Montagem

Instalação Sistemas Solares Fotovoltaicos

Relação entre Potência, Tensão e Corrente

Se pretendermos alimentar um ou vários dispositivos elétricos a partir de uma fonte de energia solar, a primeira coisa a fazer é saber que potencia necessitamos.
Um dos pontos onde poderemos saber a potencia consumida é na etiqueta energética do aparelho elétrico. Em alguns casos, como o aparelho não é puramente resistivo os valores podem diferir.
Neste caso o consumo do aparelho será de 1500W/h se funcionar durante uma hora.
Existem aparelhos eléctricos em que a potencia não é tão fácil de visualizar.
power label
Neste caso a etiqueta apenas refere a tensão(volts) de funcionamento e a corrente(amperes), temos então de calcular a potencia em função da alimentação utilizada, 110 ou 220 por exemplo. A potencia é igual à multiplicação da tensão pela corrente, ou seja, Potencia(Watts)=Tensão(Volts)xCorrente(Amperes) ou P(Watts)=U(Volts)xI(Amperes), no caso da etiqueta na figura acima, este dispositivo ligado a 220V tem um consumo de:
P=220(Volts)x0,15(Amperes)=33 Watts
.A aplicação directa da Lei de Ohm e Lei de Joule o valor calculado pode não ser exacto mas é muito próximo dos valores reais pelo que podemos considerar os resultados valores úteis para aplicação prática.

Diferença entre Energia e Potência

Podemos considerar a energia como um “material” que não pode ser criado ou destruído, mas pode ser convertido numa acção. A acção pode ser uma massa em movimento, luz, calor ou eletricidade num fio. A potência é simplesmente a taxa em que a energia é convertida (por exemplo, um watt é um joule por segundo); 1 Watt de potência durante um período de 1 hora terá um valor de energia de 1Watt-Hora.
Existem várias unidades para energia que podem ser correspondidas entre si, Conversor Unidades Energia Potência.

Posição do Sol

A posição do sol em relação à terra é fundamental para determinar o ângulo certo de instalação do painel e para determinar eventuais sombras sobre o equipamento.

Cidade: Lat/Long Graus: Min: Seg: Fuso Horário
Latitude:
Norte +
Sul –
Diferença
Hora UTC
(MST=+7):
Horário
de
Verão:
coordenadas do seu local Longitude:
Este (E)-
Oeste (W) +
Nota: para manualmente inserir a latitude e longitude, seleccione Lat/Long.
 :  :  AM PM 24hr

Posição do sol

Posição do Sol
Equação
do Tempo

(minutos):
Declinação
Solar

(graus):
Azimute
Solar:
Altura
Solar
Cosseno do
Ângulo
Zenite Solar
Azimute em graus a partir do norte sentido horário.
Elevação em graus a partir do horizonte.
Azimute e Elevação têm valores dark após crepúsculo astronómico
(quando o centro do sol está 18º abaixo do horizonte).

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 (=γs). 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.
espectro solar ao longo do 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/sinγs
Neste contexto, AM = 1 quando a posição do Sol é perpendicular (γs = 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 γs = 74,3º. Equivale a uma Massa de Ar de 1,039. No dia 22 de Dezembro, atinge-se a altura solar mínima γs = 27,7º e, respectivamente, uma Massa de Ar de 2,151.
Como média anual para a Europa, utiliza-se uma Massa de Ar de 1,5.
Posição sol à latitude 39º Norte
A radiação solar no espaço que não é influenciada pela atmosfera, é designado espectro AM O. No seu percurso através da atmosfera, a irradiância é reduzida por:

  • 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).

Influências climatéricas locais como as nuvens, a chuva ou a neve, levam a uma maior redução da radiação.

γs AM Absorção Dispersão de Rayleigh Difusão de Mie Redução Total
90º 1,00 8,7% 9,4% 0…25,6% 17,3…38,4%
60º 1,15 9,2% 10,5% 0,7…29,5% 19,4…42,8%
30º 2,00 11,2% 16,3% 4,1…44,9% 28,8…59,1%
10º 5,76 16,2% 31,9% 15,4…74,3% 51,8…85,4%
11,5 19,5% 42,5% 24,6…86,5% 65,1…93,8%

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).
Irradiação solar anual Lisboa
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) IN 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).
inclinação do painel solar

  • 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
Ic = IN 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(αs – αw)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.

Glossário

Altura Solar

Altura solar é o ângulo que o sol faz com o plano horizontal.

Azimute

Azimute é uma medida de abertura angular cujo valor em graus perfaz horizontalmente um circulo que vai do norte geográfico até a intersecção do brilho de uma estrela, refletido na superfície mar, com o horizonte marítimo. Originalmente, representa uma direção definida em função de sua separação angular a um ponto de origem, o Norte astronômico.

Declinação Solar

A declinação (δ) de um astro é o arco do meridiano do astro compreendido entre o plano do equador celeste e o astro. Mede-se de 0º a 90º para Norte ou para Sul, sendo por vezes representado com um valor entre + 90º e – 90º (positivo representando o Norte e negativo o Sul). É um dos valores angulares utilizadas para definir a posição de um astro num sistema de coordenadas equatoriais, o outro sendo o ângulo horário ou a ascensão recta.

Dispersão de Mie

Dispersão de radiação eletromagnética por partículas.

Dispersão de Rayleigh

A dispersão de Rayleigh é a dispersão da luz ou de qualquer outra radiação electromagnética por partículas muito menores que o comprimento de onda dos fotões dispersados. Ocorre quando a luz viaja por sólidos e líquidos transparentes, mas observa-se com maior frequência nos gases.

Equação do tempo

A equação do tempo é a diferença, ao longo de um ano, entre o tempo lido a partir de um relógio de sol e o tempo civil, ou seja, a diferença entre o tempo solar aparente e o tempo solar médio. Representa a evolução anual da diferença entre a posição real em cada momento do Sol no firmamento e a posição que ele ocuparia nesse momento se o eixo da Terra fosse perpendicular à eclítica e a órbita terrestre circular.

UTC

A hora UTC (Universal Time Coordinated), em português Tempo Universal Coordenado – TUC, é a actual hora de referência internacional. Corresponde à antiga hora GMT/TMG (Greenwich Mean Time / Tempo Médio de Greenwich) e à hora Z (Zulu). Quando é 0 UTC, é meia-noite em Greenwich (Inglaterra), sobre o meridiano de longitude zero.

Zenite Solar

A expressão Zénite do Sol (ou Solar) designa o momento em que o Sol incide verticalmente sobre um lugar. A latitude em que o Sol atinge o zénite varia ao longo do ano com o movimento de translação da Terra, entre os trópicos de Câncer e Capricórnio.
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