RADIAÇÃO SOLAR

5/13/2018 RADIA ÃO SOLAR - slidepdf.com

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GEOGRAFIA

RADIAÇÃO SOLAR

RADIAÇÃO SOLAR - É A QUANTIDADE DE ENERGIA, EMITIDA PELOSOL, SOB A FORMA DE LUZ E CALOR, RECEBIDA PELA TERRA.

O QUE SE DEVE À RADIAÇÃO SOLAR:

✔ O CICLO DA ÁGUA

✔ A DESIGUAL REPARTIÇÃO DA TEMPERATURA

✔ A DIVERSIDADE DE CLIMAS, DESDE OS CLIMAS FRIOS DAS REGIÕESPOLARES, PASSANDO PELOS TEMPERADOS DAS LATITUDES MÉDIAS,AOS QUENTES E HÚMIDOS DAS REGIÕES EQUATORIAIS

QUAL É O PAPEL DA ATMOSFERA NA RADIAÇÃO SOLAR?

O Sol é uma estrela que se constitui como o centro do nossoSistema Solar. Tem uma massa 333 000 vezes superior à da Terra,

enquanto o volume é cerca de 1 400 000 vezes superior.

O Sol irradia para o espaço grandes quantidades de energia esó uma pequena parte dessa energia chega à Terra. Esta energiadesigna-se por radiação solar.

A actividade do Sol não é sempre constante e pode variarsignificativamente, assim como a radiação emitida e que chega atéao nosso planeta.

Este fenómeno é designado por ciclo solar e é originado peloaparecimento periódico de manchas escuras na superfície do Sol,causadas por perturbações no seu campo magnético e que ocorremnum período de onze anos. Estas manchas têm tamanhosconsideráveis, sendo, frequentemente, maiores do que o planeta Terra.

As manchas solares são negras, pois a sua temperatura(3700°C) é bastante inferior à que normalmente se regista nasuperfície do sol (5500°C).

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Um dos fenómenos mais comuns nas fases mais activas do Solé a ocorrência de erupções e explosões solares. Apesar dadistância a que o Sol se encontra da Terra, estes fenómenos podemafectar as comunicações de rádio, danificar a electrónica dos

satélites, originar falhas eléctricas e auroras boreais.O que é a radiação solar?

Radiação Solar: Radiação que provém do Sol e varia com aestação do ano, o ângulo de incidência, a inclinação e direcção dasuperfície receptora, a hora do dia e a latitude.

A RADIAÇÃO SOLAR É UM FENÓMENO DE NATUREZAELECTROMAGNÉTICA QUE SE PROPAGA SEGUNDO UM MOVIMENTOONDOLATÓRIO DE CERCA DE 300 000Km/s.

A radiação solar é de natureza electromagnética, emitida porhidrogénio incandescente altamente aquecido existente no sol.Somente parte da radiação solar é visível ao olho humano. Essa parteé constituída por vários comprimentos de onda que definem acoloração do arco-íris (do vermelho ao violeta) e é também designadapor janela óptica. A restante parte é invisível e é composta pela:

- Radiação infravermelha, de longo comprimento de onda(calor);

- Radiação ultravioleta, de baixo comprimento de onda.

A energia irradiada pelo Sol, recebida na camada superior daatmosfera equivale à produção de mais de 170 milhões de centraisnucleares de tipo médio a trabalhar em conjunto. Tal significa umvalor de 1 160 000 cal/cm²/hora, ou 2 calorias/minuto/cm² ou, ainda,1394 W/m². Este último valor é designado por constante solar. Mas,ao atravessar a atmosfera, há perdas na radiação solar que chega àsuperfície.

Por sua vez, a Terra emite radiação de longo comprimento deonda (calor) na banda do infravermelho. Esta radiação é conhecidapor radiação terrestre e traduz-se pela emissão de calor por partedo planeta Terra para o espaço.

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A RADIAÇÃO SOLAR É CONSTITUÍDA POR RADIAÇÕES SIMPLES,REFRENCIADAS PELO SEU COMPRIMENTO DE ONDA (distância entreduas cristas consecutivas) OU PELA SUA FREQUÊNCIA.

Ao conjunto das radiações solares simples dá-se o nome de espectro

solar que é constituído por:

Radiações visíveis – 7 cores do arco-íris

Radiações invisíveis – radiação infravermelha e radiaçãoultravioleta

Atmosfera: composição química e estrutura

A ATMOSFERA CONSTITUI UM IMPORTANTE FILTRO SOLAR

A chegada de emissão solar e a consequente emissão deradiação de longo comprimento de onda pela Terra está dependenteda atmosfera terrestre, que tem uma composição química e estruturamuito particulares, que a tornam única, pelo menos, no SistemaSolar.

Atmosfera: Camada gasosa de espessura variável que envolvea Terra.

Composição Química da Atmosfera.

A estrutura vertical da atmosfera da Terra, sendo complexa,é formada por várias camadas, que se distinguem umas das outraspela forma como varia a temperatura e pela sua composição química.Essas camadas designam-se troposfera, estratosfera, mesosfera,

termosfera e exoesfera.

A ATMOSFERA:

→ Limite superior – entre 800 e1 000 Km de altitude

→ Limite inferior – nível médiodas águas – 0 metros

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• Troposfera:

Camada inferior e mais densa da atmosfera terrestre (com 99%de vapor de água), sendo a sua espessura menor nos pólos e maior junto ao equador.

É na troposfera que ocorrem todos os fenómenosmeteorológicos.

A radiação solar é absorvida pela superfície da Terra e, por sua

vez, a Terra emite calor. Essa emissão é mais intensa junto àsuperfície e, por isso, a temperatura diminui com altitude, à razão de6,5°C/km. Tropopausa: Limite superior da troposfera; camada ondecirculam os aviões comerciais.

• Estratosfera:

Localiza-se sobre a troposfera e tem muito pouco vapor de águae na sua parte inferior, junto à tropopausa, circulam os aviõessupersónicos.

Entre os 20 e 50Km encontra-se a camada de ozono que actuacomo filtro para a radiação ultra-violeta, nociva a todos os seres

vivos. A presença dacamada de ozono e aabsorção da radiação solarfazem aumentar atemperatura nestacamada. Assim, o

gradiente de variação datemperatura é positivo, ouseja, a temperaturaaumenta com a altitude.

A estratosfera élimitada na sua partesuperior pelaestratopausa.

•Mesosfera:

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É a zona mais fria da atmosfera e o gradiente de temperaturavolta a ser negativo. Na sua parte superior, a temperatura podechegar aos -100°C.

A mesosfera é limitada pela mesopausa.

• Termosfera:

Tem uma densidade muito baixa. A temperatura varia muitocom a actividade solar e o gradiente térmico volta a ser positivo,podendo atingir os 1500°C. Na parte inferior da termosfera localiza-sea inosfera – muito importante para as comunicações terrestres agrandes distâncias, uma vez que reflecte as ondas de rádio. É aquique se formam as auroras bureais. É nesta camada que circulamalgumas naves espaciais.

• Exosfera:

Camada externa da atmosfera terrestre. É camada que faz ocontacto com o espaço exterior e onde se localizam os satélitesmeteorológicos

Atmosfera: balanço térmico

A ATMOSFERA CONSTITUI UM IMPORTANTE FILTRO SOLAR

Ao longo da sua trajectória pela atmosfera, a radiaçãosolar sofre uma diminuição da sua intensidade devidoaos processos atmosféricos;

ABSORÇÃO ( 23% .OZONO)

REFLEXÃO(ALBEDO)

DIFUSÃO(REFLEXÃO)

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BALANÇO TÉRMICO ou Equilíbrio Térmico da Terra (resultantedos processos atmosféricos): Mecanismo de compensação queregula a quantidade de radiação que chega à Terra e a quantidade decalor que a Terra emite para o espaço.

A Terra e a sua atmosfera recebem energia solar e irradiam amesma de volta para o espaço. Se a Terra retivesse mais energia doque a que irradia, então aqueceria indefinidamente. O balanço deradiação deve ser encarado como um mecanismo de compensaçãoque regula a quantidade de radiação que chega à Terra e aquantidade de calor que a Terra emite para o espaço. Compreendereste mecanismo é essencial para perceber o sistema climático.

O balanço deradiação é composto por 3partes essenciais:

- Energia Solarincidente;

- Energia Solarreflectida;

- Energia emitida pela Terra.

A Terra possui umsistema natural um sistemanatural regulador datemperatura, ou seja, háum equilíbrio térmicoresultante do balançoenergético.

Cerca de um terço daradiação recebida é reflectida para o espaço pelos diferentescomponentes da superfície da Terra e da atmosfera.

REFLECTIVIDADE OU ALBEDO

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± um terço da radiação recebida é reflectida para o espaço pelasdiferentes componentes da superfície da Terra e da atmosfera –REFLECTIVIDADE OU ALBEDO

A temperatura média da superfície da Terra tem-se mantidoconstante, sendo de cerca de 15ºC, e que pressupõe que aquantidade de energia que recebe (radiação solar) durante o dia éequivalente à quantidade de energia que perde (radiação

terrestre), permitindoentão e equilíbriotérmico.

O albedo(reflectividade) mede arazão entre o total deenergia reflectidarelativamente ao total deenergia incidente. À escala

global, o albedo tem um padrão de distribuição zonal, isto é,registam-se valores semelhantes em extensas faixas latitudinais.

A quantidade de radiação solar absorvida pela superfície é, de

facto, muito reduzida. No entanto, as construções humanas sãodotadas, de uma forma geral, por albedos baixos, o que faz aumentara absorção da radiação solar em superfícies que poderiam ter albedosmaiores.

A Terra possui um efeito de estufa natural que permite que asua temperatura seja mais elevada, pois parte do calor emitido ficaretido nas baixas camadas da atmosfera terrestre.

Contudo, as actividades humanas adicionam cada vez maisgases com efeito estufa à atmosfera aumentando, assim, o efeito deestufa. Pensa-se que o reforço do efeito de estufa naturalpoderá estar a aumentar a temperatura da Terra, alterando,desta forma, o equilíbrio térmico existente.

EFEITO DE ESTUFA

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Muito importante para a vida no planeta. Se não existisse, oarrefecimento do planeta seria tão intenso (34ºC + frio), sobretudo noperíodo nocturno, que o tornaria inabitável

PROBLEMA – Aumento deste efeito devido ao aumento de gases eoutras substâncias poluentes (ex. dióxido de carbono) na Troposfera.

RESULTADO – PROGRESSIVO AUMENTO DA TEMPERATURA NOGLOBO (nos últimos 100 anos subiu 0,3 ºC a 0,6 ºC, prevendo-se queaté 2100 continue a aumentar mais 1,8 ºC a 4 ºC.)

CONSEQUÊNCIAS - alteração equilíbrio térmico, desaparecimento demuitos ecossistemas, alterações climáticas, mais calor, falta de águadoce, ilhas submersas, pólos mais pequenos, etc.

Atmosfera = filtro da radiação solar

➢ “Da totalidade da radiação solar que chega ao topo da atmosferaapenas 47% atingem o globo. O restante é absorvido, difundidoou reflectido através das nuvens e da superfície da Terra.

➢ A atmosfera, estando entre o Sol e a Terra, exerce uma importantefunção de cortina protectora e de filtro.

➢ Sem atmosfera a vida no planeta não seria possível, não só porqueas temperaturas seriam elevadíssimas, mas também porque a estechegariam determinadas radiações que, em excesso, se tornariammortais, como os raios ultravioletas.”

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Quais são os principais factores de variação da radiaçãosolar?

A duração dos dias e das noites não é sempre a mesma aolongo do ano. No Verão, os dias soa maiores do que as noites e, noInverno, acontece precisamente o contrário.

O movimento de rotação é responsável pela sucessão dosdias e das noites. Ao longo do dia, a inclinação dos raios solares mudade tal forma que, ao nascer do sol, a inclinação é máxima e os raiosincidem de forma oblíqua. Ao contrário, ao meio-dia, os raios incidemmais na vertical. A intensidade da radiação solar varia em função da

obliquidade, dos raios solares observada; ou seja, quanto maior aobliquidade menor a intensidade da radiação solar, em virtude damaior massa atmosférica que os raios solares têm de atravessar. Também a superfície receptora é maior quanto maior for aobliquidade dos raios solares.

A desigualdade entre os dias e as noites também varia de localpara local em função da latitude. Assim, quanto maior a latitude,maior será a desigualdade entre os dias e as noites e maior aobliquidade dos raios solares. Há mesmo regiões do globo que podem

chegar a ter 24 horas de sol (noites brancas), durante o Verão, e 24horas de noite, no Inverno (noite polar). As regiões intertropicais sãoaquelas em que a radiação solar incide mais na vertical ao longo detodo o ano, sendo, por isso, as zonas mais quentes da Terra. Por seuturno, nas regiões polares, a obliquidade da radiação solar é maior e,também por isso, são mais frias.

Portugal está situado nas latitudes médias, onde a radiação temuma obliquidade intermédia entre as duas zonas referidas. É aqui que

se situam todos os climas temperados os quais têm quatro estaçõesdo ano bem definidas. A intensidade da radiação solar é tanto menorquanto maior for a latitude, ou seja, diminui a direcção dos pólos.

As estações do ano são consequência do facto de o movimentode rotação da Terra sobre o seu eixo não ser perpendicular ao seuplano de órbita em volta do Sol. Assim, durante o movimento detranslação, o hemisfério norte recebe, durante metade do ano (entre21 de Março e 21 de Setembro), mais radiação solar, com um máximoa 21 de Junho. Durante a outra parte do ano é o hemisfério sul que se

encontra mais exposto à radiação solar, com um máximo a 21 deDezembro. Estes dias são conhecidos por solstícios.

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O primeiro, a 21 de Junho, é conhecido entre nós como osolstício de Verão, pois marca o início da estação do ano, e o dia solaraqui tem a duração máxima.

O solstício de Inverno, a 21 de Dezembro, marca o início destaestação no hemisfério norte, quando a duração do dia é a menor detodo o ano.

No hemisfério sul verifica-se exactamente o inverso.

Durante os equinócios, ambos os hemisférios recebem a mesmaquantidade de radiação solar. Os dias têm a mesma duração que asnoites em todo o globo. O equinócio da Primavera ocorre a 21 ou 22de Março, enquanto o equinócio de Outono acontece a 22 ou 23 de

Setembro. Nesta altura, a radiação solar incide na vertical sobre oequador.

Outros factores que contribuem para a variação da radiaçãosolar, por exemplo, a exposição geográfica é importante, pois umavertente com inclinação igual à dos raios solares faz com que estespossam incidir mais na vertical, nas regiões das latitudes médias,aumentando, desta forma, a intensidade da radiação solar. Anebulosidade e as características da atmosfera podeminfluenciar a quantidade de radiação solar recebida num local. Assim,

as nuvens, a espessura da atmosfera e o vapor de água podemalterar os processos de absorção, reflexão e difusão da radiaçãosolar.

QUAL É A VARIABILIDADE DA RADIAÇÃO SOLAR EM PORTUGAL?

Como varia a radiação solar ao longo do dia e ao longo do

ano?

A quantidade e a intensidade de energia solar recebida à superfícieda Terra varia de lugar para lugar, no espaço e no tempo.

Esta variação deve-se a:

✔ O ângulo de incidência dos raios solares (relacionado com

movimento de rotação da Terra)

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✔ A espessura de atmosfera (massa atmosférica)

✔ O dia natural

✔ A insolação

Ângulo de incidência – é o ânguloque os raios solares fazem com o planotangente à superfície da Terra.A Incidência máxima Área receptora pequena Maior concentração de energia

recebida por unidade de superfícieB Ângulo de incidência menor Área receptora maior Concentração de energia recebida

por unidade de superfície menorC Ângulo de incidência menor do que em A e B Área receptora de energia mais extensa Menor concentração de energia por unidade de superfície

A insolação - período de tempo durante o qual a radiação solardirecta ilumina uma superfície; é normalmente expressa emhoras/ano - varia durante o ano e o hemisfério. Junto ao equador,registam-se, ao longo do ano, dois máximos de insolação quetraduzem a dupla passagem do Sol pelo equador, no seu movimentoanual aparente, durante os equinócios. São visíveis, também, asnoites polares nos dois hemisférios (acima dos dois círculos polares).Quando se observa uma noite polar acima do Círculo Polar Árctico,observa-se, ao mesmo tempo, o dia polar nas latitudes acima do

Círculo Polar Antárctico.Nas latitudes de Portugal (entre os 37°N e 42°N), a insolação

máxima regista-se nos meses de Junho, Julho e Agosto.

Verifica-se a igualdade dos dias e das noites durante osequinócios. Nesta altura, o Sol nasce exactamente a leste e o pôr-do-sol ocorre precisamente a oeste. Nos solstícios, a desigualdade entreos dias e as noites é evidente. No solstício de Verão (21 de Junho), oSol tem um trajecto no horizonte muito maior do que no solstício deInverno (21 de Dezembro).

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Massa atmosférica – além da incidência a intensidade da radiaçãosolar é influenciada pela espessura da atmosfera que os raios solarestêm que atravessar até chegarem à superfície terrestre.

Dia natural – o período em que o Sol se encontra acima da linha dohorizonte, ou seja, entre o nascer e o pôr-do-sol. Quanto maior o dia,maior a quantidade de energia solar recebida por unidade desuperfície. A duração dos dias e das noites depende do movimentode translação da Terra e da inclinação do eixo terrestre.

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Qual é a distribuição da radiação solar?

Os valores médios de radiação solar recebida na superfície da

Terra está relacionada com a latitude. Os maiores valores registam-

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se nas regiões tropicais e vão decrescendo em direcção aos pólos,devido ao aumento da obliquidade dos raios solares.

No entanto, os valores mais elevados registam-se entre aslatitudes 20° Norte e Sul, ou seja, sobre os Trópicos de Câncer e

Capricórnio (onde se localizam os grandes desertos quentes), e nãoonde os raios incidem mais na vertical junto ao equador.

A latitude tem uma grande influência na quantidade deradiação solar recebida. No entanto, as características da atmosfera ea nebulosidade são também factores importantes na explicação destepadrão espacial da radiação solar. A maior nebulosidade das regiõesequatoriais faz diminuir os valores de radiação solar,comparativamente às regiões tropicais. As regiões equatoriais

registam valores próximos das regiões temperadas das latitudesmédias, que se caracterizam, também, por chuva abundante eregular ao longo de quase todo o ano.

(Pág.141) Por sua vez, à escala da Península Ibérica, a distribuiçãoapresenta grandes contrastes. Observa-se, em primeiro lugar, um

claro contraste entre o Norte e o Sul. Este deve-sefundamentalmente ao factor latitude, por isso, segue a lógica dadistribuição zonal dos valores da radiação solar global. Em segundolugar, o Norte da península é muito mais chuvoso que o Sul e, porisso, tem maior nebulosidade, o que faz diminuir de formasubstancial a radiação solar.

Seguindo esta lógica Norte/Sul, há uma faixa que vai desde daCatalunha até ao extremo norte de Portugal, passando pelo país

Baco, com valores relativamente baixos. A região central e o Sul dapenínsula registam os maiores valores de radiação solar, em

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particular o Sudoeste, onde se inclui o Alentejoe o Algarve. Por essa razão, quando se decidiuconstruir a maior central fotovoltaica da Europa,se optou pelo interior do Alentejo, a região da

Amareleja.

A Insolação – período em que o Sol seencontra a descoberto e que se exprimenormalmente em horas por dia, mês ou ano.

Quanto maior a insolação menor aquantidade de radiação solar perdida paraa atmosfera, sendo então maior a quantidade

de energia recebida à superfície do globo.

A - Como Portugal delocaliza entre os 37ºN eos 42ºN de latitude,recebe os raios solarescom uma maiorinclinação no Inverno(menor ângulo de

incidência) e com umamenor inclinação deVerão (maior ângulo deincidência) Por isso, noInverno os valores deinsolação são inferioresaos registados no Verão.

B – Em Portugal ocontraste entre o litoral

e o Interior é notória. Aproximidade do mar

funciona como factor regulador.

Amplitude térmica anual

As amplitudes mais baixas registam-se nas regiões que “mais

avançam sobre o mar”. As maiores amplitudes térmicas registam-se

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no interior, nas regiões de Trás-os-Montes, Beira Interior e Alentejointerior.

C - Influência da topografia (relevo) na variação da Radiação Solar

Altitude – As áreas de maior altitude são as que registam astemperaturas médias mais baixas. Porquê? Porque existe umadiminuição do vapor de água, do dióxido de carbono e das partículassólidas e líquidas o que provoca um decréscimo quer da absorçãoda radiação solar, quer da radiação terrestre, que se traduz numadiminuição da temperatura em altitude.

A TEMPERATURA DIMINUI COM A ALTITUDE, COM UM GRADIENTE

MÉDIO, DE 0,6ºC / 100m.

A temperatura e a orientação das montanhas em relação aos raiossolares.

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A VALORIZAÇÃO DA RADIAÇÃO SOLAR

(…) A quantidade de energia solar que chega à Terra é mais do quesuficiente para cobrir as necessidades energéticas de todos os paísesda Terra, desde que se descubram os meios para tornar mais eficaz oseu aproveitamento.

PORTUGAL – B.I. DE ENERGIA SOLAR:

➢ Clima – Temperado Mediterrâneo – Verões quentes, longos, secose luminosos, e Invernos curtos e, por vezes, muito soalheiros.

➢ Insolação – chega a atingir mais de 3 000 horas por ano.

➢ Conclusão – excelentes condições para a utilização da energiasolar, que é renovável e limpa (não poluente) com um enorme

potencial de aproveitamento para aquecimento (Energia Solar Térmica) e para a produção de electricidade fotovoltaica.

Energia fotovoltaica – produção de energia eléctrica recorrendo acélulas solares (superfícies cristalinas de solício semi-condutor), queconvertem a radiação solar em electricidade.

Vantagens:

✔ Não libertam gasescom efeito de

estufa.✔ Não produzem

ruído.✔ Aproveitam a

radiação solardifusa.

✔ A energia eléctricaproduzida apresenta uma elevada fiabilidade

✔ Tem uma baixa ou nenhuma manutenção.

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✔ Permite a criação de novos postos de trabalho, sobretudo a umaescala local (electricistas, instaladores, equipas de manutenção)o que tem uma grande importância social.

Objectivos de Portugal – atingir os 150MW de potencia instalada

per capita até 2010. Turismo – 10% emprego - 8% do PIB

OBJECTIVOS:

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