SOLAR ENERGY AVAILABLE DEPENDING ON THE DIFFERENCE IN SLOPE AND ORIENTATION OF THE ROOFS IN CASCAVEL - PR

Authors

DOI:

https://doi.org/10.31512/vivencias.v22i44.1513

Abstract

The research aims to identify and evaluate the availability of solar energy in the four seasons of the year as a function of the different inclinations and orientations of the roofs of urban buildings in the city of Cascavel - PR, determining the variability of the solar energy incident on the surfaces studied. The work was carried out considering three types of roof coverings (ceramic, fiber cement and metal), the corresponding slope at which they should be installed and the cardinal direction. The four seasons were also taken into account to determine seasonal variations. Daily solar radiation data for Cascavel was used to determine the solar energy available on each roof according to slope and cardinal orientation. The results determined the effect of roof inclinations and orientations on the availability of solar energy incident on the roof surface, with the aim of using this energy for photovoltaic generation. The main considerations led to the conclusion that the most effective arrangement of solar panels is one that maximizes efficiency while maintaining an affordable cost. This is achieved through the most suitable installation, with a North orientation being preferable, followed by West, East and South. The choice is also influenced by the slope of the roof, where ceramic roofs result in greater energy generation when facing north, compared to metal or fiber cement roofs. However, for other directions, metal and fiber cement materials outperform ceramic due to the smaller reduction in productivity throughout the day.

Author Biographies

Michael Collin Vargas, Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Cascavel, PR, Brasil

Graduado em Engenharia Civil pela Universidade Estadual do Oeste do Paraná (UNIOESTE, 2014 - 2018). Mestre em Engenharia de Energia pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Energia na Agricultura Universidade Estadual do Oeste do Paraná (PPGEA, UNIOESTE, 2019 - 2021), com ênfase em Energia Solar Fotovoltaica. Doutorando em Engenharia de Energia pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Energia na Agricultura, Universidade Estadual do Oeste do Paraná (PPGEA, UNIOESTE, 2024 - 2029), com ênfase na produção de hidrogênio verde.Possui experiência profissional na área de Engenharia Civil em projetos Autorais Arquitetônicos, Estruturais, Elétricos e Hidráulicos. Planejamento, Gerenciamento e Orçamento de empresas e projetos executivos. Engenheiro Civil do Banco Itaú Unibanco no período de 2020 a 2023, construíndo Agências Bancárias e projetos da Polícia Federal. Um ano nas Cidades de Cascavel, Toledo, Pato Branco, Curitiba e Pinhais no Paraná. Na cidade de Chapecó, no Estado de Santa Catarina. E dois anos nas cidades de São Paulo, Santos, Praia Grande, Cubatão, Itapecirica da Serra no Estado de São Paulo.

Paulo Sérgio Wolff, Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Cascavel, PR, Brasil

Possui graduação em Engenharia Civil pela Universidade Estadual de Maringá (1982), especialização em Engenharia de Segurança do Trabalho pela Universidade Federal do Paraná (1998), mestrado em Engenharia Agrícola - Área de Concentração: Engenharia de Sistemas Agroindustriais pela Universidade Estadual do Oeste do Paraná (2008). Atualmente é Reitor da Universidade Estadual do Oeste do Paraná e professor efetivo da Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Campus de Cascavel. Com experiência na área de Engenharia Civil. (Texto informado pelo autor)

Jair Antonio Cruz Siqueira, Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Cascavel, PR, Brasil

Possui graduação em Engenharia Agrícola pela Universidade Estadual do Oeste do Paraná (1993), especialização em Engenharia Agrícola pela Universidade Estadual do Oeste do Paraná (1997), mestrado em Engenharia Agrícola (Engenharia de Sistemas Agroindustriais) pela Universidade Estadual do Oeste do Paraná (1999) e doutorado em Agronomia (Energia na Agricultura) pela Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho (2005). Atualmente é professor associado da Universidade Estadual do Oeste do Paraná. Tem experiência na área de Engenharia Agrícola, com ênfase em Fontes Renováveis, Eficiência Energética e Sistemas Energéticos, atuando principalmente nos seguintes temas: fontes renováveis, consumo de energia, eficiência energética, energia eólica e energia solar.

Luciene Kazue Tokura, Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Cascavel, PR, Brasil

Possui Graduação em Agronomia pela Universidade Federal do Mato Grosso do Sul (1999), Mestrado em Engenharia Agrícola pela Universidade Estadual do Oeste do Paraná (2002); Doutorado em Agronomia (Agricultura) pela Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho (2006). Pós-doutorado da Universidade Estadual do Oeste do Paraná do Programa de Pós Graduação em Engenharia de Energia na Agricultura-PPGEA-UNIOESTE/Cascavel, na área de Física do solo. Tem experiência na área de Agronomia e Engenharia Agrícola, com ênfase em Agricultura e Engenharia de Sistemas Agroindustriais, atuando principalmente nos seguintes temas: Manejo de plantas daninhas, Alelopatia de plantas, Fitotecnia, Tecnologia de aplicação de herbicidas, Física do solo e Culturas energéticas para produção de biocombustíveis.

References

BRAZILIAN ASSOCIATION OF TECHNICAL STANDARDS. NBR 8039: Design and execution of roofs with French ceramic tiles - Procedure, 1983.

BRAZILIAN ASSOCIATION OF TECHNICAL STANDARDS. NBR 15873: Modular coordination for buildings, 2010.

BRASILIT, S. G. Technical guide to fiber cement roofing tiles and accessories. Available on: http://www.brasilit.com.br/pdf/catalogo-tecnico-fibrocimento-210x297mm-AF-29-09.pdf?v=1, 2014.

EDWARDS, L. et al. Health effects in people relocating between environments of differing ambient air pollution concentrations: A literature review. Environmental Pollution, v. 292, p. 118314, 2022. DOI: 10.1016/j.envpol.2021.118314.

Energy Research Company – EPE. National Energy Balance 2019. Rio de Janeiro, 2019. 67 slides, color. Available at: <http://www.epe.gov.br/sites-pt/publicacoes-dadosabertos/publicacoes/PublicacoesArquivos/publicacao>. Accessed: 25 out. 2020.

ETERNIT, D. W. Metal Tiles – Technical Catalogue. Available on: https://www.aecweb.com.br/cls/catalogos/eternit/telha_termoacustica.pdf, 2008.

FERREIRA, P.V. Experimental statistics applied to agronomy. Maceió: EDUFAL. 437p, 1991.

GANI, A. Fossil fuel energy and environmental performance in an extended STIRPAT model. Journal of Cleaner Production, v. 297, p. 126526, 2021. DOI: 10.1016/j.jclepro.2021.126526.

GYAMFI, B. A. et al. The anthropogenic consequences of energy consumption in E7 economies: Juxtaposing roles of renewable, coal, nuclear, oil and gas energy: Evidence from panel quantile method. Journal of Cleaner Production, v. 295, p. 126373, 2021. DOI: 10.1016/j.jclepro.2021.126373.

KINGSPAN ISOESTE. Standard Metal Roofing Sheet. Available on: http://www.isoeste.com.br/portfolio_item/metalica-standard-tp40/, 2017.

LANGE, W. J. Methodology for mapping the potential area of roofs of residential buildings in Brazil for the purpose of photovoltaic energy use. TerraGIS - (geoprocessing consultancy), 2012.

MONTEIRO JÚNIOR, A. et al. Performance analysis of photovoltaic systems with different inclination and azimuth angles located in Palmas-TO. Federal University of Minas Gerais – UFMG. NUPSOL – Center for Research in Renewable Energies. Federal Institute of Goiás/IFG, Electrical Engineering, Itumbiara-GO, 2016.

OPEYEMI, B. M. Path to sustainable energy consumption: The possibility of substituting renewable energy for non-renewable energy. Energy, v. 228, p. 120519, 2021. DOI: 10.1016/j.energy.2021.120519.

SIQUEIRA, J. A. C. Performance of a small-scale wind-photovoltaic hybrid system for rural energization. 2005. 176 f. Thesis (Doctorate in Agronomy - Area of Concentration in Energy in Agriculture) - São Paulo State University "Júlio de Mesquita Filho", Faculty of Agronomic Sciences, Botucatu Campus, Botucatu – SP, 2005. Available at:

https://acervodigital.unesp.br/handle/11449/101808?mode=full. Acesso em: 10 abr. 2024.

SOUZA, A. P.; ESCOBEDO, J. F.; FATHER, A. D.; GOMES, E. N. Estimation of global radiation incident on inclined surfaces by isotropic models and brightness index. Brazilian Journal of Agricultural and Environmental Engineering (Agriambi), v. 45, n. 4, p. 339-350, 2010.

VELLOSO, M. F. A. Seasonal forecasts of solar energy potentials in northeastern Brazil: impacts of meteorological phenomena on seasonal forecasts of solar energy potentials in northeastern Brazil. In: Symposium of Graduate Students in Earth System Science (IIISPGCST), 2014. São José dos Campos, 2014. Anais... São José dos Campos, SP, 2014.

WOOD, N.; ROELICH, K. Tensions, capabilities, and justice in climate change mitigation of fossil fuels. Energy Research & Social Science, v. 52, p. 114–122, 2019. DOI: 10.1016/j.erss.2019.02.014.

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Published

2025-12-14

How to Cite

Vargas, M. C., Wolff, P. S., Siqueira, J. A. C. ., & Tokura, L. K. (2025). SOLAR ENERGY AVAILABLE DEPENDING ON THE DIFFERENCE IN SLOPE AND ORIENTATION OF THE ROOFS IN CASCAVEL - PR. Vivências, 22(44), 101–125. https://doi.org/10.31512/vivencias.v22i44.1513

Issue

Vol. 22 No. 44 (2026)

Section

ARTIGOS DE FLUXO CONTÍNUO

License

Copyright (c) 2026 Michael Collin Vargas, Paulo Sérgio Wolff, Jair Antonio Cruz Siqueira, Luciene Kazue Tokura

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