RECURSO SOLARRECURSO SOLARDisciplina: Centrais ElétricasDisciplina: Centrais ElétricasAluno:Heitor Seiji SugitaAluno:Heitor Seiji SugitaProfessor: Clodomiro unsihuayProfessor: Clodomiro unsihuay--VilaVila

AGENDA• Introdução;• Introdução;

• Partes Constituintes;

• Geometria Sol-Terra;

• Radiação Solar sobre a Terra;

• Instrumentos para Medição;• Instrumentos para Medição;

• Análise dos Dados;

• Referências Bibliográficas.

Introdução - Sol• Enorme esfera de gás

incandescente;incandescente;

• Responsável pelamanutenção da vidana Terra;

• Inesgotável fonte de• Inesgotável fonte deenergia.

Partes Constituintes• Núcleo: 15 milhões K - reaçõestermonucleares;

• Zona Convectiva: transporte deenergia das zonas internas paraenergia das zonas internas paraexternas;

• Fotosfera: 5800K - camada visível doSol - aparência de liquido emebulição;

• Cromosfera: 4300K - não visível poispossui irradiação baixa;

• Corona: camada mais externa -somente visível na ocorrência de umeclipse;

• Manchas: indicadores de intensaatividade magnética presente no Sol.

Geometria Sol-Terra• Movimento da Terra em Relação ao Sol -• Movimento da Terra em Relação ao Sol -

trajetória elíptica;

• Anual - Translação;

• Diária - Rotação;

• Inclinação - 23,45º (do eixo em relação ao• Inclinação - 23,45º (do eixo em relação aoplano normal da elipse) - Declinação Solar (δ);

• Dias mais longos ou mais curtos.

Cálculo da Declinação Solar

• Para o cálculo da Irradiância ExtraterrestreEfetiva, necessitamos do valor de I0

determinado pela WRC (World Radiation

Center) - 1,367 W/m2.Center) - 1,367 W/m2.

• Afélio - ponto mínimo da curva: é o ponto da órbita em que umplaneta ou um corpo menor do sistema solar está mais afastadodo Sol.

• Periélio - ponto máximo da curva: é o ponto da órbita em queum planeta ou um corpo menor do sistema solar está maisum planeta ou um corpo menor do sistema solar está maispróximo do Sol.

• Ângulo Zenital (θz) - ângulo formado entre os raios do Sol e a vertical local(Zênite);

• Ângulo ou Elevação Solar (α) - ângulo compreendido entre os raios do Sol ea projeção dos mesmos sobre o plano horizontal (horizonte do observador);

• Ângulo Azimutal do Sol (γs) - ângulo entre a projeção dos raios solares no• Ângulo Azimutal do Sol (γs) - ângulo entre a projeção dos raios solares noplano horizontal e a direção Norte-Sul (horizonte do observador). Positivo aLeste e Negativo a Oeste.

• Ângulo Azimutal da Superfície (γ) - ângulo entre a projeção da normal à superfície no planohorizontal e a direção Norte- Sul;

• Inclinação da Superfície de Captação (β) - ângulo entre o plano da superfície em questão eo plano horizontal;

• Ângulo de Incidência (θ) - ângulo formado entre os raios do Sol e a normal à superfície decaptação;captação;

• Hora angular (ω) - deslocamento angular Leste-Oeste do meridiano do Sol, a partir domeridiano local, e devido ao movimento de rotação da Terra.

• Cálculo do número teórico de horas de sol:• Cálculo do número teórico de horas de sol:

• Para tanto, necessitamos do valor do ângulohorário do pôr-do-sol (ωs), encontrado pormeio da equação:

• φ = latitude local• φ = latitude local

• Cálculo do θz:

• Cálculo do θ:• Cálculo do θ:

• Com estes valores, é possível calcular a componente direta da irradiância que incide a um plano horizontal (G ) ou a qualquer um plano horizontal (Gd,h) ou a qualquer superfície inclinada (Gd,β):

• Equação do Tempo:

• n = dia juliano

• Solução - HORÁRIO DE VERÃO!!

Radiação Solar sobre a Terra

• Radiação Direta - proveniente diretamente da direçãosolar e produz uma sombra nítida;

• Radiação Difusa - proveniente de todas as direções,atinge a superfície terrestre após o fenômeno deespalhamento, feito pela atmosfera.

• Espalhamento de Rayleigh - espalhamento da luzpelas moléculas de gás da atmosfera. Responsávelpela cor do céu.

• Ex: dia sem nuvens - pelo menos 20% da radiaçãototal recebida na superfície é difusa. Em um diatotalmente nublado, 100% da radiação é difusa.totalmente nublado, 100% da radiação é difusa.

• Albedo - coeficiente de reflexão das superfíciesinclinadas em relação a horizontal, causado porvegetação, solo, obstáculos, terrenos rochosos.

Radiação Direta + Radiação Difusa + Albedo = Radiação Global

• Massa de Ar (AM) - Espessura da camadaatmosférica, responsável pelas mudanças dacaracterística da radiação solar (intensidade,distribuição espectral e angular, causadas peloespalhamento e absorção);

• AM1 = Sol encontra-se no zênite (0°);

• AM2 = 60°;• AM2 = 60°;

• AM0 = sem massa atmosférica para a radiaçãopassar também conhecida como a massa de ar notopo da atmosfera. (radiação extraterrestre).

AM0, AM1,3 e AM1,5

Instrumentos de Medição

• Identificação e seleção da localização mais adequadapara instalação do sistema fotovoltaico;

• Dimensionamento do gerador fotovoltaico;

• Cálculo da produção de energia anual, mensal ou diária;

• Estabelecimento de estratégias operacionais edimensionamento do sistema de armazenamento;dimensionamento do sistema de armazenamento;

• Os instrumentos são importantes para a obtençãoexperimental do valor do fluxo energético solar ao longodo tempo.

Piranômetro -Pireliômetro -

Piranômetro -Irradiância global

Pireliômetro -Irradiância

direta

Piranômetro• Termoelétrico: utilizado para medir a irradiância global (direta +difusa), normalmente no plano horizontal. O sensor é umatermopilha, colocada no interior de duas esferas concêntricas.

• Fotovoltaico: composto célula voltaica de pequenas dimensões.Oferece menos precisão, porém a resposta é praticamenteinstantânea.

• Classificados pela World Metereological Organization comoinstrumentos de razoável qualidade (erro máx de 10%) ofotovoltaico e de boa qualidade (erro máx de 5%) otermoelétrico.termoelétrico.

Pireliômetro• Mede a irradiância direta. Para medir a irradiância

difusa, é necessário acoplar um rastreador solar.Caracteriza-se por “visualizar” apenas o disco solarCaracteriza-se por “visualizar” apenas o disco solare a região circunsolar, por meio da pequenaabertura. Segundo a WMO, são classificados comoinstrumentos de alta qualidade (erro máx de 2%).

• A cada 18 meses, os instrumentos devem ser calibrados, conforme as normas da ISO (International Standards Organization):(International Standards Organization):

• ISO 9847 - para pirenômetros.

• ISO 9059 - para pireliômetros.

• Ambos são feitas por meio de uma comparação com um instrumento de referência.

Análise dos Dados• Os dados de radiação solar são armazenados pelo

total de irradiação de um dia, ou apenas em médiastotal de irradiação de um dia, ou apenas em médiasmensais;

• Com isso, há relações que permitem estimar airradiação solar mensal, porém, estas estimativascausam incertezas;

• Para minimizar estas incertezas, é possível utilizar• Para minimizar estas incertezas, é possível utilizarmétodos computacionais, para sintetizarsequências de dados de radiação a partir de dadosgeográficos e de informação sobre a incidência deradiação em média mensal.

• Segundo a qualidade dos dados:

• 1- Se o valor medido está contido dentro doslimites físicos da variável;

• 2- Se existe consistência entre sensoresdiferentes;

• 3- Se há consistência histórica entre ascomponentes direta, difusa e global;

• 4- Comparação com valores estimados pormodelos.

• Algunsprogramascomputacionaiscomputacionaispara tratar osdados:

• Atlas-SWERA,Atlas-UFPE,SunData, NASA,SunData, NASA,RADIASOL 2…

Qual Programa Devemos Utilizar?

• Eletrobrás - Atlas-SWERA;• Eletrobrás - Atlas-SWERA;

• Para um valor único de irradiação solar, deve ser usado o ‘pior mês’, encontrado no Atlas-UFPE.

• Para uma sequência de valores, usa-se os • Para uma sequência de valores, usa-se os piores meses, uma composição entre SunData e Atlas-UFPE.

Referências Bibliográficas

• Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos, CEPEL.