Qual a direcção que os painéis solares devem tomar, e em que ângulo devem ser inclinados?
A resposta a esta pergunta pode parecer bastante directa no início, mas na realidade, há uma série de respostas; quando contabilizamos os vários factores que muitas vezes tendemos a ignorar.
Neste artigo, exploramos todos os elementos que influenciam a orientação e o ângulo de inclinação dos painéis solares.
Primeiro, você precisa se perguntar: “Em que região geográfica eu quero colocar os painéis?”
A direção ideal que os painéis solares devem enfrentar, muda dependendo se você vive no hemisfério norte ou no hemisfério sul.
No hemisfério norte, os painéis devem estar voltados para o sul, e o norte funciona melhor para o hemisfério sul.
Agora, a próxima pergunta que você pode fazer é: “Por que sul ou norte? Por que não leste ou oeste?”
Para entender a resposta, pense em um edifício no hemisfério norte. O lado norte do edifício está sempre na sombra. De manhã o oeste está sombreado, e o leste é iluminado pelo sol, e à medida que a noite se desdobra, o oeste é iluminado pelo sol, e o leste é sombreado.
Isto porque o sol tem um deslocamento do sul no hemisfério norte e um deslocamento do norte no hemisfério sul.
Se os painéis fossem colocados virados para o leste ou oeste, eles gerariam uma boa quantidade de energia apenas durante a manhã ou à noite. Contudo, para obter o melhor de ambas as vezes, é necessário um sistema voltado para norte ou sul.
Ainda não terminamos.
Há uma nova e emergente tendência chamada de preço do Tempo de Uso (TDU). Este é um sistema de preços onde as tarifas de energia são mais altas para uma hora pré-definida do dia, geralmente quando o uso de energia em todo o estado/país é maior.
Normalmente, o uso é mais alto entre 1 PM e 7 PM. Durante este tempo, o fornecimento de electricidade das centrais eléctricas já activas é esticado até aos seus limites. Em certo momento, as centrais eléctricas que estão mais longe ligam-se como uma contingência para evitar falhas de fornecimento. Isto, por razões óbvias, aumenta o custo de funcionamento da rede. Sob TOU, o cliente gasta mais dinheiro para pagar suas contas de serviços públicos.
Em lugares como estes, acontece que os painéis voltados para o oeste são mais econômicos quando comparados aos painéis voltados para o sul ou norte. Isto acontece principalmente porque os painéis voltados para o oeste geram 49% mais eletricidade durante os picos de demanda quando comparados aos painéis voltados para o sul, como registrado por um estudo realizado em Austin, Texas (no hemisfério norte).
O Fator de Inclinação.
O fato é que não importa o quão preciso você calcule o ângulo de inclinação para seus painéis, você terá certas perdas. O esquivo ângulo ótimo do painel continua mudando ao longo do dia e através das estações (a menos que você tenha instalado um rastreador solar, neste caso, o painel se ajusta para enfrentar o ângulo ótimo em intervalos regulares de tempo usando um algoritmo embutido).
Então, o melhor que você pode fazer é calcular um ângulo que tenha a menor perda média anual.
A maneira mais comum que tem sido adotada amplamente é:
(latitude * 0,9) + 29 = ângulo de inclinação ótimo para o inverno.
(latitude * 0,9) – 23,5 = ângulo de inclinação ótimo para o verão.
Neste método, pegue a latitude: que é uma indicação de quanto você precisa inclinar o painel por. Em seguida, considere o deslocamento do movimento do sol durante o verão e o inverno, adicionando algumas constantes pré-determinadas, pois o sol é mais baixo no céu durante o inverno, e subtraindo outra constante pré-determinada durante o verão, pois o sol é mais alto no céu durante o verão.
Calculando as perdas.
Vamos dizer que o ângulo de inclinação ótimo para uma determinada região é calculado usando a abordagem que acabamos de discutir. As perdas que este sistema incorreria a qualquer minuto podem ser calculadas ou medidas utilizando instrumentos como o piranómetro (utilizado para medir a radiação solar numa superfície), o pireliómetro (utilizado para medir a radiação solar de feixe directo), o gravador de luz solar (utilizado para medir o tempo de luz solar disponível), e mais (material gadget).
Estes gadgets são caros e o retorno de investir neles, especialmente para empresas ou indivíduos menores, não é grande coisa.
Mas não se preocupe. Existe uma solução de baixo orçamento. Você pode calcular os fatores dos quais estas perdas dependem, como a declinação da Terra, o ângulo horário, a latitude, o ângulo de inclinação do painel, o tempo solar e o Ângulo Azimutal Superficial usando dados facilmente disponíveis e acessíveis como a latitude, longitude, hora local.
Declinação é basicamente o ângulo subtendido por uma linha reta projetada a partir do plano equatorial, e uma linha do centro do Sol projetada sobre a Terra.
O ângulo horário é uma expressão que descreve a diferença entre a hora solar local e o meio-dia solar.
O “Ângulo Azimutal da Superfície” é medido no plano horizontal desde o verdadeiro sul até à projecção horizontal do normal à superfície.
Tempo solar é o conceito onde a passagem do tempo é calculada em relação à posição aparente do sol no céu.
Ao usar estes fatores, você será capaz de encontrar definitivamente o ângulo pelo qual os raios solares são incidentes no painel. Você pode então comparar o ângulo de incidência dos raios solares quando o painel está de frente para a direção ideal, ângulo e ângulo de incidência para quando o painel não está de frente para um ângulo ideal, direções; e assim encontrar as perdas percentuais com relação às mudanças de direção e/ou ângulo.
O que o futuro reserva.
Solar trackers parecem ser a opção mais popular atualmente sendo explorada. É uma tecnologia existente, mas a sua aplicação está limitada a sistemas montados no solo em grande escala. Isto é principalmente porque os sistemas de rastreamento solar são caros, precisam de mais manutenção e, mais importante, não são adequados para as velocidades do vento e da precipitação a que são expostos em um telhado.
Sistemas de rastreamento autolimpantes e auto-mantidas que incorporam projetos que irão sustentar as condições em um telhado são o que os fabricantes hoje estão trabalhando em seus laboratórios de R&D.
Uma dessas empresas, Edisun Microgrids, já projetou um novo sistema de rastreamento. Aqui, no lugar dos tradicionais rastreadores montados em postes que precisam ser elevados em 6 pés, os sistemas de rastreamento estão a apenas alguns centímetros do telhado. Outra mudança notável no design é que estes painéis giram a partir da sua borda, em oposição aos seguidores tradicionais que giram a partir do centro. A organização completou com sucesso o maior sistema de rastreamento solar de telhado do mundo com 2900 rastreadores em painéis individuais em Oxnard, Califórnia.
A empresa acredita que seu equipamento de rastreamento de telhado pode aumentar a produção de energia de um projeto solar em 30% em comparação com os rastreadores de inclinação fixa.
Uma simples pergunta pode resultar nas respostas mais poderosas. Neste artigo, nós começamos com uma dessas perguntas. É claro que mais pode acontecer pela exploração honesta dos problemas, e não há limite para o que o setor energético de amanhã poderia oferecer ao mundo.
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Escrito por Pavan Balakrishna, Engineering-Operations at Solarify