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18-05-2018
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1.3.4 Radiação e irradiância.Painéis fotovoltaicos
Adaptado pelo Prof. Luís Perna
1.3.4 Radiação e irradiância. Painéis fotovoltaicos
Radiação
A transferência de energia por radiação é um fenómeno comum.
Exemplos de transferências de energia por radiação.
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1.3.4 Radiação e irradiância. Painéis fotovoltaicos
Radiação
Radiação é outro nome que damos às ondas eletromagnéticas ou luz.
Radiação:
Energia transferida através da propagação de luz.
Visível Não visível O Sol é a principal fonte de energia por radiação.
1.3.4 Radiação e irradiância. Painéis fotovoltaicos
Radiação
Equilíbrio térmico radiativo da Terra
Se a Terra está constantemente a receber
energia por radiação do Sol, como se explica
que tenha uma temperatura média com
poucas variações, ou seja, esteja
praticamente em equilíbrio térmico?
Resposta:
Porque a Terra não só recebe como emite energia por radiação e a energia recebida é
igual à energia emitida.
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1.3.4 Radiação e irradiância. Painéis fotovoltaicos
Radiação
Radiação é outro nome que damos às ondas eletromagnéticas ou luz.
Quando incide radiação sobre um corpo, a sua energia interna aumenta provocando normalmente o aumento da sua temperatura.
A Terra tem uma temperatura média de cerca de 15 °C, com poucas oscilações.
Isso deve-se à emissão contínua de radiação
pelo planeta: em média a energia que a Terra
absorve proveniente do Sol, e por unidade de
tempo, é praticamente a mesma que emite
para o espaço por radiação.
1.3.4 Radiação e irradiância. Painéis fotovoltaicos
Radiação
Todos os corpos sem exceção emitem radiação.
O tipo de radiação emitida por um corpo depende da sua temperatura.
Aquecimento de uma barra de ferro
A B C
𝑻𝐀 < 𝑻𝐁 < 𝑻𝐂
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1.3.4 Radiação e irradiância. Painéis fotovoltaicos
Radiação infravermelha
Todos os corpos emitem radiação.
À temperatura ambiente todos os
corpos emitem predominantemente
radiação infravermelha.
Termograma
1.3.4 Radiação e irradiância. Painéis fotovoltaicos
Radiação infravermelha
À temperatura ambiente todos os corpos emitem predominantemente radiação infravermelha.
Exemplos de aplicações tecnológicas da emissão de infravermelhos:
Detetores de infravermelhos
Termografia por infravermelhos
Termómetros de infravermelhos
Visão noturna
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1.3.4 Radiação e irradiância. Painéis fotovoltaicos
Absorção de radiação
Todos os corpos absorvem radiação.
A absorção (e emissão) de radiação de um corpo depende da temperatura da sua vizinhança.
Arrefecimento de um corpo (num mesmo intervalo de tempo)
Radiação emitida > Radiação absorvida Radiação emitida = Radiação absorvida
𝑇corpo > 𝑇vizinhança 𝑇corpo = 𝑇vizinhança
1.3.4 Radiação e irradiância. Painéis fotovoltaicos
Absorção de radiação
Todos os corpos absorvem radiação.
A absorção de energia por radiação relaciona-se com a natureza das superfícies dos corpos.
Uma superfície branca reflete toda a
radiação visível, não a absorvendo (embora
absorva radiação não visível).
Corpo branco
Mau absorsor de radiação Mau emissor de radiação
Aquece lentamente Arrefece lentamente
As superfícies brancas não absorvem a radiação visível.
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1.3.4 Radiação e irradiância. Painéis fotovoltaicos
Absorção de radiação
Todos os corpos absorvem radiação.
As superfícies pretas absorvem totalmente
a radiação visível, aquecendo bastante.
Corpo preto
Bom absorsor de radiação Bom emissor de radiação
Aquece rapidamente Arrefece rapidamente
Os pavimentos de asfalto e os carros pretos absorvem toda a radiação visível.
A absorção de energia por radiação relaciona-se com a natureza das superfícies dos corpos.
1.3.4 Radiação e irradiância. Painéis fotovoltaicos
Absorção de radiação
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1.3.4 Radiação e irradiância. Painéis fotovoltaicos
Irradiância, 𝑬𝐫
Permite quantificar a energia que, por unidade de tempo, chega a uma área unitária dessa superfície.
𝑬𝐫 =𝑬
𝑨 ∆𝒕⟺ 𝑬𝒓 =
𝑷
𝑨
Unidades SI: W 𝐦−𝟐𝐉 𝐦−𝟐𝐬−𝟏 Ou
1.3.4 Radiação e irradiância. Painéis fotovoltaicos
Irradiância
Parte da radiação emitida pelo Sol atinge a Terra.
O valor da irradiância varia com a localização geográfica e com a época do ano.
1367 Wm−2
Valor da irradiância média no topo da atmosfera.
Mapa da irradiância solar para a Europa.
Constante solar
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1.3.4 Radiação e irradiância. Painéis fotovoltaicos
Painéis fotovoltaicos
Permitem aproveitar a energia da luz solar convertendo-a em corrente elétrica.
Painéis fotovoltaicos.
Os painéis fotovoltaicos são compostos por
um conjunto de células fotovoltaicas.
constituídas por um material semicondutor
(geralmente silício).
Dispositivo que aproveita a energia da luz solar para criar diretamenteuma diferença de potencial elétrico nos seus terminais, produzindouma corrente elétrica contínua.
Célula fotovoltaica
1.3.4 Radiação e irradiância. Painéis fotovoltaicos
Painéis fotovoltaicos
A radiação solar na produção da energia elétrica
Os painéis fotovoltaicos, transformam diretamente a energia solar em energia elétrica.
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1.3.4 Radiação e irradiância. Painéis fotovoltaicos
Painéis fotovoltaicos
Permitem aproveitar a energia da luz solar convertendo-a em corrente elétrica.Podem ser ligados em série e em paralelo. Em série, Fig. A, maior diferença de potencial.Em paralelo, Fig. B, correntes com maior intensidade.
1.3.4 Radiação e irradiância. Painéis fotovoltaicos
Painéis fotovoltaicos
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1.3.4 Radiação e irradiância. Painéis fotovoltaicos
Painéis fotovoltaicos
Fatores principais que impedem a sua utilização em larga escala
• O elevado custo das tecnologias
empregues.
• O baixo rendimento no processo de
conversão (cerca de 25%).
• Os importantes investimentos de
capital.
• A necessidade de ocupação de grandes
áreas de terreno se se pretende
produzir quantidades significativas de
energia (1 ha/MW).
• Perdas de energia (efeito Joule).
• Reflexões.
1.3.4 Radiação e irradiância. Painéis fotovoltaicos
Painéis fotovoltaicos
Vantagens
• Não dispõem de partes móveis.
• São formados por módulos. As células
são agrupadas em painéis.
• São inofensivos do ponto de vista
ambiental.
• Não produzem cheiros nem ruídos.
• Exigem muito pouca manutenção.
• Têm tempo de vida elevado (superior
a 20 anos).
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1.3.4 Radiação e irradiância. Painéis fotovoltaicos
Atividade
O valor médio da irradiância numa cidade é em 6,75 kW hm−2dia−1
Indique o valor da irradiância na unidade SI.
1.3.4 Radiação e irradiância. Painéis fotovoltaicos
Atividade
O valor médio da irradiância numa cidade é em 6,75 kW hm−2dia−1
Indique o valor da irradiância na unidade SI.
SOLUÇÃO
𝑬𝐫 =𝑬
𝑨 ∆𝒕⟺ 𝑬𝒓 =
𝟔,75 k𝐖𝐡
𝟏𝐦𝟐 × 𝟏 𝐝𝐢𝐚
⟺ 𝑬𝒓 =𝟔, 𝟕𝟓 × 𝟑, 𝟔 × 𝟏𝟎𝟔
𝟏 × 𝟐𝟒 × 𝟔𝟎 × 𝟔𝟎⟺ 𝑬𝒓 = 𝟐𝟖𝟏, 𝟐𝟓𝐖 𝐦−𝟐
1 kW h = 1000W× 3600 s = 3,6 × 106 J