RECURSO SOLAR. Disciplina: Centrais Elétricas Professor: Clodomiro unsihuay-vila

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1 RECURSO SOLAR Disciplina: Centrais Elétricas Professor: Clodomiro unsihuay-vila

2 AGENDA Introdução; Partes Constituintes; Geometria Sol-Terra; Radiação Solar sobre a Terra; Instrumentos para Medição; Análise dos Dados; Referências Bibliográficas.

3 Introdução - Sol Enorme esfera de gás incandescente; Responsável pela manutenção da vida na Terra; Inesgotável fonte de energia.

4 Partes Constituintes Núcleo: 15 milhões K - reações termonucleares; Zona Convectiva: transporte de energia das zonas internas para externas; Fotosfera: 5800K - camada visível do Sol - aparência de liquido em ebulição; Cromosfera: 4300K - não visível pois possui irradiação baixa; Corona: camada mais externa - somente visível na ocorrência de um eclipse; Manchas: indicadores de intensa atividade magnética presente no Sol.

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6 Geometria Sol-Terra Movimento da Terra em Relação ao Sol - trajetória elíptica; Anual - Translação; Diária - Rotação; Inclinação - 23,45º (do eixo em relação ao plano normal da elipse) - Declinação Solar (δ); Dias mais longos ou mais curtos.

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8 Cálculo da Declinação Solar

9 Para o cálculo da Irradiância Extraterrestre Efetiva, necessitamos do valor de I0 determinado pela WRC (World Radiation Center) - 1,367 W/m2.

10 Afélio - ponto mínimo da curva: é o ponto da órbita em que um planeta ou um corpo menor do sistema solar está mais afastado do Sol. Periélio - ponto máximo da curva: é o ponto da órbita em que um planeta ou um corpo menor do sistema solar está mais próximo do Sol.

11 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 e a projeção dos mesmos sobre o plano horizontal (horizonte do observador); Ângulo Azimutal do Sol (γs) - ângulo entre a projeção dos raios solares no plano horizontal e a direção Norte-Sul (horizonte do observador). Positivo a Leste e Negativo a Oeste.

12 Ângulo Azimutal da Superfície (γ) - ângulo entre a projeção da normal à superfície no plano horizontal e a direção Norte- Sul; Inclinação da Superfície de Captação (β) - ângulo entre o plano da superfície em questão e o plano horizontal; Ângulo de Incidência (θ) - ângulo formado entre os raios do Sol e a normal à superfície de captação; Hora angular (ω) - deslocamento angular Leste-Oeste do meridiano do Sol, a partir do meridiano local, e devido ao movimento de rotação da Terra.

13 Cálculo do número teórico de horas de sol: Para tanto, necessitamos do valor do ângulo horário do pôr-do-sol (ωs), encontrado por meio da equação: φ = latitude local

14 Cálculo do θz: Cálculo do θ: Com estes valores, é possível calcular a componente direta da irradiância que incide a um plano horizontal (Gd,h) ou a qualquer superfície inclinada (Gd,β):

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16 Equação do Tempo: n = dia juliano Solução - HORÁRIO DE VERÃO!!

17 Radiação Solar sobre a Terra

18 Radiação Direta - proveniente diretamente da direção solar e produz uma sombra nítida; Radiação Difusa - proveniente de todas as direções, atinge a superfície terrestre após o fenômeno de espalhamento, feito pela atmosfera. Espalhamento de Rayleigh - espalhamento da luz pelas moléculas de gás da atmosfera. Responsável pela cor do céu. Ex: dia sem nuvens - pelo menos 20% da radiação total recebida na superfície é difusa. Em um dia totalmente nublado, 100% da radiação é difusa. Albedo - coeficiente de reflexão das superfícies inclinadas em relação a horizontal, causado por vegetação, solo, obstáculos, terrenos rochosos.

19 Radiação Direta + Radiação Difusa + Albedo = Radiação Global

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21 Massa de Ar (AM) - Espessura da camada atmosférica, responsável pelas mudanças da característica da radiação solar (intensidade, distribuição espectral e angular, causadas pelo espalhamento e absorção); AM1 = Sol encontra-se no zênite (0 ); AM2 = 60 ; AM0 = sem massa atmosférica para a radiação passar também conhecida como a massa de ar no topo da atmosfera. (radiação extraterrestre).

22 AM0, AM1,3 e AM1,5

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26 Instrumentos de Medição Identificação e seleção da localização mais adequada para instalação do sistema fotovoltaico; Dimensionamento do gerador fotovoltaico; Cálculo da produção de energia anual, mensal ou diária; Estabelecimento de estratégias operacionais e dimensionamento do sistema de armazenamento; Os instrumentos são importantes para a obtenção experimental do valor do fluxo energético solar ao longo do tempo.

27 Piranômetro - Irradiância global Pireliômetro - Irradiância direta

28 Piranômetro Termoelétrico: utilizado para medir a irradiância global (direta + difusa), normalmente no plano horizontal. O sensor é uma termopilha, colocada no interior de duas esferas concêntricas. Fotovoltaico: composto célula voltaica de pequenas dimensões. Oferece menos precisão, porém a resposta é praticamente instantânea. Classificados pela World Metereological Organization como instrumentos de razoável qualidade (erro máx de 10%) o fotovoltaico e de boa qualidade (erro máx de 5%) o termoelétrico.

29 Pireliômetro Mede a irradiância direta. Para medir a irradiância difusa, é necessário acoplar um rastreador solar. Caracteriza-se por visualizar apenas o disco solar e a região circunsolar, por meio da pequena abertura. Segundo a WMO, são classificados como instrumentos de alta qualidade (erro máx de 2%).

30 A cada 18 meses, os instrumentos devem ser calibrados, conforme as normas da ISO (International Standards Organization): ISO para pirenômetros. ISO para pireliômetros. Ambos são feitas por meio de uma comparação com um instrumento de referência.

31 Análise dos Dados Os dados de radiação solar são armazenados pelo total de irradiação de um dia, ou apenas em médias mensais; Com isso, há relações que permitem estimar a irradiação solar mensal, porém, estas estimativas causam incertezas; Para minimizar estas incertezas, é possível utilizar métodos computacionais, para sintetizar sequências de dados de radiação a partir de dados geográficos e de informação sobre a incidência de radiação em média mensal.

32 Segundo a qualidade dos dados: 1- Se o valor medido está contido dentro dos limites físicos da variável; 2- Se existe consistência entre sensores diferentes; 3- Se há consistência histórica entre as componentes direta, difusa e global; 4- Comparação com valores estimados por modelos.

33 Alguns programas computacionais para tratar os dados: Atlas-SWERA, Atlas-UFPE, SunData, NASA, RADIASOL 2

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35 Qual Programa Devemos Utilizar? 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 piores meses, uma composição entre SunData e Atlas-UFPE.

36 Referências Bibliográficas Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos, CEPEL.