O posicionamento dos módulos (retrato ou paisagem) em um painel pode influenciar o tipo de sombreamento, o número de módulos sombreados e a região dos módulos sombreada em um determinado instante. A Figura 33 exemplifica duas maneiras de dispor um painel em um local, com módulos em posição paisagem e retrato, e como pode ocorrer variação no número de módulos sombreados e na região do módulo sombreada em um mesmo instante para as duas formas de disposição.
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Figura 33 – Duas maneiras de disposição de um painel, com módulos na posição retrato (Figura da esquerda) e na posição paisagem (Figura da direita).
No caso de sombreamentos causados por elementos do entorno (vegetação, por exemplo), a célula sombreada não recebe radiação direta. Nesse caso, o impacto do sombreamento na produção elétrica de um módulo depende da área sombreada, da posição do módulo (retrato ou paisagem) e da proporção entre a radiação direta e a difusa no momento, entre outros fatores.
Tendo em vista essa situação apresentada na Figura 33, foi realizada uma comparação do impacto do sombreamento em um módulo na posição retrato e paisagem sendo sombreado de duas formas. Foi considerado um módulo de 60 células em série e 3 diodos de desvio, sendo que as características do módulo estudado são as mesmas apresentadas na Tabela 1.
Na primeira análise (situação hipotética), foi considerada uma situação em que a sombra avança lateralmente (ângulo de 90° sobre módulo). Depois, foi analisada uma situação de sombreamento em que a sombra avança sobre o módulo com um ângulo de 45°. Nas duas análises, comparou-se o impacto do sombreamento em um módulo em posição retrato e paisagem.
No SketchUp, os módulos estudados foram representados geometricamente e foram inseridos elementos de sombreamento para causar os tipos de sombras estudadas. As Figuras 34 e 35 apresentam as representações das duas situações com sombreamento lateral. As duas situações com sombras avançando a 45° graus podem ser vistas nas Figuras 36 e 37.
Figura 34 – Avanço de uma sombra lateral sobre um módulo na posição retrato.
Figura 35 – Avanço de uma sombra lateral sobre um módulo na posição paisagem.
Figura 36 – Avanço de uma sombra a 45° sobre um módulo na posição retrato.
Através do programa EnergyPlus, foram obtidas as frações da área de cada célula iluminada (fração da área que não está na sombra) a cada 15 minutos para cada situação estudada.
Para realizar comparações entre as diferentes situações, foram consideradas irradiância de 1000 W/m², sendo a porção direta igual a 800 W/m², e temperatura da célula igual a 25°C. Foi considerado que cada submódulo estaria exposto à irradiância igual à da célula mais sombreada, sendo que a porção na sombra só estaria recebendo radiação difusa. A temperatura das células foi considerada constante nas análises.
No Crearray, o módulo foi representado por 3 submódulos. As condições de irradiância para cada submódulo foram alteradas e obteve-se a curva IV para cada intervalo de tempo.
A fim de verificar a relação do impacto do sombreamento na potência e da porção de radiação direta incidente, foi variada a porção de radiação direta e compararam-se os resultados.
5.2.1 Sombreamento lateral
Nesta primeira análise, foram inseridos elementos de sombreamento de forma a causar um avanço lateral da sombra no módulo e foram comparados os efeitos causados com o módulo em posição paisagem e retrato, conforme as Figuras 34 e 35. A partir das curvas IV obtidas no Crearray, foi calculada a fração da potência nominal em relação à fração de área sombreada do módulo. A Figura 38 apresenta o impacto do avanço da sombra sobre o módulo na potência para as duas posições.
Nesta análise, verifica-se que o impacto varia com o posicionamento do módulo. Quando o sombreamento avança perpendicularmente ao comprimento (posição paisagem), a sombra atinge todos os submódulos igualmente, causando a mesma porção de sombreamento. Para frações de área na sombra menores que 10%, o efeito na redução da potência é linear, reduzindo com o aumento da área das células sombreadas. A partir do momento em que a sombra alcança 10% da área do módulo, todos os submódulos têm as células da extremidade totalmente sombreadas e o efeito causado é o mesmo de todos os submódulos na sombra, ou seja, é equivalente a todo o módulo sombreado.
Figura 38 –Impacto do sombreamento de um módulo nas duas posições (sombra lateral).
Em contrapartida, a sombra paralela ao comprimento do módulo (módulo em posição retrato) causou uma redução no efeito do sombreamento. Neste caso, conforme a sombra avança, os submódulos são sombreados sucessivamente. Logo que a sombra atinge toda a área das células da primeira linha de cada submódulo (10 células em série), o efeito é o mesmo de todo o submódulo sombreado e permanece igual enquanto a sombra percorre a segunda linha de células do mesmo submódulo. Quando a sombra atinge aproximadamente 83% da área módulo, o efeito é o equivalente a todo o módulo sombreado.
5.2.2 Sombreamento com ângulo de 45°
Na segunda análise, os elementos de sombreamentos foram inseridos de maneira a realizar sombras com ângulo de 45° sobre um módulo nas posições retrato e paisagem, conforme as Figuras 36 e 37. Na Figura 39, é apresentada a redução na potência com o avanço da sombra sobre o módulo para as duas situações.
Verificou-se um impacto de sombreamento similar nos dois posicionamentos do módulo. Quando a sombra se aproxima a 30% da área do módulo, pelo menos uma célula de cada submódulo está totalmente sombreada nas duas situações. Portanto, o efeito é o mesmo que se todo o módulo estivesse sombreado e permanece o mesmo com o aumento da área sombreada. Neste tipo de sombreamento, pode-se
perceber os dois diferentes posicionamentos do módulo não causam diferenças significativas nas perdas por sombreamento.
Figura 39 – Impacto do sombreamento de um módulo nas duas posições (sombra 45°).
5.2.3 Impacto da radiação direta
Verificou-se o impacto de diferentes frações de radiação direta sobre a global no módulo em posição retrato com sombreamento lateral (Figura 34). A Figura 40 apresenta os resultados obtidos.
A partir dos resultados obtidos, confirmou-se de maneira quantitativa que quanto maior for a participação da radiação direta, maior é o impacto do sombreamento em um módulo (maior redução na potência).
Neste segundo caso estudado, verificou-se que a metodologia proposta também é viável para estudos para determinação do melhor posicionamento de módulos com a finalidade de reduzir as perdas por sombreamento.
5.3 IMPACTO DO SOMBREAMENTO NA PRODUÇÃO ELÉTRICA ANUAL DE UMA