Atingir a neutralidade climática e um sistema elétrico 100% renovável. Estes são dois dos objetivos que a União Europeia fixou para o horizonte de 2050, para reduzir as emissões de gases com efeito de estufa. Acompanhado de uma redução da dependência energética de outros países e, portanto, de uma maior proteção contra a volatilidade dos preços da energia.
Para isso, a energia solar fotovoltaica tornou-se, nos últimos anos, na solução preferida para a produção de energia elétrica mundial. A sua enorme resiliência e baixo custo em comparação com outras tecnologias converteram-na numa aposta segura com vista à descarbonização.
O Relatório Anual de 2021 da União Espanhola Fotovoltaica (UNEF) destaca que “em 2020 se instalaram 139 GW de nova capacidade fotovoltaica, excedendo os 100 GW pelo quarto ano consecutivo e representando um aumento de 17% em relação a 2019”. Este crescimento é explicado pelo aumento significativo do mercado em todos os continentes e pelo regresso da China, que detinha 35% do mercado mundial.
Este apetite pela energia fotovoltaica em todo o mundo vai continuar durante os próximos anos. A este respeito, o World Energy Outlook 2020 da Agência Internacional de Energia refere que "a energia solar fotovoltaica crescerá em média 13% por ano entre 2020-2030, estabelecendo novos recordes todos os anos após 2022". De facto, de acordo com as suas estimativas, o mundo deveria fazer um investimento massivo em novos modos de produção, mais eficientes e limpos, com vista à produção de uma média de 230 GW anuais nesta mesma década.
Estamos, portanto, confrontados com uma tecnologia baseada numa fonte de energia capaz de ajudar a atingir com sucesso os objetivos da descarbonização e, ao mesmo tempo, reduzir as faturas energéticas dos particulares, empresas e instituições públicas, uma vez que a energia fotovoltaica pode ser facilmente utilizada nos sectores: industrial, residencial e comercial. Ao que se somam outras opções, tais como comunidades energéticas locais e mesmo a instalação de pontos de carregamento de veículos utilizando a luz solar como energia.
Energia fotovoltaica: uma oportunidade para os projetistas
Neste contexto, o sector fotovoltaico é uma excelente oportunidade para os projetistas interessados na conceção, cálculo e dimensionamento de instalações fotovoltaicas.
Para realizar este trabalho, contamos, no BIMserver.center, com o CYPELEC PV Systems, um software para modelar e calcular instalações fotovoltaicas. Esta aplicação está integrada no fluxo de trabalho Open BIM através da nossa plataforma.
Passos para realizar uma instalação fotovoltaica de um edifício
1. Calcular os consumos energéticos da habitação, comércio, edifício industrial, etc.
A primeira coisa que o projetista deve fazer é calcular o consumo de energia do edifício, tendo em conta o consumo elétrico da iluminação, cozinha, AQS, eletrodomésticos, bem como os relacionados com o aquecimento e arrefecimento. Uma vez estimados e conhecidas as necessidades energéticas, o projetista deve avaliar a energia fotovoltaica que pode ser produzida e que, embora não cubra as necessidades totais, pode representar uma poupança considerável na fatura energética.
2. Começar com o modelo arquitetónico
Segue-se o momento de começar a fazer estimativas reais. Nesta fase inicial, o projetista tem de trabalhar com um modelo arquitetónico do edifício onde pretende instalar os painéis solares fotovoltaicos. Para criar este modelo, podemos utilizar o software gratuito CYPE Architecture e ter pelo menos quatro elementos definidos e com a superfície modelada:
- As lajes.
- As paredes.
- Os compartimentos.
- As coberturas.
3. Importar o trabalho para o CYPELEC PV Systems
Assim que tivermos o modelo arquitetónico, é necessário importá-lo para o CYPELEC PV Systems e começar a trabalhar com este. O programa tem em conta diversas variáveis, tais como a superfície construída e a superfície da cobertura por compartimento.
3.1. Configurar opções de cálculo
O programa inclui três secções a ter em conta antes de começar a trabalhar na conceção e cálculo da instalação.
- Parâmetros gerais: Esta secção contém as opções de cálculo. Aqui, por exemplo, o projetista define a queda de tensão máxima admissível, a orientação do local da construção em relação ao Norte (utilizado para calcular o fator de inclinação), autonomia mínima para instalações com baterias e a potência mínima do inversor em relação à potência instalada.
- Secções de cabos: Esta secção refere-se à seleção de materiais. Aqui podemos configurar as secções dos condutores, com os quais podemos trabalhar, e as dimensões dos fusíveis, disjuntores e diferenciais.
- Requisitos de potência instalada. Conforme o exigido pelos regulamentos correspondentes.
3.2. Configurar condições de cálculo
- Irradiação. A primeira coisa a fazer é localizar geograficamente o edifício a fim de medir a irradiação média por dia, bem como a temperatura ambiente. O programa permite, através do acesso direto ao website PVGIS, importar ficheiros de irradiação de todo o mundo.
- Rendimento energético. O projetista também pode considerar perdas da instalação tais como perdas na cablagem, perdas devidas a pó e sujidade nos módulos, perdas devidas à dispersão de parâmetros entre módulos e perdas devidas à refletância angular espectral, entre outras.
- Período temporal. Esta seleção influenciará o documento de justificação para cada um dos períodos. Não influencia o cálculo e a modelação que fazemos.
3.3. Definir os elementos com os quais vamos trabalhar
O projetista tem de definir os seguintes elementos:
- Módulo fotovoltaico. Nesta secção, os dados das fichas técnicas do produto podem ser adicionados, incluindo: dimensões, potência nominal, temperatura de operação nominal do módulo, coeficiente de correção de potência por temperatura, intensidade de curto-circuito, tensão de circuito aberto, intensidade máxima na potência, tensão máxima na potência de pico.
- Inversor. Aqui devem ser identificadas as dimensões, número de seguidores MPPT, desempenho, tensão mínima, tensão máxima, potência entregue, potência de pico e intensidade máxima de entrada por MPPT.
- Cabos. O programa conta com informação de cabos predeterminados, bem como os dados de algumas marcas específicas e os seus modelos específicos para preencher automaticamente este campo.
- Baterias.
3.4. Pré-dimensionamento: conhecer o número de painéis a instalar
Agora é tempo de descobrir quantos painéis necessitamos, algo que será realizado utilizando o pré-dimensionador energético CYPELEC PV Systems. Graças a toda a informação apresentada anteriormente, o software estima o número de painéis solares que a nossa instalação fotovoltaica necessitará. Teremos de ter em conta:
- Tipo de ligação. Se é uma instalação ligada à rede ou isolada da rede. Também podemos fazer um balanço de energia por valores horários (mais detalhados) ou por valores totais.
- Produção de energia. Nesta secção, o técnico pode ver a produção de energia e estimar o número de painéis solares que a nossa instalação fotovoltaica necessitará, em função do consumo de energia dos mesmos, e, além disso, no caso de dispor de informação, esta pode ser acrescentada.
- Estimar o custo da instalação. O programa também realiza uma aproximação do orçamento da instalação fotovoltaica.
- Fixar o custo do termo energético por faixas horárias. Permite-nos estimar o custo da energia por kWh.
- Considerar o preço de venda da energia. O programa também realiza um estudo e estimativa com balanço económico.
- Realizar o pré-dimensionamento. Com o pré-dimensionamento, o projetista obtém a seguinte informação:
- Energia produzida.
- Energia necessária.
- Energia aproveitada.
- Energia requerida.
- Energia excedente.
- Receitas por venda.
- Poupança mensal.
3.5. Modelação da instalação fotovoltaica
Após sabermos quantos painéis fotovoltaicos precisamos, é o momento de vermos como os colocamos no edifício:
- A vista geral do CYPELEC PV Systems permite visualizar todas os elementos do modelo BIM. Quanto mais informação o modelo BIM contém, mais fácil é para o técnico planear a localização de todos os elementos da instalação fotovoltaica.
- A opção "Módulo fotovoltaico" permite escolher o painel fotovoltaico definido e trabalhar com o assistente de modelação para colocar os painéis solares individuais na cobertura, o que pode ser feito tanto em 2D como em 3D.
- O projetista pode copiar os painéis de forma massiva, estabelecer critérios comuns, tais como a mesma distância entre eles, para colocar os painéis solares na superfície disponível e pode também editar cada um deles individualmente.
- Inserir a caixa de ligação.
- Introduzir o inversor.
- Definir o ponto de ligação à rede.
- Estabelecer os cabos e a configuração da canalização.
3.6 Calcular a instalação
Com a instalação fotovoltaica modelada chega o momento de realizar o cálculo:
- Clique no botão "Calcular”.
- Existe a opção de calcular com ou sem sombras.
- No caso de calcular com sombras, é possível selecionar a opção para obter o perfil de sombra simplificado.
- O programa pode apresentar avisos sobre o projeto no caso de, por exemplo, erros nos cabos. O software também oferece a possibilidades de alteração.
3.7 Calcular a energia produzida
- Neste ponto, é aconselhável calcular as perdas por sombras, um processo que é mais demorado devido ao cálculo explícito do perfil de sombreamento. Para isso tem-se em conta a interação da projeção solar com os restantes elementos do projeto adjacentes aos painéis solares.
- O cálculo deste programa é muito avançado graças ao modelo BIM. Desta forma, o projetista pode antecipar e evitar colisões, poupar tempo e fazer um projeto realmente viável.
- O resultado é um cálculo muito ajustado às perdas por sombras, que é o mais difícil de determinar
4. Gerar a documentação do projeto da instalação
O CYPELEC PV Systems também proporciona a geração de documentação do projeto. Especificamente, o programa realiza os "Cálculos justificativos e potência instalada":
- Cálculos justificativos para cada um dos painéis. Podem ser efetuados cálculos justificativos para cada um dos meses do ano. O documento extrai informação sobre:
- Potencia do gerador: Energia gerada pelo painel e ligação entre os módulos.
- Inversor.
- Distância mínima entre filas de módulos.
- Documento resumo de produção. Obtém-se um documento com o resumo da produção de todos os meses, bem como um gráfico de barras com esta informação.
- O software também realiza a quantificação da necessidade de potência no caso de ser exigida pelas normas correspondentes.
- O CYPELEC PV Systems pode também gerar os desenhos da instalação. Neste caso, tanto os unifilares como as plantas.
- Por fim, permite obter o orçamento da instalação.
