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EFEITO ESTUFA NATURAL APLICAÇÕES TÉCNICAS DA ENERGIA SOLAR 1.

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1 EFEITO ESTUFA NATURAL APLICAÇÕES TÉCNICAS DA ENERGIA SOLAR 1

2 EFEITO ESTUFA NATURAL  A temperatura média do ar na Terra é aproximadamente 15º C. Vamos fazer a estimativa da temperatura da Terra.  No estado de equilíbrio, a energia recebida deve ser igual a energia emitida: Energia absorvida = Energia emitida  Seja (constante solar), a energia solar que entra na atmosfera terrestre por m 2 perpendicular à radiação.  Sabe-se que uma fracção dessa radiação é desviada para o espaço, albedo – 2

3 Efeito estufa natural (cont.)  A parte da radiação que chega na superfície da Terra, no dia de céu limpo, por m 2 é  Seja R o raio da Terra, a parte esquerda da equação será.  A parte direita é obtida considerando a Terra como um corpo negro à Temperatura T.  Pela lei de Stefan-Boltzmann, a radiação emitida pela Terra por cada m 2 é dada por  A energia total emitida pela Terra será: 3

4 Efeito estufa natural (cont.)  Dados:  O valor experimental do albedo é 0,3, então:  Este valor está aquém da temperatura média do ar 15 º C ou 288 K. Trata-se duma diferença de 33 ºC.  Causa da diferença é o efeito estufa natural.  Os gases como CO 2 e H 2 O absorvem a radiação solar na zona do infravermelho. Esta absorção varia com λ, mas p ode ocorrer até 4

5 Efeito estufa Natural A Terra como um corpo negro emite com mais intensidade entre. Em consequência disso, a maior parte da radiação emitida pela Terra será absorvida e radiada de volta para a Terra. 5

6 APLICAÇÕES TÉCNICAS DA ENERGIA SOLAR  Existem duas formas de utilizar a energia solar:  A forma activa  A passiva Forma passiva:  No sistema, a energia solar é absorvida e utilizada sem bombeamento e lançamento de fluxos mecânicos significativos.  Ex: O uso de energia solar (raios solares) para o aquecimento de edifícios ou prédios através de concepções e estratégias construtivas.  Este método é mais usado nas zonas mais frias onde o frio leva à opções para calefacção (Ligado ao aquecimento). 6

7 Aplicações da energia solar (cont.) FORMA ACTIVA:  Baseia-se na transformação da energia solar em outras formas de energia (térmica ou eléctrica)  O calor do Sol é absorvido por um fluído, normalmente água ou ar, o qual é depois movido por bombas e ventoinhas para ser usado (aquecimento de residências, banho ou produção de energia eléctrica). O método de produção de energia eléctrica através do calor gerado, o qual é convertido em energia Mecânica e finalmente em energia eléctrica é indirecto, com perdas de calor em cada etapa. 7

8 USO DE COLECTORES SOLARES  Os concentradores solares concentram raios solares para aquecer fluído de transporte e transferência de calor (ar, água, solução de sal) até altas temperaturas.  O fluído é usado para produzir vapores que são usados para accionar o sistema de conversão, produzindo electricidade 8

9 USO DE CONCENTRADORES SOLARES (CONT.)  Acumuladores de energia térmica podem ser usados para oferecer a possibilidade de armazenamento de energia e o seu uso em períodos em que não existem raios solares adequados.  Há colectores (não necessariamente concentradores) solares que são usados para aquecimento de água 9

10 A Física dos concentradores solares 10

11 ELECTRICIDADE SOLAR DIRECTA: Outra forma de produção de energia eléctrica a partir da energia solar é através de células solares. Estes convertem a energia solar incidente na sua superfície directamente em energia eléctrica, através do efeito fotovoltaico. 11

12 ELECTRICIDADE SOLAR DIRECTA (CONT.)  O efeito fotovoltáico (que ocorre nas células solares ou células fotovoltáicas) consiste na criação de uma diferença de potencial eléctrica através da radiação incidente  Permite contornar as perdas de calor que se verificam no método indirecto.  Esse efeito consiste na conversão de energia do fotão em energia voltaica.  Os fotões da energia solar ao atingirem os átomos das células fotovoltaicas são absorvidos pelos electrões, os quais são emitidos, gerando assim corrente eléctrica. 12

13 ELECTRICIDADE SOLAR DIRECTA (CONT.)  As células solares são feitas de material semi- condutor, isto é, materiais que à temperaturas baixas, todos os electrões estão na banda de valência.  Isto significa que a banda de condução está vazia e a condutividade eléctrica do material é nula.  Ex: Germánio (Ge) e Silício (Si). 13

14 ELECTRICIDADE SOLAR DIRECTA (CONT.)  Nos semi-condutores as bandas de valência e a de condução são separadas por um intervalo de energia- E g. Célula Módulo Painel solar Banda de condução E h.f Banda de valência EgEg 14

15 ELECTRICIDADE SOLAR DIRECTA (CONT.)  Os materiais semi-condutores absorvem fotões com energia E > E g  E g é a energia da barreira e determina o resultado da célula solar.  Em consequência da absorção do fotão pelo electrão, este último é transferido da banda de valência para a de condução.  Na banda de valência fica uma lacuna. Esta lacuna pode ´´mover-se´´ livremente tal como o electrão na banda de condução.  Os módulos solares existentes vão desde alguns miliwatts, utilizados por exemplo nas calculadoras portáteis, até cerca de 200 W, com aproximadamente 1,3 metros quadrados e utilizados para produzir energia em edifícios 15

16 DIAGRAMAS DE SISTEMAS DE CONVERSÃO  Diagrama de conversão da energia solar em calor  O recurso solar é captado e convertido em calor, o qual é fornecido para satisfazer as necessidades em energia térmica:  Aquecimento de casas  Aquecimento de água  Calor para processos industriais Este tipo de sistema pode ou não ter acumulador. Muitas vezes inclui fonte auxiliar para que o fornecimento de energia seja efectuado por longos períodos sem raios solares. Fonte auxiliar Colector solar térmico Fornecimento de calor para diversos fins acumulador 16

17 DIAGRAMAS DE SISTEMAS DE CONVERSÃO (CONT.) F. auxiliar Colectores solares térmicos Gerador, estação de energia Colectores fotovoltáicos acumulador F. auxiliar acumulador Electricidade (ligação à rede ou sistema autónomo) Se a finalidade for obtenção de energia eléctrica em vez de calor, existem dois métodos comuns:  A captação de energia solar como calor e sua conversão em energia eléctrica usando estações de transformação de energia  Usando células fotovoltáicas para a conversão da energia solar em energia eléctrica. 17

18 ELECTRICIDADE SOLAR DIRECTA (CONT.) VANTAGENS: A principal vantagem é a quase total ausência de poluição:  Sistemas fotovoltaicos operam sem barulho e não usam combustível.  Podem ser usados como fonte de energia mesmo nas zonas rurais, fora da rede nacional de electricidade (sistemas autónomos).  São de longa duração.  O sol está desponível em quase todos os pontos DESVANTAGENS:  Elevado custo de produção de painéis devido a pouca desponibilidade de materiais semi-condutores.  A sua produção usa químicos mal cheirosos 18


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