Energia Solar Térmica

Radiação Solar

Painéis Solares

Aplicações AC

Intensidade de radiação no exterior da atmosfera varia devido à trajectória elíptica da

terra em torno do sol Máx 21 Dez.

O ângulo da radiação solar em relação à superfície depende da Latitude L e da

Declinação d que varia devido à inclinação do eixo de rotação

A altitude solar a é o ângulo entre os raios solares e uma superfície horizontal e varia

de 0º a um valor máximo dependente de L e d que é dado por a12horas

Para outras horas do dia a altitude é dada por a12horas - 15ºx Ih-12I

A altitude pode ser calculada por:

A intensidade máxima de radiação numa superfície horizontal seria então

na ausência de efeitos da atmosfera.

Radiação Solar

Interferência da atmosfera

A atmosfera absorve e dispersa parte da radiação que contribuem para a (extinção) diminuição da radiação directa:

Depende dos ângulos d-declinação, e a-altitude

que afectam A e B que variam ao longo do ano.

A radiação difusa (suposta uniforme em todas as direcções) é:

A, B e C têm valores tabelados na metodologia da ASHRAE Existem muitas outras fórmulas para o cálculo das grandezas referidas

por exemplo considerando o estado do tempo e visibilidade (nuvens).

Factor de visibilidade com α ângulo da vertical e normal à superfície

Contribuição de radiação difusa

A radiação difusa tem duas componentes principais resultantes da difusão no céu e reflectida do chão.

Trajectória do Sol na TerraComo interessa analisar a variação do ângulo do sol com as superfícies usa-se o ângulo de azimute (z) que representa a diferença entre a projecção dos raios solares numa horizontal e a direcção Sul (180º no meio dia solar, varia ~90 a ~270)

Nascer do sol para a=0:

A altitude e azimute podem ser lidos a partir de diagramas em função do dia do ano e horas. (As horas formam duas linhas (tipo 8) que se aproxima por uma)

Altitude

Azimute

0

90

180

0

20

40

60

80

N

EW

S

HorasDias ou

declinações

270

21 Jun

21 Jul/Mai21 Ago/Abr

21 Set/Mar

21 Out/Fev

21 Nov/Jan

21 Dez8h

10h

Representação CilíndricaNesta projecção pode-se observar a trajectória do sol numa projecção cilíndrica que depois é planificada para fazer-se as leituras. Podem-se localizar os pontos pelo dia e hora no diagrama e ler no eixo vertical a altitude e no horizontal o azimute. (Gráfico mostrado para 32º de Latitude ~Ilha da Madeira).

Azimute

Altitude

Hora

Dia

Horas

21 Jun

21 Jul/Mai

21 Ago/Abr

21 Out/Fev

21 Nov/Jan

21 Dez

21 Set/Mar

90º Este 180º Sul 270º Oeste

Ângulo de Incidência em Superfície

a=

Incidência em superfícies

• O ângulo de incidência da radiação solar em relação a superfícies pode ser quantificado a partir dos ângulos que definem essa superfície:– β Ângulo entre a superfície e a horizontal

• (Se for maior que 90º a superfície aponta para baixo)

– s Ângulo entre a normal à superfície e o Sul.

• permitindo definir então o ângulo de incidência:

Ssenaasen coscoscoscos 1

Caracterização climática

• Existem tabelas com características climáticas emitidas pelo INM (Instituto Nacional de Metereologia) com valores extremos de temperaturas absolutos e médios e horas de ocorrência.

• Existem ainda temperaturas extremas com probabilidade acumulada que é a probabilidade de ocorrência. e.g. para Lisboa (de 1989) 90% TMax<27ºC, 95% TMax<29,4ºC, 97,5% TMax<31,4ºC, 99% TMax<33ºC que permitem definir valores diferentes para projecto, consoante o objectivo.

• Também existe outra grandeza que é o número de Graus-Dia que exprimem o somatório do valor deste produto ao longo de um dia ou ao longo do ano.– Permite ter uma ideia de consumo enquanto os valores extremos

servem para dimensionar as potências.

Painel Solar Plano (Ar)

Painel Solar Plano (Água)

Balanços de energia com uma e duas coberturas

Reflectores para concentração

Compound Parabolic Concentrators

Diversas configurações para concentração de radiação solar directa

Concentração de energia

Existe um limite inferior definido no caso em que as perdas térmicas devido à temperatura do receptor são iguais à potência absorvida. A faixa indicada representa uma eficiência de colecção entre 40 e 60% e como se pode ver só podem ser atingidas com relflectores parabólicos.

Colector com reflectores, revestimento selectivo e tubos de vácuo

Comparação de eficiências

Sistema de Aquecimento de Ar.

Sistema de Aquecimento de Água