Albedo da superfície - perguntas mais frequentes

Devido ao impacto que o albedo da superfície tem nos cálculos de rendimento fotovoltaico, particularmente para sistemas bifaciais, tem havido um interesse crescente em aprender sobre este parâmetro. Estas são as perguntas mais comuns que estamos a receber e as respectivas respostas:

Porque é que os promotores solares estão a pensar em módulos bifaciais para os seus projectos?

Os módulos fotovoltaicos bifaciais não são uma tecnologia nova, mas estão a ganhar popularidade entre os promotores de projectos. Os módulos bifaciais oferecem várias vantagens em comparação com os módulos monofaciais:

1. Ganho bifacial - sem alteração do sistema, pode esperar rendimentos mais elevados. Para otimizar o ganho, é necessária uma modificação do design (aumento da altura, espaçamento entre filas, tipo de construção....).
2. Preço - os bifaciais são apenas ligeiramente mais caros do que os módulos monofaciais. No entanto, o ganho bifacial geralmente compensa o aumento do custo dos painéis

Que factores influenciam o ganho bifacial?

Existem alguns factores principais que influenciam o ganho bifacial. Para tirar o máximo partido dos seus módulos bifaciais, deve ter em conta

• O albedo da superfície (discutido mais em pormenor)
• Altura de instalação dos painéis - quanto maior, melhor. O NREL recomenda pelo menos 0,5 m acima do solo. Acima de 3 m, o impacto é muito reduzido. No entanto, isto aumenta os custos da instalação
• Espaçamento dos painéis - quanto mais largo, melhor, mas também mais caro e pouco popular
• Ângulo de inclinação - ângulo de inclinação ligeiramente mais elevado do que o ótimo para monofaciais, dependendo das condições locais

O que é que o albedo de superfície representa?

O albedo da superfície (da palavra latina albus, que significa branco) é a medida da reflexão difusa da radiação solar do solo para o espaço de incidência. Não tem dimensão e é medido numa escala de 0 (uma superfície negra que absorve toda a radiação) a 1 (uma superfície que reflecte 100% da radiação recebida para o espaço de incidência). Assim, por exemplo, um valor de albedo de superfície de 0,2 significa que a superfície reflecte 20% da radiação recebida.

Esta definição aparentemente simples tem implicações físicas relativamente complexas para a simulação fotovoltaica. O albedo não é uma propriedade constante de uma determinada superfície. Depende também dos parâmetros atmosféricos e das condições de iluminação. Os valores do albedo variam em diferentes escalas temporais: minuto, diária, sazonal e até interanual.

Variação diária típica do albedo (linha púrpura) medida no dia de céu limpo de 2 de janeiro de 2011, na estação BSRN Bondville, EUA:

Uma vez que os valores do albedo não são constantes, uma gama típica de valores só pode servir como uma primeira estimativa preliminar:

Como caraterizar o albedo da superfície para um determinado local?

Os valores históricos do albedo da superfície são um dado crítico para uma simulação precisa do rendimento de projectos fotovoltaicos bifaciais. Existem duas formas principais de obter valores históricos do albedo em qualquer local a nível mundial:

• A reanálise climática fornece dados sobre a história recente da atmosfera, da superfície terrestre e dos oceanos, combinando modelos de previsão numérica do tempo (NWP) com observações. Estes conjuntos de dados são constantemente actualizados e podem fornecer dados globais em grelha com uma elevada resolução temporal. Fornecem dados sem lacunas, mas a resolução espacial é baixa.
• Os modelos baseados em satélites utilizam dados de sensores instalados em satélites, que fornecem continuamente novas informações. Um dos sensores mais conhecidos e cujos dados derivados são amplamente utilizados é o Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS), um instrumento capaz de cobrir o globo terrestre de 1 a 2 dias, efectuando medições em 36 bandas espectrais (7 para o albedo). A resolução espacial alcançada é visivelmente superior à da reanálise, mas os dados contêm lacunas devido à presença de nuvens persistentes e/ou falhas na deteção de neve.

Porque é que é habitual encontrar lacunas nas séries temporais do albedo?

Os fenómenos meteorológicos são frequentemente acompanhados de nuvens e os satélites não conseguem "ver" a superfície da Terra na presença de nuvens. Em particular, as lacunas de dados devidas a fenómenos de neve são especialmente difíceis. Observámos uma sub-deteção e uma sobre-deteção do albedo da neve em todas as fontes que verificámos. As razões para este facto são as seguintes:

• Os algoritmos de seleção de nuvens não são perfeitos e, por vezes, têm dificuldade em distinguir com precisão entre nuvens e neve.
• Alteração das propriedades da neve ao longo do tempo: a neve fresca é muito brilhante (albedos superiores a 0,8), mas pode cheirar mal e tornar-se suja a curto prazo e o albedo pode ser tão baixo quanto 0,5 ou mesmo inferior.

Para resolver este problema, a estratégia para gerar o albedo (diário) baseia-se numa média ponderada de uma janela temporal de 16 dias centrada no dia de interesse. Esta abordagem, seguida pelos produtos MODIS baseados em satélite, permite preencher parcialmente as lacunas.

No entanto, em algumas regiões e momentos do ano, isso não é possível devido à forte persistência de nuvens. Nesses casos, para efetuar um preenchimento completo das lacunas, é necessário considerar fontes adicionais, tais como

• produtoscomplementares baseados em satélites
• dados adicionais de reanálise

Ao combinar diferentes fontes, pretendemos alcançar um equilíbrio ótimo entre precisão e representação espacial.

Quaisquer recomendações para uma caraterização completa do albedo e validação das estimativas baseadas em satélites?

São necessários vários anos de dados para captar toda a variabilidade temporal do albedo da superfície de um determinado local. Ter informações sobre a utilização do solo nesse sítio específico é também de grande interesse para interpretar quaisquer alterações nos dados e avaliar a representatividade da área abrangida.

O albedo da superfície pode ser medido com um albedómetro, uma combinação de dois piranómetros individuais - idealmente idênticos - virados para o céu na posição horizontal, como é habitual para medir o GHI (Global Horizontal Irradiance), e virados para o solo para o GRI (Global Reflected Irradiance). O quociente de ambas as magnitudes é o albedo da superfície.

Albedómetro Hukseflux SRA11

Embora a instalação do sensor no POA (plane-of-array) seja útil para conhecer a GTI (Global Tilted Irradiance) que é recebida na parte de trás dos painéis, o albedo da superfície não pode ser medido nessa posição.

As medições do albedo no solo, que abrangem apenas alguns dias, não são suficientes para efetuar uma comparação robusta entre os albedómetros e os dados obtidos por satélite. Para cobrir todo o comportamento sazonal, recomendamos a medição do albedo durante, pelo menos, um ano. Um período de medição ligeiramente mais curto pode ser considerado, dependendo da localização.

O Solargis fornece valores de albedo da superfície?

Sim, Solargis preparou uma base de dados dealbedo adaptada às necessidades da indústria de energia solar. A base de dados foi preparada filtrando as fontes disponíveis (provenientes de fontes baseadas em satélites como MODIS e NWP como ERA5), combinando-as adequadamente, aplicando métodos de downscaling e executando correcções adicionais. Os dados estão disponíveis através dos produtos Solargis Prospect (como uma nova funcionalidade no Plano Profissional) e Evaluate (como um complemento à série temporal Profissional):

À esquerda, representação da base de dados do albedo da superfície em baixa resolução com lacunas. À direita, representação da base de dados de albedo de Solargis:

Tabela com uma descrição dos produtos de dados de albedo oferecidos por Solargis:

Pode saber mais sobre as especificações técnicas dos produtos de albedo em Solargis aqui: https://kb.solargis.com/docs/satellite-based-albedo-data

Qual é a exatidão da base de dados de albedo Solargis?

A base de dados de albedo do Solargis foi validada através de medições no terreno. Na data de publicação deste texto, validámos a base de dados em 8 locais nos EUA pertencentes às redes de estações terrestres AMERIFLUX e SURFRAD. O período de avaliação que utilizámos foi de cinco anos, de 2011 a 2015.

Após a comparação, os resultados da validação do albedo de Solargis em relação aos dados medidos no solo são (em termos de incerteza estimada):

A base de dados Solargis obteve o menor viés em comparação com outras fontes de dados (algumas delas utilizadas como entrada para a base de dados). Pode ser feita uma validação adicional e um ajustamento local dos valores fornecidos pela base de dados se existirem medições terrestres suficientes no local do projeto.

Existem diferenças entre as médias mensais do albedo de Solargis (Prospect) e as médias calculadas a partir da série temporal do albedo de Solargis (Evaluate)?

As médias das séries temporais do albedo de Solargis(Evaluate) podem não coincidir com as médias mensais do albedo de Solargis(Prospect). As razões para tal são as seguintes:

• No produto de séries temporais diárias, as lacunas nos dados não são preenchidas
• No produto das médias mensais, as lacunas são preenchidas antes de calcular as médias para obter uma melhor representação estatística; utilizámos também produtos MODIS de diferentes satélites e a resolução final é inferior.

Representação das médias mensais de Albedo do Solargis para uma localização de amostra na Plataforma Solar de Almería, Espanha:

Representação da série temporal de Albedo de Solargis para a mesma localização de amostragem na Plataforma Solar de Almería, Espanha:

Se quiser pedir a sua amostra de dados de albedo de Solargis, ou se tiver alguma dúvida, contacte-nos