Um grupo de pesquisadores liderados pela Universidade Politécnica de Turim, na Itália, investigou as orientações ideais e os ângulos de inclinação para sistemas fotovoltaicos usados em comunidades de energia e descobriu que as matrizes orientadas para leste-oeste fornecem valores de energia compartilhada mais altos do que as instalações orientadas para o sul, que é o padrão no caso hemisfério norte. No hemisfério Sul, a orientação padrão dos painéis é para o norte.
A orientação leste-oeste é comumente considerada mais adequada para altas latitudes com baixa radiação solar, permitindo o uso da luz solar nas primeiras e últimas horas do dia. Esses projetos, no entanto, também podem ser a solução ideal em locais tropicais ou em locais com área de superfície disponível limitada, como telhados comerciais.
Primeiro, a configuração de painel solar leste-oeste produz uma saída mais estável e consistente ao longo do dia em comparação com uma instalação convencional voltada para o sul. Além disso, reduz o pico de energia central ao meio-dia e estende a duração da produção solar nas primeiras e últimas horas do dia, com os painéis solares começando a produzir ao nascer do sol e se mantendo produzindo até o pôr do sol. Isso faz com que os sistemas sejam preferidos pelos operadores da rede, já que a energia é fornecida de forma mais uniforme ao longo do dia, mas também incentiva o autoconsumo residencial à tarde, quando os usuários estão mais frequentemente em casa.
Além disso, sombras são evitadas entre fileiras de painéis solares. Por outro lado, instalações com painéis solares voltados para o sul produzem sombras das primeiras fileiras nas fileiras traseiras. Em terceiro lugar, nas matrizes leste-oeste, a instalação mais compacta de painéis solares aumenta a densidade de produção de energia por m2. Isso é especialmente atraente em telhados pequenos, onde esse sistema permite até 30% mais densidade por metro quadrado.
Outro ponto notável é sua maior tolerância ao vento. Com um ângulo de inclinação de 15 graus e uma configuração leste-oeste, a pressão do vento é drasticamente reduzida em comparação com uma configuração voltada para o sul, muito mais vulnerável aos ventos do norte. Um aspecto derivado do ponto anterior é que, devido à menor exposição ao vento, os sistemas solares leste-oeste precisam de muito menos contrapeso para prender os painéis solares ao telhado. Isso permite a instalação em telhados menos robustos, ou em telhados com outras instalações de instalação.
No artigo “Shared energy in renewable energy communities: The benefits of east- and west-facing rooftop photovoltaic installations“, publicado na Energy Reports, o grupo de pesquisa italiano explicou que o ângulo de inclinação fotovoltaico é frequentemente negligenciado na literatura científica sobre comunidades de energia, afirmando que a novidade de seu trabalho consistiu em delinear parâmetros geométricos de telhados sobre o sincronismo entre geração e perfil de demanda para diferentes orientação e ângulo de inclinação. Eles também especificaram que sua modelagem foi baseada no pressuposto de que os sistemas fotovoltaicos da comunidade de energia têm a opção de vender energia excedente para a rede sob um regime de medição líquida, e que a comunidade é formada por famílias que compartilham o mesmo ponto de acoplamento comum.
Por meio de uma modelagem de simulação de Monte Carlo, o grupo analisou uma comunidade energética de 60 usuários que dependem de sistemas fotovoltaicos totalizando 150 kW, com as matrizes sendo de propriedade de 30 usuários. “Todos os resultados das simulações são apresentados com um intervalo de confiança de 95%, enfatizando a confiabilidade estatística de nossos achados”, afirmaram os acadêmicos. “Além disso, sob a suposição de que os sistemas fotovoltaicos se alinham com a orientação do telhado em que está instalado, todos os fotovoltaicos têm a mesma orientação e ângulo de inclinação.”
A análise mostrou que, embora a comunidade simulada usando sistemas fotovoltaicos orientados para o sul seja capaz de alcançar maiores rendimentos de energia, a comunidade baseada em matrizes leste-oeste oferece a vantagem de valores de energia compartilhados mais altos, o que, segundo os cientistas, depende de uma melhor sincronicidade entre a demanda e a geração de energia fotovoltaica durante o início da manhã e o final da tarde. “A energia autoconsumida virtualmente pela comunidade energética atinge o valor mais alto para a orientação fotovoltaica para o sul, às custas de um pico de injeção mais alto na rede”, explicaram ainda. “Este é um aspecto significativo em contextos em que a energia absoluta compartilhada dentro da comunidade de energia é explicitamente incentivada, como na Itália.”
Eles também apontaram, no entanto, que suas descobertas podem não se aplicar a cenários com alta penetração fotovoltaica sem sistemas de medição líquida em vigor. “Nossa investigação foi confinada a um único local. Embora essa especificidade permita uma análise detalhada, os resultados podem ser influenciados por variações no rendimento fotovoltaico de outras regiões”, alertaram ainda. “Os resultados defendem uma abordagem mais inclusiva no projeto e planejamento de comunidades de energia. Em vez de uma ênfase indevida em instalações fotovoltaicas voltadas para o sul, uma gama diversificada de orientações e inclinações deve ser considerada.”
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