Energia Solar Térmica
Radiação Solar
Painéis Solares
Aplicações AC
Radiação Solar
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.
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:
Factor de visibilidade com α ângulo da
vertical e normal à superfície
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).
Contribuição de radiação difusa
A radiação difusa tem duas
componentes principais resultantes da
difusão no céu e reflectida do chão.
Trajectória do Sol na Terra
Como interessa analisar a variação do ângulo do sol com as superfícies usase 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)
N 0
0
Azimute
20
Nascer do sol para a=0:
40
270
W
Altitude
21 Jun
60
21 Jul/Ma
21 Ago/Abr
80
E
90
21 Set/Mar
21 Out/Fev
A altitude e azimute podem ser lidos a
partir de diagramas em função do dia
do ano e horas. (As horas formam
Dias ou
duas linhas (tipo 8) que se aproxima declinações
por uma)
21 Nov/Jan
21 Dez
Horas
8h
10h
S 180
Representação Cilíndrica
Nesta 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).
Altitude
Hor
a
Dia
21 Jun
21 Jul/Mai
21
Ago/Abr
21
Set/Mar
21 Out/Fev
21 Nov/Jan
21 Dez
Horas
90º Este
180º Sul
270º Oeste Azimute
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)
– gs Ângulo entre a normal à superfície e o Sul.
• permitindo definir então o ângulo de
incidência:
  cos 1 sena cos    cos a sen cos g S  g 
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 GrausDia 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
Diversas configurações
para concentração de
radiação solar directa
Compound Parabolic Concentrators
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