar a melhor inclinação para o Sol, através do Norte Verdadeiro, e a latitude do local
para obter um melhor aproveitamento das irradiações solares.
5.2. Irradiação Solar
A partir do momento que as radiações proporcionadas pelo Sol perpassam pela
atmosfera terrestre, tornam-se suscetíveis a sofrer perdas no seu potencial. Grande parte desse
potencial energético é influenciado positivamente pela proximidade a linha do equador e
negativamente pela troposfera, onde incide nuvens e gases que podem dissipar essa irradiação.
Para determinar a potencialidade da geração de energia por meio das placas
fotovoltaicas se faz necessário avaliar diversos fatores, porém, é evidente que a irradiação solar
está diretamente proporcional a essa produção energética. Da mesma forma que ao relacionar
as Figuras 5 e 6 com a Figura 8 do Tópico 2.0, nota-se claramente que onde há maiores
incidências de irradiações solares também apresenta índices elevados de potencialidade para
energia solar fotovoltaica.
Essas irradiações oscilam conforme as estações do ano, gerando variações no potencial,
portanto, em locais com estações bem definidas (ou com invernos mais longos), maior será a
oscilação. Sob esse mesmo ponto de vista, destaca-se as formas de incidência das irradiações,
onde será apresentado nos próximos subtópicos a eficiência anual dessas irradiações de acordo
com o modo que a mesma penetra na superfície terrestre.
Os valores das irradiações são apresentados na unidade de medida de Watt-hora por
metro quadrado por dia (Wh/m².dia), sendo esse, o total de energia acumulado em um dia numa
área de um metro quadrado. Esses valores alternam para kWh/m².dia, representando o
Wh/m².dia dividido por 1.000.
41
5.2.1. Irradiação Direta
A Irradiação Direta é a principal fonte para a geração energética, decorrente de toda a
radiação que não sofre dissipação no seu potencial. Considerando que a localização global da
Região Metropolitana do Cariri situa-se próxima a Linha do Equador e no nordeste brasileiro,
a média anual de irradiação direta tende a ser maior em comparação as outras Grandes Regiões
do Brasil, já que os seus fatores climáticos em suma favorecem a penetração direta dessa
irradiância na superfície terrestre. A Figura 15, apresenta um mapa com a proporção média
anual da irradiação direta no Brasil e no Ceará com foco na RMC.
Figura 15: Mapa da Irradiação Solar Anual Direta na Região Metropolitana do Cariri
(Wh/m².dia)
Fonte: Autor (2019)
O Brasil por ter dimensões continentais e variados tipos de biomas, apresenta grande
discrepância nas irradiâncias, onde em locais mais úmidos atinge cerca de 1.778 Wh/m².dia e
locais com características ambientais que não dissipam tanto a radiação, alcança até a 6.465
Wh/m².dia, logo, apresenta aproximadamente uma média anualmente de 4,12 kWh/m².dia.
Evidentemente as menores irradiações se propagam no Norte do Brasil, ocasionadas
pelas mudanças climáticas, principalmente em função da Floresta Amazônica, assim como os
índices de irradiação na RMC diminuem gradativamente conforme se aproxima da Chapada do
42
Araripe. Contudo, mesmo a Chapada contemplando a Floresta Nacional do Araripe (em
tracejado branco), ainda sim, a irradiação apresentada é consideravelmente alta, enquadrando-
se entre 5.059 e 5.684 Wh/m².dia, estando acima da média brasileira. Já ao Norte, os índices
das médias anuais chegam a aproximadamente 3.653 Wh/m².dia, no máximo.
Sendo assim, os municípios que fornecem maiores capacidades de acordo com a
irradiância direta são: Juazeiro do Norte, Missão Velha e Caririaçu que dispõe de até 5.840
Wh/m².dia e em locais específicos o Crato, Farias Brito e Nova Olinda.
5.2.2. Irradiação Difusa
A Irradiação Difusa compreende as irradiâncias que sofreram dissipações, absorvidas
ou refletidas. Por isso, usualmente a proporção da irradiação difusa é inversamente proporcional
a irradiação direta, visto que, se existe muita irradiação difusa é consequência de fatores que
influenciaram negativamente no seu potencial, logo, existe pouca irradiação direta naquele
local. Portanto, lugares com muita irradiação difusa normalmente tem pouca irradiação direta e
vice-versa. A Figura 16, categoriza a proporção da irradiação difusa média anual do
Brasil/Ceará com foco na RMC.
Figura 16: Mapa da Irradiação Solar Anual Difusa na Região Metropolitana do Cariri
(Wh/m².dia)
Fonte: Autor (2019)
43
Tratando-se das médias anuais, as irradiâncias difusas apresentam um comportamento
invertido, visto que se tratando dessa irradiação quanto maiores forem os índices menores serão
os potenciais energéticos. Ao contrário da Direta, o máximo que a Difusa pôde chegar nas
regiões do Brasil foi de 2.549 Wh/m².dia, em médias anuais, portanto, em meses específicos
com invernos bastante rigorosos, esses números consequentemente aumentam.
Dessa maneira, percebe-se que quanto maior a distância da Chapada do Araripe,
menores são as irradiações difusas, alterando as tonalidades do mapa. Em quantificações gerais,
de acordo com o mapa, o Brasil apresenta pouca variação quanto a irradiação difusa, logo, as
classificações locais são ainda menos perceptíveis, mas existentes.
5.2.3. Irradiação Global Horizontal
A Irradiação Global Horizontal é basicamente uma somatória das irradiâncias diretas e
difusas horizontais, onde representa a taxa de energia sobre uma área horizontal, independente
se sofreu dissipações no seu potencial energético. Portanto, essa irradiância é a que melhor
representa os valores para os cálculos na eficiência energética, considerando que as placas
fotovoltaicas não realizam a discriminação da origem das irradiações.
Então, mesmo que para o dimensionamento das Placas Fotovoltaicas seja utilizado
apenas as Médias Anuais das irradiações, realizou-se um confrontamento dos dados mensais
dos municípios da Região Metropolitana do Cariri, para identificar os meses com as menores e
maiores irradiações solares, respectivamente, são os valores marcados com as cores vermelhas
e azuis no Quadro 2, essas irradiações apresentam taxas num plano horizontal com 0º de
inclinação.
Quadro 2: Irradiação Solar Mensal Global Horizontal da RMC (kWh/m².dia)
Municípios Meses Média
Anual Jan. Fev. Mar. Abr. Maio Jun. Jul. Ago. Set. Out. Nov. Dez.
Barbalha 5,91 5,83 5,80 5,45 5,09 4,92 5,19 5,97 6,53 6,51 6,57 6,22 5,83
Caririaçu 5,81 5,82 5,79 5,48 5,16 5,02 5,31 6,05 6,53 6,52 6,59 6,11 5,85
Crato 5,83 5,76 5,68 5,46 5,15 4,97 5,33 6,12 6,59 6,56 6,55 6,19 5,85
Farias Brito 5,73 5,75 5,80 5,47 5,19 5,07 5,37 6,11 6,53 6,48 6,46 6,03 5,83
Jardim 5,97 5,79 5,79 5,36 4,73 4,44 4,73 5,63 6,50 6,52 6,69 6,36 5,71
Juazeiro do
Norte 5,93 5,88 5,85 5,55 5,16 4,94 5,28 5,99 6,52 6,57 6,60 6,23 5,87
Missão Velha 6,02 5,89 5,94 5,63 5,13 4,84 5,17 5,93 6,53 6,53 6,61 6,20 5,87
Nova Olinda 5,84 5,78 5,78 5,48 5,18 5,03 5,34 6,06 6,55 6,55 6,53 6,19 5,86
Santana do
Cariri 5,60 5,48 5,54 5,26 5,02 4,92 5,32 6,09 6,48 6,37 6,40 6,03 5,71
Fonte: CRESESB (2017), adaptado.
44
As irradiações com as menores taxas energéticas unanimemente estão presentes no mês
de junho, em razão do Solstício que ocorre exatamente neste mês, em virtude do movimento de
translação da Terra, no qual o Sol está no seu ponto mais distante da Linha do Equador e seus
raios solares estão direcionados a um dos hemisfério (neste caso, ao hemisfério Norte), gerando
uma desvalorização das taxas energéticas para a localidade onde encontra-se os municípios da
RMC. Desse modo, as maiores taxas energéticas são dadas em função do Solstício ao Sul,
porém vale ressaltar que as variações nos meses também estão relacionadas as questões
meteorológicas.
Para observar melhor o comportamento mensal das irradiações horizontais, utilizou-se
dos valores do Quadro 2 e desenvolveu-se o Gráfico 2, que retrata claramente as variações
mensais. O declínio das irradiações está associado principalmente em relação ao movimento de
translação da Terra. Já a ascensão das irradiações, está em virtude do aumento da temperatura,
escassez das chuvas e do Solstício em função do hemisfério Sul, dessa forma, as irradiações
harmonizam entre setembro e novembro, tendo como ápice 6,69 kWh/m².dia no município de
Jardim, porém, o mesmo apresenta a menor irradiação de 4,44 kWh/m².dia, resultando na menor
média anual dos nove municípios juntamente com Santana do Cariri.
Gráfico 1: Irradiação Solar Mensal Global Horizontal da RMC (kWh/m².dia)
Fonte: CRESESB (2017), adaptado.
A Figura 17, apresenta um mapa com a proporção média anual dessas irradiações
globais horizontais, no qual a RMC está categorizada com quatro cores distintas, enquadrando-
se entre os intervalos de 5.615 a 5.952 Wh/m².dia em uma média anual, logo, de acordo com
essas variações a média anual da RMC seria de aproximadamente 5,78 kWh/m².dia. Entretanto,
ao associar essas irradiações com os dados fornecidos pelo site do CRESESB, no Quadro 02, e
4,24,44,64,85,05,25,45,65,86,06,26,46,66,8
Jan. Fev. Mar. Abr. Maio Jun. Jul. Ago. Set. Out. Nov. Dez.
kW
h/m
².d
ia
Barbalha Caririaçu CratoFarias Brito Jardim Juazeiro do NorteMissão Velha Nova Olinda Santana do Cariri
45
calcular a média anual dos 09 municípios, obteve-se um valor de 5,82 kWh/m².dia. Essa
diferença na média é em consequência das áreas escolhidas como parâmetro, visto que, no
município do Crato, por exemplo, em dependência da localidade o mesmo é categorizado com
várias cores. Com o geoprocessamento pode-se avaliar as áreas onde a irradiação é maior e por
consequência, obter maior aproveitamento energético ao evitar esses locais.
Figura 17: Mapa da Irradiação Solar Anual Global Horizontal na Região Metropolitana do
Cariri (Wh/m².dia)
Fonte: Autor (2019)
Os municípios de Juazeiro do Norte e Missão Velha apresentam os melhores valores de
irradiação, com a maior parte da sua área territorial compreendendo radiações entre 5.867 e
5.952 Wh/m².dia. Assim como as irradiações diretas, a global horizontal apresenta maiores
taxas energéticas a medida em que se distanciam da Chapada do Araripe, portanto, na situação
de estudo, comparando com a Figura 14, a baixa altitude não se tornou um empecilho.
5.2.4. Irradiação no Plano Inclinado
Com o intuito de melhor aproveitar as irradiações solares globais e as energias presentes
na superfície terrestre por meio das refletâncias (albedo), desenvolveu-se métodos para calcular
a melhor inclinação angular para poder aproveitar o máximo das taxas energéticas fornecidas
46
pelo Sol, devido a variação angular ocasionada pelo movimento de translação, desse modo,
originou-se o conceito da Irradiação no Plano Inclinado.
Em virtude disso, o programa SunData v 3.0 fornece as irradiações solares mensais no
Plano Inclinado com inclinações angulares que garantam a maior média anual, conforme o
Quadro 3. Em comparação com o Quadro 2 que apresentava as irradiações globais horizontais,
percebe-se um sutil aumento nas taxas energéticas e que as maiores irradiações estão todas
presentes no mês de setembro.
Quadro 3: Irradiação Solar Mensal no Plano Horizontal na RMC (kWh/m².dia)
Municípios Meses Média
Anual Inclinação
Jan Fev Mar Abr Maio Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
Barbalha 5,70 5,72 5,80 5,58 5,32 5,20 5,46 6,18 6,60 6,42 6,35 5,97 5,86 6° N
Caririaçu 5,56 5,68 5,78 5,62 5,43 5,35 5,64 6,30 6,60 6,41 6,33 5,81 5,88 7° N
Crato 5,59 5,62 5,67 5,61 5,42 5,30 5,66 6,38 6,66 6,44 6,28 5,89 5,88 7° N
Farias
Brito 5,49 5,61 5,80 5,61 5,46 5,41 5,70 6,36 6,60 6,36 6,20 5,74 5,86 7° N
Jardim 5,80 5,70 5,80 5,47 4,91 4,65 4,93 5,79 6,56 6,45 6,50 6,15 5,73 5° N
Juazeiro
do Norte 5,72 5,77 5,85 5,69 5,40 5,22 5,56 6,21 6,59 6,47 6,38 5,97 5,90 6° N
Missão
Velha 5,80 5,77 5,94 5,77 5,37 5,12 5,45 6,14 6,60 6,44 6,39 5,94 5,89 6° N
Nova
Olinda 5,60 5,64 5,78 5,63 5,45 5,37 5,67 6,31 6,63 6,43 6,27 5,89 5,89 7° N
Santana do
Cariri 5,37 5,36 5,54 5,39 5,28 5,24 5,65 6,34 6,55 6,26 6,15 5,74 5,74 7° N
Fonte: CRESESB (2017), adaptado.
Nesse caso, constata-se que o município de Jardim continua com a menor irradiação,
no mês de junho, porém a maior irradiação nesse caso passa a ser do Crato no mês de setembro,
com 6,66 kWh/m².dia, o índice de maior irradiação foi menor que o da Global Horizontal,
porém todos os valores médios anuais aumentaram, com Juazeiro do Norte mantendo a maior
média anual da Região Metropolitana do Cariri e Jardim com a mais baixa.
Porém, vale lembrar que mesmo Jardim apresentando o menor valor entre os noves
municípios, o mesmo ainda está muito acima da média anual brasileira. Nesse caso, a média
anual de irradiação na Região Metropolitana do Cariri é de 5,85 kWh/m².dia, com um aumento
de 0,03 kWh/m².dia em relação a Global Horizontal. É possível visualizar melhor o
comportamento dessas taxas energéticas solares mensais da RMC, no Gráfico 2.
47
Gráfico 2: Irradiação Solar Mensal no Plano Inclinado na RMC (kWh/m².dia)
Fonte: CRESESB (2017), adaptado.
O município de Jardim é o único que apresenta uma discrepância relevante nos valores
mínimos de irradiação com relação aos demais municípios, isso é melhor explicitado através da
Figura 18, mesmo que o mapa apresente apenas taxas de médias anuais.
Figura 18: Mapa da Irradiação Solar Anual no Plano Inclinado na Região Metropolitana do
Cariri (Wh/m².dia)
Fonte: Autor (2019)
4,404,604,805,005,205,405,605,806,006,206,406,606,80
Jan. Fev. Mar. Abr. Maio Jun. Jul. Ago. Set. Out. Nov. Dez.
kW
h/m
².d
ia
Barbalha Caririaçu CratoFarias Brito Jardim Juazeiro do NorteMissão Velha Nova Olinda Santana do Cariri
48
Como constatado anteriormente, ao se distanciar da Chapada do Araripe se adquire
melhores taxas anuais, porém, a cidade de Jardim está quase que em sua totalidade dentro dos
limites da chapada, além de que nesse mês, o município apresenta as maiores precipitações de
chuvas com relação aos outros municípios.
Assim como a Chapada do Araripe influencia positivamente amenizando o clima da
região se tratando da sua localização em meio ao sertão nordestino, acaba que por sua vez
diminuindo as irradiações solares. Porém, ao relacionar o sul do estado do Ceará com os limites
nacionais brasileiros, ainda se nota valores altíssimos de irradiação solar. Dessa forma,
associando a Figura 8 que retrata o potencial energético fotovoltaico com a Figura 18
apresentando os valores de irradiação solar no plano inclinado, torna-se perceptível que as cores
de categorização dos incides mais elevados estão praticamente abrangendo as mesmas áreas,
aos quais inclui o sul do estado do Ceará, denotando o elevado potencial de energia fotovoltaica.
49
6. CONCLUSÃO
Existem diversos fatores influenciadores na eficiência da produção da energia solar
fotovoltaica. Tratando-se da origem dessa produção energética, sendo as radiações solares, foi
possível identificar que as questões meteorológicas, topográficas e até mesmo o movimento de
translação da Terra com relação a inclinação solar, são poderosos influenciadores no seu
potencial, seja de forma positiva ou negativa.
Com a realização do geoprocessamento é possível integrar os mais variados tipos de
dados georreferenciados. Nesta pesquisa, realizou-se a incorporação dos limites territoriais,
altimetrias e até mesmo as radiações solares, onde foi possível determinar as localidades da
Região Metropolitana do Cariri com maiores intensidades nas taxas energéticas além de ter sido
possível demonstrar que a Chapada do Araripe influencia negativamente para esta produção.
Porém, considerando que as áreas categorizadas no mapa são relativamente grandes, de
aproximadamente 100 km², essas avaliações são de grande valia apenas para entender e
determinar as áreas onde o investimento monetário em energias solares fotovoltaicas devem ser
aplicadas, como por exemplo, para a criação de usinas fotovoltaicas e geração de uma energia
mais sustentável para a região. Visto que os valores são ponderados numa média para aquela
respectiva área, onde não representa precisamente as inclinações para implementação de placas
fotovoltaicas mais locais, sendo necessário o georreferenciamento mais preciso daquele local.
Portanto, tomando como princípio avaliativo do potencial energético a irradiação solar
global horizontal, visto que em comparação com a irradiação no plano inclinado as placas
fotovoltaicas estarão com inclinações distintas a depender da sua localidade de aplicação,
constatou-se que dos nove municípios, os que apresentaram as melhores médias de taxas
energéticas em sua totalidade são justamente aqueles que sofrem as menores influências da
Chapada do Araripe, sendo assim temos: Juazeiro do Norte, Caririaçu e Farias Brito, porém, os
municípios de Missão Velha, Crato e Nova Olinda a depender da localidade de aplicação das
placas, ainda é possível obter um alto valor energético em relação a própria Região
Metropolitana do Cariri.
Vale ressaltar que, até nos piores dias de irradiações solares produzindo as menores
taxas energéticas, a RMC apresenta um potencial energéticos solar ainda maior que os melhores
dias de irradiação de por exemplo, a Alemanha, no qual a mesma está em quarto lugar do mundo
com a maior capacidade de energia solar fotovoltaica acumulada. Demonstrando que o não
aproveitamento desse meio energético na região é uma negligencia à sustentabilidade, ao
50
utilizar das outras formas de produções energéticas que agridem o meio ambiente, considerando
o desperdício desse grande potencial natural.
Para trabalhos futuros com relação a energia solar fotovoltaica, sugere-se um foco maior
na questão das irradiações globais horizontais e no plano inclinado, visto que as placas não irão
realizar uma segregação na origem das radiações, como também, realizar um estudo mais
aprofundado da climatologia do local para melhor dimensionar a Energia PV.
Além disso, avaliar a viabilidade para uma implementação de uma micro usina solar
fotovoltaica para a região, utilizando de técnicas de geoprocessamentos mais locais, para uma
melhor determinação de inclinação das placas fotovoltaicas e obter maiores taxas energéticas.
Vale salientar que com o georreferenciamento local é possível fornecer coordenadas de
precisões centimétricas e até mesmo milimétricas a depender do equipamento utilizado,
podendo determinar com exatidão o Norte Verdadeiro para posicionar as placas fotovoltaicas
rotacionadas para o Sol, além de obter a latitude daquela área para fazer o ajuste necessário na
inclinação das placas, considerando que com o pequeno ajuste de inclinação de 5º a 7º N, para
abranger toda a área de estudo, foi possível aumentar os valores das taxas de irradiações
incididas no plano inclinado.
Desse modo, com a implementação da usina fotovoltaica a geração de novos empregos
é eminente, além da redução dos custos com energia e a preservação do meio ambiente,
aplicando o conceito de sustentabilidade para desenvolvimento regional e diminuindo a
degradação do planeta. Diante disso, é relevante ressaltar a importância das políticas públicas
para com os incentivos a esse meio de produção energética, considerando a necessidade da
geração de emprego e do desenvolvimento regional.
51
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