Instalação Sistemas Solares Fotovoltaicos

Posição do Sol

O ângulo ideal para o painel, se estiver apontado directamente ao sol, será igual ao ângulo da altura solar, no entanto, como a maior parte dos painéis não se movem, terá de existir um equilíbrio, em função da altura do ano.(o ideal será ajustar o painel mensalmente).

Calculador original em Solar Position Calculator
By Chris Cornwall, Aaron Horiuchi and Chris Lehman NOAA

Posição e Espectro Solar

A irradiância solar depende da altura do Sol (=γ_s). Esta é calculada a partir de uma base horizontal. Devido à trajectória do Sol, a altura do Sol muda durante o dia e também durante o ano.

A luz solar toma o percurso mais curto através da atmosfera, quando a posição do Sol é perpendicular à superfície da Terra. Se o ângulo de incidência solar é mais baixo, o percurso através da atmosfera é mais longo. Nesta segunda posição, leva a uma maior absorção e difusão da radiação solar, o que implica uma menor irradiância. A Massa de Ar (factor AM), indica um múltiplo do percurso da radiação solar na atmosfera para um local preciso, num determinado momento. A relação entre a posição do Sol (Js) e a Massa de Ar, é definida do seguinte modo:

AM=1/sinγ_s

Neste contexto, AM = 1 quando a posição do Sol é perpendicular (γ_s = 90°). Isto corresponde à posição solar no equador ao meio dia, no início da Primavera ou do Outono. γ

Por exemplo, para uma latitude de 39º N. A altura solar máxima é atingida no dia 21 de Junho, quando γ_s = 74,3º. Equivale a uma Massa de Ar de 1,039. No dia 22 de Dezembro, atinge-se a altura solar mínima γ_s = 27,7º e, respectivamente, uma Massa de Ar de 2,151.

• Dispersão de Rayleigh (dispersão molécular);
• Dispersão de Mie (dispersão por partículas de pó e poluição do ar);
• Reflexão atmosférica ;
• Absorção pelas moléculas da atmosfera (0₃, H₂0, 0₂, CO₂).

Radiação solar em planos inclinados

A radiação solar é sempre maior numa área que se estende perpendicularmente em relação aos raios solares, do que numa área horizontal das mesmas dimensões. Uma vez que o azimute e a altura solar mudam ao longo do dia e do ano, o ângulo de incidência da radiação solar varia constantemente na maior parte das áreas potenciais ao aproveitamento da energia solar (telhados, etc etc). A análise da radiação anual ajuda a equacionar a conveniência das áreas existentes, tendo em conta o seu aproveitamento solar. Para ilustrar este aspecto, a figura seguinte mostra o exemplo de Lisboa, a qual representa a irradiação solar anual que incide numa área de um metro quadrado, em função do azimute e da altura solar (média a longo prazo).

A orientação da instalação solar, tem por resultado diferentes níveis de irradiação. Em Portugal, a orientação óptima de uma instalação é a direcção Sul, com um ângulo de 35º de inclinação. No Brasil, o painel deve estar voltado para o Norte geográfico com uma inclinação de 25º a 30º. Neste caso, o nível de irradiação é quinze por cento maior do que numa área horizontal (ângulo de inclinação: β = 0).
A construção de instalações solares em telhados inclinados, com orientações diferentes à da posição óptima, traduz-se numa menor produção de energia devido à redução da radiação. Uma orientação para Sudoeste ou Sudeste dos telhados, ou uma inclinação entre 20º e 50º, implicam uma redução máxima da energia produzida de dez por cento. Os telhados com uma orientação que varie ainda mais da posição óptima, podem também ser explorados, mas nesta situação a menor irradiação deverá ser equacionada.
A utilização das fachadas para a integração de tecnologias solares (ângulo de inclinação β = 90°) implica uma produção de energia menor, devido à redução significativa da irradiação. Neste caso, a boa visibilidade da instalação solar (o proveito da imagem), aspectos de design, entre outros factores, têm um papel vital para a decisão final sobre a construção da fachada com este material.

Incidência da radiação solar

A intensidade da radiação solar exprime-se em geral pelo fluxo de energia (energia por unidade de tempo) I_N incidente sobre uma superfície plana (ou um painel) perpendicular aos raios solares com área unitária. As unidades no Sistema SI são W / m ². Se a incidência não for normal, define-se o ângulo de incidência i como sendo o ângulo entre os raios solares e a normal à superfície (ou ao painel).

• com α _s >0, α _w < 0 ;
• β = ângulo de inclinação do painel.
• α _w= ângulo de azimute do painel

No caso de incidência não normal ( i ≠ 0 ), o fluxo de energia recebido pela superfície (ou pelo painel), por unidade de área, é
I_c = I_N cos i
O ângulo de incidência i pode ser relacionado com o ângulo de altitude solar α , com o ângulo de azimute solar α _s , e com os dois ângulos que definem a orientação do painel: o ângulo β de inclinação do painel (em relação ao plano horizontal) e o ângulo de azimute do painel α _w (formado pela direcção Sul-Norte com a projecção no plano horizontal da normal ao painel; ao convenção se sinal para α _w é a mesma que para α _s ). Essa relação é
cos i = cos α cos(α_s - α_w)sin β + sin α cos β
No caso de incidência normal, α _s = α _w, α = 90 º e i = 0. Se o painel for horizontal, fica β=0 e i = 90 º.

Fontes:
-António F. O. Falcão -2008. Instituto Superior Técnico Departamento de Engenharia Mecânica
-Chris Cornwall, Aaron Horiuchi and Chris Lehman, NOAA