O que e um horizonte de sombra, e por que ele decide sua geracao solar

O ceu e uma cupula, e seus obstaculos comem parte dela

Fique no local onde quer colocar paineis solares e olhe para cima. O ceu e uma cupula. O sol percorre essa cupula em um trajeto curvo que muda com as estacoes. Cada arvore, cumeeira de telhado, chamine e predio vizinho se ergue do chao e cobre parte da cupula inferior. Esse contorno, a altura de tudo que bloqueia sua visao do ceu medido por todo o seu redor, e o horizonte de sombra. Engenheiros tambem o chamam de perfil de horizonte.

Para descreve-lo com precisao voce precisa de dois angulos. O primeiro e a direcao de bussola, chamada de azimute. Por convencao 0 graus e norte, 90 graus e leste, 180 graus e sul e 270 graus e oeste. O segundo e quao alto um objeto se eleva acima do horizonte plano, chamado de elevacao ou angulo de altitude, de 0 graus (plano, no nivel dos olhos) ate 90 graus (diretamente acima da cabeca).

Um horizonte de sombra e apenas uma tabela desses dois numeros juntos. Para cada direcao de bussola, qual e o angulo de elevacao da coisa mais alta que bloqueia o ceu? Uma fileira de choupos ao sul pode chegar a 25 graus. O campo aberto a oeste pode ser 2 graus. A casa de um vizinho a sudeste pode ser 18 graus. Marque esses pontos e una-os, e voce obtem uma linha irregular que separa o ceu aberto acima do ceu bloqueado abaixo. Tudo abaixo da linha e sombra. Tudo acima dela e luz solar potencial.

Por que a linha importa mais no inverno

Um horizonte de sombra nao importaria se o sol estivesse sempre alto acima da cabeca. Ele nao esta. A altura do sol muda enormemente ao longo do ano, e essa e a razao inteira pela qual essa medicao decide sua geracao.

No meio-dia solar a elevacao do sol e igual a 90 graus menos a diferenca entre a sua latitude e a declinacao do sol. A declinacao oscila entre mais 23,45 graus no solsticio de junho e menos 23,45 graus no solsticio de dezembro. Para um local a 50 graus Norte, aproximadamente Frankfurt ou Praga, isso da um sol de meio-dia de cerca de 63 graus de altura em junho e apenas cerca de 16 graus de altura em dezembro. Isso e uma oscilacao de quase 47 graus entre as estacoes.

Agora o perigo e obvio. Em junho o sol cavalga alto pelo ceu e ultrapassa a maioria dos obstaculos com facilidade. Em dezembro ele mal se eleva do horizonte, deslizando baixo pelo sul por algumas horas antes de se por de novo. A faixa exata do ceu onde o sol de inverno vive, baixa e em direcao ao sul, e precisamente a faixa que arvores e predios tem mais probabilidade de bloquear. Uma fileira de coniferas que nao projeta nenhuma sombra sobre seus paineis no verao pode ficar bem na frente do sol de dezembro.

Por isso um telhado pode parecer perfeito numa tarde ensolarada de julho e ainda assim render abaixo do esperado. O teste de verao passa. O teste de inverno, o que importa para um sistema o ano todo, falha em silencio. Apenas um horizonte de sombra medido mostra os dois de uma vez.

Onde no horizonte o dano e pior

Nem todas as obstrucoes sao iguais. Um obstaculo ao norte de um local no hemisferio norte quase nao bloqueia nada, porque o sol nunca esta no ceu do norte durante as horas produtivas. O sol nasce no sudeste, sobe pelo sul e se poe no sudoeste. Entao as direcoes que importam sao aproximadamente sudeste (cerca de 135 graus), passando pelo sul (180 graus), ate sudoeste (cerca de 225 graus).

Uma arvore ou predio nesse arco sul remove o sol durante o meio do dia, quando ele esta mais alto e mais forte e entregando a maior energia por minuto. O mesmo objeto colocado a leste puro custa apenas um pouco da luz do inicio da manha, que e mais fraca e mais curta. Por isso dois telhados com a mesma quantidade total de vegetacao ao redor podem ter geracoes muito diferentes. A posicao no horizonte e tudo.

Ha uma regra pratica simples. Caminhe primeiro pelo lado sul do local. Se algo ali atinge mais de cerca de 20 graus de elevacao, espere uma perda real no inverno. Se o horizonte sul esta limpo abaixo de 10 graus, o local provavelmente e bom, e voce pode se preocupar menos com a bagunca ao norte e a leste ou oeste distantes.

• Arco sul (135 a 225 graus): cada grau de obstrucao aqui custa mais, especialmente no inverno.
• Leste e oeste (90 e 270 graus): obstrucoes custam luz da manha ou da noite, uma perda menor e mais sazonal.
• Norte (0 graus): quase irrelevante para paineis na UE, ja que o sol nunca brilha de la durante as horas uteis.

Como os profissionais tem medido isso

Instaladores solares medem o horizonte de sombra ha anos, porque sabem que ele determina a geracao. Duas ferramentas dominam o setor.

O Solar Pathfinder e o classico de baixa tecnologia. E uma cupula transparente polida colocada sobre um diagrama impresso de trajeto solar para a sua latitude. Arvores e predios ao seu redor aparecem como reflexos na cupula, e onde quer que um reflexo cruze um arco de trajeto solar, aquela hora esta sombreada. Porque funciona por reflexo em vez de esperar por sombras reais, pode ser usado a qualquer hora do dia em qualquer clima. Custa cerca de 300 a 350 USD, mas le-lo com precisao exige pratica e o resultado e tao bom quanto o operador.

O Solmetric SunEye e a versao digital. Ele usa uma camera olho de peixe mais uma bussola eletronica e inclinometro para capturar um panorama de 360 graus, depois traca automaticamente a linha do ceu e sobrepoe os trajetos solares para calcular uma porcentagem de acesso solar. E rapido e preciso, e exporta um perfil de horizonte e um relatorio em PDF. E tambem um instrumento profissional: o SunEye 210 e listado por cerca de 2.195 USD. Esse preco faz sentido para um instalador atarefado e nenhum sentido para um dono de casa checando uma varanda.

Ambas as ferramentas provam o ponto: o horizonte de sombra vale a pena ser medido direito. A barreira sempre foi o custo e a habilidade, nao o valor.

Alimentando o horizonte em um calculo de geracao

Medir a linha do ceu e apenas metade do trabalho. A outra metade e transforma-la em um numero de quilowatt-hora, e a ferramenta padrao gratuita para isso na Europa e o PVGIS, operado pelo Centro Comum de Investigacao da Comissao Europeia.

O PVGIS ja inclui um horizonte por padrao. Ele le o terreno a partir de um modelo digital de elevacao com cerca de 90 metros de resolucao (dados de 3 arco-segundos) e calcula como colinas e montanhas distantes sombreiam cada local. Isso captura a configuracao do terreno. O que ele nao consegue ver e a arvore no seu quintal ou a casa ao lado, porque elas sao pequenas demais e locais demais para uma grade de 90 metros.

E aqui que entra a sua propria medicao. O PVGIS permite que voce envie um arquivo de horizonte personalizado. O formato e simples e rigido: um arquivo de texto ou CSV simples com um valor de elevacao por linha, dado em graus, indo no sentido horario a partir do norte. Os valores sao considerados igualmente espacados ao redor do circulo completo, entao 48 numeros significam uma leitura a cada 7,5 graus de direcao. Envie seu horizonte de sombra medido e o PVGIS recalcula a geracao com suas obstrucoes reais incluidas, mes a mes, e mostra a elevacao do sol nos solsticios de junho e dezembro para que voce possa ver o problema de inverno diretamente. De repente a estimativa reflete o seu local, nao um campo aberto idealizado.

O Solargis, o PVsyst e outros pacotes profissionais aceitam perfis de horizonte da mesma forma. A medicao e portatil. Capture-a uma vez e voce pode alimenta-la em qualquer calculadora em que confie.

Capturando isso em um celular, de graca

A matematica e as calculadoras estao gratuitas e publicas ha anos. A peca que faltava era uma forma acessivel de medir a linha do ceu no local, sem um instrumento de 2.000 USD ou uma cupula que exige treinamento para ler.

Um celular moderno ja carrega os sensores certos: uma camera, uma bussola e sensores de movimento que rastreiam exatamente para onde o celular esta apontando. A realidade aumentada os combina. Voce fica no local exato, a telha do telhado, o guarda-corpo da varanda, o canto do quintal, e varre o ceu com o celular. O aplicativo registra o angulo de elevacao da linha do ceu em cada direcao conforme voce avanca, construindo o mesmo perfil de horizonte que um SunEye faria, a partir de hardware que voce ja possui.

E isso que o SunMeasure faz. Ele captura o horizonte de sombra no local exato, depois o combina com dados de irradiacao da localizacao de fontes oficiais como PVGIS, Global Solar Atlas, Copernicus CAMS, DWD e NASA POWER para estimar a geracao realista e sugerir a melhor inclinacao e orientacao. O ponto nao e o aplicativo, porem. O ponto e o conceito. Ferramentas de mapa e satelite como o Project Sunroof ou um Solarkataster modelam o telhado, mas nao conseguem ver o abeto do vizinho ou a chamine a tres metros de distancia. O horizonte de sombra e a unica entrada que apenas uma medicao no local captura, e e muitas vezes a diferenca entre uma boa estimativa e uma errada.

Aprenda a ler a linha entre o ceu aberto e o ceu bloqueado, preste a maior atencao ao sul, e lembre-se de que o sol de inverno fica baixo. Faca isso, e voce entende o unico fato geometrico que decide se um local vale a pena ligar.