Sombreamento e impacto do entorno na geração fotovoltaica

Os projetos que são integrados à tecnologia fotovoltaica devem levar em consideração diversos critérios, que se relacionam para cumprir com êxito a proposta do sistema. Entre os parâmetros relevantes, alguns exemplos são: a radiação solar local, a latitude, o uso da edificação, o entorno de implantação e a tecnologia fotovoltaica instalada. Esses fatores resultam na geração fotovoltaica, a função e arquitetura, o comportamento térmico, a transmitância luminosa e o custo, que podem resultar no sucesso ou fracasso do sistema implantado (CHIVELET; SOLLA, 2010).

A radiação solar que atinge os ambientes terrestres se relaciona ao tempo e ao espaço, pois são as variáveis que referenciam o Sol à Terra, sendo que os níveis de radiação são consequência de estar em determinado lugar em um período de tempo. O movimento do sol ocorre por dia e de acordo com as estações do ano, sendo consequência o fornecimento de luz e calor em maior ou menor intensidade. Em relação à luz do sol nas cidades, é possível realizar um planejamento urbano que possibilite acesso ou barre o sol, dependendo da malha urbana e o entorno construído (PÉREZ, 2007).

A importância do acesso solar nos centros urbanos é registrados desde a Roma Antiga, tanto que no século VI, o Imperador Justiniano criou a primeira legislação

ambiental de direito ao sol (Figura 23). Denominada como “Direito ao Sol do

heliocaminus”, a lei dizia que se um objeto fosse inserido em um local que obstruísse

o sol e cria-se sombra onde a luz do Sol fosse necessário, seria considerada uma violação do direito ao sol do heliocaminus (LAMBERTS; DUTRA; PEREIRA, 2014).

Figura 23 - Lei de Direito ao Sol do heliocaminus da Roma Antiga.

Fonte: Lamberts; Dutra; Pereira (2014).

A disponibilidade de luz solar incidindo diretamente em uma determinada superfície é o define a radiação solar direta que se caracteriza como um espectro visível entre 400 nm e 700 nm de banda. A capacitação energética solar pode ser utilizada para fins térmicos e luminoso, acarretando no aquecimento e iluminação dos espaços habitáveis. Os sistemas tecnológicos de captação solar funcionam com bandas espectrais de longitude de onda mais amplo que a visível, por isso surtem efeito nas funções de geração de eletricidade mesmo quando não se tem acesso solar, mas interfere no desempenho quando obstruída por elementos que causem sombreamento, como edifícios, vegetação e instalações vizinhas (JIRÓN; ARAYA, 2012).

Outro fator que relaciona a luz do sol com o planejamento urbano é a altura solar, que é o ângulo gerado entre o sol e o plano do horizonte. Segundo Sonza & Ely (2010), a altura solar é o que estabelece a trajetória do sol em torno da Terra, sendo que a inclinação do eixo de rotação que determina as estações do ano. Assim, a altura solar determina a incidência dos raios solares e sua área de concentração.

A maneira como ocorre o impacto do acesso solar por meio das barreiras de sombra se denomina como envelope solar, e varia de acordo com o caráter da rua e

os horários de corte que influenciam no meio edificado. Por exemplo, no inverno, em consequência dos ângulos estarem mais baixos, há um horário de corte de sol maior delimitado das 10 horas às 14 horas, o que impacta no volume. Já no verão, que os ângulos solares estão mais elevados, o corte solar pendura das 8 horas as 16 horas, um período bem mais longo e que impacta menos no volume construído (PÉREZ, 2007).

A demonstração de um envelope solar, se caracteriza por um volume básico similar a uma pirâmide, pois a edificação é delimitada pelos ângulos de incidência solar. Assim, é possível proporcionar maiores períodos de acesso solar desejável, além de fornecer sombreamento em períodos de radiação solar excedente. Na Figura 24 pode-se visualizar como um envelope solar aplicado a uma edificação pode influenciar na morfologia urbana em consequência do volume resultante.

Figura 24 - Construção do envelope solar e ângulos de altura solar.

Fonte: Assis (2000 apud Pérez 2006).

O cenário urbano é delimitado por dois planos, horizontal e vertical, sendo que a ocupação urbana é demarcada pelas edificações que são constituídas pelos eixos da parede (vertical) e de piso (horizontal). Com isso, a relação entre altura e largura do cenário urbano resulta em FVC (Fator Visível do Céu) ou também denominado como Cânions Urbanos. Esse FVC está diretamente ligado aos índices do plano diretor, como: IA (Índice de Aproveitamento), TO (Taxa de ocupação), largura de vias e afastamentos. Assim, os valores delimitados para os índices determinam o adensamento dos centros urbanos, que para que se possa ter um ambiente com

potencial energético solar, no plano diretor esses índices devem estar condizentes com o controle ambiental adequado (SONZA; ELY, 2010).

Os cânions urbanos são dados por um ângulo que proporciona a entrada da fonte de luz na ausência dos obstáculos do entorno (Figura 25), resultando em pontos onde se pode quantificar os impactos de sombreamento das construções no ambiente urbano (SALINAS, 2010).

Figura 25 - Cânion urbano e o acesso da radiação solar.

Fonte: Marins (2010).

Todos estes elementos também são componentes que alteram a geração fotovoltaica. De acordo com Marins (2010, p. 96):

“O cânion urbano corresponde a seção existente (geralmente viária), limitada por edificações. Sua configuração, no que tange à relação entre a altura das edificações e a largura viária afeta na temperatura superficial, o fluxo de ar, a radiação e a iluminação solar de forma diferenciada, conforme as diversas existentes ao longo do gabarito das edificações.”

Então, uma maneira de realizar as análises de relação entre área edificada e o impacto de sombreamento do entorno é pelo FVC, que define a porcentagem de área de céu que é visível conforme alguma referência. Com isso, de acordo com a morfologia urbana, a zona correlaciona ocupação e insolação, então pode-se analisar a quantidade de radiação solar incidente no meio. Com esses dados é possível definir

diretrizes que garantam condições mínimas de acesso solar no centros urbanos (SONZA; ELY, 2010).

No entanto, é perceptível a associação direta entre o urbanismo, a arquitetura e o acesso solar. Para Jirón & Araya (2012), na arquitetura o acesso da radiação solar se associa intuitivamente as sombras resultantes do entorno, sendo que o espaço urbano se caracteriza como um geometria, que conforme as condições legais pode ou não permitir o acesso livre de radiação solar nas propriedades.

Em vista disso, esta pesquisa emprega ferramenta SIG de análise solar para identificar espaços livres de sombreamento e que recebem altos níveis de irradiação solar em um campus universitário. Para assim, averiguar os locais com potencial para inserção de sistema solar fotovoltaico para geração de energia de forma distribuída.

3 METODOLOGIA

A pesquisa realizada no campus da Universidade Federal de Santa Maria foi desenvolvida preponderantemente por meio de sistema de informação geográfica (SIG), para investigar os níveis de irradiação solar disponíveis. Foram gerados mapas da área de estudo (Wh/m²), verificando áreas potenciais livres de sombreamento para geração de energia através de sistema fotovoltaico.

Posteriormente, a validação destes dados gerados por SIG (ferramenta Solar Analyst) foi comparado com dados de outro software (Radiasol2) e dados medidos in

loco no campus (sistema fotovoltaico do Colégio Politécnico).

Ao autenticar os dados do Solar Analyst, desenvolveu-se uma análise em menor escala, fazendo uso do mesmo método porém direcionado para as pontos de ônibus existente nos limites internos do campus. Com o propósito de qualificar pela localização e o impacto do entorno, quais são passíveis de receber tecnologia fotovoltaica para geração de energia elétrica de forma distribuída.

Para finalizar, detectou-se as espaços livres disponíveis para aplicação de sistema solar fotovoltaico, replicando a Usina Fotovoltaica instalada recentemente e prevendo uma de maior potência.

A organização do trabalho está representada na Figura 26 por meio de um fluxograma, apresentando cada fase desenvolvida.

Figura 26 - Fluxograma metodologia.