Investigadores da UÉ desenvolveram modelo para estimar a radiação circunsolar
Os investigadores do Instituto de Ciências da Terra (ICT), polo da Universidade de Évora (UÉ) Edgar Abreu, Paulo Canhoto e Maria João Costa desenvolveram um modelo para estimar a radiação circunsolar com recurso a medidas normalmente disponíveis em estações radiométricas (estações que medem a intensidade da radiação solar).
Ao determinar a radiação circunsolar em seis locais do planeta, nomeadamente Darwin (Austrália), Évora (Portugal), Gobabeb (Namíbia), São Martinho da Serra (Brasil), Tamanrasset (Argélia) e Xianghe (China), os investigadores da UÉ efetuaram uma análise de sensibilidade às variáveis utilizadas e ao cálculo da incerteza associada ao modelo agora desenvolvido conseguindo, desta forma, estimar a radiação circunsolar noutros locais onde existam medições de radiação solar e, com isso, identificar quais os locais com valores mais elevados de rácio circunsolar (rácio entre a radiação circunsolar e a radiação direta normal medida pelo pireliómetro).
A radiação circunsolar é a radiação difusa proveniente das regiões em torno do disco solar e surge devido à dispersão dos raios solares pelas moléculas, aerossóis (partículas em suspensão na atmosfera) e alguns tipos de nuvens (cirros) presentes na atmosfera.
Esta componente da radiação solar está incluída nas medições feitas por instrumentos denominados pireliómetros, que medem a radiação direta normal (radiação que é utilizada pelos sistemas de energia solar de concentração para produzir energia). No entanto, a radiação circunsolar medida pelos pireliómetros nem sempre é captada na sua totalidade pelos sistemas de energia solar com concentração.
Isto deve-se ao facto dos sistemas com elevado fator de concentração terem ângulos de aceitação da radiação solar inferiores ao dos pireliómetros, o que faz com que a diferença entre a radiação solar direta medida pelos pireliómetros e a radiação que é captada pelos sistemas de concentração possa ser significativa, aumentando de acordo com a quantidade de moléculas, aerossóis e cirros na atmosfera. Assim, a determinação da radiação circunsolar é extremamente importante para o dimensionamento e operação de sistemas de concentração solar, uma vez que permite saber com maior detalhe a radiação que é efetivamente captada por estes sistemas.
Esta equipa de investigadores no âmbito das atividades de investigação nas áreas da radiação solar e da engenharia da energia solar realizadas no Polo de Évora do ICT, construíram uma base de dados de valores de radiação circunsolar em vários locais do globo utilizando um modelo de transferência radiativa e medições de variáveis atmosféricas, tal como a espessura ótica dos aerossóis e o vapor de água precipitável. Esta abordagem foi escolhida sobretudo devido à inexistência de medições de radiação circunsolar nos locais de interesse.
O passo seguinte foi desenvolver e validar um modelo que permitisse uma rápida estimativa da radiação circunsolar, alcançado através da dedução de um modelo simples baseado nas relações de escala existentes entre as diferentes componentes da radiação solar normalmente medidas em estações radiométricas (direta normal, global e difusa no plano horizontal) e a radiação circunsolar.
A identificação é feita através da aplicação do modelo desenvolvido aos dados de radiação solar de qualquer estação radiométrica (no mundo).
Segundo esclarece Edgar Abreu, caracterizar a radiação circunsolar “é difícil porque existem muito poucos locais no mundo onde esta grandeza seja medida”, que pode ser feita “através de software de modelação da transferência radiativa na atmosfera, no entanto, este tipo de software requer medições de parâmetros atmosféricos que não estão acessíveis em todos os locais e não é "user-friendly", tanto a nível de interface como de tempo de cálculo computacional”.
O modelo desenvolvido, apesar de ser um modelo simplificado, permite “estimar a componente circunsolar da radiação solar de forma rápida com base nas medições de radiação solar disponíveis em estações radiométricas” indica o investigador. Esta informação é útil sobretudo “para auxiliar na seleção do sistema de concentração solar a instalar em cada local, assim como na gestão da operação dos sistemas de energia solar em função das condições da atmosfera, contribuindo dessa forma para um aumento da eficiência dos referidos sistemas” frisa o investigador da UÉ.
Já em curso está o desenvolvimento de um protótipo para que se possa medir a radiação circunsolar em Évora. Posteriormente, será também estudado em maior detalhe o impacto da variação da radiação circunsolar na produção de energia solar através de sistemas solares de concentração. Este impacto será diferente para diferentes tipos de sistemas solares de concentração, uma vez que diferentes sistemas possuem diferentes ângulos de aceitação.
Geralmente, sistemas com maior fator de concentração possuem ângulos de aceitação menores, o que levará a que a variação entre a radiação medida e a radiação que é efetivamente captada pelo sistema seja tanto maior quanto maior for o fator de concentração.
De referir que locais com elevada frequência de ocorrência de valores altos de rácio circunsolar podem não ser os mais indicados para instalar sistemas com uma concentração muito elevada. Por outro lado, locais com baixa frequência de ocorrência de valores elevados de rácio circunsolar são adequados para a instalação de sistemas com fatores de concentração mais altos.
No entanto, este é apenas um fator dos vários a serem considerados quando se pretende desenvolver um projeto para a instalação de uma central solar de concentração. O estudo demorou cerca de 1 ano a ser desenvolvido e faz parte do plano de doutoramento financiado com uma bolsa pela FCT, enquadrado no projeto DNI-ALENTEJO (ALT20-03-0145-FEDER-000011).
