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Irradiação solar

Irradiação solar

A irradiação solar é a magnitude que mede a energia por unidade de área de radiação solar incidente em uma superfície colocada em um local e intervalo de tempo bem especificados. Ou seja, nem toda a radiação solar gerada pelo Sol atinge a Terra. O magintud que descreve a radiação solar que atinge a terra é a irradiância. A irradiância é expressa em unidades de potência por superfície, geralmente watts por metro quadrado. Quando falamos de irradiação solar, queremos dizer a quantidade de irradiância recebida em um determinado momento.

Como a irradiância é medida em watts por metro quadrado, a irradiação solar é geralmente medida em watts-hora por metro quadrado.

A irradiação solar na superfície da Terra é, do ponto de vista técnico, a adição em um determinado intervalo de tempo do brilho solar filtrado pela interposição da atmosfera. O valor da irradiação solar na superfície depende da época do ano, da latitude, do clima local e das horas do dia.

Origem da irradiação solar

A origem da radiação eletromagnética do Sol. A radiação solar é a reação de fusão nuclear que ocorre constantemente no interior do Sol. Na reação nuclear, dois núcleos de hidrogênio se combinam para formar um núcleo de hélio. Uma grande quantidade de energia é liberada através dessa fusão de núcleos. O hidrogênio constitui 74,9% da massa do Sol, e o hélio 23,8% (em aumento leve mas constante) e apenas os 1,3% restantes correspondem a outros elementos químicos.

O calor gerado pela reação de fusão nuclear é responsável pelo fato de o Sol ser uma massa incandescente gigantesca e de que a superfície externa tem uma temperatura aproximada de 5,505 ° C. Como qualquer corpo incandescente, o Sol emite radiação eletromagnética em uma ampla gama de comprimentos de onda (ou frequências) que variam de ultravioleta a infravermelho, cuja intensidade máxima está na região que a visão humana identifica como o amarelo do arco-íris. Essa distribuição de comprimento de onda é chamada espectro de radiação solar, a maioria invisível ao olho humano.

Tipos de irradiação solar

Existem vários tipos medidos de irradiância solar.

  • Irradiação solar total
  • Irradiação normal direta
  • Irradiação horizontal difusa ou radiação difusa do céu
  • Irradiação horizontal global

A irradiação solar total é uma medida da energia solar em todos os comprimentos de onda por unidade de área incidente na atmosfera superior da Terra. A perpendicular à luz solar recebida é medida. A constante solar é uma medida convencional da irradiação solar total média à distância de uma unidade astronômica.

A irradiação normal direta, ou radiação de feixe, é medida na superfície da Terra em um determinado local com um elemento de superfície perpendicular ao Sol. Exclui radiação solar difusa (radiação dispersa ou refletida por componentes atmosféricos). A irradiância direta é igual à irradiância extraterrestre acima da atmosfera menos perdas atmosféricas devido à absorção e dispersão. As perdas dependem da hora do dia (comprimento do caminho da luz na atmosfera de acordo com o ângulo de elevação solar), cobertura de nuvens, teor de umidade e outros conteúdos. A irradiância na atmosfera também varia com a época do ano (porque a distância ao sol varia),

A irradiação horizontal difusa ou a radiação difusa do céu é a radiação na superfície da Terra proveniente da luz espalhada pela atmosfera. É medido em uma superfície horizontal com radiação de todos os pontos do céu, excluindo a radiação solar do disco solar. Quase não haveria irradiação horizontal difusa na ausência de atmosfera.

A irradiação horizontal global é a irradiância total do sol em uma superfície horizontal na Terra. É a soma da irradiância direta (depois de considerar o ângulo do zênite solar do Sol z) e da irradiância horizontal difusa.

Propagação da irradiação solar

A radiação eletromagnética do Sol se propaga no vácuo com a chamada velocidade da luz, que é de aproximadamente 299.792 km / s. Isso significa que sua energia flui com essa velocidade. A medida física desse fluxo é a potência, a quantidade de energia que flui por unidade de tempo. A unidade padrão internacionalmente usada para energia é Watt (W).

A irradiação solar pode ser medida no espaço ou na superfície da Terra após absorção e dispersão atmosférica. A irradiação no espaço é uma função da distância ao Sol, do ciclo solar e do ciclo cruzado. A irradiação na superfície da Terra também depende da inclinação da superfície de medição, da altura do sol acima do horizonte e das condições atmosféricas. A irradiância solar afeta o metabolismo das plantas e o comportamento animal.

Depois de deixar a superfície do Sol, a radiação solar se expande quase homogeneamente e constantemente ao longo do tempo pelo espaço circundante, exceto pela influência cíclica das manchas solares (ciclo solar). A energia da radiação solar é assim distribuída na superfície de uma esfera cujo raio aumenta constantemente com a velocidade da luz, diminuindo seu valor por unidade de área como o inverso do quadrado desse raio. Quando esta frente de onda esférica atinge a atmosfera da Terra (onde o raio leva o valor da distância da Terra ao Sol, cerca de 150 milhões de quilômetros), a potência por unidade de área do espectro total da radiação (irradiância) solar fora da atmosfera) é de aproximadamente 1.367 W / m².

Irradiância espectral

A radiação solar é refletida, absorvida ou dispersa pela atmosfera da Terra devido à ação de átomos, moléculas, íons, gases dissolvidos e partículas em suspensão (gotas de água, poeira, cinzas de vulcões ...). Moléculas tais como oxigénio (O 2 ), ua (H 2 0), dióxido de carbono (CO 2 ) e ozono (O 3 ) têm um impacto forte porque absorvem a radiação solar em gamas largas (chamadas bandas de absorção) Comprimento de onda .

Além disso, nas aplicações de irradiância solar, as faixas de comprimentos de onda envolvidas devem ser levadas em consideração, que podem ser muito diferentes em cada caso. O resultado é que a irradiância solar direta na superfície da Terra, em um dia claro em que o Sol está no zênite, é reduzida para cerca de 1.050 W / m².

Importância da irradiação solar na energia solar

Os valores de irradiação solar são usados ​​para planejar a implantação de sistemas de energia solar. Em muitos países, os números podem ser obtidos em um mapa de insolação ou em tabelas de insolação que refletem dados dos 30 a 50 anos anteriores. Diferentes tecnologias de energia solar são capazes de usar diferentes componentes da irradiação total.

Enquanto os painéis solares fotovoltaicos solares podem converter irradiação direta e irradiação difusa em eletricidade, a energia solar concentrada só pode funcionar eficientemente com irradiação direta, portanto esses sistemas são adequados apenas em locais com nebulosidade relativamente baixa .

Como os painéis coletores solares são quase sempre montados em ângulo com o sol, a insolação deve ser ajustada para evitar estimativas inexatamente baixas para o inverno e incorretamente altas para o verão. Isso também significa que a quantidade de sol que cai em um painel solar em altas latitudes não é tão baixa em comparação com a do equador como seria visto se apenas a insolação fosse considerada em uma superfície horizontal.

Os painéis fotovoltaicos são classificados em condições padrão para determinar a classificação Wp (pico de watts), que pode ser usada com insolação para determinar a saída esperada, ajustada para fatores como inclinação, rastreamento e sombreamento.

 

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Última revisão: 4 de fevereiro de 2019