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Master's Dissertation
DOI
Document
Author
Full name
Carolina Girotti
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2019
Supervisor
Committee
Marins, Karin Regina de Castro (President)
Monteiro, Leonardo Marques
Oliveira, Alexandre Uhlig de
Title in Portuguese
Modelagem dos parâmetros da forma urbana para a maximização de geração de energia solar fotovoltaica no ambiente urbano em adensamento e verticalização: estudo de caso do Belenzinho, em São Paulo.
Keywords in Portuguese
Geração distribuída (GD)
Morfologia urbana
Parâmetros urbanísticos.
Sistemas fotovoltaicos
Urbanismo paramétrico
Abstract in Portuguese
O objetivo desta pesquisa é avaliar os parâmetros urbanísticos que influenciam a forma urbana e, consequentemente, maximizam a geração de energia fotovoltaica, no município de São Paulo, tomando por estudo de caso o bairro Belenzinho, em processo de adensamento e verticalização. A avaliação dos parâmetros urbanísticos foi realizada por meio do software de modelagem tridimensional Rhinoceros®, utilizando dois vértices: inicialmente, foi modelada a variação isolada dos parâmetros urbanísticos, utilizando Rhinoceros® associado aos plug-ins Grasshopper® e Diva®, com a finalidade de identificar os valores dos parâmetros urbanísticos que maximizam as respostas da forma urbana em relação à incidência de radiação solar na cobertura das edificações; em seguida, adicionou-se o algoritmo genético Galapagos, identificando-se a melhor combinação dos valores dos parâmetros urbanísticos quanto à maximização da incidência de radiação solar na cobertura das edificações. As análises mostraram que no cenário morfológico atual, 86% da cobertura das edificações existentes recebem entre 1840 e 1879 kWh/m2.ano de incidência de radiação solar, porém, algumas edificações são prejudicadas com sombreamento causada pelas edificações vizinhas. Quando se objetiva otimizar a geração de energia solar fotovoltaica na cobertura de empreendimentos distribuídos no tecido urbano, valores de coeficiente de aproveitamento 3, quando o máximo permitido é 4, ou valores de coeficiente de aproveitamento 2, quando o máximo permitido é 2, associados a taxas de ocupação de 0,70, mostram-se apropriados. A aplicação do Galapagos indica que o ganho da radiação solar incidente por área total de cobertura, através da simulação da variação combinada dos parâmetros urbanísticos, é, em média, 60% maior quando comparado com o pior cenário da variação isolada dos parâmetros urbanísticos, no cenário com empreendimentos distribuídos. Porém, quando se objetiva otimizar a geração de energia solar fotovoltaica na cobertura de empreendimentos concentrados no tecido urbano, valores de coeficiente de aproveitamento 3 e 4, quando o máximo permitido é 4, associados a taxas de ocupação de 0,40, mostram-se apropriados. O uso do Galapagos indica que o ganho da radiação solar incidente por área total de cobertura, através da simulação da variação combinada dos parâmetros urbanísticos, é, em média, 40% maior quando comparado com o pior cenário da variação isolada dos parâmetros urbanísticos, no cenário com empreendimentos concentrados. Assim, a pesquisa indica que a definição de uma política energética municipal para aproveitamento fotovoltaico na cobertura de edificações passa pela análise da viabilidade de soluções de geração concentradas ou distribuídas no território urbano, o que impacta em diferentes formas de apropriação dessa variável na regulação da ocupação do solo, no que tange à definição de intervalos de valores dos parâmetros urbanísticos, gabarito de altura, assim como no uso do solo.
Title in English
Modeling the parameters of the urban form for the maximization to the Urban PV power generation capacity in a quarter of São Paulo: Belenzinho.
Keywords in English
Distributed generation (DG)
Photovoltaic systems
Urban morphology
Urban parameters
Urban regulation.
Abstract in English
The present study analyses the parameters of the urban form that conditions the PV power generation capacity in a neighbourhood in São Paulo: Belenzinho, which is in verticalization and densification processes. The urban analysis was modeled with Rhinoceros® 3D software, with two vertices. Initially, the case-study area was modeled based on the isolated variation of the urban parameters, with Rhinoceros® software associated with Grasshopper® and Diva® plug-ins, in order to identify the best and worse urban parameter values, considering the solar radiation incidence on the rooftops of isolated buildings. Then, Galapagos genetic algorithm was applied for the purpose of combining the urban parameters, and identified the most suitable values for better exploitation of solar radiation. The analysis showed that in the current morphological scenario, 86% of the existing buildings rooftops have values of solar radiation between 1840 and 1879 kWh/m2.year, withal, some buildings are affected by shading caused by neighboring buildings. When optimizing the generation of photovoltaic solar energy in the rooftops of buildings distributed in area of this case study, values 3 for floor area ratio, when the maximum allowed is 4, or values 2 for floor area ratio, when the maximum allowed is 2, associated to values 0.70 of building coverage ratio to be appropriate. The study indicates that the gain of incident solar radiation by total coverage area through the simulation of the Galapagos genetic algorithm, represents on average 60% more when compared to the worst scenario of the isolated variation of the urban parameters, in isolated buildings. However, when the objective is to optimize the generation of photovoltaic solar energy in the rooftops of concentrated buildings in area of case study, values 3 and 4 for floor area ratio, when the maximum allowed is 4, associated to values 0.40 of building coverage ratio to be appropriate. The study indicates that the gain of incident solar radiation by total coverage area through the simulation of the Galapagos genetic algorithm, represents on average 40% more when compared to the worst scenario of the isolated variation of the urban parameters, in concentrated buildings. Thus, the definition of a municipal energy policy for photovoltaic application on the top of buildings involves the analysis of the feasibility of more concentrated or distributed generation solutions in the urban territory, and its appropriation of this variable in the land use regulation, in relation to the definition of ranges of values of urban planning parameters, building's height and land use.
 
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Publishing Date
2019-05-30
 
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