1.3.4 Radiação e irradiância. Painéis fotovoltaicos Radiacao e irradiancia... · Exemplos de aplicações tecnológicas da emissão de infravermelhos: Detetores de infravermelhos

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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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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.


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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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.


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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Radiação infravermelha

Todos os corpos emitem radiação.

À temperatura ambiente todos os

corpos emitem predominantemente

radiação infravermelha.

Termograma


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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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




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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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.



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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


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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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



A radiação solar na produção da energia elétrica

Os painéis fotovoltaicos, transformam diretamente a energia solar em energia elétrica.

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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.



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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.



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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Atividade

O valor médio da irradiância numa cidade é em 6,75 kW hm−2dia−1

Indique o valor da irradiância na unidade SI.


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

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TPC

• Fazer os exercícios da página 144 e 145 que ficaram por fazer:

Radiação e irradiância. Painéis fotovoltaicos.

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