Aos iniciantes no tema "Energia Solar Térmica"

Aconselhamos que sigam a ordem dos artigos para uma melhor compreensão sobre os sistemas solares térmicos e assuntos relacionados. É feita uma abordagem dos diversos tipos de sistemas solares térmicos, dando especial relevo aos sistemas de baixas temperaturas (AQS), seus componentes, correcto funcionamento, instalação e manutenção. 

Energia Solar


A Terra recebe energia radiante do Sol, emitindo uma quantidade idêntica. A emissão depende da temperatura da Terra, ou seja, a temperatura do planeta Terra é a temperatura de equilíbrio na qual a absorção é igual à emissão de radiação. Assim, se a absorção mudar, a temperatura de equilíbrio também se modificará.

A energia radiante recebida pela Terra (173 x 1015W =173.000.000.000.000.000 Watts)(*) 30% é reflectida (albedo), 19% absorvida pela atmosfera e radiada posteriormente, 19% é absorvida. Os 19% de energia absorvida penetrante servem de força motriz para as correntes marítimas, ondas, força motriz dos ventos. Os restantes 51% são absorvidos pela superfície.


(*) Constante solar = 1395 W/m 2
Área da Terra - (6,3x106)2x 3,14m2
Energia recebida - 124x1012x 1395 = 173x1015

gráfico-energia-solar

Apenas uma pequena percentagem penetra nos sistemas biológicos, por fotossíntese, nas plantas e noutros organismos, 0,02% do total. A nebulosidade ou o estado do céu é o segundo factor decisivo - depois das condições astronómicas - a afectar a disponibilidade de radiação solar. A energia irradiada tal como a quantidade de radiação difusa e directa varia com a quantidade de nuvens.

 



Radiação solar extra terrestre

 

A radiação solar extra terrestre é a radiação medida acima da atmosfera terrestre, esta radiação não é influenciada pelas nuvens existentes na atmosfera pelo que facilmente se pode calcular a radiação extra terrestre ao longo do ano. A órbita da Terra à volta do sol não é uma circunferência mas sim uma elipse. Isto faz com que a radiação solar não seja constante ao longo do ano, variando com as estações do ano. A terra está mais perto do sol em Dezembro (Inverno, hemisfério norte) e mais afastada em Junho (Verão, hemisfério norte).


radiação-solar, energia-solar-térmica

A quantidade de radiação solar é inversamente proporcional ao quadrado da distância. A unidade que mede a distância da Terra ao sol é a unidade astronómica (AU). A distância média corresponde a 1 AU que em km é igual a 1,498 * 108, verifica-se no equinócio da Primavera e do Outono, altura em que o dia é igual à noite.

Para determinar a energia solar extra terrestre, é necessário saber a distância actual. Este factor é calculado através de dia do ano, dia esse expresso em dia juliano. O dia juliano é feito em função do dia do ano, tem o valor de 1 para o dia 1 de Janeiro e de 365 para 31 de Dezembro. A expressão utilizada foi formulada por Duffie e Beckman em 1980.

 

fórmula-energia-solar
 

A radiação solar extra terrestre pode ser calculada pela seguinte expressão.


fórmula-radiação-solar

onde:

Isc = 1367 Wm-2é a constante solar
Θ é o ângulo solar cenital

Por exemplo no dia 1 de Janeiro teremos:

fórmula-solar

Quando o Sol se localiza verticalmente, acima de uma determinada localização, a radiação efectua o caminho mais curto através da atmosfera. Por outro lado, quando o Sol se encontra num ângulo mais baixo a radiação percorre um caminho mais longo, sofrendo a radiação solar uma maior absorção e difusão e estando disponível uma menor intensidade de radiação. O factor “Massa de Ar” (MA) define-se como a medida do número de vezes que o caminho da luz solar até à superfície da terra corresponde à espessura de uma atmosfera. Usando esta definição com o Sol numa posição vertical (JS = 90°) obtém-se um valor de MA = 1.

Fonte: electronica-pt

Energia Térmica

A energia produz calor ao incidir sobre um conjunto de moléculas. As moléculas na superfície dos materiais excitam-se ao receber energia radiante produzindo calor através de processos de absorção de fotões, aceleração de electrões e difusão. A conversão térmica da energia solar fundamenta-se na absorção da energia radiante por uma superfície negra. Este processo varia com o tipo de material absorvente. Envolve difusão, absorção de fotões, aceleração de electrões, múltiplas colisões, mas o efeito final é o aquecimento, ou seja, a energia radiante de todas os comprimentos e amplitudes de onda transforma-se em calor. As moléculas das superfícies excitam-se, ocorrendo um incremento de temperatura. O coeficiente de absorção de vários tipos de absorventes negros varia entre 0,8 e 0,98, a energia restante é reflectida .

Irradiação

Energia irradiada, irradiação, quantidade de calor  

A irradiação solar (E) de 1.000 Watts por metro quadrado, significa a capacidade de irradiar uma potência M (1.000 W) numa superfície de 1 m2, sendo a unidade de medida de potência o Watt. Quando a potência se define para uma superfície chamada-se irradiação. Quando o Sol brilha com uma potência de 1.000 watts durante uma hora, produz 1 KW de trabalho por hora. No caso de se converter 100% desta energia em calor, então produz-se 1KWh de calor.  

Potência irradiada: M (W)
Irradiação: E (W/m²)
Quantidade de calor: Q (Wh/kWh)

O valor do somatório da média anual da irradiação solar global (valor importante para o dimensionamento de sistemas solares) encontra-se entre aproximadamente 1.400 KWh/m2 em Vila Real (norte) e 1.700 KWh/m2 em Faro (Sul) com um incremento de Norte para Sul. No entanto a variação da radiação solar útil entre o Sul e o Norte de Portugal, aproveitada por um sistema solar para aquecimento de água, não é significativa. Para além da irradiação solar global o número de horas de luz (insolação) é também frequentemente utilizado para o dimensionamento dos sistemas solares. Em Portugal estes valores variam entre 1.800 e 3.100 horas por ano.

1 kW (Kilowatt) 
1 MW (Megawatt) 
1 GW (Gigawatt) 
1 TW (Terawatt) 

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