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CC OO NN FF OO RR TT OO NN OO AA MM BB II EE NN TT EE CC OO NN SS TT RR UU DD OO

NNaattaall,, 1166 aa 1188 ddee sseetteemmbbrroo ddee 22000099

AVALIAO DAS CARACTERSTICAS DAS COBERTURAS DAS RESIDNCIAS UNIFAMILIARES PARA O APROVEITAMENTO DA

ENERGIA SOLAR

sis Portolan dos Santos (1); Ricardo Rther (2) (1) Mestre, Doutoranda do Programa de Ps-Graduao em Engenharia Civil, isisporto@gmail.com

(2) PhD, Professor do Departamento de Engenharia Civil, ruther@mbox1.ufsc.br Universidade Federal de Santa Catarina, Departamento de Engenharia Civil, Laboratrio de Eficincia

Energtica em Edificaes, Cx Postal 476, FlorianpolisSC, 88040-900, Tel.: (48) 3721 5184

RESUMO

A energia solar fotovoltaica um dos meios de gerao alternativa de energia, que no poluem o meio ambiente e podem contribuir para a disponibilidade de energia no mundo. Outra vantagem deste sistema a possibilidade de instalao integrada s edificaes, comumente feita nas coberturas e telhados. Deste modo possvel a gerao energtica junto ao ponto de consumo, diminuindo os custos com as linhas de transmisso e distribuio. Este trabalho uma analisou as caractersticas das coberturas das residncias unifamiliares existentes em um bairro de Florianpolis-SC, buscando verificar o potencial das mesmas em integrar mdulos fotovoltaicos de modo que estes pudessem receber uma quantidade satisfatria de radiao solar. A anlise amostral das plantas de cobertura destas edificaes mostrou que estas possuem um grande potencial de aproveitamento da energia solar, muito prximo do mximo aproveitamento possvel para a cidade. Isto ocorreu tanto para um sistema fotovoltaico pr-definido que ocupa uma pequena rea, quanto para um sistema que ocupasse o restante da cobertura. Os fatores que favoreceram este aproveitamento foi o tipo de telha utilizado, que mantm ngulos de inclinao em que a incidncia da irradiao solar satisfatria, e tambm o planejamento urbano do bairro, que ao definir a orientao das ruas tambm condiciona a orientao dos planos de cobertura. Deste modo pode-se concluir que mesmo residncias no projetadas para incluso de sistemas de aproveitamento de energia solar, possuem um aproveitamento satisfatrio da irradiao, e tambm que o planejamento urbano e os projetistas das residncias tm um papel importante na viabilizao do aproveitamento da irradiao solar pelas coberturas.

Palavras-chave: energia solar fotovoltaica, tecnologia da habitao, planejamento urbano

ABSTRACT Photovoltaic solar energy is an alternative way of energy generation that does not pollutes the

environment, and also can contribute to the energy availability in the world. Another gain of this technology is the possibility of installation integrated in the buildings, generally on the roofs. So, it makes possible the energy generation in the consumption point, decreasing costs with the transmission and distribution grid. In this paper was done an analysis about the single-familiar residential roofs features in a Florianpolis-SC neighborhood, in order to verify the roofs potential that receive a satisfactory piece of solar radiation. The sample analysis of residential roof design shows a great solar use potential, very closer with the highest potential in the city, as to little photovoltaic systems pre-defined, as the residual roof for exclusive systems. Factor that favored this use was the tile type that conditioned the angle in that are satisfactory solar radiation, and also the neighborhood urban planning, defining the street orientation and conditioning roofs parts. Concluding, even non-designed housing to use solar energy has a good solar reclamation, and the urban planning and designers has an important function in the solar radiation use level in the roofs.

Keywords: photovoltaic solar energy, housing technology, urban planning

1. INTRODUO A grande demanda energtica da atualidade tem levado a uma grande produo da mesma, e por ser a

matriz mundial baseada em combustveis fsseis, isso tem levado degradao ambiental que tem comprometido a sustentabilidade ambiental do planeta. Assim so necessrios estudos que busquem fontes de gerao alternativa que garantam o fornecimento energtico sem comprometer o meio ambiente. Dentre as fontes de energia alternativa est a energia solar fotovoltaica, uma tecnologia que utiliza a radiao solar para gerar energia eltrica.

A partir de alguns materiais semi-condutores especficos so fabricadas as clulas-fotovoltaicas. Estas podem ser pequenas lminas de blocos slidos, ou derivados de processos de plasma sobre superfcies rgidas ou flexveis (RTHER, 2000). A juno de vrias clulas origina os mdulos fotovoltaicos. A conexo dos mdulos fotovoltaicos pode ser feita de modo interligado rede convencional ou isolados, quando isolados geralmente necessitam de um sistema de armazenamento, j que durante a noite no h gerao energtica. Quando interligado os mdulos so conectados rede eltrica pblica, assim a energia gerada por estes sistemas imediatamente injetada na rede eltrica convencional das cidades, sendo consumida por qualquer usurio do sistema.

A gerao distribuda uma das grandes vantagens da tecnologia fotovoltaica, isso porque esta tecnologia pode ser instalada junto prpria edificao e junto ao ponto de consumo, ao contrrio da energia hidrulica que necessita de uma rea muito grande para gerao, e que geralmente se localiza longe dos pontos de consumo. Esta gerao afastada, caracterstica no Brasil, implica em grandes infra-estruturas de transmisso e distribuio (T&D), o que fatalmente incorre em maiores custos e perdas (RTHER, 2004). Assim a gerao fotovoltaica distribuda proporciona um custo evitado das instalaes eltricas de T&D do setor eltrico brasileiro.

A opo pelos sistemas de gerao distribuda faz com que os sistemas fotovoltaicos apresentem alguns benefcios para as concessionrias. Pela adio de energia rede, reduo das perdas em transmisso e, principalmente, pela postergao dos custos de expanso, j que o sistema fotovoltaico pode estar instalado e dar suporte de capacidade a um alimentador considerado crtico para o sistema (JARDIM, 2007).

Segundo RTHER (2004), os mdulos fotovoltaicos so fabricados para serem utilizados por muito tempo e em ambientes externos, sob diversas condies climticas; assim, so apropriados para integrao envoltria da edificao. Deste modo tm dupla funo por gerar eletricidade e tambm por servir como elemento arquitetnico. Para que tenham melhor aplicao aos telhados, paredes ou janelas, a indstria vem desenvolvendo uma srie de produtos destinados a estes fins. Entre os benefcios da integrao de painis fotovoltaicos em edificaes esto a viabilidade de integrao na edificao, durante a construo ou mesmo em edificaes j em uso; o fornecimento de energia diretamente no local de uso, sem perdas de transmisso e distribuio; a operao silenciosa; a baixa manuteno, j que no possuem partes mveis e so projetados para permanecer sob condies climticas diversas, e; a disponibilidade de uma fonte inesgotvel de energia limpa e gratuita, mas no ininterrupta j que no gera durante a noite e tem pouca gerao sob cu encoberto (JONES et al., 2000).

A aplicao mais comum dos mdulos fotovoltaicos sobre os telhados das edificaes, justificado por este plano ser geralmente o que recebe maior radiao solar, em comparao s fachadas. Para este fim podem ser utilizados os mdulos rgidos com simples superposio cobertura existente. Mas existem tambm outras tecnologias que permitem uma maior integrao, por exemplo, os mdulos solares fotovoltaicos fabricados diretamente sobre telhas de vidro curvas, substituindo as telhas convencionais. H tambm a tecnologia de mdulos flexveis de a-Si aplicados em substrato de ao inox, que permite que estes sejam colados sobre coberturas curvas de metal ou concreto (RTHER, 2004).

Segundo Salamoni (2004), os setores de reas residenciais possuem grande rea disponvel para instalao de painis fotovoltaicos, sendo capazes de gerar energia alm do seu consumo. Por no possuir curva de demanda com pico durante o dia, a gerao fotovoltaica no contribuiria para alvio de sobrecarga da rede. Mas pela quantidade de rea disponvel, este setor deveria ser aproveitado como uma mini-usina, aliviando a sobrecarga em setores adjacentes.

A arquitetura residencial unifamiliar possui geralmente as melhores aplicaes para sistemas fotovoltaicos integrados s edificaes. Isto por que apresentam grande rea de telhado e por situarem-se prximas umas s outras, todas com mesmo porte, com menor sombreamento de sua cobertura (JONES et al., 2000).

Alm da rea de cobertura necessria, tambm importante a orientao e inclinao dos telhados, onde sero instalados os mdulos. O maior aproveitamento da energia solar possibilitado aonde a inclinao de um mdulo feita em ngulo igual latitude local e orientado ao norte (no hemisfrio sul), isso ocasionado pela inclinao do eixo terrestre em relao a orbita solar. Um estudo na Sucia

(BROGREN e GREEN, 2003) demonstra a variao que ocorre no aproveitamento da energia solar conforme o ngulo de inclinao e a orientao do painel. Outro trabalho, referindo-se a Florianpolis e Freiburg (Alemanha) tambm analisou a variao nos nveis de radiao recebida por um corpo conforme sua inclinao e azimute (BURGER e RTHER, 2006). Esse trabalho identificou que baixas latitudes so menos sensveis a desvios de azimute, j que Florianpolis a 27S apresentou um grfico com menores variaes que Freiburg a 48N (Figura 1).

a) b)

Figura 1 Gerao de energia total anual por kWp instalado de silcio monocristalino, em a) Freiburg e em b) Florianpolis (Fonte: BURGUER e RTHER, 2006)

Assim diferentes posicionamentos dos mdulos, sejam por questes tcnicas ou estticas, acarretam em perdas no potencial de gerao. A anlise deste artigo est focada em identificar os potenciais de gerao que sero possibilitados pelas coberturas das residncias j existentes em um bairro urbano.

2. OBJETIVO O objetivo deste estudo analisar as caractersticas (inclinao, orientao e rea) dos telhados das

residncias unifamiliares para verificar a possibilidade de integrao de mdulos fotovoltaicos

3. MTODO A metodologia utilizada para o desenvolvimento deste trabalho foi constituda de trs partes: 1. Identificao das residncias unifamiliares em um bairro urbano e seleo de amostra; 2. Anlise amostral das coberturas das residncias para verificar a possibilidade de integrao de um

kit fotovoltaico e o nvel de irradiao solar que atinge esta cobertura; 3. Verificao do potencial de adequao das residncias s necessidades dos painis fotovoltaicos.

3.1. Identificao das residncias de um bairro e seleo da amostra Para que fosse possvel estimar a quantidade de gerao fotovoltaica de determinada zona urbana, foi

necessrio o conhecimento da rea disponvel para instalao de um determinado nmero de mdulos fotovoltaicos. Como elemento para anlise de rea disponvel foi utilizada a rea ocupada pelos kits fotovoltaicos propostos por SANTOS (2009).

Para este estudo foi utilizado um bairro urbano de Florianpolis de uso misto possuindo residncias, sendo todas residncias unifamiliares limitadas pelo Plano Diretor Municipal, para facilitar a contagem das residncias e tambm diminuir a influncias dos sombreamentos provocados por edificaes altas. Neste estudo foram consideradas somente as reas das coberturas das residncias unifamiliares isoladas, por serem os telhados destas residncias os locais mais propcios integrao de sistema fotovoltaico, com menor possibilidade de sombreamento e tambm maior variedade para encontrar a melhor orientao e inclinao para instalao dos mdulos.

A quantidade de residncias existentes foi obtida atravs dos dados do Geoprocessamento Corporativo da Prefeitura de Florianpolis (GEO), selecionando as edificaes com uso residencial unifamiliar. A partir da Secretaria Municipal de Urbanismo e Servios Pblicos (SUSP) foram obtidas as plantas de cobertura das edificaes. A orientao das guas da cobertura e sua inclinao foram definidas a partir de amostra destas edificaes do bairro definido. Assim sendo, estes valores de orientao e inclinao foram extrapolados para o restante do bairro, com erro e significncia conhecidos.

O mapa de utilizao disponvel pelo site do GEO foi confrontado com a ortofoto da cidade do ano de 2007 (resoluo 1:5000), assim alguns terrenos que indicavam possuir alguma edificao no cadastro, foram descobertos como sendo reas sem construes.

3.2. Anlise das amostras Para a anlise amostral foi feito o clculo estatstico e identificado quantas plantas de cobertura

deveriam ser analisadas. A partir deste nmero definido foram obtidas as cpias dos projetos junto ao SUSP e analisadas as caractersticas das coberturas.

Os valores de rea de cobertura foram calculados manualmente sobre os projetos em papel das plantas de cobertura, tal como a metodologia utilizada por SALAMONI (2004). Como essas possuem dimenses somente da projeo da rea construda, tambm no foi possvel estimar exatamente o valor da rea de cobertura disponvel. E pelos erros inerentes medio ser feita manualmente, os valores das reas de coberturas so sempre aproximados (SALAMONI, 2004). A orientao e inclinao das coberturas tambm tm erros determinados referentes amostra.

A anlise da amostra englobou a rea necessria para o kit e tambm as condies do restante da cobertura das residncias. Deste modo todas as amostras tiveram suas reas, inclinaes e orientaes identificadas, e posteriormente extrapoladas para o restante das residncias do bairro.

3.3. Verificao do potencial de adequao das residncias s necessidades dos painis fotovoltaicos

Aps a verificao das condies de instalao para os sistemas fotovoltaicos, foi estimada a gerao dos mesmos e sua relao com o maior potencial possvel na cidade. A variao da orientao das coberturas das residncias pode ento ser utilizada na estimativa de gerao, j que o efeito fotovoltaico varia sua eficincia conforme a orientao do mdulo. Foi considerado que cada orientao e inclinao possuem uma defasagem da gerao tima para Florianpolis, que de desvio 0 do norte geogrfico e inclinao de 27, igual latitude local, segundo dados do SWERA (PEREIRA et al., 2006) e do RADIASOL1 (UFRGS, 2001). Atravs do programa RADIASOL foi verificada a influncia da orientao e inclinao nos nveis de irradiao solar e ento ponderado os valores dos potenciais de gerao.

A partir disto puderam ser observadas algumas caractersticas arquitetnicas e urbansticas que podem influir no aproveitamento da energia solar.

4. RESULTADOS A seguir so apresentados os resultados obtidos da metodologia utilizada.

4.1. Quantificao das residncias A zona definida para este trabalho foi o Bairro Santa Mnica, localizado na poro central da ilha de

Florianpolis. A identificao do uso do solo, ocupao por residncias ou comrcios, foi obtida a partir do mapeamento do Geoprocessamento Corporativo da Prefeitura Municipal de Florianpolis. Na Figura 2a podem ser identificados os lotes do bairro Santa Mnica e o uso dos mesmos. Cada lote caracterizado como uso residencial foi reconhecido como sendo uma edificao residencial unifamiliar, isso porque o Plano Diretor de Florianpolis prev para esta rea somente edificaes residenciais unifamiliares, e no permite residncias multifamiliares, que tambm no so o foco deste trabalho. Para ser confirmada as informaes do mapa de uso dos lotes, o mesmo foi comparado com a ortofoto do bairro (Figura 2b), onde pode ser identificado terrenos residenciais sem construo, assim foram identificadas 496 residncias unifamiliares.

a) b)

Figura 2 a)Mapa definindo o tipo de utilizao de cada terreno (Fonte: Geoprocessamento Corporativo da Prefeitura Municipal de Florianpolis) e b) Ortofoto do Bairro Santa Mnica (Fonte: Geoprocessamento Corporativo da Prefeitura Municipal de Florianpolis)

1 Programa de clculo da irradiao solar para cidades brasileiras. Em www.solar.ufrgs.br.

4.2. Anlise da amostra Aps definido o nmero de residncias existentes na rea em estudo, foi calculado o nmero de

amostras necessrias para definio das caractersticas de telhado, considerando que praticamente todas as residncias (representado por 95% na Equao 1) iro possuir rea suficiente para locao dos kits. De acordo com a Equao 1, o nmero de 31 amostras suficiente para um erro de 7,5% e uma confiabilidade de 95%, considerando que 95% das residncias do bairro se comportem como as amostras. Foi ento utilizado este valor, j que para pesquisas um erro de at 10% aceitvel.

5,3059596,1)495(5,7

59596,1496)1( 22

2

22/

2

22/ nn

qpZNEqpZN

n Equao 1

Deste modo foram consultadas 31 plantas de cobertura de diferentes edificaes para identificar as caractersticas da geometria dos telhados, primeiramente para a instalao de um kit fotovoltaico, 8m representados por um retngulo de 1,6x5m (SANTOS, 2009), e posteriormente da cobertura como um todo. A anlise seguia um processo de identificao o norte na planta, a rea suficiente para o kit na poro melhor orientada, a inclinao da cobertura, a orientao da rea do kit e posteriormente eram identificados todos os planos de cobertura com rea, orientao e inclinao.

Conforme pode ser percebido na planta de quadra do bairro Figura 2, as ruas so dispostas com o mesmo desvio em relao ao norte, assim quase todos os planos de cobertura analisados tambm se encontravam nesta orientao. Como mais fcil orientar a edificao pelos limites do terreno, e a cobertura ser feita tambm em planos paralelos a estes limites, as residncias apresentaram ngulos semelhantes de desvio azimutal em relao ao norte, como visto na Tabela 1, com os valores da amostra j extrapolados para as 496 residncias.

Tabela 1 Caractersticas dos telhados das 496 residncias unifamiliares do Santa Mnica Quant. Residncias Caractersticas

percentual nmero inclinao orientao 3,23% 16 15 27O 3,23% 16

17 116O

3,23% 16 117O 12,90% 64 26O 3,23% 16 18 60L 3,23% 16

19 154L

6,45% 32 26O 3,23% 16 60L 3,23% 16

20 26O

6,45% 32 27O 3,23% 16 28O 6,45% 32 65L

Quant. Residncias Caractersticas percentual nmero inclinao orientao

3,23% 16 22

24O 6,45% 32 26O 3,23% 16 39L 3,23% 16 63L 3,23% 16 24 26O 3,23% 16

30 19L

3,23% 16 26O 3,23% 16 27O 3,23% 16 63L 3,23% 16 34 26O 3,23% 16 35 23O 3,23% 16 26O

Segundo os valores obtidos na amostra, o comportamento dos telhados ocorre conforme a Tabela 1. Percebeu-se que a inclinao dos telhados varia menos que o desvio azimutal, ocorrendo entre ngulos de 15 e 35. Isso porque grande parte dos telhados so de telhas cermicas e seguem os ngulos usuais para sua instalao. J o desvio varia mais, tanto a leste quanto a oeste, ocorrendo isso pela necessidade da forma e da rea mnima exigida no kit. Apesar desta variao, muitos telhados apresentam orientao semelhante, como j dito, ocasionado pela orientao das ruas do bairro e dos limites dos terrenos.

Os diferentes valores de inclinao e orientao foram utilizados para clculo da estimativa dos nveis de irradiao de cada posio dos kits, em relao instalao tima (27 de inclinao e orientao a 0 do norte). A partir disto foi calculado um ndice de defasagem do aproveitamento da energia, demonstrando o quanto as residncias existentes esto preparadas ou no para a integrao de sistemas fotovoltaicos.

A quantidade e orientao dos demais planos de cobertura, no utilizados pelos kits, tambm foram calculados para permitir uma anlise do potencial de gerao total das residncias. Mas para isso seria necessria a instalao de sistemas fotovoltaicos que abrangesse222.ww todas as reas de cobertura de todas as residncias, independente de seu formato, inclinao e orientao, necessitando um projeto exclusivo, no contemplado pelos kits. A caracterizao de todos os planos de cobertura apresentada na Tabela 2. Nesta

tabela tm-se na primeira coluna os valores de inclinao encontrados para os telhados; na segunda coluna tem-se a orientao dos telhados; na terceira coluna tem-se a rea disponvel encontrada na orientao e inclinao definida, e; na quarta coluna tem-se o percentual que esta rea representa em relao a toda rea de cobertura existente no bairro Santa Mnica.

Tabela 2 Caractersticas gerais de todas as reas de cobertura das residncias do bairro Santa Mnica Incli-nao Orientao

rea disponvel Percentual

Incli-nao Orientao

rea disponvel Percentual

15 154L 717,12 0,9%

22

114O 991,04 1,2% 27O 1335,2 1,7% 116O 162,56 0,2% 64L 689,92 0,9% 119O 835,52 1,1%

17

108L 147,52 0,2% 135O 1429,76 1,8% 116O 1459,52 1,8% 154L 1522,88 1,9% 117O 603,04 0,8% 156L 1056,64 1,3% 153L 577,6 0,7% 24O 1677,12 2,1% 154L 2436,64 3,1% 26O 1561,76 2,0% 162O 158,72 0,2% 39L 1430,24 1,8% 26O 7696 9,7% 63L 883,52 1,1% 27O 538,24 0,7% 64L 756,8 1,0% 64L 367,04 0,5% 66L 657,76 0,8% 72O 127,2 0,2% 6O 349,44 0,4%

18 120O 1153,76 1,5%

24 154L 1077,76 1,4%

60L 1449,12 1,8% 26O 1018,88 1,3%

19

108L 425,12 0,5%

30

109L 188,16 0,2% 109L 358,08 0,5% 116O 708,16 0,9% 116O 171,68 0,2% 117O 767,36 1,0% 118O 443,04 0,6% 153L 1924,96 2,4% 120O 327,2 0,4% 154L 344,96 0,4% 150L 1358,24 1,7% 161O 682,56 0,9% 154L 3017,12 3,8% 19L 485,92 0,6% 161O 180,64 0,2% 26O 499,52 0,6% 19L 212 0,3% 27O 2477,6 3,1% 26O 2430,88 3,1% 63L 1160,64 1,5% 30O 1203,04 1,5% 64L 829,44 1,0% 60L 667,36 0,8% 71O 488,8 0,6% 64L 182,24 0,2%

34 154L 542,88 0,7%

20

115O 2260,8 2,8% 26O 480 0,6% 152L 1720,64 2,2% 64L 477,44 0,6% 153L 4202,4 5,3%

35

113O 336,48 0,4% 26O 723,04 0,9% 157L 1480,64 1,9% 27O 3980,8 5,0% 23O 578,72 0,7% 28O 941,44 1,2% 26O 654,4 0,8% 64L 1828,48 2,3% 67L 96,16 0,1% 65L 2691,2 3,4%

4.3. Anlise do posicionamento dos mdulos fotovoltaicos

Como cada cobertura analisada na amostra possui uma inclinao e orientao especfica, tambm seu potencial de gerao de energia caracterstico. Assim seria necessrio um clculo especfico para cada diferenciao, ento, para tornar o trabalho mais eficiente, criou-se um grfico que relacionasse os nveis de irradiao com a posio dos mdulos, podendo verificar o quanto essas alteraes no posicionamento dos mdulos interferem no ganho de irradiao. O grfico foi gerado a partir dos dados de irradiao do programa RADIASOL (UFRGS, 2001), calibrado com os nveis de radiao fornecido pelos dados de satlite do Programa SWERA (PEREIRA et al., 2006).

O grfico foi montado com objetivo de criar uma espcie de baco para facilitar a compreenso do potencial de gerao solar fotovoltaica a partir da definio da orientao do plano em que os mdulos sero

montados. O grfico se refere somente aos potenciais de gerao para a cidade de Florianpolis-SC, considerando que a latitude interfere no posicionamento dos mdulos, e os dados base de entrada no programa tambm so referentes a esta cidade. Como exposto na reviso bibliogrfica, um trabalho similar j foi desenvolvido na Sucia (BROGREN e GREEN, 2003), e na Alemanha e Brasil (BURGER e RTHER, 2006), e ambos os trabalhos foram utilizados como base para criao do grfico deste trabalho.

No grfico criado, a mxima gerao, ou 100% no grfico, refere-se instalao orientada exatamente ao norte geogrfico e inclinado 27 da horizontal. Para calibrao do programa RADIASOL foram usados os valores de irradiao global mdia diria na horizontal, fornecidos pelo SWERA, a localizao geogrfica da cidade foi de 27,70 de latitude e 48,62 de longitude. Estes dados fornecem um valor de irradiao mdia diria anual de 4740 Wh/m/dia, sendo ento o mximo de aproveitamento (100%).

A escala de valores do grfico abrangeu os 90 de inclinao em relao horizontal, e a orientao dos azimutes de -180 e 180 em relao ao norte, sendo assim considerados todos os 360 de azimute e todas as possveis inclinaes de cobertura e tambm de paredes verticais. Para definio de qual seriam os submltiplos desta escala para obteno de dados, foi feita uma anlise estatstica dos desvios das varincias.

Quanto variao de azimute, a anlise estatstica mostrou que tanto na inclinao tima de 27 quanto na de 45, com 95% de confiana, no h diferena significativa entre as mdias de irradiao at variao de 90 de azimute. Para isso foram testadas as variaes de 5, 10, 15, 20, 30, 45 e 90, que tambm apresentaram valores de desvio padro semelhantes. Embora haja uma pequena diferena nas mdias de irradiao, e esta ser proporcionalmente refletida nos nveis de gerao, foi estipulado que seriam utilizados submltiplos menores que 90 na escala, definindo-se estes ento como de 10 referente ao azimute.

Quanto inclinao, o estudo estatstico mostrou que, em um plano orientado a norte, at variaes de 20 na inclinao no h diferena significativa nas mdias e os desvios padro tambm so semelhantes, a 30 e 45 o desvio e a mdias podem ser considerados iguais, a 90 os desvios e as mdias no so semelhantes. J em um plano orientado 90 do norte, seja a leste ou oeste, at 45 de variao as mdias possuem desvios e mdias semelhantes, j em 90 os desvios e as mdias so diferentes. Para maior detalhamento do grfico, ser considerada a variao de 10 de inclinao como submltiplo da escala.

O grfico resultante apresentado na Figura 3, indicando o potencial de gerao em relao ao melhor posicionamento para Florianpolis, o valor mximo para a mdia de radiao de 4,74 kWh/m por dia, o que tambm indica que o 100% representa uma gerao fotovoltaica em torno de 4,74kWh por dia, multiplicado para rea que o painel abrange e pelo seu rendimento, ou tambm de uma gerao de cerca de 3,8 kWh por kWp instalado (com um rendimento do sistema de 80%). O grfico de manchas foi gerado a partir do programa WinSurf (GOLDEN SOFTWARE, 1994).

Figura 3 Potencial de gerao anual em cada ngulo e azimute, em relao ao posicionamento ideal para Florianpolis.

A partir do grfico da Figura 3 pode-se identificar o potencial de gerao em qualquer posicionamento das guas dos telhados. Ao cruzar os valores de inclinao e desvio azimutal, a cor identificada no ponto

indicar o percentual de gerao desta posio em relao posio ideal para Florianpolis-SC. Deste modo foram identificados os posicionamentos da Tabela 1 no grfico, representando a orientao e inclinao de cada kit, e o potencial de gerao de cada um, apresentados na Tabela 3.

Tabela 3 Potencial de gerao dos 496 kits instalados nos telhados das residncias unifamiliares do Santa Mnica Quantidade de

kits Inclinao Orientao Potencial de

gerao 16 15 27O 95% 16

17 116O 90%

16 117O 90% 64 26O 95% 16 18 60L 95% 16

19 154L 85%

32 26O 95% 16 60L 95% 16

20 26O 95%

32 27O 95% 16 28O 95% 32 65L 95% 16

22 24O 95%

32 26O 95% 16 39L 95% 16 63L 95% 16 24 26O 95% 16

30 19L 95%

16 26O 95% 16 27O 95% 16 63L 90% 16 34 26O 95% 16 35 23O 95% 16 26O 95%

Agrupando as residncias com mesmo percentual de gerao tem-se a Tabela 4. Tabela 4 Potencial de gerao de cada grupo de kits

Potencial de gerao Quantidade de kits 95% 432 90% 48 85% 16

Ento atravs da mdia ponderada tem-se o potencial de gerao dos 496 kits instalados nas coberturas do bairro: 94,19%. Estes 496 kits juntos se instalados, iriam geram 94,19% da energia que seria gerada se todos estivessem instalados na melhor posio para a cidade de Florianpolis. Desde modo simplifica-se o clculo do potencial de gerao, sendo necessrio apenas aplicar este fator na multiplicao da potncia total instalada, e esta pela irradiao solar incidente na posio ideal e o rendimento do sistema. Ou apenas pode ser feito a multiplicao do nmero de kits pela gerao dos sistemas existentes em Florianpolis e instalados na posio ideal.

Atravs deste estudo tambm foi possvel perceber que as pores melhor orientadas dos telhados, apesar de no estar posicionadas na orientao ideal, no acarretaram em grandes perdas de aproveitamento da radiao solar. Isto demonstra que mesmo edificaes existentes, no projetadas para aproveitamento da energia solar em sua cobertura, tm um grande potencial para instalao dos kits fotovoltaicos.

Tambm a partir do grfico pode-se estimar o potencial total de gerao de todas as parcelas dos telhados analisados, conforme a Tabela 5.

Tabela 5 Potencial de gerao de todas as coberturas de residncias do bairro Santa Mnica, em relao localizao tima Percentual de gerao rea disponvel Percentual da rea total

75% 3051,04 3,84% 80% 3339,2 4,21% 85% 21040,16 26,50% 90% 9132,48 11,50% 95% 42486,24 53,51% 100% 349,44 0,44%

Atravs da anlise de todas as coberturas, percebe-se que grande parte das coberturas, mais de 50%, possui tima localizao, correspondente a 95% ou 100% do potencial de gerao. O menor potencial de gerao encontrado de 75%, mas ocorre em poucas reas, assim como o potencial de 80%. Isso ocorre devido ao limite de inclinao das coberturas de 35, que a mxima inclinao encontrada nos telhados deste bairro e tambm na maioria das residncias do pas, sendo assim o mnimo potencial de gerao de 75% para qualquer cobertura que utilize este tipo de telhado. Com isso, pode-se inferir que qualquer instalao de painis fotovoltaicos em coberturas de telhas cermicas, provavelmente ter uma gerao de no mnimo 75% do timo e de que pelo menos 50% das instalaes tero um timo potencial de gerao, de no mnimo 95%. A mdia ponderada de gerao total da zona tambm pode ser obtida destes valores, o que resultou em um potencial de gerao de 90,39% do ideal em uma rea disponvel de coberturas de 79.398,56 m.

Ainda analisando o grfico da Figura 3, pode ser estimado que para coberturas com baixa inclinao (de at 10%), estas tero sempre gerao de no mnimo 90% do ideal, o que pode ser considerado um timo valor. Este tipo de cobertura comumente encontrado em grandes edificaes, principalmente as comerciais e as de servio, que utilizam de telhas metlicas ou de fibrocimento. Assim observa-se que essas tipologias de edificaes tambm possuem grande potencial de gerao fotovoltaica.

Estas consideraes, obtidas a partir da anlise das coberturas e dos dados de irradiao, so vlidas para Florianpolis, com suas caractersticas particulares de irradiao e localizao geogrfica. Mas grficos similares especficos para outros locais tenderiam a seguir a mesma conformao, como o que ocorreu nos grficos apresentados por outros estudos (BROGREN e GREEN, 2003) (BURGER e RTHER, 2006). Assim cidades com menores latitudes teriam grficos com manchas mais achatadas, limitando um pouco o aproveitamento em maiores inclinaes de cobertura, mas potencializando o aproveitamento em inclinaes mais baixas de telhados. Do mesmo modo, locais de latitude mais elevada que Florianpolis teriam manchas com curva mais acentuada, potencializando a gerao nas coberturas com inclinaes mais elevadas, e diminuindo o aproveitamento em baixas inclinaes.

5. CONCLUSES Na anlise feita foram levantadas 496 residncias, e todas apresentaram telhados com rea disponvel

para a instalao de um kit (5mx1,6m) e tambm com inclinao e orientao suficiente para o bom aproveitamento da radiao solar, podendo gerar energia equivalente a cerca de 95% da instalao ideal para Florianpolis-SC (a 27 de inclinao e orientao a norte). A anlise das coberturas considerando toda rea disponvel mostrou que estas esto posicionadas de modo a gerar em mdia 90% da situao ideal, sendo nos piores casos ainda possibilitada uma gerao de 75% do ideal. Estes valores demonstram que com o tipo de telha utilizada (cermica) que determina a inclinao mdia das coberturas, e pela orientao das ruas do bairro, as coberturas das residncias deste bairro apresentam um satisfatrio potencial de utilizao da energia solar.

A partir disto percebe-se a importncia do planejamento urbano e do projeto arquitetnico para potencializar o aproveitamento da energia solar. O planejamento urbano pode auxiliar pelo traado das vias, j que estas determinam o alinhamento e a configurao dos lotes, e as coberturas tendem a ser traadas com suas faces tambm paralelas aos limites dos lotes. Deste modo, ruas no sentido norte-sul tero seus lotes com as divisas laterais orientadas a estes sentidos, ento as coberturas de duas guas com empena para frente do lote oferecero uma de suas guas voltada ao norte. Ruas a leste-oeste favorecero as coberturas de duas guas com empenas para as divisas laterais para que tambm uma das guas seja voltada ao norte. J ruas com traado em outras orientaes, como a do bairro deste estudo, podem no apresentar nenhuma gua alinhada exatamente com o norte, mas propiciam aproveitamento da radiao solar em todas as guas.

Embora com potencial um pouco menor que aquelas orientadas ao norte, mas sem nenhuma gua ao sul que receba mnima radiao como ocorre quando se tem uma gua ao norte.

Portanto, a funo da arquitetura consciente adequar a edificao ao posicionamento do terreno e configurar a cobertura de modo a aproveitar a radiao solar, seja por maximizar a insolao em uma das guas do telhado, ou por permitir que todas as guas recebam insolao, alm de escolher o tipo de telha que ir definir a inclinao da cobertura. No caso da integrao de um kit fotovoltaico o ideal seria orientar uma das guas, em que coubesse o kit, ao norte (para cidades no hemisfrio sul) e utilizar uma telha que possibilitasse uma inclinao igual latitude local. No caso do proprietrio querer instalar mdulos fotovoltaicos em toda cobertura, o projetista poderia optar por um telhado de uma s gua ao norte, ou um telhado com vrias guas em diversas orientaes onde todas recebessem algum nvel satisfatrio de radiao solar.

6. REFERNCIAS BROGREN, M.; GREEN, A. Hammarby Sjostad-an interdisciplinary case study of the integration of photovoltaics in a new ecologically sustainable residential area in Stockholm. Solar Energy Materials and Solar Cells. Issue 3-4, v.75, p.761-765, 2003.

BURGER, B.; RTHER, R. Inverter sizing of grid-connected photovoltaic systems in the light of local solar resource distribution characteristics and temperature. Solar Energy. Issue 1, v.80, p.32-45, 2006.

JARDIM, C. D. S. A Insero no Contexto Brasileiro de Sistemas Solares Fotovoltaicos Interligados Rede Eltrica, quando analisados atravs do Fator Efetivo de Capacidade de Carga (FECC), enfocando a reduo do pico de demanda diurno em centros urbanos. PPGEC, UFSC, Florianpolis, 2007.

JONES, D. L.; HATTERSLEY, L.; AGER, R.; KOYAMA, A. Photovoltaics in buildings - BIPV projects: Department of trade and industry. Londres, 2000.

PEREIRA, E. B.; MARTINS, F. R.; ABREU, S. L. D.; RTHER, R. Atlas brasileiro de energia solar: INPE. So Jos dos Campos, 2006. RTHER, R. Fontes alternativas de energia. In: A. D. A. Montenegro (Ed.). Florianpolis: Fundao de ensino e engenharia de Santa Catarina, 2000. Fontes alternativas de energia

______. Edifcios Solares Fotovoltaicos: o potencial da gerao fotovoltaica integrada a edificaes urbanas e interligada rede eltrica pblica no Brasil: Editora UFSC/LABSOLAR. Florianpolis, 2004.

SALAMONI, I. T. Metodologia para clculo de gerao fotovoltaica em reas urbanas aplicada a Florianpolis e Belo Horizonte. PPGEC, UFSC, Florianpolis, 2004.

SANTOS, I. P. D. Integrao de painis solares fotovoltaicos em edificaes residenciais e sua contribuio em um alimentador de energia de zona urbana mista. (Dissertao de Mestrado). Engenharia Civil, UFSC, Florianpolis-SC, 2009. UFRGS. Radiasol. Porto Alegre: Laboratrio de Energia Solar- GESTE-PROMEC 2001.

7. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao CNPq, rgo financiador da bolsa de mestrado da autora.

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