3.2 Estimativa do potencial de produção de eletricidade por solar PV
3.2.3 Fatores de restrições utilizados
O método utilizado para determinação do potencial técnico para solar PV implica que sobre esta área se apliquem sucessivamente restrições de utilização do telhado e restrições de sombreamento para obter a área útil de telhado e área adequada para PV, respetivamente.
Este procedimento foi realizado recorrendo ao ArcGIS, no entanto primeiro foi necessário definir para cada freguesia os elementos necessários à operação, nomeadamente, com a adição novos campos designados coeficiente de cobertura do solo (GCR, do inglês – Ground Coverage Ratio) e fator de sombreamento (Fs).
Essencialmente, ambos fatores contribuem para a redução da área global de telhado considerando o sombreamento de que os painéis estão sujeitos. Enquanto o GCR computa o
64 sombreamento proveniente de painéis adjacentes, o Fs tem em conta o sombreamento proveniente de outros edifícios.
Nesta metodologia a consideração destes coeficientes foram de elevada importância, tendo em conta o âmbito do estudo e as características do tipo de edifícios que são objeto de estudo. Uma sombra projetada sobre uma célula de um módulo PV pode diminuir a produção de energia desse módulo até 75% (Karatepe et al., 2007; Schallenberg-Rodríguez, 2013). A forma de reduzir esses efeitos é assegurar que o sistema se localize em uma área onde o sombreamento é nulo ou mínimo.
O coeficiente de cobertura do solo, GCR diz respeito ao fator de utilização da área disponível e varia consoante o grau de inclinação do telhado. É um conceito adotado por Byrne et al. (2015) que define a área para dimensionamento de painéis tendo em consideração os efeitos de sombreamento entre painéis. Byrne et al. (2015) refere que além do GCR, sistemas solar PV requerem uma área de serviço (SA) para manutenção e acesso (Tabela 5).
Tabela 5 – Ground Coverage Ratio (GCR), Área de serviço (SA) e Área útil proporcional à inclinação de telhado (Adaptado de Byrne et al. (2015))
Inclinação (°) GCR (%) SA (%) Área útil (%)
0 100 20 80 5 80 17 63 10 66 13 53 15 57 10 47 20 51 7 44 25 46 3 43 30 42 0 42
Para ângulos de inclinação do telhado mais baixos o espaço destinado a manutenção bem como o GCR aumenta, e para ângulos mais elevados os constrangimentos de espaço disponível devido à própria inclinação do telhado dispensam uma maior área de serviço SA e GCR já que pela própria disposição dos painéis PV não há projeção de sobra entre eles (Figura 19).
A equação 1 traduz a relação entre as variáveis que condicionam o número de painéis que cada telhado pode alojar:
Figura 19 – Disposição de módulos para cálculo do GCR em telhados inclinados e planos (Adaptado de Byrne,et al. (2015)
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𝐺𝐶𝑅 =
𝑑𝑐= (cos(𝛽) + 𝑆𝐵𝑅 × sin(𝛽))
−1 [1]SBR (do inglês - Set Back Ratio) é igual ao quociente entre a distância entre painéis ou linha de módulos dispostos num telhado (b) e a sua altura (a) (representado na figura 22), “c” e “d” representam, respetivamente, a largura e a área ocupada por painel, e “β” traduz o ângulo de inclinação do painel. A distância entre painéis e o seu ângulo de inclinação determinam a área útil para instalação de painéis nos telhados. Para o cálculo de restrições de utilização, generalizou-se nesta metodologia, um ângulo para telhados inclinados igual a 30°. Nestas condições a área útil final corresponderá a 80% e 42% da área total de telhados planos e inclinados, respetivamente.Para o fator de sombreamento (Fs), foram consideradas diferentes metodologias que tinham por base: amostras e levantamento de campo (Khan & Arsalan, 2016), estimativas utilizando software como AutoCAD para projeções de sombreamento sobre o telhado (Ordóñez et al., 2010), e de valores médios utilizados por vários autores (Singh & Banerjee, 2015) (Tabela 6).
Tabela 6 - Valores para Fs considerados por diferentes autores e localização dos respetivos caso de estudo
Referência Local Fs
Ordóñez et al. (2010) Andalusia, Espanha ≈ 0.175
Singh et al. (2015) Mumbai, India 0.28
Khan et al., (2016) Karachi, Paquistão 0.35
Izquierdo et al. (2008) Espanha 0,43
Da análise de literatura efetuada foi adotado o método definido por Izquierdo et al. (2008), que utiliza fatores de redução para áreas de telhado, entre os quais o Fs, com base em amostragens estatísticas estratificadas de edifícios, por unidade geográfica. O autor faz uma caracterização prévia do edificado com base nas características das unidades geográficas onde este se insere, classificando-os segundo tipologias de edifícios representativos (RBT – do inglês: representative building typology). Esta categorização dos edifícios em RBT, ilustrada na Tabela 8Tabela 8, é feita com base em dois parâmetros: densidade populacional (Dp) e densidade dos edifícios (Db) (Tabela 7). Ao contrário de Izquierdo et al. (2008) que considerou o município como unidade geográfica, para o contexto de Almada utilizou-se a freguesia que é a unidade espacial mais pequena, com dados estatísticos disponíveis.
Tabela 7 - Parâmetros para a categorização do edificado segundo Izquierdo et al., 2008
Categoria Densidade Populacional Densidade de edifícios Dp (n.º hab./km2) Db (n.º edifícios/km2) Low 0-2400 0-1000 Medium 2400-4300 1000-1700 High 4300-7800 1700-2700 Very High >7800 >2700
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Tabela 8 - Categorização do edificado por Izquierdo et al., 2008
A utilização desta metodologia para determinar o Fs apropriado justifica-se não só por se tratar do valor mais conservativo de entre os considerados por outros autores, mas também por utilizar uma metodologia flexível baseada em dados estatísticos acessíveis, de municípios, e que pode ser reproduzida para outros contextos geográficos. As BRT para Espanha são geralmente caracterizadas pela sua compacidade, em comparação com o centro e norte da Europa e valor do Fs associado a cada tipologia é uma aproximação avaliada por inspeção humana de imagens digitais por satélite para cada tipologia de edifício e ambiente. Apesar de não se ter em conta variações culturais entre Almada e Espanha, em termos do edificado é o mais aproximado geograficamente, quando comparado com o contexto geográfico em Singh et al. (2015) ou Khan et al. (2016). A Tabela 9 apresenta o valor do Fs para cada freguesia calculado através deste método e utilizado posteriormente para o calculo do potencial global e por freguesia.
Tabela 9 - Fator de sombreamento definido para cada freguesia da área de estudo