CAPÍTULO 2 – Avaliação do Potencial Solar

        A avaliação do potencial solar onde o sistema fotovoltaico será instalado é fundamental para que o projeto seja otimizado para cada situação e cliente. Existem ferramentas que auxiliam nessa análise, como softwares (Radiasol, PVsyst, PVsol, etc) e algumas plataformas online, como o Sundata da Cresesb.

        Através da plataforma Cresesb, é possível verificar o potencial solar de uma região utilizando dados de latitude a longitude do local de interesse. Através desse portal, é possível analisar a disponibilidade solar da região. A figura a seguir mostra a utilização da plataforma para a região de Florianópolis (27° 35’ Sul de latitude e 48° 32’ Oeste de longitude).

        Muitas vezes, o local que estamos procurando não se encontra cadastrado nos sistemas ou softwares disponíveis, porém há locais próximos que são sugeridos, no exemplo de Florianópolis, a latitude e longitude exata não foi encontrada, então o Sundata sugere três regiões próximas. Pelo gráfico, nota-se que a diferença entre as três regiões próximas não é significativa, e assim, é possível selecionar qualquer uma delas. Caso a diferença fosse grande, o indicado seria escolher a região mais próxima.

        A plataforma Sundata fornece também a análise para diferentes níveis de inclinação dos painéis solares e a respectiva irradiação solar em kWh⁄m²dia para todos os meses do ano, assim, podemos analisar as médias de irradiação disponíveis, qual a maior média, qual o mês com a média mais baixa, e então projetar o sistema para funcionar em todas as condições (especialmente nos sistemas off-grid).

2.2 Interferência da inclinação dos módulos

        Como mencionado na seção anterior, a inclinação dos módulos fotovoltaicos influencia na geração do sistema, assim, apesar de que normalmente nas instalações residenciais a inclinação utilizada é a própria inclinação do telhado, é importante fazer essa análise para determinar a estimativa de geração do sistema e sua viabilidade. No caso de usinas solares, que são instaladas em regiões planas, a análise da melhor inclinação é extremamente importante.

        Como é possível observar pelas figuras retiradas da plataforma Sundata, durante os meses mais quentes, de outubro a fevereiro, as maiores irradiações ocorrem no plano horizontal, sem nenhuma inclinação, porém, isso leva a uma baixa irradiância durante os meses mais frios. Esse fenômeno ocorre, pois, durante o verão, os raios solares tendem a ser mais verticais, já que o sol tem uma trajetória mais alta no horizonte, assim, painéis sem inclinação conseguem absorver maiores quantidades de energia proveniente do sol.

        Durante os meses frios, a trajetória do sol é mais baixa no horizonte, e assim, os raios solares tendem a ser mais horizontais, por isso, sem nenhuma inclinação, a irradiação solar é menor. Nesse caso, com a inclinação de 40° fornecida pelo Sundata, a quantidade de energia seria maior, mas isso reduziria a energia absorvida durante o verão.

        Conforme visto nos gráficos, as diferentes inclinações têm vantagens e desvantagens nos diferentes períodos do ano, as vezes sendo mais vantajosas no verão e as vezes no inverno, por isso, é preciso atenção para selecionar a melhor inclinação para o objetivo que se deseja. Como exemplo, podemos citar o caso de sistemas off-grid, que devem ser dimensionados corretamente mesmo em situações de baixa irradiação solar para que supram a carga e forneçam a energia necessárias às baterias para que elas consigam ter a autonomia para a qual o sistema foi projetado.

        Em sistemas maiores, como usinas, é possível utilizar sistemas de controle automático que corrigem a inclinação dos módulos ao longo do dia, obtendo assim, o melhor aproveitamento possível, esses sistemas são chamados de seguidores solar. Há também a possibilidade de usar apoios mecânicos que permitem a correção da inclinação de forma manual, esses sistemas podem ser usados em projetos de tamanhos menores.

        É importante lembrar que o uso de painéis totalmente horizontais não é recomendado até mesmo em casos que resultem no melhor aproveitado da energia solar, uma vez que folhas de árvores e outros objetos podem cair sobre os módulos fotovoltaicos e não ser retirada, gerando sombreamento e comprometendo sua eficiência, assim, sempre é recomendado ao menos uma inclinação de cerca de 10° para evitar esse problema.

        No caso de usinas solares, a distância entre as placas depende da inclinação dos módulos. Essa distância é importante para evitar que algumas fileiras de módulos criem sombras sobre outras.

2.3 Efeito do sombreamento

        O sombreamento é o principal vilão dos sistemas fotovoltaicos, seja em sistemas grid-tie, seja em sistemas off-grid. Em sistemas grid-tie, apesar desse efeito não comprometer o abastecimento de energia do local por contar com a rede da concessionária, o sombreamento quando não levado em conta no projeto leva a um tempo de pay-back maior do que o esperado, já que todos os dias haverá algum tipo de sombra nos módulos, o que afetará a geração do sistema como um todo, e, ao longo dos anos, essa redução na geração afetará os crédito de energia a que o consumidor teria direito, comprometendo o retorno financeiro. Em sistemas off-grid, o sombreamento é muito mais danoso para a unidade consumidora, já que a rede da concessionária não está disponível. O sombreamento nesses casos afeta o carregamento do sistema de bateria, o que faz com que a autonomia do sistema seja prejudicada, ou seja, se o sistema foi projetado para suprir a energia durante 3 dias sem sol, o efeito do sombreamento pode reduzir essa autonomia para 2 ou 2,5 dias. Em períodos chuvosos ou nublados, esse efeito pode ainda ser potencializado.

        Em um módulo solar, as células são conectadas em série, assim, havendo sombreamento em uma célula ou conjunto de células haverá redução na corrente gerada, e, como as células são conectadas em série, a corrente de todo o módulo será limitada pela corrente da célula sombreada.

        Como já visto, os módulos possuem uma curva característica I-V e outra P-V, que dependem da irradiação solar e temperatura. Quando um módulo apresenta sombreamento, suas curvas características sofrem mudanças. Se tivermos um arranjo formado por dois módulos em série, sendo um deles com sombreamento, as curvas característica I-V e P-V da associação terão os formatos a seguir, sendo que esse fenômeno também ocorre para módulos conectados em paralelo.

        Como é possível observar, existem dois pontos de máxima potência para as associações de módulos, assim, os inversores e controladores de carga que rastreiam o ponto de máxima potência podem não selecionar o melhor deles.

        Existem softwares que utilizam geoprocessamento para identificar os possíveis sombreamentos que podem ocorrer em sistemas fotovoltaicos através de simulações que levam em conta o posicionamento do sol durante todo o ano. Com esse tipo de análise, é possível identificar pontos onde não é aconselhado instalar módulos fotovoltaicos e otimizar o projeto final. Esse tipo de simulação é muito importante sobretudo em áreas urbanas, onde construções vizinhas podem produzir sombreamento.

        Para grandes usinas solares, cada uma das fileiras deve estar a uma certa distância uma das outras, pois devido às inclinações dos módulos, uma fileira pode fazer sombra em outra dependendo da posição do sol. Tanto no caso de usinas como no caso de sistemas para uso residencial ou comercial, é importante evitar o sombreamento nos horários de maior incidência solar.

        No caso de sombreamento causados por módulos, é possível calcular a distância a que as fileiras devem ficar uma das outras. Para esse cálculo, deve-se levar em conta que o sombreamento deve ser evitado no período de maior irradiação solar. Também deve-se levar em conta que o maior sombreamento ocorre durante o inverno, quando o sol está mais baixo no horizonte, assim, devemos calcular uma distância segura que evite o sombreamento no pior caso, o inverno. A figura a seguir ilustra a trajetória do sol durante as estações do ano.

        Para o cálculo da distância entre as fileiras, primeiramente precisamos definir alguns ângulos e nomenclaturas.

• Altura solar (α): É o ângulo entre o plano horizontal e a direção dos raios solares. A altura solar pode ser calculada com se seguinte expressão [Alexandrino Pereira]:

• Declinação solar (β): É o ângulo formado pelo plano da órbita da terra e o plano que passa pela linha do equador. Esse ângulo varia entre -23,45° e +23,45º, sendo negativo no solstício de verão e positivo no solstício de inverno. A declinação solar pode ser calculada com a seguinte expressão [Guilherme Trindade]:

Onde N é o enésimo dia do ano.

• Ângulo horário solar ω: É o ângulo que os raios de sol percorrem no plano da terra ao longo do dia, de leste para oeste. Esse ângulo vale 0° no meio dia solar (sol no ponto mais alto de sua trajetória).
Para determinar a distância entre as fileiras, podemos usar a figura e a equação a seguir:


Sendo I a inclinação do módulo e L a altura do módulo.

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