Muitos clientes nos perguntam: “Aqui, no sul, não tem tanto sol… Será que meu sistema fotovoltaico gerará energia solar suficiente?”. Esse questionamento é natural, principalmente por que o RS é conhecido pelos invernos bem intensos, com vários dias chuvosos e períodos de sol escassos. No entanto, para fins de geração de energia solar, a irradiância solar do Rio Grande do Sul não se difere muito de outros pontos do Brasil — com a vantagem de termos uma temperatura média mais baixa, o que torna os módulos fotovoltaicos mais eficientes.
Para ratificar essa resposta, montamos este post especial. Nele, você tira essa e todas as suas demais dúvidas e conhece o grande potencial de geração de energia solar do nosso estado. Aproveite!
O que é irradiância solar?
A irradiância solar é a potência da radiação solar por unidade de área, medida em W/m². Como índice de potência, ela é mensurada de maneira instantânea. É importante entender essa grandeza, pois ela é usada como referência nos projetos de geração fotovoltaica.
A quantidade de irradiância solar que chega à Terra depende da distância entre o sol e o nosso planeta, e varia de acordo com o movimento de translação (deslocamento que o planeta faz ao redor do Sol). Essa irradiância tem valores de 1325 W/m² e 1420 W/m².
Na superfície terrestre, a irradiância muda durante o decorrer do dia. Pela parte da noite, ela é igual a zero, mas vai aumentando à medida que o sol se eleva no céu, até atingir o seu pico ao meio-dia solar. Na medida em que o sol se põe, ela vai diminuindo novamente. O gráfico abaixo ilustra a variação da irradiância solar durante o dia.
Qual a diferença entre irradiância solar e radiação solar?
Embora sejam conceitos muito próximos, irradiância solar e radiação solar apresentam algumas diferenças entre si. A radiação diz respeito à transmissão da energia pelo do espaço, dentro de uma determinada velocidade. Trata-se, portanto, de uma forma de emissão de calor, que se dá independentemente da existência de qualquer meio ou material de propagação.
A radiação provém de raios, e também pode ser definida como a propagação de partículas, campos elétricos e magnéticos pelo espaço. Essas partículas são formadas por massa, velocidade e carga. Ela emite energia radiante e apresenta-se na forma de ondas eletromagnéticas. No caso da radiação solar, estamos falando principalmente dos raios ultravioleta (UV).
Já a irradiância, que é a potência do espectro solar por área de superfície, também pode se relacionar a outro conceito, o de radiação solar, que é a exposição à radiação solar. A radiação solar também pode ser definida como o fluxo de energia do espectro solar por superfície (Kwh/m2).
É por isso que constantemente se fala na baixa irradiância solar no Rio Grande do Sul — quando, na verdade, o estado apenas não sofre grande exposição à radiação solar. Considerar esse fato como algo negativo para a utilização de geradores de energia solar é um engano.
Como a irradiância solar é medida?
Já foi dito que a irradiância solar é medida em W/m2. A radiação solar é absorvida ou espelhada na atmosfera e também pode ser refletida.
A radiação do tipo direta acontece principalmente em dias de céu limpo. A radiação difusa, por sua vez, é resultante do espelhamento (na atmosfera) da radiação refletida, chamada de albedo, que depende do índice de reflexão da superfície na qual as placas são instaladas.
Assim, a radiação solar que pode ser captada depende da irradiância solar, da área da superfície de captação, do tempo de exposição à irradiância solar e do ângulo da sua incidência.
Por isso, um painel deve sempre ser apontado para o Norte, em direção ao Equador, para que possa obter a maior radiação e gerar mais energia solar. Como se sabe, o sol incide seus raios diretamente no Equador, o que torna as regiões situadas nesse ponto como as de mais elevada temperatura do mundo.
Um sistema fotovoltaico conectado à rede pode gerar créditos energéticos e, por isso, deve captar o máximo de energia solar anualmente, focando sempre o sol mais elevado no céu, no período próximo ao Solstício de Verão. A inclinação ideal é um valor menor que a latitude da localidade, de preferência em torno de 5º inferior.
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Por que a irradiância solar é menor no inverno?
Existem variações da radiação solar recebida pela superfície de acordo com o movimento de translação da Terra (o responsável pela definição das estações do ano). Ao longo do dia, a Terra também se movimenta em torno do seu eixo, variando a posição do sol em relação à superfície.
É claro que, se a exposição ao sol é maior, os painéis solares poderão trabalhar com mais eficiência. Por isso, em dias ensolarados, com céu limpo, a captação de energia solar tende a ser melhor.
Mas, nos dias nublados e chuvosos, especialmente no inverno, a irradiância solar diminui, o que dificulta a captação de energia pelos painéis solares. Assim, a energia solar no Rio Grande do Sul não parece promissora para quem pretende usar painéis solares.
Contudo, a tecnologia disponível atualmente permite captar a radiação solar mesmo durante o inverno, quando há baixa irradiância. Ainda que a produção seja mais reduzida, a média de captação é, geralmente, positiva para o usuário dos painéis solares.
Curiosamente, o frio também pode aumentar a eficiência dos painéis solares devido à diminuição da resistência. Considere que as bordas das nuvens podem agir como um espelho: elas refletem a luz e aumentam o ângulo de incidência, fazendo com que a luz alcance uma superfície maior do painel solar.
Isso nos mostra, portanto, que os estados que apresentam clima majoritariamente frio e nublado também podem ser muito bons para o investimento em captação de energia solar.
Qual o perfil de irradiância solar do Brasil?
No que se refere à exposição à radiação do sol, o Brasil é um país privilegiado. Ele é um dos países que apresentam os maiores índices de radiação solar durante o ano.
Os estados que compõem a Região Nordeste apresentam os mais altos valores de irradiação solar de todo o mundo (considerando a relação entre a maior, a média e a menor variabilidade).
A média anual nessa região fica entre 6,5 Kwh/m2 por dia (com destaque para o centro e o semiárido da Bahia e o centro-oeste de Minas Gerais). Conforme os dados do Atlas Brasileiro de Energia Solar, a média nacional está situada entre 4,5 Wh/m2 e 6,3 Wh/m2.
Esses números revelam um potencial muito rico de irradiação solar, que precisa ser mais bem aproveitado. Apenas nos últimos anos esse potencial passou a ser explorado com mais intensidade.
Para essa melhoria, contribuíram algumas leis, como a Resolução Normativa 687 de 2015 e a criação do Sistema de Compensação de Energia Elétrica, conforme a Resolução 482, de 2012, da ANEEL.
Entre outros benefícios, essas resoluções estimulam a aquisição e a instalação de painéis solares e de outros acessórios em micro e mini usinas fotovoltaicas de natureza residencial.
Com a irradiância solar disponível, é possível gerar energia solar no Rio Grande do Sul?
Com o intuito de ilustrar tudo o que falamos até aqui, utilizamos o software Radiasol para verificar a irradiação solar de 3 localidades do Brasil, em 3 diferentes latitudes: Rio Grande do Sul (mais especificamente Porto Alegre), Sergipe (Aracaju) e Rio de Janeiro (Rio de Janeiro).
O gráfico nos permite perceber que a irradiação solar no RS sofre uma diminuição no período do inverno, devido ao deslocamento do sol. Nas outras localidades, a irradiação não possui tanta queda. Na média, porém, a irradiação solar no RS é muito semelhante à do estado do Rio de Janeiro.
No Nordeste, a irradiação é superior, mas os valores não são tão diferentes assim. Para se ter uma ideia, a diferença é de apenas 12% de Aracaju para Porto Alegre.
Considerando que os painéis possuem uma perda de eficiência devido à temperatura, a diferença de rendimento de sistemas instalados no RS e no nordeste são ainda menores. Em Aracaju, por exemplo, devido à temperatura mais alta, temos uma perda de 3% na geração a mais do que em Porto Alegre.
Além disso, por termos um índice de chuvas maiores aqui na região Sul, temos com mais frequência a limpeza natural do sistema fotovoltaico, o que também diminui as perdas de geração.
Assim, considerando a média de produção geral de energia solar, a irradiação por localidade e as perdas por temperatura e por limpeza, temos uma diferença de geração de, no máximo, 8% em relação às áreas brasileiras com maior incidência solar.
Se compararmos ao Rio de Janeiro, nosso estado possui uma eficiência maior em todos os parâmetros de avaliação — ou seja, um sistema aqui no RS gera mais energia do que um no RJ. Esses dados demonstram o quanto a irradiação solar é importante no processo de geração fotovoltaica e o enorme potencial do RS para a geração distribuída solar.
Como é a irradiância solar com relação a outros países?
Os países que mais investem dinheiro e recursos em energia solar são a China e Alemanha. Na Alemanha, entre os anos de 2011 e 2012, aconteceu um significativo aumento na produção de energia elétrica por meio de placas fotovoltaicas (mais especificamente de 45%). Em 2012, os aproximadamente 1,3 milhões de sistemas fotovoltaicos instalados gerou 28 milhões de Kwh, beneficiando 8 milhões de moradias.
No Brasil, temos potencial para ir ainda mais longe, já que a disponibilidade de radiação solar é 40% maior que na Alemanha, sendo equivalente às melhores radiações do planeta. Como vimos, a Região Nordeste é uma das maiores beneficiadas com a radiação solar. Por causa de sua localização geográfica, o Rio Grande do Sul é o estado brasileiro com a menor disponibilidade de radiação solar anual do país.
Os valores mais baixos giram em torno de 8 MJ.m2.dia (MJ é uma unidade de medida que diz respeito ao Megajoule, que equivale a 1 milhão de Joule) no sul do Rio Grande do Sul. Porém, os valores máximos, no centro-oeste do estado, alcançam 24 MJ.m2.dia.
Apesar de exibir a menor disponibilidade de radiação solar do Brasil, o RS ainda apresenta uma disponibilidade mais alta que a Alemanha. Esse é um fato que pode ser comprovado analisando-se as latitudes do estado brasileiro e as do país europeu.
Você perceberá que a incidência dos raios solares inclinados, considerando o plano do Equador, é mais alta na Alemanha — dessa forma, a densidade do fluxo de irradiância solar global é menor que no Rio Grande do Sul.
Na verdade, a disponibilidade de radiação solar identificada na Alemanha é menor que a de muitas outras regiões do mundo. E mesmo assim, como vimos, a Alemanha é um dos países que mais investem recursos na energia solar.
Os resultados de um estudo sobre a energia solar no Rio Grande do Sul e na Alemanha apresentaram os seguintes dados:
- A irradiância solar global (ao ano) no topo da atmosfera na latitude de 30º ao sul (Rio Grande do Sul) é 22,83% mais alta que na latitude de 50º ao norte (Alemanha);
- Na latitude 30º ao sul, entre abril e setembro acontecem aproximadamente 15,6% e, no período entre outubro e março, 33,7% do total anual da irradiância solar global que atua no topo da atmosfera;
- Na latitude 50º ao norte, entre outubro e março acontecem 9,4% e, entre abril e setembro, 40,6% do total anual da irradiância solar global que incide sobre o topo da atmosfera.
Se quiser ter acesso a mais alguns dados sobre a irradiância solar no nosso estado, você pode assistir ao vídeo abaixo, no qual discuto sobre alguns resultados apresentados no primeiro Atlas Solar do RS.
O que queremos mostrar com esses números é que a utilização de energia solar é viável em qualquer local do Brasil, inclusive no Sul, que registra os climas mais frios do país.
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