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Publicação
Análise de obstruções à radiação solar em contexto urbano
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Resumo(s)
A tecnologia fotovoltaica em meio urbano está a tornar-se cada vez mais comum como forma de atingir a sustentabilidade energética em cidades, caracterizadas por serem locais de forte consumo energético. De forma a ser estimado o potencial solar em todos os pontos de um edifício, distrito ou mesmo de uma área metropolitana inteira, os elementos que possam obstruir o céu devem ser tidos em conta, tanto para a componente direta da radiação solar como para a difusa. O objetivo desta tese é efetuar uma comparação de três metodologias referenciadas na área das estimativas do Sky View Factor, em meio urbano, selecionando os métodos mais económico-eficientes para estudos em grande escala. A abordagem consiste em desenvolver três metodologias utilizando: 1) método fotográfico fisheye que captura todos os obstáculos na envolvente dos locais onde são feitos os levantamentos fotográficos; 2) um recetor GPS que contabiliza os satélites visíveis bem como a intensidade dos seus sinais que permitem estimativas de SVF; 3) informação LiDAR que permite uma modelação topográfica da cidade para posteriormente serem calculados valores de Sky View Factor, recorrendo a um método de raytracing utilizando divisões hemisféricas bem definidas. Os resultados apontam para, após uma comparação com o método fotográfico, uma sobrestimação do Sky View Factor na ordem dos 4% por parte do método LiDAR, quando o nível de obstrução é baixo. Contudo, os mesmos apresentam diferenças de 11 e 20% em locais menos amplos, tais como pátios ou ruas ladeadas por edifícios altos, acentuando desta forma limitações habitualmente associadas aos levantamentos LiDAR aquando da representação de vegetação e edificações de formas complexas. Quanto ao método GPS, foi verificada uma correlação entre o índice intensidade de sinal/número de satélites disponíveis e os valores de Sky View Factor, embora seja percetível uma variabilidade do mesmo ao longo do dia, relacionada com efeitos de reflexão. As conclusões destacam que apesar das aproximações GPS se revelarem pouco precisas, podem representar uma boa abordagem quando é alcançado um compromisso entre precisão, tempo de processamento e economia de recursos.
Urban Photovoltaics is becoming trendy as a means to achieve energetic sustainability in cities, where a significant amount of electricity is consumed. In order to estimate the solar potential in all points of a building, district or the whole metropolitan region, the elements that might obstruct the sky must be taken into account for both direct and diffuse components of solar radiation. The aim of this thesis is to compare three state-of-the-art methodologies for Sky View Factor estimation in urban environments, selecting the more cost-effective methods for large scale assessments. The approach consists on developing three methodologies using: 1) a fisheye photographic method to capture every obstacle in the surroundings of several shooting places, undergoing pixel identification and image treatment to obtain a reliable Sky View Factor value; 2) a GPS receiver accounting for satellite visibility and signal intensity that allow Sky View Factor predictions; and 3) LiDAR data to model the city topography which is then used to calculate Sky View Factor values by a raytracing method with a detailed sky dome division. The results show that, in comparison with the photographical method, the LiDAR method overestimates the Sky View Factor in around 4% when the level of horizon obstruction is low. Yet, they reveal differences of up to 11% and 20% in narrower spaces such as courtyards and canyons with tall buildings, which are attributed to the limitation of LiDAR representation of vegetation and complex shaped features. As for the GPS method the signal intensity/number of visible satellites index reveals a correlation to the Sky View Factor values but features a certain level of variation throughout the day, attributed to reflection effects. The conclusions highlight that although GPS approximation results are less accurate a decent Sky View Factor estimation may represent a good method when there is a trade-off between accuracy, execution time and economy of resources.
Urban Photovoltaics is becoming trendy as a means to achieve energetic sustainability in cities, where a significant amount of electricity is consumed. In order to estimate the solar potential in all points of a building, district or the whole metropolitan region, the elements that might obstruct the sky must be taken into account for both direct and diffuse components of solar radiation. The aim of this thesis is to compare three state-of-the-art methodologies for Sky View Factor estimation in urban environments, selecting the more cost-effective methods for large scale assessments. The approach consists on developing three methodologies using: 1) a fisheye photographic method to capture every obstacle in the surroundings of several shooting places, undergoing pixel identification and image treatment to obtain a reliable Sky View Factor value; 2) a GPS receiver accounting for satellite visibility and signal intensity that allow Sky View Factor predictions; and 3) LiDAR data to model the city topography which is then used to calculate Sky View Factor values by a raytracing method with a detailed sky dome division. The results show that, in comparison with the photographical method, the LiDAR method overestimates the Sky View Factor in around 4% when the level of horizon obstruction is low. Yet, they reveal differences of up to 11% and 20% in narrower spaces such as courtyards and canyons with tall buildings, which are attributed to the limitation of LiDAR representation of vegetation and complex shaped features. As for the GPS method the signal intensity/number of visible satellites index reveals a correlation to the Sky View Factor values but features a certain level of variation throughout the day, attributed to reflection effects. The conclusions highlight that although GPS approximation results are less accurate a decent Sky View Factor estimation may represent a good method when there is a trade-off between accuracy, execution time and economy of resources.
Descrição
Tese de mestrado integrado, Engenharia da Energia e do Ambiente, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2016
Palavras-chave
Fotovoltaico em meio urbano Sky View Factor Método fotográfico fisheye LiDAR GPS Teses de mestrado - 2016