Proposition 6 : favoriser l’évaluation multiaxiale

O primeiro modelo solar SIG foi desenvolvido por Fu e Rich (1999). O Solar Analyst, como foi designado, permite calcular a irradiação (WH/m2_{) para uma determinada área} geográfica e para um determinado período de tempo, levando em consideração os efeitos atmosféricos, a latitude, a elevação, o declive, a orientação, o movimento aparente do Sol e o efeito das sombras projectadas (Santos et al., 2011). Actualmente, encontra-se inserido na caixa de ferramentas Spatial Analyst Tools do ArcGIS com a designação de Solar Radiation, que à semelhança da generalidade dos modelos solares, possibilita a análise da radiação solar de duas formas distintas, por pontos ou em área (Tovar-Pescador et al.,2006).

O método de radiação solar por pontos calcula a irradiação para um local específico, com base na orientação da superfície e o céu visível. Muito embora a precisão deste método seja bastante elevada, este apenas abrange o local determinado, impossibilitando assim a aplicação deste método na construção de um modelo que inclua uma área significativa. Por sua vez, o método de radiação por área possibilita o cálculo mais abrangente da irradiação incidente considerando também a superfície de orientação e as sombras originadas pelo modelo digital de elevação (Fu & Rich, 2000 a).

Em suma, estes dois métodos permitem calcular a irradiação solar através de geometrias distintas (pontos e áreas) No entanto, o Solar Analyst/ Solar Radiation possibilita também a representação gráfica do céu que se encontra desobstruído (viewshed map), a

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representação gráfica da posição do Sol durante um certo período de tempo (sunmap) e a representação do sector ou sectores no céu que vão influenciar o total de radiação incidente (skymap). Esta representação é possível graças ao método Solar Radiation Graphics disponível também na extensão do Solar Radiation (Tovar-Pescador et al.,2006).

Umas das principais vantagens do Solar Radiation, são os cálculos precisos obtidos através de algoritmos baseados em linguagem C++, juntamente com o uma interface intuitiva, aliado à produção versátil de dados de radiação solar directa, difusa e global. Através de diferentes características (e.g., geometrias, duração da radiação directa, posição do Sol (sunmap), sectores do céu que mais influenciam o total de radiação incidente (skymap), quantidade de céu não obstruído (viewshed map), obtidas através de um modelo digital de elevação e da introdução de alguns parâmetros atmosféricos (e.g., transmissividade e proporção difusa) este método possibilita o cálculo da radiação para um período de tempo específico (horário, diário, semanal ou mensal), para qualquer área (Fu & Rich 1999).

Se por um lado este modelo apresenta numerosas vantagens, por outro, também se lhe apontam algumas desvantagens, sobretudo no que diz respeito ao tempo de processamento e cálculo. Efectivamente, a precisão e qualidade dos resultados está directamente relacionada com a resolução adoptada no modelo, i.e., ao aumentar a resolução do modelo não só se aumenta a sua exactidão, mas também o seu tempo de cálculo. No entanto, é possível encontrar um equilíbrio entre a resolução espacial e o tempo de processamento, tornando este modelo solar num dos mais utilizados, sendo aplicado a diferentes áreas e escalas de estudo. e.g. Rocky Mountain Biological Laboratory, no estado do Colorado, Estados Unidos (Fu & Rich 1999), Parque Natural da Serra Nevada, Espanha (Tovar-Pescador et al., 2006); Omã, Península Arábica (Gastli & Charabi, 2010) ou à escala da topografia urbana (Brito et al.,2011; Santos et al., 2014).

Horfierka e Súri (2002), baseando-se no trabalho prévio de Horfierka (1997), também desenvolveram um novo modelo, o R.sun. Este modelo surge no seio do projecto europeu para a criação do altas de radiação solar europeu, o European Solar Radiation Atlas (Scharmer & Greif, 2000), uma vez que, ao analisar todos os modelos já discutidos foi necessário criar um modelo que desse respostas as limitações dos modelos anteriormente referidos, sendo as principais limitações o facto de todos eles estarem implementados em

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softwares pagos e muitos dos parâmetros não se revelaram suficientemente flexíveis para os

objectivos estabelecidos no projecto (Horfierka & Súri, 2002). Assim, o R.sun foi pensando para integrar um software open source, neste caso o GRASS GIS. A sua implementação num

software open source e de código aberto (General Public Licence [GNU]) estabelece, à

partida, uma base para futuros melhoramentos e eliminando assim algumas das limitações já discutidas nos modelos anteriores. Neste contexto sobressai o facto de ser pensado para funcionar com diversos conjuntos de parâmetros, proporcionando uma grande flexibilidade, uma vez que, podem ser usados de forma independente e em diversas aplicações. Por exemplo, o r.sunyear calcula a inclinação óptima para planos orientados a sul e o r.horizon é utilizado para optimizar o calculo de grandes áreas, permitindo saber o sombreamento, tendo em conta a curvatura da Terra e as distorções angulares causadas pelas projecções cartográficas (Horfierka & Cebecauer, 2008).

O modelo R.sun foi projectado para obter a insolação e a irradiação (tanto para condições de céu limpo como nublado) para qualquer superfície em qualquer região para um período específico de tempo. Funciona em dois modos, no primeiro resulta em mapas matriciais de radiação directa, indirecta e de irradiação solar reflectida obtido com base no angulo da radiação incidente que pode ser estimado para um determinado dia e hora. No segundo modo são “computados” os padrões espaciais dos valores diários de radiação solar e a duração em minutos da irradiação (Horfierka & Cebecauer, 2008).

Apesar de todos os cálculos complexos que efectua, o R.sun requer apenas cinco parâmetros de entrada obrigatórios, e.g., valor da altitude, mapa de declive e exposição solar (os três obtidos através do MDE), hora solar local e o número do dia juliano. No entanto, o utilizador também pode alterar a configuração padrão de outros parâmetros, incluindo o factor de turbidez atmosférica, o albedo ou mesmo a configuração do céu visível (Horfierka & Súri, 2002).

O European Solar Radiation Atlas (Scharmer & Greif, 2000; Horfierka & Súri, 2002), é talvez a aplicação mais relevante do R.sun, contudo este tem sido aplicado em diversos estudos nas mais variadas áreas cientificas. Um exemplo é a sua aplicação na ilha de Spitsbergen (arquipélago das Svalbard, na Noruega) fornecendo dados valiosos para estudos ecológicos, glaciológicos ou hidrológicos (Szymanowski et al.2008). A uma escala mais regional, Horfierka e Cebecauer (2008) determinaram o potencial solar para 79 municípios

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do território Eslovaco. Também na Eslováquia, mas desta vez à escala urbana foi estimado o potencial fotovoltaico para a cidade de Bardejov (Horfierka & Kanuk, 2009). O modelo R.sun pode ser considerado como uma ferramenta SIG robusta e muito flexível no que respeita a modelação da radiação. A sua principal vantagem é a simplicidade relativamente aos dados de entrada. Contudo, ter uma codificação aberta não significa que consiga acelerar o processamento de dados de alta resolução, especialmente, se incorporar o sombreamento do terreno, podendo neste caso revelar-se bastante moroso. A redução da qualidade do MDE de entrada não é uma opção, uma vez que esta é de especial importância para os resultados finais, especialmente para áreas montanhosas (Szymanowski et al., 2008), o que acaba por limitar a aplicação deste modelo.

Todos os modelos referidos até este ponto, dizem respeito aos modelos mais citados ao longo de toda a bibliografia consultada. No entanto, nota-se uma lacuna na descrição dos modelos que foram emergindo a partir deste ponto (R.sun). Uma das possíveis razões, pode ser o facto de estes modelos permitirem uma já vasta adaptação às mais variadas áreas e conseguirem responder a cada uma das especificidades que possam vir a surgir do ponto de vista da modelação. A necessidade de procurar por soluções cada vez mais eficientes pode já não ser o principal foco, uma vez que, estes modelos conseguem responder de forma bastante satisfatória às tarefas solicitadas.

No entanto, no decorrer deste processo de pesquisa, acabaram por surgir mais alguns modelos como o FORest GAP (Van Dam, 2000) escrito em linguagem dinâmica PCRaster. O PCRaster consiste num conjunto de ferramentas para armazenar, manipular, analisar e recuperar dados geográficos, i.e., o PCRaster é um SIG de estrutura matricial potenciado pela sua linguagem de programação que permite a construção de modelos espaciais dinâmicos e a sua aplicação é sobretudo a modelos hidrológicos e florestais.

O Toporad (Kang, Kim & Lee, 2002), é outro dos modelos modelo referenciado, desenvolvido com o intuito de espacializar os padrões resultantes da radiação diária com base na variação da topografia e temperatura diária, tendo sendo utilizado para modelar uma extensa área de montanha na península da Coreia.

O Irradiation Mapping for Complex Urban Environments (ICUE) foi desenvolvido no Instituto de Energia e Desenvolvimento Sustentável da Universidade de Montfort (Leicester, Reino Unido) por Mardaljevic e Rylatt (2003), com o objectivo de simular a quantidade de

35 energia recebida em ambientes urbanos complexos, podendo quantificar a irradiação anual total com base em dados meteorológicos e quase sem limitação prática no que respeita a complexidade do tecido urbano. Este modelo é sobretudo utilizado na modelação da radiação incidente nas fachadas dos edifícios, permitindo ainda estimar o sombreamento e a inter-reflexão entre os mesmos. No entanto, a sua implementação em Linux e a sua interface gráfica pouco amigável faz com que a sua aplicação não seja tão difundida.

O Helios criado por Piedallu e Gégout (2007), desenvolvido em ArcGIS, combina parâmetros topográficos locais (e.g. declive, exposições e sombreamento) e globais (e.g. nebulosidade e altitude) permitindo estimar a radiação solar independentemente da escala de análise. Este modelo apenas exige um MDE e um ficheiro com os valores de nebulosidade que são facilmente medidos ou interpolados a partir dos dados das estações meteorológicas. O resultado deste modelo é determinado pelo cálculo de três factores: i) as relações geométricas entre o Sol e a superfície da terra calculada com base em fórmulas astronómicas; ii) os factores topográficos calculados através do MDE; e iii) a atenuação atmosférica. Piedallu e Gégout (2008) implementaram este modelo em França para obter os valores da radiação solar anual

Pons e Ninyerola (2008) desenvolveram um modelo de radiação solar que se encontra implementado no software SIG MiraMon. Este modelo tem em consideração factores astronómicos, atmosféricos e geográficos com o objectivo de obter mapas de radiação mensais. Os resultados da interpolação dos mapas de radiação foram integrados no Atlas climático digital da Catalunha.

Outra das razões que estão na origem da lacuna nas referências a modelos solares mais recentes pode dever-se à mudança de paradigma na evolução dos SIG e da internet, uma vez que, a constante evolução tecnológica fez nascer uma nova geração de Sistemas de Informação Geográfica (SIG). Os SIG na internet (WebSIG), permitem, quase na totalidade, formulações matemáticas e cálculos dispendiosos do ponto de vista de processamento numa plataforma online que, outrora, existiam num SIG físico (instalado num computador de secretária). Os WebSIG são soluções que possibilitam o acesso de dados e análises espaciais, possuindo interfaces muito intuitivos que facilitam a sua utilização, possuindo ferramentas de produção rápida e directa de mapas, através do acesso remoto a servidores que possuem a informação necessária (Cosme, 2012).

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Também os Modelos Solares SIG acompanharam esta mudança e, recentemente, têm surgido rápidos avanços no desenvolvimento de Modelos Solares Web (Web-based solar

estimation). Estes WebSIG Solares incluem não só a modelação solar (radiação solar directa,

difusa ou total) mas também o potencial fotovoltaico (PV), informando o público dos eventuais custos e benefícios associados ao uso da energia solar. Uma das vantagens destas plataformas SIG é, para além de libertarem espaço de armazenamento físico no hardware, o facto dos resultados obtidos pelas ferramentas web serem facilmente “ligados” a um SIG Solar físico. Muitos destes WebSIG Solares têm também um software físico, o qual é possível descarregar e utilizar, caso seja necessário modelar alguma área ou parâmetro que não se encontre contemplado na plataforma online. A maioria destes softwares é open source, i.e., sem qualquer custo para o utilizador.