No território nacional, a irradiação global anual apresenta médias relativamente altas em todo país, apesar das diferenças climáticas entre as regiões. Sendo assim, foram selecionadas cinco cidades com diferenças significativas nos níveis de irradiação solar, de modo a representar os extremos encontrados no Brasil, ou seja, de uma das menores para uma das maiores médias anuais do país.
De acordo com o que foi apresentado na Revisão Bibliográfica, o melhor aproveitamento da radiação solar ao longo do ano se dá quando os painéis estão orientados ao Norte geográfico e possuem uma inclinação igual à latitude local. No entanto, considerando que as residências hipotéticas possuíam telhados com inclinação de 30%, isto significa que os mesmos estão inclinados 17º. Assim, para que a análise pudesse ser feita, considerou-se que os painéis não possuem desvio azimutal, ou seja, estão orientados ao Norte geográfico e possuem uma inclinação igual a 17º para as cinco cidades avaliadas.
A avaliação do recurso solar consiste em quantificar a radiação solar global incidente sobre o painel fotovoltaico, possibilitando dessa maneira o cálculo da energia gerada. A forma mais comum de apresentação dos dados de radiação é através de valores médios mensais para a energia acumulada ao longo de um dia.
Os valores de irradiação solar incidente no plano dos módulos fotovoltaicos foram calculados através do software SAM (System Advisor Model). Este programa foi desenvolvido pelo National Renewable Energy Laboratory (NREL) é um software que visa o projeto de sistemas de energia solar e seus componentes, abrangendo tanto sistemas térmicos quanto fotovoltaicos. Os dados fornecidos pelo SAM foram calibrados com os valores das médias anuais da irradiação solar diária incidente sobre o plano horizontal e sobre um plano com inclinação igual a 17º, fornecidos pelo Atlas Brasileiro de Energia Solar, gerado pelo Projeto SWERA.
Os níveis de irradiação solar diária média anual para as cinco cidades analisadas neste trabalho são apresentados a seguir.
BRASÍLIA / DF
A cidade de Brasília está localizada no planalto central do Distrito Federal, possuindo coordenadas geográficas: latitude - 15º 43’ Sul e longitude - 47º 56’ Oeste, conforme mapa de localização na Figura 35.
Figura 35 - Localização geográfica da cidade de Brasília/DF (Google Earth, 2017)
Na Tabela 7 são apresentados os valores médios mensais registrados na capital do país nos últimos dez anos, considerando um plano horizontal, um plano inclinado igual à latitude local (15º) e um plano inclinado à 17º.
Irradiação Solar Global Diária Média [kWh/m².dia]
Ângulo /Inclinação
JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ MÉDIA ANUAL
0º 5,84 5,96 5,42 5,11 4,52 4,64 4,86 5,4 5,96 5,94 5,47 5,4 5,41
15º 5,51 5,8 5,6 5,61 5,25 5,6 5,77 6,09 6,3 5,93 5,22 5,05 5,6
17º 5,44 5,75 5,6 5,65 5,32 5,7 5,86 6,15 6,32 5,91 5,17 4,99 5,65
Tabela 7 - Irradiação solar diária média - Brasília – DF (SAM 2017.9.5)
Através da análise dos dados, é possível verificar que não houve uma alteração significativa nas médias referentes a uma inclinação de 15º e 17º, que será um dos parâmetros utilizados para a determinação da potência nominal do sistema fotovoltaico. Através da Figura 36 é possível visualizar melhor as diferenças de valores entre os planos horizontal e inclinado a 15º e 17 º.
Figura 36 - Comparativo entre os níveis de irradiação média nos planos horizontal e inclinado 15º e 17º
FLORIANÓPOLIS / SC
A cidade de Florianópolis está localizada no litoral do estado de Santa Catarina, possuindo coordenadas geográficas: latitude - 27º 36’ Sul e longitude - 48º 28’ Oeste, conforme mapa de localização na Figura 37.
Figura 37 - Localização geográfica da cidade de Florianópolis/SC (Google Earth, 2017)
Na Tabela 8 são apresentados os valores médios mensais registrados em Florianópolis nos últimos dez anos, considerando um plano horizontal, um plano inclinado igual à latitude local (27º) e um plano inclinado à 17º.
0 1 2 3 4 5 6 7
JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ
kWh/m².dia
Mês de referência
Irradiação Solar Global Média Plano Horizontal e Inclinado - Brasília - DF
0º 15º 17º
Irradiação Solar Global Diária Média [kWh/m².dia]
Ângulo /Inclinação
JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ MÉDIA ANUAL
0º 6,13 5,55 5,42 5,25 4,09 3,28 2,82 3,62 4,04 4,98 5,71 5,95 5,12
17º 5,97 5,63 5,69 4,75 4,1 3,63 3,41 4,27 4,41 5,13 5,63 5,72 4,94
27º 5,68 5,51 5,77 4,98 4,44 3,99 3,71 4,52 4,49 5,05 5,4 5,42 5,02
Tabela 8 - Irradiação solar diária média - Florianópolis - SC (SAM 2017.9.5)
Através da análise dos dados, é possível verificar que existe uma alteração um pouco mais sensível nas médias referentes a uma inclinação de 17º e 27º.
Através da Figura 36 é possível visualizar melhor as diferenças de valores entre os planos horizontal e inclinado a 17º e 27 º.
Figura 38 - Comparativo entre os níveis de irradiação média nos planos horizontal e inclinado 17º e 27º
Em Florianópolis há uma queda significativa nos níveis de irradiação média no mês de Julho, que pode ser explicada através da ocorrência do fenômeno meteorológico denominado Veranico, comum nas regiões meridionais e que ocasionalmente ocorre durante o inverno. Quando, durante o outono e inverno, as temperaturas máxima e mínima apresentam valores muito acima do valor climatológico normal para estas estações, associadas à outras variáveis meteorológicas, como o aumento da nebulosidade devido à formação de nuvens, tem-se a ocorrência deste fenômeno, interferindo nos índices de irradiação solar.
BELÉM / PA
A cidade de Belém está localizada na Bacia Hidrográfica do Amazonas no estado do Pará, possuindo coordenadas geográficas: latitude - 1º 17’ Sul e longitude - 48º 27’ Oeste, conforme mapa de localização na Figura 39.
0 1 2 3 4 5 6 7
JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ
kWh/m².dia
Mês de referência
Irradiação Solar Global Média Plano Horizontal e Inclinado - Florianópolis - SC
0º 17º 27º
Figura 39 - Localização geográfica da cidade de Belém/PA (Google Earth, 2017)
Na Tabela 9 são apresentados os valores médios mensais registrados em Belém nos últimos dez anos, considerando um plano horizontal, um plano inclinado igual à latitude local (1º) e um plano inclinado à 17º.
Irradiação Solar Global Diária Média [kWh/m².dia]
Ângulo /Inclinação
JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ MÉDIA ANUAL
0º 4,73 4,72 4,77 4,68 4,79 4,9 5,25 5,53 5,51 5,66 5,36 5,04 4,97
17º 4,24 4,39 4,64 4,77 5,12 5,42 5,75 5,84 5,48 5,31 4,79 4,42 4,96
1º 4,71 4,7 4,77 4,69 4,82 4,94 5,29 5,56 5,52 5,65 5,33 5,01 4,98
Tabela 9 - Irradiação solar diária média - Belém - PA (SAM 2017.9.5)
Através da análise dos dados, é possível verificar que existe uma alteração mínima nas médias referentes a uma inclinação de 1º e 17º. Os valores mais baixos de irradiação se devem a alta nebulosidade presente na região. Através da Figura 40 é possível visualizar melhor as diferenças de valores entre os planos horizontal e inclinado a 1º e 17 º.
Figura 40 - Comparativo entre os níveis de irradiação média nos planos horizontal e inclinado 1º e 17º
PETROLINA / PE
A cidade de Petrolina está localizada no extremo sertão nordestino no estado de Pernambuco, possuindo coordenadas geográficas: latitude - 9º 22’ Sul e longitude - 40º 30’ Oeste, conforme mapa de localização na Figura 41.
Figura 41 - Localização geográfica da cidade de Petrolina/PE (Google Earth, 2017)
Na Tabela 10 são apresentados os valores médios mensais registrados em Petrolina nos últimos dez anos, considerando um plano horizontal, um plano inclinado igual à latitude local (9º) e um plano inclinado à 17º.
Irradiação Solar Global Diária Média [kWh/m².dia]
Ângulo /Inclinação
JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ MÉDIA ANUAL
0º 5,19 4,97 4,9 4,05 3,42 3,22 3,5 4,25 5,07 4,98 5,65 4,76 4,83
17º 4,78 4,74 4,91 4,21 3,64 3,5 3,82 4,55 5,19 4,84 5,22 4,36 4,65
0 1 2 3 4 5 6 7
JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ
kWh/m².dia
Mês de referência
Irradiação Solar Global Média Plano Horizontal e Inclinado - Belém - PA
0º 17º 1º
9º 5,01 4,89 4,95 4,16 3,56 3,4 3,7 4,45 5,18 4,94 5,47 4,59 4,74 Tabela 10 - Irradiação solar diária média - Petrolina - PE (SAM 2017.9.5)
Através da análise dos dados, é possível verificar que existe uma alteração mais intensa nas médias referentes aos meses iniciais.
Os valores mais altos de irradiação se devem a baixa nebulosidade e a presença do Rio São Francisco que banha a região. Através da Figura 42 é possível visualizar melhor as diferenças de valores entre os planos horizontal e inclinado a 9º e 17 º.
Figura 42 - Comparativo entre os níveis de irradiação média nos planos horizontal e inclinado 9º e 17º
SÃO PAULO / SP
A cidade de São Paulo está localizada na região sudeste do país, possuindo coordenadas geográficas:
latitude - 23º 40’ Sul e longitude - 46º 35’ Oeste, conforme mapa de localização na Figura 43.
0 1 2 3 4 5 6
kWh/m².dia
Mês de referência
Irradiação Solar Global Média Plano Horizontal e Inclinado - Petrolina - PE
0º 17º 9º
Figura 43 - Localização geográfica da cidade de São Paulo/SP (Google Earth, 2017)
Na Tabela 11 são apresentados os valores médios mensais registrados em São Paulo nos últimos dez anos, considerando um plano horizontal, um plano inclinado igual à latitude local (23º) e um plano inclinado à 17º.
Irradiação Solar Global Diária Média [kWh/m².dia]
Ângulo /Inclinação
JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ MÉDIA ANUAL
0º 3,65 4,2 3,56 2,7 2,2 1,83 2,36 2,49 3,08 3,68 4,42 4,52 3,32
17º 3,53 4,19 3,71 2,92 2,46 2,05 2,73 2,72 3,26 3,72 4,33 4,35 3,40
23º 3,44 4,13 3,71 2,95 2,52 2,1 2,81 2,77 3,28 3,68 4,23 4,23 3,36
Tabela 11 - Irradiação solar diária média – São Paulo - SP (SAM 2017.9.5)
As variações observadas para a cidade de São Paulo ocorrem principalmente por conta da poluição na cidade sendo este um efeito de causas humanas. Os dados podem ser comparados na Figura 44.
Figura 44 - Comparativo entre os níveis de irradiação média nos planos horizontal e inclinado 23º e 17º
A Figura 45 apresenta um comparativo entre os níveis de irradiação média no plano inclinado a 17 º das cinco cidades analisadas neste projeto.
Figura 45 - Comparação entre os níveis de irradiação solar global média das cinco cidades no plano inclinado a 17º
Segundo (PEREIRA, 2006), o decréscimo natural da incidência de radiação solar no topo da atmosfera que ocorre no Inverno é decorrente de fatores astronômicos associados ao sistema Sol-Terra. É explicado ainda pela declinação solar que é a distância angular do Equador ao paralelo do Sol e dá origem às estações do ano.
Em 21 de Março e 21 de Setembro tem-se os Equinócios de Primavera e Outono, quando o Sol passa exatamente sobre o Equador. Em 21 de Junho o Sol está sobre o Trópico de Câncer, afastado do Equador 23º
0 1 2 3 4 5
JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ
kWh/m².dia
Mês de referência
Irradiação Solar Global Média Plano Horizontal e Inclinado - São Paulo - SP
0º 17º 23º
0 1 2 3 4 5 6 7
kWh/m².dia
Mês de referência
Irradiação Solar Global Média Plano Inclinado a 17º
Petrolina São Paulo Brasília Florianópolis Belém
26’ para o Norte dando origem ao Solstício de Inverno e em 21 de Dezembro o Sol está afastado do Equador 23º 26’ para o Sul, incidindo sobre o Trópico de Capricórnio, dando origem ao solstício de Verão no hemisfério Sul.