geraÇÃo solar phd. eng. clodomiro unsihuay...
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GERAÇÃO SOLARPhD. Eng. Clodomiro
Unsihuay Vila
Prof. Dr. Clodomiro Unsihuay-Vila Vila
Recurso solarPHD. ENG. CLODOMIRO UNSIHUAY
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Energia fotovoltaica (PV)
Energia solar: radiação e calor
Calor: Usinas heliotermica
Radiação: Células fotovoltaicas
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Fonte : Sol
Principal fonte de energia
da terra
174 PW
Bola de gas
Energia gerada através
da fissão nuclear
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Sol-Terra
Órbita quase circular
Eixo de rotação com 23.45º em relação ao plano
orbital
Eixo+translação = estações
Declinaçao solar
Angulo relativo entre
Sol e Equador
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Declinação Solar (δ)13
n= número do dia no ano
EXEMPLO
Encontrar a declinação solar para o dia 21 de
Junho. n=172
Aula 1/declinação solar .xls
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Dia Seno (g) Declinação
172 0,39792563 23,44856
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Ângulos da Geometria Solar
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Ângulos da Geometria Solar
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Latitude (ϕ): ângulo de vértice no centro da Terra, formado pela
semirreta com direção do ponto considerado e plano do
Equador. Positivo no Hemisfério Norte.
Ângulo horário (ω): ângulo diedro com aresta no eixo de
rotação da Terra, formado pelo semiplano que contém o Sol e o
semiplano que contém o meridiano local. Negativo nas manhãs.
Varia entre −180° 𝑒 180°, sendo os valores negativos para o
período da manhã, os positivos para o da tarde e o zero ao
meio-dia
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Ângulos da Geometria Solar
θZ: Ângulo Zenital (0->90°)
: Altura ou Elevação solar (0->90°)
θZ + =90°
γS: Ângulo Azimutal do Sol(-180 -> 180°)
γ : Ângulo Azimutal de superficie (-180 ->180º)
β: Inclinação da superficie (0 ->90º)
θ : Ângulo de incidência (0->90º)
ω : Ângulo horário do sol (-90 -> 90º)
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Esquema completo
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Ângulos
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Ângulo Horário do Sol ou Hora Angular ( ω ):
A seguinte expressão relaciona a altura solar com a latitude de um determinado local 𝜙, a declinação
solar 𝛿 e o ângulo horário 𝜔:
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Horas de dia
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No por do Sol, θZ= 0; enta o Ws vale:
Considerando-se que o comprimento angular do dia varia entre -ws
e + ws, ao duplicar o valor de ws e converter a hora angular para
hora solar (15° = 1 h), obtém-se o número teórico de horas de sol
para o dia e local em questão.
Exemplo
Sabiendo la Latitude de una localidade 43 graus N,
dia 13 de febrero com Hs= 10,50 h. Calcule:
A) ω = (HS – 12) × 15 = (10,50 – 12) × 15 = –22,50º
B) n=44
C) δ =–13,95º
D) θz = 60,48º
E) ωS = 76,60º.
F) N = 10,2 h.
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Irradiância
Energia que atinge a terra
Irradiância extraterrestre
Energia que chega à terra sem passar por
nenhuma atmosfera
Constante solar: I0
Irradiância extraterrestre sobre uma superficie
perpendicular
~1367 W/m²
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Comportamento anual
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Irradiância (Radiação) Solar:
Potencia por metro quadrado W/m2. Uma densidade de Potencia.
Irradiação Solar: Energia por metro quadrado durante um período
de tempo, recebida pelo sol ao nível do solo em determinado local.
Exemplo Wh/m2/dia.
Onde conseguir esses dados:
Mapas de insolação. Estudos de potencial solar.
Base de dados: Sundata, calculadora solar, Radiasol, SWERA.
Medições usando transdutores apropriados.
Radiação Solar Sobre a Terra
Radiação Solar sobre a Terra
➢ A potência total disponibilizada pelo Sol a Terra, no topo
da atmosfera, é de aproximadamente 174 TW;
➢ Segundo estudos cerca de 54% da irradiação que incide
no topo da atmosfera, 7% é refletida e 47% é absorvida.
➢ Ou seja, cerca de 94 mil TW chega efetivamente a
superficie terreste
➢ Radiação direta provêm diretamente da direção do Sol
e produz sombras nítidas;
➢ Radiação Difusa é aquela proveniente de todas as
direções e que atinge a superfície após sofrer
espalhamento pela atmosfera;
Radiação Solar sobre a Terra
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Componente difusa e Albedo
Mesmo em um dia sem nuvens, 20% da luz é difusa
Nublado -> 100% difusa
Se o PV estiver inclinado,ainda existe o Albedo
Reflexão solar de superficies próximas
Subtraindo-se todas as perdas atmosféricas, se tem aproximadamente 1000W/m², que é usada como potencia padrão para teste de células PV
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Distribuição da irradiação solar
média diária no mundo
Os projetos de sistemas fotovoltaicos normalmente exigem uma
irradiação de no mínimo 3 a 4 kWh/(m2.dia) (125 a 166 W/m² no
mapa), valores estes disponíveis para quase todas as áreas entre
os trópicos.
Pode-se observar como o potencial disponível no Brasil é maior
quando comparado com países da Europa, onde a conversão
fotovoltaica já é utilizada largamente. Além do tamanho do país,
observa-se que em todo o território brasileiro há disponibilidade
de irradiação solar equivalente ou melhor que nos países do Sul
da Europa e superando países como, por exemplo, a Alemanha,
país com capacidade instalada significativa de sistemas de
geração fotovoltaica.
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Irradiação: Brasil X Europa
Fig 8. Irradiação Solar no BrasilFig 9. Irradiação Solar na Europa
Observa-se que o
oeste da Bahia é dos
lugares mais
favoráveis, bem como
o Vale do São
Francisco, Piauí, Mato
Grosso do Sul, leste de
Goiás e oeste do
Estado de São Paulo.
Potencial Solar
Ainda segundo NOTA TÉCNICA EPE - Análise da Inserção daGeração Solar na Matriz Elétrica Brasileira (2012), a irradiaçãomédia anual brasileira varia entre 1.200 e 2.400 kWh/m2/ano,valores que são significativamente superiores a maioria dospaíses europeus, cujas estatísticas indicam intervalos entre 900 e1.250 kWh/m2/ano na Alemanha, entre 900 e 1.650 kWh/m2/anona França e entre 1.200 e 1.850 kWh/m2/ano na Espanha.
Mesmo sendo bastante inferior às áreas de maior insolação,como as regiões secas de baixas latitudes como o nordestebrasileiro, Curitiba apresenta uma média de irradiação solarsuperior à Alemanha, que é ícone mundial em produção econsumo de energia solar fotovoltaica.
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http://del
tavolt.pe
/atlas/atl
assolar
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http://eliseosebastian.co
m/irradiacion-en-peru-
para-dimensionar-
paneles-fotovoltaicos/
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M
Melhor Brasil: 6,2 kWh/m2/dia (Oeste Bahia)
Melhor do Perú: 6,5 kWh/m2/dia(Costa Sur)
Melhor Alemanha: 4,52 kWh/m2/dia
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Melhor Brasil: 6,2 kWh/m2/dia (Oeste Bahia)
Melhor Perú: 6,5 kWh/m2/dia(Costa Sur)
Melhor Alemanha: 4,52 kWh/m2/dia (Sur oeste)
Instrumentos de Medição
Identificação e seleção da localização maisadequada para instalação do sistema fotovoltaico;
Dimensionamento do gerador fotovoltaico;
Cálculo da produção de energia anual, mensal oudiária;
Estabelecimento de estratégias operacionais edimensionamento do sistema de armazenamento;
Os instrumentos são importantes para a obtençãoexperimental do valor do fluxo energético solar aolongo do tempo.
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%) o fotovoltaicoe de boa qualidade (erro máx de 5%) o termoelétrico.
Pireliômetro
Mede a irradiância direta.
A irradiância difusa é bloqueada instalando-se o sensor termoelétricodentro de um tubo de colimação, com paredes enegrecidas eapontado diretamente ao Sol (dispositivo de rastreamento).
Segundo a WMO, são classificados como instrumentos de altaqualidade (erro máx de 2%).
Tratamento e Análise dos
Dados Solarimétricos
➢ Utilização das medições para desenvolvimento de projetos e avaliação de sistemas solares instalados;
➢ Validação de modelos de estimativa da radiação solar onde não existam informações medidas;
➢ De grande importância para projetos de sistema fotovoltaico;
➢ A avaliação sobre a consistência e qualidade dos dados obtidos é crucial nos projetos;
➢ Podem ser utilizadas bases de dados solarimetricos, programas computacionais, informações a partir de medições de superficie e a partir de satélites;
Informações a partir de
medições
SIMEPAR.
SENAHMI
CRESEB, CEPEL http://www.cresesb.cepel.br/index.php?section=s
undata
INMET:
http://www.inmet.gov.br/portal/
SONDA - Sistema de Organização Nacional de Dados Ambientais
http://sonda.ccst.inpe.br/
Programas computacionais
❑ Sundata - contêm
valores de
irradiação diária
média no plano
horizontal para
cerca de 350
pontos no Brasil e
em países
Limítrofes;
Fig 13. Imagens do site - Sundata
Informações a partir de medições
por satélite
SWERA: http://maps.nrel.gov/swera
NASA: https://eosweb.larc.nasa.gov/sse/
SODA: http://www.soda-is.com/eng/index.html
Informações a partir de
programas computacionais
SUNDATA
http://www.cresesb.cepel.br/index.php?section=sunda
ta
RADIASOL da UFRGS:
https://www.lume.ufrgs.br/handle/10183/45987/stats
?locale=pt_BR
RETSCREEN
HOMER, etc
Programas computacionais
❑ Radiasol 2 – desevolvido pela UFRGS, o usuário deve entrar com dados de irradiação diária e dados de temperatura, selecionar a localização e a orientação do plano de estudo e o programa sintetiza dados horários de irradiação global, divide em os dados em valores de radiação direta e difusa para cada horário ao longo do ano e calcula a irradiação horária sobre o plano inclinado;
Fig 14. Imagens do software Radiasol 2
Programas computacionais
❑ Meteonorm – desenvolvido na suiça, possui uma base de dados climatológicos para vários países do mundo e de uso em aplicações para aproveitamento energético. Além disso, incorpota também mecanismos de sintetização de séries de dados.
Fig 15. Imagens do software Meteonorm
Exemplo: Avaliação do potencial
energético solar
Para obter-se a irradiação do local é
utilizado a ferramenta SunData, fornecida
pelo CRESESB e disponibilizada na internet:
http://www.cresesb.cepel.br/index.php?sec
tion=sundata&
http://www.cresesb.cepel.br/index.php#localidade_90