CONHECIMENTO BÁSICO SOBRE O RECURSO SOLAR

O Sol

O Sol é a fonte de luz e calor para vida na Terra. A energia do Sol é propagada até a Terra, e outros planetas do Sistema Solar, através de ondas eletromagnéticas. O Sol nos envia esta energia como radiação solar (irradiância solar) que abrange uma ampla gama de comprimentos de onda e intensidades. Radiação solar abrange a radiação visível e visível próximo (ultravioleta e infravermelho próximo) emitida do Sol. Radiação terrestre é o termo usado para descrever radiação infravermelha emitida da atmosfera terrestre. As diferentes regiões dessas radiações são descritas pelas suas faixas de comprimento de onda dentro da ampla faixa de 0,20 a 100,00 μm.

Espectro eletromagnetico radiacao solar e terrestre


Os componentes da radiação solar e terrestre e suas faixas aproximadas de comprimento de onda são:

  • Ultravioleta: 0,20 - 0,39 μm
  • Visível: 0,39 - 0,78 μm
  • Infravermelho próximo: 0,78 - 4,00 μm
  • Infravermelho: 4,00 - 100,00 μm

Na figura à direita é apresentado o espectro eletromagnético da radiação solar e terrestre.

Aqui o interesse principal é na radiação solar, ou onda curta. Aproximadamente 99% da radiação solar que chega na superfície terrestre está contida na região de 300 a 3.000 nm (0,3 a 3,0 μm) do espectro solar.

Espectro eletromagnetico radiacao solar

O espectro solar consiste das radiações Ultravioleta (UV), Visível (VIS) e Infravermelho (IR), sendo dividido da seguinte forma:

  • Ultravioleta (UV): 3 a 5%
  • Visível (VIS): 42 a 43%
  • Infravermelho (IR): 52 a 55%

A intensidade máxima de radiação do espectro solar ocorre a 500 nm (0,5 μm), quase na parte final do azul da faixa visível. À direita é mostrado o espectro solar com a distribuição espectral da irradiância solar.

No topo da atmosfera terrestre, a irradiância solar tem uma intensidade de aproximadamente 1.360,8 ± 0,5 W/m². Este é o valor da irradiância solar no topo da atmosfera terrestre a distância Terra-Sol média, sendo recentemente denominado Irradiância Solar Total (TSI: Total Solar Irradiance), apesar de ter sido indevidamente chamado de Constante Solar por vários anos.

Desde 2003, a Irradiância Solar Total (TSI) tem sido medida pelo instrumento Total Irradiance Monitor (TIM) lançado pela NASA a bordo do SOlar Radiation and Climate Experiment (SORCE). As medições de TSI do TIM monitoram a luz solar incidente no topo da atmosfera terrestre usando um radiômetro de cavidade ativa a temperatura ambiente.

TSI: Total Solar Irradiance


Os resultados das medições de TSI relizadas pelo TIM indicam que o valor da irradiância solar incidente no topo da atmofera terrestre não é constante. O gráfico à esquerda mosta a variação da TSI de 16 de outubro de 2015 a 07 de janeiro de 2016. Desta forma, a irradiância solar incidente no topo da atmofera terrestre não poderia ser denominada Constante Solar, como até alguns anos atrás.

O valor da TSI atual mais preciso é 1.360,8 ± 0,5 W/m² de 2008, ao invés das estimativas anteriores de 1.365,4 ± 1,3 W/m² da década de 1990.

Na superfície da Terra, em um dia sem nuvens e ao meio dia, a radiação solar direta será de aproximadamente 1.000 W/m² para muitos locais. Enquanto que a disponibilidade da energia solar é afetada pela localização (incluindo latitude e elevação), estação do ano e hora do dia, os principais fatores afetando a disponibilidade de energia solar incidente na superfície terrestre são:

  • Cobertura de Nuvem
  • Outras Condições Meteorológicas
Por sua vez, esses fatores principais também variam com a localização e tempo.

Conforme o balanço energético da Terra ilustrado à direita, 100% da irradiância solar incidente no topo da atmosfera terrestre é atenuada até atingir a superfície da Terra da seguinte forma: Earth Energy Balance

  • Refletida por Nuvens: 20%
  • Refletida pela Atmosfera: 6%
  • Absorvida pela Atmosfera: 16%
  • Absorvida por Nuvens: 3%

Aquela porção da irradiância solar que alcança a superfície terrestre (55%) é por sua vez:

  • Refletida pela Superfície Terrestre: 4%
  • Absorvida pelo Solo e Oceanos: 51%

Mapa Mundial da NASA da Energia Solar Potencial

O mapa mundial da distribuição espacial da energia solar potencial desenvolvido pela NASA (mostrado à esquerda) destaca a ampla variação espacial do recurso solar a nível global. Esta variação ocorre devido aos fatores mencionados acima, dentre vários outros.


Irradiancia Diaria Media sob Diferentes Condicos Atmosfericas

Como os principais fatores afetando a disponibilidade de energia solar na superfície terrestre são cobertura de nuvem e outras condições meteorológicas, é apresentado à direita um gráfico com resultados de medições de irradiância solar que ilustra o efeito da atenuação da irradiância solar incidente devido a diferentes condições atmosféricas, principalmente diferentes coberturas de nuvem.

Devido aos diferentes fatores que afetam a disponibilidade do recurso solar na superfície terrestre é necessário a melhor possível determinação da quantidade de irradiância solar incidente em um local para o seu uso apropriado em sistemas de geração de energia, arquitetura, engenharia e agricultura, dentre outros.

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