5 Radiação Solar

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Profª Me. Paula Azevedo Ribeiro
Energia radiante emitida pelo Sol e transmitida sob a 
forma de radiação eletromagnética.
• Fonte primária de energia para todos processos terrestres: 
fotossíntese; vida animal; furacões; tempestades, enfim, pela 
circulação geral da atmosfera e oceanos.
•Desencadeia toda a dinâmica meteorológica (principal 
elemento meteorológico), afetando outros elementos: 
• Temperatura
• Pressão
• Vento
• Chuva
• Umidade
Sol
149,6 x 106 km (1 UA)
Velocidade de 3.105 km s-1
498,67 s ≈ 500 s (8,3 minutos)
Radiação 
Solar
0,2 a 4 µm
Radiação 
Terrestre
4 a 100 µm
10-3 10-2 1 101 102
ultravioleta infravermelho
visível
vermelho
0,77 µm
violeta
0,39 µm
10-1 103
radiação térmica
microondas
radar
TV / rádio
raios ɣ
raios x
Espectro eletromagnético
Comprimento de onda (nm)
Se
n
si
b
ili
d
ad
e 
re
la
ti
va
Radiação Solar 
VISÍVEL
Para se entender o regime radiativo de uma superfície é 
necessário conhecer algumas leis fundamentais da
Radiação:
• Lei de Planck
•Lei de Wien
• Lei de Stefan – Boltzmann
LEI DE PLANCK: a intensidade de radiação emitida por um 
corpo depende apenas do comprimento de onda e de sua 
temperatura absoluta (Kelvin)
• Sol: 5770 K → 0,2 a 4 µm (pico: 0,5 µm radiação de 
onda curta)
• Terra: 288 K → 4 a 100 µm (pico: 10 µm radiação de 
onda longa)
LEI DE WIEN: o comprimento de onda λ, para o qual a 
energia emitida por um corpo é máxima, é inversamente 
proporcional à sua temperatura absoluta
Onde:
λ: comprimento de onda (µm)
k‘: constante de Wien (2897,8 µm K)
T: temperatura (K)
T
k '
max =
LEI DE WIEN:
• Sol: 5770 K → 0,5022 µm (radiação de onda curta)
• Terra: 288 K → 10,0618 µm (radiação de onda longa)
LEI DE STEFAN – BOLTZMANN: A energia total emitida por um 
corpo (emitância) é diretamente proporcional à quarta potência 
de sua temperatura absoluta.
Onde:
E: emitância (W m-2)
б: Constante de Stefan – Boltzmann (5,6697.10-8 W m-2 K-4)
T: temperatura (K)
4.TE =
LEI DE STEFAN – BOLTZMANN:
• todo corpo com temperatura acima de 0 K (-273,15°C) 
emite radiação
• Sol: 5770 K → 6,284 x 107 W m-2
• Terra: 288 K → 0,0000390 x 107 W m-2
IRRADIÂNCIA SOLAR (Q): quantidade de radiação solar 
recebida por uma superfície de área unitária, na unidade 
de tempo → Densidade de fluxo radiativo.
Sistema Internacional (SI)
• joule m-2 s-1
• watt m-2 (1 J s-1 = 1 W)
• caloria cm-2 min-1
•1 cal ≈ 4,18 J → 1 cal cm-2 min-1 ≈ 696,7 W m-2
CONSTANTE SOLAR (Jo): irradiância solar numa superfície 
plana perpendicular aos raios solares, SEM OS EFEITOS 
ATENUANTES DA ATMOSFERA (topo da atmosfera), e a uma 
distância equivalente a uma unidade astronômica (1 UA) –
recebida pela Terra. 
• Medida por satélites artificiais
• Valor médio igual a 1,97 cal cm-2 min-1 = 1367 W m-2
CONSTANTE SOLAR (Jo)
1,97 cal cm-2 min-1 (distância de 1 UA) 
CONSTANTE SOLAR (Jo)
• Como a distância (D) entre a Terra e o Sol varia 
continuamente entre o afélio e o periélio, a constante solar 
deve ser corrigida pelo fator (d D-1)²
Onde:
d: distância média entre o Sol e a Terra (1UA)
D: distância real entre o Sol e a Terra
CONSTANTE SOLAR (Jo’)
Onde: 
Jo’: constante solar real
Jo: constante solar média(1,97 cal cm-2 min-1 )
d: distância média entre o Sol e a Terra (149,6 x 106 km)
D: distância real entre o Sol e a Terra
2
.' 





=
D
d
JoJo
CONSTANTE SOLAR (Jo’)
2
.' 





=
D
d
JoJo
Caso a Terra esteja a uma distância do Sol diferente da distância 
média, a irradiância solar extraterrestre irá aumentar, se ela 
estiver mais perto, ou diminuir, se estiver mais longe.
LEI DE LAMBERT: energia solar que incide no topo da atmosfera 
terrestre em determinado instante, dia e local.
Onde:
I: irradiância (cal cm-2 min-1 )
Jo: constante solar média (1,97 cal cm-2 min-1 )
d: distância média entre o Sol e a Terra (149,6 x 106 km)
D: distância real entre o Sol e a Terra
z: ângulo zenital
z
D
d
JoI cos..
2






=
Irradiância solar varia com o ângulo de incidência dos raios solares.
LEI DE LAMBERT: energia solar 
que incide no topo
da atmosfera terrestre
z
D
d
JoI cos..
2






=
X1
A1 A2A1 < A2
z
D
d
JoI cos..
2






=
X1
A1 A2A1 < A2
Quanto menor o ângulo zenital (portanto 
maior a elevação do sol), mais concentrada 
será a intensidade da radiação por unidade de 
área e menor será a proporção de radiação
incidente refletida pela superfície. 
QUANDO A ATMOSFERA ENTRA EM AÇÃO, o total diário de 
energia solar que chega à superfície terrestre é reduzido.
Radiação solar global (Qg): é a quantidade total de 
energia que atinge a superfície terrestre depois de passar 
pela atmosfera.
Irradiância solar global
vácuo
atmosfera
Radiação Global
(Qg)
=
Radiação Difusa
(Qc)
+
Radiação Direta
(Qd)
Ex.: Dias nublados →
Radiação difusa
→ Atmosfera limpa:
Radiação direta
MultidirecionalUnidirecional
Terra, oceanos e gelo
ATMOSFERA
Direta 17%
Superfície
3%
Nuvens
20 %
Gases
8 %
Difusa 26%
Albedo planetário 31%
Absorção
• Nuvens: 4%
• Gases: 22%
Absorção pela superfície 43%
Albedo = proporção da radiação 
incidente refletida pela superfície
MEDIDAS DA IRRADIÂNCIA SOLAR GLOBAL
• Actinógrafo de Robitzsch
• sensores: placas bimetálicas (branca e pretas)
• absorção de radiação solar → diferença de dilatação
• sistema de alavancas → registro no actinograma
• mecânico
Medidas da Irradiância Solar Global
• Actinógrafo de Robitzsch
Filtra radiação longa Placas metálicas:
Preta
Branca
actinograma
Medidas da Irradiância Solar Global
• Actinógrafo de Robitzsch
MEDIDAS DA IRRADIÂNCIA SOLAR GLOBAL
• Piranômetro de Termopar
o elemento sensor é uma placa com uma série de
termopares (“termopilhas”), sendo que parte é enegrecida
(junções “quentes”) e parte é branca (junções “frias”). O
aquecimento diferencial entre as junções “frias” e
quentes” gera uma força eletromotriz proporcional à
irradiância. O sinal gerado é captado por um sistema
automático de aquisição de dados.
Medidas da Irradiância Solar Global
• Piranômetro de Termopar
MEDIDAS DA IRRADIÂNCIA SOLAR GLOBAL
• Piranômetro de Fotodiodo de Silício
• sensor: fotodiodo de silício que responde à absorção de 
energia gerando uma corrente elétrica proporcional à 
irradiância global
• eletrônico
MEDIDAS DA IRRADIÂNCIA SOLAR GLOBAL
• Piranômetro de Fotodiodo de Silício
Filtra radiação longa 
e curtas >1300 nm
MEDIDAS DE IRRADIÂNCIA SOLAR DIRETA
• Pireliômetro
sensor de termopilha
• série de anéis com diâmetros cada vez menores para se 
obter um feixe de raios solares (apenas a radiação direta) 
• filtro elimina a radiação difusa (sem o filtro mede-se a 
radiação terrestre durante a noite)
MEDIDAS DE IRRADIÂNCIA DIRETA
• Pireliômetro
MEDIDAS DE IRRADIÂNCIA SOLAR DIFUSA
• Piranômetro de Fotodiodo de Silício (radiação global)
• com o sensor protegido por um disco opaco (melhor 
método) ou anel sombreador
Medidas de Irradiância Difusa
• Piranômetro de Fotodiodo de 
Silício com o sensor protegido
MEDIDA DO NÚMERO DE HORAS DE BRILHO SOLAR
• heliógrafo tipo Campbell-Stokes
• convergência dos raios solares sobre a tira, quando há 
irradiância direta, produz sua queima
• deve ser instalado numa posição isenta de sombra ou 
obstrução dos raios solares
Medida do Número de Horas de 
Brilho Solar
• heliógrafo
Medida do Número de Horas de 
Brilho Solar
• heliógrafo