Curso Online de APROVEITAMENTO DA ENERGIA FOTOVOLTAICA

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professor: johnson pontes de moura

energia fotovoltaica

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energia elétrica da energia do sol
“energia fotovoltaica”

o objetivo do nosso estudo é compreender um pouco sobre a energia solar e como o homem pode se beneficiar desta fonte maravilhosa e inesgotável que a natureza oferece gratuitamente ao homem, e que ainda haverá de existir por alguns bilhões de anos.

objetivo

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quantificação da energia solar

a energia é algo vital para a existência de qualquer ser vivo. as plantas e animais existentes necessitam de energia para seu crescimento e sobrevivência. o ser humano obtém esta energia alimentando-se das plantas e animais. os homens da época em que não havia tecnologia, usavam seus próprios músculos para colher e construir seus próprios abrigos. desde algum tempo, com a evolução do conhecimento do homem, este utiliza os avanços tecnológicos como ferramentas para melhoria das suas condições de vida.

a energia é um conceito amplo muito bem definido pela física e que representa aspectos múltiplos. os modos de produzir e suas formas são as mais diversas. a exemplo da produção de energia têm-se:

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a energia cinética nos objetos que se movem nas correntes dos rios, dos ventos, dos mares;

a energia potencial armazenada nas águas represadas dos rios, no ar comprimido em cilindros e em molas;

a reação química nos processos a combustão, nas baterias;

a energia nuclear armazenada no núcleo dos reatores nucleares;

a energia radioativa armazenada em pequenos corpúsculos denominados de fótons e que se manifesta sob a forma de luz;

a energia elétrica que embora não sendo uma fonte, mas, uma forma de energia, o homem utiliza-se dos seus benefícios devido a modularidade e regularidade do seu fluxo.

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energia x potencial

até o estabelecimento do princípio da conservação da energia, dentre outras diferentes formas de energia, o calor e a eletricidade desenvolveram-se independentemente o que resultou em definições diferentes de unidades.

o princípio da conservação da energia estabelece que todas as formas de energia conhecidas podem ser medidas em uma única unidade.

neste sentido existem fatores de conversão adequados entre estas diversas unidades, como as mostradas a seguir:

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o calor tem como a unidade, caloria (cal), sendo esta definida como a quantidade de calor necessária para elevar de 1 ºc a temperatura, de 14,5 ºc a 15,5 ºc, de 1 g de água. a unidade inglesa de calor é o btu, onde:

1 btu = 252 calorias

a energia mecânica é medida em joules (j), sendo definida como o trabalho realizado por uma força de 1 newton (n) para o deslocamento de 1 metro (m) na direção deste deslocamento.

1 j = 1 n.m

a relação entre a energia mecânica e o calor, foi definida experimentalmente por joule da seguinte forma:

1 cal = 4,18 j

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potência, definida como a quantidade de energia produzida, dissipada ou acumulada por unidade de tempo, cuja unidade é watts, expressa da seguinte forma:

potência = energia
tempo

portanto:

watt = 1 joule =
segundo

1 j/s

é muito comum o uso de múltiplos da unidade watt para a potência, como o quilowatt (kw) e o megawatt (mw).

1 kw = 1000 w e 1 mw = 1.000.000 w

também a unidade de energia se expressa através dos múltiplos, como o quilowatt-hora, ou seja:

1 kwh =1.000 w x 3.600 s

1 kwh = 3,6 x 106 joules

1 kwh =0,86 x 106 calorias

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potencial do sol

o sol, que é uma estrela, é uma enorme esfera incandescente de plasma cuja temperatura verificada pelos cientistas aproxima-se de 5.750 k. situando-se a uma distância de 150 milhões de quilômetros da terra, esta gira em torno do sol em forma elíptica num período aproximadamente de 365 dias, denominado de movimento de translação.

a terra possui seu movimento próprio em torno de seu eixo inclinado de 23º30’ em relação ao plano da elíptica, com período de 24 horas, como mostrado na figura 1.

a este tipo de movimento denomina-se de rotação.

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a intensidade do sol fora da atmosfera terrestre é na ordem de 1.370 w/m2. a terra possui um raio médio de 6400 km, uma superfície de interceptação de 1,28 x 108 km2 e recebe aproximadamente 1,8 x 1011 mw de potência solar permanentemente sobre a superfície.

o tempo que a luz solar leva para chegar na terra é de 8 minutos. é a radiação eletromagnética compreendida em uma faixa de comprimento de onda variando de 0,22 a 10 m. a distribuição espectral da radiação solar extraterrestre é aproximadamente:

9% na região ultravioleta, cujo comprimento de onda é menor que 0,4 m ( < 0,4 m).

47% na região visível, cujo comprimento de onda situa-se na faixa de 0,4 a 0,8 m (0,40,8 m).

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devido a espalhamentos e absorções ocorridas ao atravessar a atmosfera da terra, a radiação solar chega a superfície terrestre com seu espectro modificado tanto na intensidade como na distribuição. esta radiação é composta por três componentes, como mostra a figura seguinte.

radiação solar direta, composta de raios paralelos diretos do sol;

radiação solar difusa, composta de raios espalhados pela atmosfera terrestre refletidos pelas nuvens;

radiação solar refletida (albedo), radiação refletida pelas superfícies adjacentes terrestres tais como prédios, árvores, solos ou qualquer outro obstáculo, que ainda depende da forma e textura do meio ambiente adjacente, ou seja, é o poder de reflexão de uma superfície ou de um corpo.

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a radiação solar que se distribui pela superfície da terra não é uniforme, pois depende das regiões iluminadas, ou seja, a região do equador é mais iluminada que a polar. além disso, a intensidade depende da estação do ano, do clima, da poluição local e hora.

a exemplo disso, as figuras mostram as variações ao longo do ano da radiação (h) solar diária média mensal extraterrestre, terrestre global e difusa no plano horizontal para as cidades de fortaleza-ce, campinas-sp e florianópolis-sc.