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Posicionamento do sol e a Geração Solar Fotovoltaica

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O posicionamento do sol, com seu movimento diário e ao longo do ano, é de suma importância para diversos setores. Por exemplo, na agricultura, cujo certos alimentos terão melhores performance na produção em função da irradiação que recebem. Na avicultura, as construções de granjas também devem ser feitas baseadas no movimento do sol. Outro grande exemplo, é o momento de compra/construção ou aluguel de um imóvel, saber se no local “bate sol”, e em qual horário, é um fator, muitas vezes, decisivo para a definição. Para energia solar fotovoltaica, o conhecimento da sua fonte, é fundamental para que o sistema tenha o máximo de eficiência, assunto que será detalhado mais à frente.

O movimento do sol

Muitos afirmam que o sol nasce no leste e se põe no oeste, sempre na mesma posição, porém não é verdade. Em função da inclinação do eixo terrestre e movimento de translação da terra, faz com que exista uma variação diária desse ponto. Entretanto, existem dois dias do ano, que a afirmativa é verdadeira, no início da primavera e do outono.

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Figura 1 – Diferença anual da posição de nascimento do sol, para observadores no hemisfério sul.

Agora na primavera, o sol nasce exatamente na posição leste, e ao longo da estação, diariamente, vai descolando esse ponto no sentido sul, até atingir o extremo no dia da mudança de estação para o verão. Já ao longo da estação mais quente do ano, o movimento do ponto nascente é no sentido contrário, atingindo novamente o leste no início do outono. Durante o outono, o local de nascimento do sol vai para direção norte, sendo o dia do inicio do inverno o ponto máximo. Em seguida, retorna ao ponto leste, formando ciclo anual do ponto de nascer, e que segue a mesmo movimento no lado oeste, ao se pôr o sol.

Outro fator que varia ao longo do ano, é a trajetória diária descrita pelo sol. No solstício de verão, no hemisfério sul, data que inicia o verão, o sol descreve sua trajetória mais alta, enquanto no solstício de inverno, a mais baixa, sofrendo as variações durante o ano, como representando na imagem. Além disso, em função da latitude do local, a trajetória do sol será inclinada em relação ao plano horizontal.

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Figura 2 – Trajetória do sol no dia de início de cada estação, com uma inclinação relativa ao plano horizontal, igual a latitude do local

Orientação e Inclinação dos módulos fotovoltaicos

Para obter a melhor eficiência do sistema fotovoltaico e maior produção de energia elétrica, os módulos fotovoltaicos devem ser posicionados para receber a irradiação solar de forma perpendicular. Portanto, de acordo com o que foi mostrado anteriormente, para nós situados no hemisfério sul, a instalação apontada para norte gerará melhor performance.

Vale lembrar que, caso não seja possível a instalação para o norte, de forma alguma isso será um impeditivo, apenas irão existir perdas na produção que poderão ser compensadas com aumento do número de módulos fotovoltaicos, por exemplo. Se após a análise não for possível apontar para o norte, buscamos a orientação leste/oeste. A instalação do sistema para o leste, receberá maior parte da irradiação pela na parte da manhã, enquanto no oeste na parte da tarde. Ambas, possuem eficiência semelhantes, com uma ligeira vantagem paro o lado leste, já que na parte da manhã as temperaturas tendem a ser mais amenas (apesar de necessitar da irradiação solar, os módulos fotovoltaicos apresentam pequenas perdas quanto maior for a temperatura ambiente). Já a orientação sul, deixamos para o último caso, pois possui a pior eficiência, mas que também pode ser compensado, utilizando alguma estrutura para alteração do caimento, por exemplo.

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Figura 3 – Simulação em software, para utilização dos caimentos norte, leste e oeste de um telhado residencial.

Apesar de influenciar menos que a orientação, a inclinação do módulo fotovoltaico é um fator importante para uma maior geração de energia. Devemos sempre buscar que a inclinação dos módulos seja o mais próximo possível da latitude do local. Isso pode ser explicado pelo que vimos anteriormente, já que o sol descreve sua trajetória com uma inclinação relativa a latitude do local, inclinar os módulos com esse mesmo ângulo garantirá que a incidência da irradiação seja na perpendicular da superfície, garantindo uma melhor produção.

Sombras

O principal vilão da energia solar fotovoltaica é a sombra, ela afeta diretamente na produção e pode inviabilizar a instalação em um determinado local. A sombra pode existir por diversos obstáculos: antenas, caixas d’águas, arvores, prédios. O importante é que quando não seja possível retirar ou descolar esse objeto causador, seja feita uma análise detalhada de como sombra afetará o possível local de instalação, já que como sabemos, em função do diferente posicionamento e trajetória do sol, a sombra incidirá de forma diferente, ao longo do ano, no mesmo local.

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Figura 4 – Simulação em software do comportamento da sombra no horário de 12:00h (momento de grande produção de energia), à esquerda no dia 21/12, e a direita no dia 21/06.

Conforme demonstrado na imagem acima, o estudo das sombras ao longo do ano é muito importante, já que, no exemplo, a instalação dos módulos fotovoltaicos próximo a muro da caixa d´agua iria gerar grandes perdas na produção, em parte do ano, diminuindo a eficiência do sistema fotovoltaico.

Conclusão

A compreensão do posicionamento e movimento do sol é importante para diversas atividades do nosso dia a dia, e pode nos auxiliar em algumas tomadas de decisão. Para análise da instalação do sistema de geração solar fotovoltaico, não é diferente e é ainda mais primordial. Sabendo o comportamento da fonte de geração e aplicando esse conhecimento, é possível aumentar a eficiência e ter melhores resultados na produção de energia elétrica.

Texto por Lucas Matias, Engenheiro Eletricista, responsável pelos projetos solares da Arion.