1.3.4 Radiação e irradiância. Painéis fotovoltaicos

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1 1.3.4 Radiação e irradiância. Adaptado pelo Prof. Luís Perna Radiação A transferência de energia por radiação é um fenómeno comum. Exemplos de transferências de energia por radiação. 1

2 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. 2

3 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. Aquecimento de uma barra de ferro A B C T A < T B < T C O tipo de radiação emitida por um corpo depende da sua temperatura. 3

4 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 4

5 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) T corpo > T vizinhança T corpo = T vizinhança Radiação emitida > Radiação absorvida Radiação emitida = Radiação absorvida 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). As superfícies brancas não absorvem a radiação visível. Corpo branco Mau absorsor de radiação Aquece lentamente Mau emissor de radiação Arrefece lentamente 5

6 Absorção de radiação Todos os corpos absorvem radiação. A absorção de energia por radiação relaciona-se com a natureza das superfícies dos corpos. As superfícies pretas absorvem totalmente a radiação visível, aquecendo bastante. Os pavimentos de asfalto e os carros pretos absorvem toda a radiação visível. Corpo preto Bom absorsor de radiação Aquece rapidamente Bom emissor de radiação Arrefece rapidamente Absorção de radiação 6

7 Irradiância, E r Permite quantificar a energia que, por unidade de tempo, chega a uma área unitária dessa superfície. E r = E A t E r = P A Unidades SI: J m 2 s 1 Ou W m 2 Irradiância Parte da radiação emitida pelo Sol atinge a Terra. Constante solar 1367 W m 2 Valor da irradiância média no topo da atmosfera. Mapa da irradiância solar para a Europa. O valor da irradiância varia com a localização geográfica e com a época do ano. 7

8 Permitem aproveitar a energia da luz solar convertendo-a em corrente elétrica. Os painéis fotovoltaicos são compostos por um conjunto de células fotovoltaicas. constituídas por um material semicondutor (geralmente silício). Célula fotovoltaica. Dispositivo que aproveita a energia da luz solar para criar diretamente uma diferença de potencial elétrico nos seus terminais, produzindo uma corrente elétrica contínua. A radiação solar na produção da energia elétrica Os painéis fotovoltaicos, transformam diretamente a energia solar em energia elétrica. 8

9 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. 9

10 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). 10

11 Atividade O valor médio da irradiância numa cidade é em 6,75 kw h m 2 dia 1 Indique o valor da irradiância na unidade SI. Atividade O valor médio da irradiância numa cidade é em 6,75 kw h m 2 dia 1 Indique o valor da irradiância na unidade SI. SOLUÇÃO 1 kw h = 1000 W 3600 s = 3, J E r = E A t E 6,75 kw h r = 1 m 2 1 dia E r = 6, 75 3, E r = 281, 25 W m 2 11

12 TPC Fazer os exercícios da página 144 e 145 que ficaram por fazer: Radiação e irradiância.. 12