Correção da radiação por inclinação e orientação

Para que se tenha uma maior eficiência e aproveitamento dos painéis fotovoltaicos na conversão da fonte luminosa do sol em energia elétrica, faz-se necessário que este esteja voltado para a linha do equador, sendo que, tomando-se como base um ponto no hemisfério Sul, este deverá estar orientado para o norte geográfico.

Portanto, é preciso que seja identificado a posição real da face dos painéis no ponto de instalação e calculado os fatores de perda provocados pelo desvio em graus. Foi identificado que no prédio usado como exemplo, o telhado onde os módulos estão projetados para serem instalados possui um desvio de 10º do norte geográfico. Para se identificar a direção geográfica em que a face dos painéis venham a ser instalados, faz-se uso de uma bússola, ou ainda pode-se recorrer a ferramentas para celulares ou computadores, como é o caso da ferramenta setcompass , a qual demonstra o desvio anteriormente citado e que é apresentado na figura 20.

Figura 20 - Posição geográfica dos painéis

Fonte: Do Autor

Os cálculos de correção estão apresentados a seguir. Dados do Local:

✓ Ponto localizado em cidade do Noroeste –RS ✓ Latitude 27.780048

✓ Longitude 54.235810

✓ Face do telhado a ser utilizado possui área livre de sombreamento de 463 m².

✓ A face do telhado no qual está projetado a instalação dos módulos aponta para o Norte Geográfico, com desvio angular de 10º.

✓ Cobertura com laje.

A fim de captação dos recursos solares, os painéis serão alinhados num ângulo de 0º, anulando o desvio evidenciado de 10º do posicionamento do prédio em relação ao norte geográfico,

A fim de correção, o ponto ótimo de eficiência para este local é obtido com a instalação do conjunto de módulos instalados com uma inclinação de 23º, para que se obtenha o melhor aproveitamento de insolação média anual.

Quadro 12 - Equação para obtenção do ângulo de instalação

Fonte: Do Autor

Os fabricantes de módulos desenvolveram um conjunto de tabelas, com coeficientes de correção por inclinação, a qual considera a captação direta e difusa da radiação solar e apresenta fatores multiplicativos, os quais, introduzem ganho ou perda frente a inclinação do painel fotovoltaico em relação ao plano horizontal.

Existe uma tabela para cada latitude, e esta, traz um fator multiplicativo para cada mês, e uma linha para cada inclinação.

Foi mostrado na figura 18, que a média anual de irradiação solar no plano horizontal para a cidade de Panambi-RS, é de 4,63 kWh/m²/dia.

No quadro 12, mostrou-se que a inclinação recomendada como ideal para um sistema conectado à rede na latitude 28, é de 23º.

O quadro 13, traz o valor corrigido da radiação solar para a latitude 28, quando introduzido o fator K, para uma posição de 25º de inclinação. Este é o valor de tabela mais aproximado frente ao valor encontrado na equação e que apontou para 23,02º.

Quadro 13 - Irradiação solar para uma inclinação de 25º

Fonte: Do Autor

O resultado apurado, aponta um considerável ganho obtido na média, proporcionado pelo nivelamento dos valores médios mensais de HSP, o que acarreta um melhor desempenho na estimativa de uso dos módulos, com um valor de irradiação solar em média anual de 4,90 kWh/m²/dia.

Percebe-se pequena perda no período do verão, nos meses de novembro, dezembro e janeiro, e ganho em todos os demais meses do ano.

De posse deste novo valor de irradiação, é possível refazer os cálculos anteriores, a fim de se verificar a quantidade de módulos necessários para compor o gerador, que forneça a capacidade de alimentar a carga proposta.

O novo dimensionamento pode ser visto no quadro 14.

Quadro 14 - Cálculo do gerador após correção da inclinação

Fonte: Do Autor

Percebe-se que a correção da inclinação para o ângulo correto trará ganhos consideráveis ao sistema. O aumento do nível de irradiação solar obtido com este alinhamento, proporciona redução na potência necessária para o gerador visto que o torna mais eficiente, e com isso, diminui-se a necessidade de 46 módulos na composição total do mesmo, conforme visto no quadro anterior.

Tendo-se neste momento chegado ao dimensionamento final do sistema proposto, faz-se necessário verificar se existe capacidade de espaço físico no local para acomodar a instalação deste conjunto de 791 módulos que deverão compor o gerador.

O quadro 15 retrata a condição de espaço requerido. Nele, percebe-se que existe a necessidade de uma área disponível superior a 1439,62 m² para que os 791 módulos sejam dispostos.

Quadro 15 - Área requerida para instalação dos módulos

Fonte: Do Autor

Foi informado anteriormente que a área útil disponível no local para a instalação do conjunto de módulos conforme medição realizada é de 463 m², inferior, portanto, a área necessária para o conjunto total dimensionado.

Desta forma, será calculada a quantidade de energia possível de ser gerada levando-se em conta a área disponível.

No Quadro 16, representa-se a capacidade de potência possível de ser gerada em kWh/dia, levando-se em consideração a disponibilidade de uma área de 463 m². Neste espaço há condição de se distribuir 253 módulos de 240 W, os quais, após consideradas todas as variáveis anteriormente detalhadas, teriam a capacidade de gerar 254,16 kWh/dia.

Quadro 16 - Potência gerada frente a área disponível

Fonte: Do Autor

A instalação deste gerador traria os números apresentados no quadro 17. Neste, tem-se que da energia total de 23826 kWh/mês pretendidos de ser gerado, a fim de reduzir os 63% possíveis de serem abatidos da fatura média mensal, restrito à área disponível, e com a instalação de 253 módulos frente aos 791 dimensionados, alcançar-se-ia uma geração mensal média de 7624,91 kWh/mês.

Esta potência gerada, corresponde a 32% do que inicialmente se almejava gerar. Tal quantitativo permite a conversão em créditos de energia e redução média mensal estimada de 20% sobre o total da fatura mensal paga nesta unidade consumidora.

A fim de comparação, caso levada em consideração a fatura de energia inicial usada para permear este exemplo de cálculos, e se ainda considerado o valor de R$ 12984,35, teria-se um valor estimado de redução na casa de R$ 2596,87 mensais aproximadamente.

Quadro 17 - Percentual de redução alcançável

O inversor deverá ser trifásico, com potência pouco superior ao valor obtido em Wp, ou seja, de no mínimo 52 kW. Pois o mesmo deverá ter a capacidade de fornecer a potência requerida pela carga na tensão adequada e corrente exigida, além do que, deve ser considerada as perdas que ocorrem no processo de conversão da corrente continua para corrente alternada. O cálculo do inversor é visto no quadro 18.

Quadro 18 - Inversor interativo

Fonte: Do Autor

De acordo com medições realizadas na inspeção técnica, a distância dos módulos até o local de instalação do inversor será de aproximadamente 20 metros.

A distância do inversor até o medidor (relógio registrador de consumo da concessionária) de energia elétrica considerada em projeto para este exemplo será de aproximadamente 5 metros.