Artigo

Sistema de rastreamento fotovoltaico - Aspectos construtivos e aplicação

Saiba mais sobre os trackers, dispositivos projetados para otimizar a captação da radiação em função do posicionamento do painel solar

Óleo & Gás

De equipamentos a projetos em uma das indústrias mais essenciais

Dados do Projeto

Muito tem se falado sobre a Energia Solar e seus benefícios para o meio ambiente e para o setor elétrico. Pouco se fala, no entanto, das estruturas metálicas, que têm fundamental importância para a aplicação desses sistemas. Nesse artigo vamos explorar melhor tanto as estruturas metálicas dos parques de geração fotovoltaicos quanto os chamados trackers, dispositivos projetados no sentido de otimizar a captação da radiação solarem função do seu posicionamento.

Os suportes metálicos têm como função primária elevar a estrutura dos módulos fotovoltaicos em relação ao solo e, no caso de países pertencentes ao Hemisfério Sul como o Brasil, posiciona-los para o Norte geográfico. Além de ajustar a posição geográfica, os suportes permitem controlar a inclinação do módulo que, por padrão, deve possuir mesma latitude do local da instalação do sistema. Isso permite maximizar a geração, afinal quanto mais perpendicular for a incidência da radiação solar em relação à superfície do módulo, melhor será o seu desempenho. Existem diferentes modos de fixar os módulos ao solo, podendo esses modos variar em função do local escolhido, da topografia existente e do tipo de terreno, por exemplo. Ao se fixar os módulos, é possível permitir que suas inclinações sejam fixas ou que se ajustem em função da posição do sol, como é ocaso dos rastreadores solares, os trackers.

Grande parte dos serviços de instalação dos parques solares está diretamente ligada à armação das estruturas de suporte, do que estas devem proporcionar fácil montagem e oferecer uma interface otimizada para a instalação elétrica. Nesse sentido, anteriormente à montagem é essencial fazer um estudo preliminar do local onde se planeja construir o parque fotovoltaico, seja em telhados ou no solo.

Algumas condições devem ser observadas quando da instalação das estruturas metálicas no solo para garantir a funcionalidade do sistema a longo prazo, sendo as principais:

  • Altura máxima e mínima na instalação dos módulos,
  • Topografia do local de instalação,
  • Cravação das estacas em atendimento aos esforços previstos,
  • Regularização do solo;

A determinação da altura máxima para a instalação dos módulos se dá em função da facilidade de montagem. A altura mínima, no entanto, considera a possibilidade de circulação de animais e alagamentos, sendo estabelecida em 0,50 m em relação ao solo.

A análise do terreno deve ser realizada através de levantamento planialtimétrico e de ensaios de caracterização do solo, dentro os quais podemos citar o STANDARD PENETRATION TEST (SPT), que tem papel importante na definição do tipo de fundação a ser utilizada. Os ensaios para a determinação do empolamento e da contração dos solos também são de suma importância na quantificação dos serviços de terraplenagem, que envolvem corte, aterro e movimentação de terra.

Quando da execução das fundações, o ensaio de PULL – OUT é o principal teste aplicado às plantas de energia solar. Ele simula a cravação do perfil metálico e a posterior remoção através de esforços verticais e horizontais, visando simular as cargas às quais a fundação será submetida. Este ensaio é realizado tanto para fornecer subsídios para a fase de projeto quanto para verificar a execução das fundações.

Dentre os tipos de fundações, as mais utilizadas são:

  • Cravação direta: consiste em cravar a haste metálica de forma direta com a utilização de equipamentos apropriados,
  • Pré-escavação + cravação: tipo de fundação utilizado quando a cravação direta não é possível pelo solo ser muito duro ou um leito de rocha. Para a execução deste método, é feita uma pré-escavação no solo na profundidade projetada com posterior preenchimento com material peneirado, seguindo-se a compactação e finalmente a cravação,
  • Minitubulão: neste procedimento o solo é escavado para a inserção da haste metálica, fazendo-se o preenchimento com concreto;

A análise preliminar do terreno, além de vislumbrar possíveis impactos relevantes na hora da montagem das estruturas, permite prever a realização de adequações, como por exemplo nos ajustes das inclinações ou no tamanho das estacas durante a fase de instalação, além de prever questões orçamentárias, dado que as adequações civis, se necessárias, costumam ser onerosas, podendo inviabilizar o empreendimento.

Outro fator a ser considerado é o fato de que, pelos suportes ficarem expostos ao tempo, eles sofrem com intempéries climáticas e ambientais que danificam suas características construtivas. Logo, é fundamental que os materiais destes componentes sejam de qualidade e tenham proteção contra a corrosão, não só para garantir as características estruturais, mas também para favorecer a segurança das instalações ao longo dos anos. Dentre os tratamentos superficiais anticorrosivos os dois mais utilizados são a anodização do alumínio e a galvanização ou zincagem do aço, com destaque para o último, na qual é definida a espessura da camada de zinco aplicada no aço em função da classe de agressividade e da vida útil da estrutura. Esta técnica apresenta um bom custo-benefício, visto que consegue uma grande durabilidade com baixo custo.

A respeito dos tipos de tecnologia dos rastreadores solares, eles são diferentes no que se refere à suas características. Há os rastreadores de eixo único, que têm apenas um eixo de rotação normalmente alinhado ao norte verdadeiro, rastreando, portanto, apenas o movimento Leste-Oeste. Há ainda o de eixo único horizontal (HSAT), têm a face do painel fotovoltaico paralela ao eixo de rotação. Este tipo de solução ​​é considerado o tipo mais comum, com maior capacidade instalada mundialmente. Já os rastreadores de eixo duplo possuem dois graus de liberdade, o que significa dizer que eles podem girar em torno de dois eixos perpendiculares entre si, possibilitando rastrear tanto o movimento Leste-Oeste, quanto o movimento Norte-Sul. Uma desvantagem deste tipo de solução, no entanto, é o seu alto custo e sua complexidade construtiva.

Além dos tipos de eixos, o sistema de rastreamento pode se manual ou automático e possuir diferentes métodos de atuação e lógicas de controle. A configuração adotada pode ter vantagens e desvantagens na instalação do parque fotovoltaico em função de recursos que podem auxiliar na eficiência da geração e na segurança operacional. Alguns trackers vêm com funções de segurança para lidar com situações extremas. Há alguns, por exemplo, que possuem proteção contra a propagação de ventos severos através de um sistema que deixa os módulos paralelos em relação ao solo, favorecendo a passagem dos ventos e minimizando o arrasto gerado na estrutura. Outros ainda são configurados com uma tecnologia chamada backtracking, ou anti sombreamento, que evita sombras entre as fileiras de painéis fotovoltaicos, geralmente nos períodos de nascer e pôr do sol.

Contexto e Desafios

Dessa forma, uma vez que se defina o tipo de solo, a topografia e questões fundiárias e ambientais, o projetista pode optar por diferentes tecnologias de rastreamento solar em seu parque de geração fotovoltaica, levando em conta suas qualidades adaptativas, preço, simplicidade, área necessária, etc.

Conclusão

Nesse artigo, apresentamos o panorama geral de um sistema fotovoltaico no que se refere às estruturas metálicas com ênfase nos rastreadores solares, os trackers, elencando algumas de suas particularidades em relação à estrutura e alguns dos principais pontos de atenção no que se refere aos locais de instalação. Atualmente há uma grande expansão no mercado para o uso destes suportes, afinal eles permitem otimizar a produção de energia elétrica ao decorrer do dia, maximizando a geração. Do ponto de vista técnico, as estruturas de rastreamento solar favorecem um ganho no aumento da produtividade de cerca de 20% a 40%, se comparado com o sistema de geração com suporte fixo, mantendo a geração máxima de forma mais constante no decorrer do dia, possibilitando, dessa forma, menos módulos por área de geração.

Soluções Utilizadas e Equipamentos Fornecidos

Especialistas

Consultor de Engenharia Elétrica

Ildeu Marques

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Sistema de rastreamento fotovoltaico - Aspectos construtivos e aplicação

Saiba mais sobre os trackers, dispositivos projetados para otimizar a captação da radiação em função do posicionamento do painel solar

November 23, 2021

publicado por

Consultor de Engenharia Elétrica

Ildeu Marques

Muito tem se falado sobre a Energia Solar e seus benefícios para o meio ambiente e para o setor elétrico. Pouco se fala, no entanto, das estruturas metálicas, que têm fundamental importância para a aplicação desses sistemas. Nesse artigo vamos explorar melhor tanto as estruturas metálicas dos parques de geração fotovoltaicos quanto os chamados trackers, dispositivos projetados no sentido de otimizar a captação da radiação solarem função do seu posicionamento.

Os suportes metálicos têm como função primária elevar a estrutura dos módulos fotovoltaicos em relação ao solo e, no caso de países pertencentes ao Hemisfério Sul como o Brasil, posiciona-los para o Norte geográfico. Além de ajustar a posição geográfica, os suportes permitem controlar a inclinação do módulo que, por padrão, deve possuir mesma latitude do local da instalação do sistema. Isso permite maximizar a geração, afinal quanto mais perpendicular for a incidência da radiação solar em relação à superfície do módulo, melhor será o seu desempenho. Existem diferentes modos de fixar os módulos ao solo, podendo esses modos variar em função do local escolhido, da topografia existente e do tipo de terreno, por exemplo. Ao se fixar os módulos, é possível permitir que suas inclinações sejam fixas ou que se ajustem em função da posição do sol, como é ocaso dos rastreadores solares, os trackers.

Grande parte dos serviços de instalação dos parques solares está diretamente ligada à armação das estruturas de suporte, do que estas devem proporcionar fácil montagem e oferecer uma interface otimizada para a instalação elétrica. Nesse sentido, anteriormente à montagem é essencial fazer um estudo preliminar do local onde se planeja construir o parque fotovoltaico, seja em telhados ou no solo.

Algumas condições devem ser observadas quando da instalação das estruturas metálicas no solo para garantir a funcionalidade do sistema a longo prazo, sendo as principais:

  • Altura máxima e mínima na instalação dos módulos,
  • Topografia do local de instalação,
  • Cravação das estacas em atendimento aos esforços previstos,
  • Regularização do solo;

A determinação da altura máxima para a instalação dos módulos se dá em função da facilidade de montagem. A altura mínima, no entanto, considera a possibilidade de circulação de animais e alagamentos, sendo estabelecida em 0,50 m em relação ao solo.

A análise do terreno deve ser realizada através de levantamento planialtimétrico e de ensaios de caracterização do solo, dentro os quais podemos citar o STANDARD PENETRATION TEST (SPT), que tem papel importante na definição do tipo de fundação a ser utilizada. Os ensaios para a determinação do empolamento e da contração dos solos também são de suma importância na quantificação dos serviços de terraplenagem, que envolvem corte, aterro e movimentação de terra.

Quando da execução das fundações, o ensaio de PULL – OUT é o principal teste aplicado às plantas de energia solar. Ele simula a cravação do perfil metálico e a posterior remoção através de esforços verticais e horizontais, visando simular as cargas às quais a fundação será submetida. Este ensaio é realizado tanto para fornecer subsídios para a fase de projeto quanto para verificar a execução das fundações.

Dentre os tipos de fundações, as mais utilizadas são:

  • Cravação direta: consiste em cravar a haste metálica de forma direta com a utilização de equipamentos apropriados,
  • Pré-escavação + cravação: tipo de fundação utilizado quando a cravação direta não é possível pelo solo ser muito duro ou um leito de rocha. Para a execução deste método, é feita uma pré-escavação no solo na profundidade projetada com posterior preenchimento com material peneirado, seguindo-se a compactação e finalmente a cravação,
  • Minitubulão: neste procedimento o solo é escavado para a inserção da haste metálica, fazendo-se o preenchimento com concreto;

A análise preliminar do terreno, além de vislumbrar possíveis impactos relevantes na hora da montagem das estruturas, permite prever a realização de adequações, como por exemplo nos ajustes das inclinações ou no tamanho das estacas durante a fase de instalação, além de prever questões orçamentárias, dado que as adequações civis, se necessárias, costumam ser onerosas, podendo inviabilizar o empreendimento.

Outro fator a ser considerado é o fato de que, pelos suportes ficarem expostos ao tempo, eles sofrem com intempéries climáticas e ambientais que danificam suas características construtivas. Logo, é fundamental que os materiais destes componentes sejam de qualidade e tenham proteção contra a corrosão, não só para garantir as características estruturais, mas também para favorecer a segurança das instalações ao longo dos anos. Dentre os tratamentos superficiais anticorrosivos os dois mais utilizados são a anodização do alumínio e a galvanização ou zincagem do aço, com destaque para o último, na qual é definida a espessura da camada de zinco aplicada no aço em função da classe de agressividade e da vida útil da estrutura. Esta técnica apresenta um bom custo-benefício, visto que consegue uma grande durabilidade com baixo custo.

A respeito dos tipos de tecnologia dos rastreadores solares, eles são diferentes no que se refere à suas características. Há os rastreadores de eixo único, que têm apenas um eixo de rotação normalmente alinhado ao norte verdadeiro, rastreando, portanto, apenas o movimento Leste-Oeste. Há ainda o de eixo único horizontal (HSAT), têm a face do painel fotovoltaico paralela ao eixo de rotação. Este tipo de solução ​​é considerado o tipo mais comum, com maior capacidade instalada mundialmente. Já os rastreadores de eixo duplo possuem dois graus de liberdade, o que significa dizer que eles podem girar em torno de dois eixos perpendiculares entre si, possibilitando rastrear tanto o movimento Leste-Oeste, quanto o movimento Norte-Sul. Uma desvantagem deste tipo de solução, no entanto, é o seu alto custo e sua complexidade construtiva.

Além dos tipos de eixos, o sistema de rastreamento pode se manual ou automático e possuir diferentes métodos de atuação e lógicas de controle. A configuração adotada pode ter vantagens e desvantagens na instalação do parque fotovoltaico em função de recursos que podem auxiliar na eficiência da geração e na segurança operacional. Alguns trackers vêm com funções de segurança para lidar com situações extremas. Há alguns, por exemplo, que possuem proteção contra a propagação de ventos severos através de um sistema que deixa os módulos paralelos em relação ao solo, favorecendo a passagem dos ventos e minimizando o arrasto gerado na estrutura. Outros ainda são configurados com uma tecnologia chamada backtracking, ou anti sombreamento, que evita sombras entre as fileiras de painéis fotovoltaicos, geralmente nos períodos de nascer e pôr do sol.

Dessa forma, uma vez que se defina o tipo de solo, a topografia e questões fundiárias e ambientais, o projetista pode optar por diferentes tecnologias de rastreamento solar em seu parque de geração fotovoltaica, levando em conta suas qualidades adaptativas, preço, simplicidade, área necessária, etc.

Conclusão

Nesse artigo, apresentamos o panorama geral de um sistema fotovoltaico no que se refere às estruturas metálicas com ênfase nos rastreadores solares, os trackers, elencando algumas de suas particularidades em relação à estrutura e alguns dos principais pontos de atenção no que se refere aos locais de instalação. Atualmente há uma grande expansão no mercado para o uso destes suportes, afinal eles permitem otimizar a produção de energia elétrica ao decorrer do dia, maximizando a geração. Do ponto de vista técnico, as estruturas de rastreamento solar favorecem um ganho no aumento da produtividade de cerca de 20% a 40%, se comparado com o sistema de geração com suporte fixo, mantendo a geração máxima de forma mais constante no decorrer do dia, possibilitando, dessa forma, menos módulos por área de geração.

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