Energia Solar

EVOLUÇÃO DO SOL

O Sol formou-se à cerca de 4,57 bilhões (4,567 mil milhões) de anos atrás, quando uma nuvem molecular entrou em colapso. Dentro de 5 bilhões (5 mil milhões) de anos, o hidrogénio situado no núcleo, esgotará.

Quando isto ocorrer, o Sol entrará em contracção devido à sua própria gravidade, elevando a temperatura do núcleo solar até 100 milhões de K, suficiente para iniciar a fusão nuclear de hélio, produzindo carbono.

O Sol irá originar uma gigante vermelha, que terá um raio máximo de 250 UA.

A fusão de hélio sustentará o Sol por cerca de 100 milhões de anos. Quando este se esgotar, o Sol transformar-se-á numa Nebulosa Planetária.

O seu núcleo permanecerá no espaço por biliões de anos e irá arrefecer gradualmente, permanecendo como uma Anã Branca, com aproximadamente metade da sua massa actual. Este cenário de evolução é típico das estrelas de massa moderada ou baixa.

CONSEQUÊNCIAS DA EVOLUÇÃO DO SOL

Quando o Sol originar uma gigante vermelha, terá um raio máximo de 250 UA, o suficiente para “engolir” a Terra. No entanto, tal provavelmente não acontecerá, uma vez que, devido aos ventos solares, a massa do Sol será reduzida em 30%, o que fará com que os planetas se afastem gradualmente deste.

Tal acontecimento deveria ser suficiente para que a Terra não fosse “engolida”, mas devido às suas forças de Maré e à atracção gravitacional que estas originam, a Terra será provavelmente engolida. Por outro lado, se a Terra não for “engolida” pelo Sol, as altas temperaturas resultantes das reacções farão com que a água no estado líquido se evapore e com que a sua atmosfera se escape para o espaço.

O SOL NA VIA LÁCTEA

O Sol orbita em torno do centro da Via Láctea, atravessando a Nuvem Interestelar Local no interior do Braço de Órion e a sua velocidade orbital é da ordem dos 251 km/s.

Das 50 estrelas mais próximas do Sistema Solar, num raio de até 17 anos-luz da Terra, o Sol é a quarta maior em massa.

É composto maioritariamente por hidrogénio (74% de sua massa) e hélio (24% da massa solar), com vestígios de outros elementos: ferro, níquel, oxigénio, silício, enxofre, magnésio, néon, cálcio e crómio.

O Sol é a estrela central do Sistema Solar, responsável por 99,86% da massa deste.

Esta fonte de energia possui uma massa 332 900 vezes maior que a da Terra, e um volume 1 300 000 vezes maior que o do nosso planeta.

A distância do Sol à Terra é 1 UA (unidade astronómica), ou seja, 1,5 x 108 km

AS CARACTERÍSTICAS DO SOL

O Sol não tem uma superfície bem definida como os planetas rochosos.

O interior solar possui três regiões diferentes: o núcleo, onde se

produzem as reacções nucleares, nomeadamente fusão nuclear; a

zona radioactiva e a zona de convecção. Tem uma estrutura interna

diferenciada.

A coroa solar é a atmosfera externa do Sol, que é muito maior em

volume do que o Sol propriamente dito. A coroa expande

continuamente no espaço, formando o vento solar.

A temperatura à superfície do Sol é, aproximadamente, 5 780 K, ou seja,

5506,85 °C. A camada mais fria do Sol é a região de temperatura

mínima, que possui uma temperatura de 4 100 K, ou seja, 3826,85 °C.

A energia do Sol também é responsável pelos fenómenos meteorológicos e o clima na Terra, assim como, pela realização da fotossíntese por parte dos seres autotróficos.

A cada segundo, mais de 4 milhões de toneladas de matéria são convertidas em energia dentro do centro solar, produzindo neutrinos e radiação solar.

ENERGIA SOLAR

A luz solar é a principal fonte de energia da Terra.

A luz solar é indispensável para a manutenção da vida na Terra, sendo responsável pela manutenção de água no estado líquido.

A manifestação de energia associada ao Sol é a energia solar.

Entende-se por energia solar, qualquer tipo de radiação

emitida pelo Sol e a posterior transformação dessa

energia em alguma forma utilizável pelo Homem.

É considerada um recurso energético renovável.

A energia solar pode ser aproveitada para :

Produção de electricidade ;

Aquecimento.

A energia solar pode ser aproveitada em todo o mundo a diferentes níveis, conforme a localização geográfica de cada país.

Portugal tem uma excelente localização geográfica para poder

recorrer a este tipo de energia, pois é o país europeu com mais horas de Sol.

Quanto mais perto do Equador é um país , mais energia solar pode ser captada.

MÉTODOS DE CAPTAÇÃO DE ENERGIA SOLAR

Métodos Directos.

Exemplos: • A energia solar atinge uma célula fotovoltaica criando

electricidade.

• A energia solar atinge uma superfície escura e é transformada em calor, que aquecerá uma quantidade de água (colectores solares).

Há apenas uma transformação para fazer da energia solar um tipo de energia utilizável pelo Homem.

Métodos Indirectos.

Precisará de mais de uma transformação para que surja energia utilizável pelo Homem.

Exemplo:

• Sistemas que controlam automaticamente cortinas, de acordo com a disponibilidade de luz do Sol.

COLECTORES SOLARES TÉRMICOS

Os colectores solares térmicos são também conhecidos como painéis solares.

São utilizados para aquecimento de água e do ambiente de uma casa.

A transformação de energia solar em energia interna realiza-se nos colectores solares.

Energia Solar Energia Interna

Os colectores solares são, geralmente, planos. Tem uma cobertura transparente – vidro. As características do vidro devem ter a alta capacidade de penetração de raios solares e a baixa capacidade de os reflectir do interior para o exterior do painel, aumentando assim a temperatura no seu interior.

Tem também uma placa de absorção – onde está soldada uma serpentina de tubos – e uma caixa isolada para evitar perdas de calor e é bastante resistente para proteger o colector dos agentes externos.

Há também uma placa reflectora constituída por metais como alumínio ou cobre.

FUNCIONAMENTO DE UM COLECTOR SOLAR

A radiação solar incide no vidro da cobertura e depois propaga-se até atingir a placa absorsora e esta aquece. A placa aquecida emite

radiação menos energética, em que uma parte não consegue atravessar o vidro e fica retida na caixa do colector. A temperatura da

placa absorsora irá aumentar, e esta, por sua vez, irá transferir energia sob a forma de calor para a serpentina de tubos com o fluido que se encontra por baixo, até que se atinja o equilíbrio térmico entre

o metal e o fluido no interior dos tubos de cobre. Como o fluído é menos denso, irá subir até ao depósito que contém a água da casa. Ao

passar no seu interior, o fluido irá transferir energia sob a forma de calor para a água no depósito. Esta, por sua vez, será utilizada na

casa para as variadas tarefas. Após esta transferência, o fluido terá arrefecido, ficando mais denso e descendo de volta ao colector, onde

reiniciará o seu ciclo. O fluido que circula na serpentina , pode facilmente atingir 60ºC.

VANTAGENS

Utiliza energia renovável e aquece a água a custo zero.

Os painéis solares são a cada dia que passa mais potentes e ao mesmo tempo, o seu custo tem vindo a diminuir. Tal facto, tem vindo a tornar a energia solar uma solução economicamente viável.

A manutenção das centrais solares é muito simples e económica.

DESVANTAGENS

Existe variação nas quantidades produzidas de acordo com a situação climatérica (chuvas, neve), além de que durante a noite não existe produção alguma, o que obriga a que existam meios de armazenamento da energia produzida durante o dia.

Locais em latitudes médias e altas (Ex: Finlândia, Islândia, Nova Zelândia, Sul da Argentina e Chile) sofrem quedas bruscas de produção durante os meses de Inverno.

Os painéis solares têm um rendimento de apenas 25%, em comparação com outras fontes de energia, como o petróleo, o gás natural e o carvão.

PAINEIS FOTOVOLTAICOSOs Paineis Fotovoltaicos são

constituídos por constituídos por células solares.

A função de uma célula solar consiste em converter

directamente energia solar em energia eléctrica. A forma

mais comum de as células solares o fazerem é através do efeito fotovoltaico, para absorver a energia do sol e fazem a corrente eléctrica

fluir entre duas camadas com cargas opostas.

PRINCIPAIS APLICAÇÕES DE PAINEIS FOTOVOLTAICOS

• Electrificação de imóveis rurais: luz, televisão, rádio, comunicação, bombas de água.

• Iluminação exterior. • Sinalização.

O efeito fotovoltaico ocorre nos semicondutores de silício, que constituem as células fotovoltaicas. Cada semi-condutor de silício é constituído por duas partes: Uma do tipo n (camada mais fina, com excesso de electrões)e outra do tipo p (camada mais espessa, deficiência de electrões).A parte n denomina-se emissor. A luz solar tem de penetrar no semicondutor atravessando a parte do tipo n. Esta parte tem contactos metálicos que esta revestida por material anti-reflector que maximiza a percentagem de energia solar absorvida.

O esquema da figura anterior representa uma célula fotovoltaica de silício.

• Ao incidir a luz sobre a célula fotovoltaica, os fotões que a integram chocam-se com os electrões da estrutura do silício dando-lhes energia e transformando-os em condutores. Devido ao campo eléctrico formado na união p-n, os electrões são orientados e fluem da camada p para a camada n por meio de um condutor externo, conecta-se a camada positiva à negativa.

• Gera-se assim um fluxo de electrões (corrente eléctrica) na conexão. Enquanto a luz continuar a incidir na célula, o fluxo de electrões manter-se-á.

• A intensidade da corrente gerada variará proporcionalmente conforme a intensidade da luz incidente.

• Cada módulo fotovoltaico é formado por uma quantidade de células conectadas em série. Ao unir-se a camada negativa de uma célula com a camada positiva da seguinte os electrões fluem através dos condutores de uma célula para a outra. Este fluxo repete-se até chegar à última célula do módulo, da qual fluem para o acumulador ou bateria.

• Cada electrão que abandona o módulo é substituído por outro que regressa do acumulador ou bateria.

• O cabo de interconexão entre módulo e bateria contem o fluxo, de modo que quando um electrão abandona a última célula do módulo e encaminha-se para a bateria, outro electrão entra na primeira célula a partir da bateria.

• É por isso que se considera inesgotável um dispositivo fotovoltaico. Produz energia eléctrica em resposta à energia luminosa que entra no mesmo.

Deve-se esclarecer que uma célula fotovoltaica não pode armazenar energia eléctrica.

VANTAGENS

Não consome combustível.

Não produz poluição nem contaminação ambiental.

É silencioso.

É resistente a situações climatéricas extremas.

Exige pouca manutenção.

DESVANTAGENS

Necessidade de tecnologia avançada para o fabrico dos módulos.

Baixo apoio fiscal.

Custo de investimento elevado.

Rendimento das células reduzido.

CENTRAIS FOTOVOLTAICAS

A maior central fotovoltaica do mundo esta instalada em Portugal, no Alentejo.

Tem 350 000 painéis solares com 262 080 módulos fotovoltaicos, distribuidos por 114 hectares. Produz anualmente 88 GW h.

Esta construção reduzirá em 60 000 toneladas anuais a emissão de dióxido de carbono.

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Disciplina: Física e Química AProfessor: Nuno Câmara ManoelTrabalho realizado por: Marcela Gomes, nº16, 10ºD Rute Abreu, nº23, 10ºD Cristina Silva, nº26, 10ºD