Radiação solar

Tipos de Radiação Solar

A radiação solar, também conhecida como energia solar, provém do sol como ondas eletromagnéticas. Essas ondas carregam energia que pode ser aproveitada por meio de diversas tecnologias. Existem três tipos principais de radiação solar, a saber: radiação solar direta, difusa e refletida. Os raios solares são divididos em três categorias, dependendo do seu comprimento de onda: ultravioleta (UV), luz visível e radiação infravermelha (IR).

Radiação solar direta refere-se aos raios ininterruptos do sol que atingem a superfície da terra em um dia claro, sem dispersão ou difusão pela atmosfera. Esse tipo de radiação solar é, portanto, intenso e pode ser concentrado usando tecnologia fotovoltaica para produzir calor ou eletricidade. A radiação solar direta depende da latitude, da estação do ano, da hora do dia e das condições atmosféricas, como névoa ou níveis de umidade. Ela representa cerca de 80% do total de radiações solares incidentes no nível do solo.

Por outro lado, a radiação solar difusa é aquela que foi espalhada por moléculas de ar, gotículas de água, partículas de poeira ou quaisquer outros aerossóis presentes na atmosfera. Essa luz solar espalhada ilumina todas as partes do céu de todas as direções igualmente. Assim, a radiação difusa fornece sombras mais suaves em comparação com as radiações solares diretas. A radiação difusa domina durante o céu nublado, ao mesmo tempo em que aumenta o desempenho em sistemas fotovoltaicos instalados em latitudes mais altas, onde as nuvens são comuns. Ela contribui com aproximadamente 20% da insolação total (energia solar recebida) no nível do solo.

A radiação solar refletida vem de superfícies como terra, corpos d'água e edifícios ao nosso redor que refletem certa quantidade de luz solar incidente; assim, essa radiação se soma ao que está disponível para capturar perspectivas de energia renovável. O albedo é a medida usada para quantificar a reflexão da superfície; portanto, superfícies mais claras têm albedos mais altos, enquanto as mais escuras absorvem mais do que refletem.

Esses três tipos de radiação solar podem ser medidos usando instrumentos como piranômetros, que avaliam a radiação solar global, combinando os componentes diretos e difusos. Os radiômetros solares quantificam especificamente apenas o feixe direto em circunstâncias em que a irradiação difusa também deve ser calculada para a avaliação da insolação solar total, levando em consideração os efeitos atmosféricos na transmissividade (clareza).

Funções e Características da Radiação Solar

A radiação solar é produzida pelo sol em vários comprimentos de onda, comumente conhecidos como espectro eletromagnético. Este consiste em luz visível, infravermelho e ultravioleta. Cada comprimento de onda possui suas próprias capacidades para aquecer a superfície da terra e sustentar a vida. A radiação solar possui várias características que lhe permitem desempenhar suas funções adequadamente.

As características da radiação solar incluem:

• Comprimento de onda: A energia solar vem em vários comprimentos de onda de 0,1 a 0,4 micrômetros. É aqui que a radiação ultravioleta reside e a quantidade limitada de energia solar nesta região protege a vida humana de danos potenciais. A disponibilidade de radiação solar em comprimentos de onda mais longos, entre 0,4 e 4 micrômetros, contribui para o conforto e a saúde humanos.
• Intensidade/Insolação: A intensidade da radiação solar é determinada por diversos fatores, como duração, ângulo de incidência e propriedades ópticas da atmosfera. A unidade básica para medir a radiação solar incidente em uma superfície é conhecida como irradiação (watts por metro quadrado). Um mapa de insolação solar para uma região específica fornece o potencial de energia solar para aproveitamento por meio de diferentes tecnologias, como sistemas de energia solar térmica e fotovoltaica.
• Polarização: Quando a luz solar atinge partículas suspensas na atmosfera, ela pode se espalhar, fazendo com que o ar pareça azul ou vermelho. Isso pode mudar a aparência e a cor da atmosfera de várias maneiras, e a polarização da luz pode realçar as cores vistas pelo olho humano. A luz solar, quando espalhada, realça várias cores na atmosfera, tornando a polarização da luz visível. A polarização visível da luz também pode ajudar a orientar navios e auxiliar na navegação por meio do uso de bússolas.

As funções da radiação solar incluem:

• Aquecimento: Isso ajuda a aquecer a água em oceanos, mares e lagos; o ar e o solo; e todos os seres vivos na terra, ajudando cada organismo vivo a crescer e prosperar. A radiação solar inicia o ciclo da água, causando evaporação. As nuvens resultantes fornecem chuva que sustenta a vida vegetal e animal.
• Iluminação: A luz solar traz brilho ao mundo durante o dia. A energia solar é convertida em energia elétrica por meio de sistemas fotovoltaicos solares, que fornecem energia para iluminar áreas artificiais à noite. A iluminação à noite permite a produtividade e a segurança.
• Fotossíntese: A radiação solar é essencial para esse processo nas plantas, onde a luz solar é absorvida pela clorofila. A fotossíntese produz oxigênio necessário para animais e outros organismos vivos. A energia solar absorvida também é armazenada em açúcares, que servem como alimento para plantas e toda a vida animal.
• Tecnologias solares: A radiação solar aquece a água em tanques por meio de sistemas de energia solar térmica. Como resultado, residências e empresas utilizam essa água aquecida para banho, cozimento e limpeza, entre outras coisas. A energia solar também pode ajudar a resfriar espaços por meio de sistemas de refrigeração que utilizam a energia solar para funcionar.

Cenários de uso da radiação solar

A energia solar é uma energia limpa e renovável que pode ajudar a reduzir as emissões de gases de efeito estufa e combater as mudanças climáticas. Ela tem aplicação variável de capacidades de pequena a grande escala;

• Aplicações de aquecimento: O aquecimento solar, ou sistemas de energia solar concentrada, utiliza a luz solar para produzir calor. Esse calor pode ser usado para aquecer um prédio ou aquecer água para uso doméstico, industrial ou agrícola. O aquecimento por energia solar também pode ser usado para secar produtos agrícolas ou artesanais e elevar a temperatura em estufas ou tanques de criação de peixes, entre outras coisas.
• Aplicações de cozimento: A luz solar também pode ser focalizada por fogões solares de baixa tecnologia para produzir calor suficiente para preparar e esterilizar água, comida e sabão. Manter os padrões de saúde em cozinhas sociais e centros de desenvolvimento infantil, bem como cozinhar em campos de refugiados, são usos excelentes para fogões solares.
• Carregadores e geradores movidos a energia solar: Os carregadores solares usam painéis fotovoltaicos para absorver a luz solar, que pode ser usada para alimentar dispositivos eletrônicos, como telefones celulares, tablets e laptops. Por outro lado, os geradores solares usam energia solar armazenada em baterias para produzir energia CA ou CC para eletrodomésticos e eletrônicos.
• Geração de eletricidade (Fotovoltaica): A tecnologia fotovoltaica utiliza a radiação solar para gerar eletricidade diretamente, convertendo a luz solar em energia elétrica por meio de células ou painéis fotovoltaicos. A eletricidade solar tem um potencial enorme para instalações fotovoltaicas solares de pequena e grande escala. A energia solar fotovoltaica pode oferecer produção de energia no local próximo a onde ela é necessária, como telhados, fazendas, escolas e edifícios empresariais.
• Energia solar térmica para processos industriais: Os sistemas de energia solar térmica absorvem o calor solar direto para produzir vapor de alta temperatura para diversas aplicações industriais. Isso inclui alimentos, têxteis, produtos químicos e outros setores industriais que precisam de vapor para lavagem, secagem, destilação e outras operações.
• Trocadores de calor de ar solar: Os aquecedores de ar solar usam a luz solar direta para aquecer o ar fresco, que é então circulado por um prédio por meio de um sistema de ventilação. Quando combinados com outros sistemas de aquecimento, eles são uma maneira de baixo custo de reduzir os custos de aquecimento no inverno em edifícios comerciais e industriais.
• Tecnologia de refrigeração solar: Os aquecedores de ar solar usam a luz solar direta para aquecer o ar fresco, que é então circulado por um prédio por meio de um sistema de ventilação. Quando combinados com outros sistemas de aquecimento, eles são uma maneira de baixo custo de reduzir os custos de aquecimento no inverno em edifícios comerciais e industriais.

Como escolher a radiação solar

Antes de comprar sensores de radiação, é essencial saber como escolher o certo que atenda às necessidades específicas. Os seguintes fatores devem ser considerados.

• Faixa de medição: É importante determinar a quantidade de energia solar ou radiação que precisa ser medida. Isso ocorre porque diferentes radiações têm diferentes faixas de medição; portanto, mais de um detector pode ser necessário.
• Sensibilidade: Esta é o limite mais baixo de resposta à radiação que pode ser detectada e medida. É importante conhecer a sensibilidade do sistema de medição de radiação porque, sem ela, a capacidade de um sistema não pode ser determinada.
• Tempo de resposta: Este é o tempo que um detector leva para responder a uma mudança na radiação. As características dinâmicas dos detectores de radiação são essenciais para a medição precisa da radiação, especialmente em campos de radiação pulsantes ou variáveis.
• Tipo de radiação: Esse fator é crucial porque muitos detectores não podem medir mais de um tipo de radiação. Portanto, o tipo de radiação a ser medido deve ser conhecido primeiro. Em seguida, deve ser selecionado um detector que possa medir essa radiação.
• Projeto do detector/sensor: O projeto do detector pode afetar muitos fatores, como o fluxo de radiação e a capacidade de um detector de medir a radiação em um campo multidirecional. Portanto, é fundamental saber como a radiação flui antes de escolher o detector certo.
• Calibração e manutenção: Para que os sistemas de medição de radiação sejam precisos, a calibração e a manutenção regulares são essenciais. Isso garante que o sistema tenha confiabilidade de longo prazo e continue a fornecer medições precisas.
• Fonte de alimentação e portabilidade: esses dois fatores são vitais, pois afetam o sistema de medição de radiação. A fonte de alimentação determina a capacidade operacional do detector, enquanto a portabilidade determina a flexibilidade para medições in situ.

Perguntas & Respostas

P: Qual é a diferença entre radiação solar e luz solar?

R: A luz solar é uma forma de radiação solar que os humanos podem ver. A radiação solar inclui todos os tipos de radiação emitidos pelo sol, que também inclui radiação infravermelha e radiação ultravioleta. A radiação solar ajuda na geração de energia solar.

P: O que uma medição de radiação solar mostra?

R: Se alguém está medindo a radiação solar, está medindo a quantidade de energia radiante do sol que chega à terra. Isso mostra a quantidade de energia solar disponível em um local específico.

P: Como a radiação solar é calculada?

R: A radiação solar é calculada usando a fórmula Q = A x H x SF, onde Q é a energia térmica total, A é a área do coletor em m2, H é a insolação solar em m2 e SF é o fator de conversão.

P: Como a radiação solar pode ser armazenada?

R: A radiação solar pode ser armazenada usando sistemas de armazenamento de energia solar térmica, que incluem materiais como materiais de mudança de fase, água ou concreto. Outra maneira de armazenar a radiação solar é por meio de baterias elétricas que podem armazenar eletricidade gerada por sistemas fotovoltaicos para uso posterior.