Irradiação solar global para cidade de Maputo - Moçambique: evolução temporal das medidas, estudo da cobertura do céu e modelagem estatística

Abstract

A energia solar é um elemento de clima que exerce influência em processos físicos e biológicos em escala local e global, interferindo, indiretamente, em outras fontes energéticas, assim como na flora, por meio da fotossíntese, quanto na fauna, por meio da adaptabilidade aos diferentes biomas distribuídos na terra. O conhecimento da irradiação solar que incide numa determinada localidade é muito importante para simulação da geração de energia solar fotovoltaica e térmica, e no cálculo da evapotranspiração, elemento fundamental para estudos de sistemas de irrigação e de produtividade. A razão entre a irradiação solar global na superfície terrestre horizontal e irradiação solar no topo da atmosfera é chamada de transmissividade atmosférica. Pelo motivo da medição da irradiação solar global não estar disponível em todas as localidades, usam-se modelos de estimativas a partir de parâmetros que são amplamente medidos em estações meteorológicas. A equação de Angstrom (1924) continua sendo a relação mais usada para se estimar a irradiação solar global média diária a partir do brilho solar, em localidades onde a medição não seja contínua ou os equipamentos não estejam disponíveis. O objetivo deste trabalho foi relacionar a irradiação solar e o brilho solar em diferentes coberturas de céu a partir da transmissividade atmosférica, e na estimativa do parâmetro energético da irradiação solar global na cidade de Maputo em Moçambique. A partir de quatro anos de dados medidos de irradiação solar global e de brilho solar, fornecidos pelo Instituto Nacional de Meteorologia da cidade de Maputo, foi criada uma evolução das medidas, a fim de quantificar os parâmetros ao longo dos anos e classificar a cobertura do céu. A média dos valores da irradiação solar global foi de 17,96 MJ/m², do brilho solar foi de 7,8 horas, da transmissividade atmosférica foi de 0,55 e da razão de insolação foi de 0,66. Dos modelos testados para a estimativa da irradiação solar global para cidade de Maputo, a partir de modelos de fora do continente Africano, os modelos da Espanha e de Botucatu/Brasil mostraram um desempenho aceitável. Dos modelos de localidades do continente Africano, o modelo da Botswana, mostrou o melhor desempenho. Os coeficientes “a” e “b” do modelo anual para cidade de Maputo são 0,23 e 0,49 respetivamente.

Solar energy is an element of the climate that exerts the influence of physical and biological processes on a local and global scale, indirectly interfering with other sources, as well as in flora, through photosynthesis, and as to fauna, through adaptability to the different biomes distributed in the Earth. The knowledge of the solar irradiation that affects particular locality is very important for the generation of photovoltaic and thermal solar energy, and for calculation of the evapotranspiration, which is fundamental element for studies of irrigation systems and of productivity. The ratio of solar irradiation at the top of the atmosphere and the global solar irradiation on the horizontal terrestrial surface is called Atmospheric Transmissivity. Because measurement of global solar irradiation is not available at all locations, model estimates are used from parameters that are widely measured in weather stations. The Angstrom equation (1924) continues to be the most used relation to estimate the global mean daily solar irradiation from sunshine, in places where the measurement is not continuous or the equipment is not available. The objective of this work was to study the mechanisms that relate meteorological parameters such as solar irradiation and sunshine in the evaluation of the sky cover and in the estimation of the global solar irradiation energy parameter in the city of Maputo, Mozambique. From four years of measured global solar irradiation and sunshine data provided by the National Institute of Meteorology of the city of Maputo, an evolution of the measurements was created in order to quantify the parameters over the years and classify the sky cover. The mean values of the global solar irradiation were 17.96 MJ / m², the sunshine was 7.8 hours, the atmospheric transmissivity was 0.55 and the sunshine ratio was 0.66. Next, the global solar irradiation in Maputo was estimated by means of eight models from different locations and finally the annual and monthly Angstrom estimation model was proposed to estimate global solar irradiation in the city of Maputo. The models tested for the estimation of global solar irradiance for Maputo city, from models from outside of the African continent, the models from Spain and Botucatu / Brazil show an acceptable performance. And from models of locations on the African continent, the Botswana model showed the best performance. The coefficients "a" and "b" of the annual model for city of Maputo are 0.23 and 0.49 respectively.