energia solar

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UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MOÇAMBIQUE
FACULDADE DE ENGENHARIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELECTOTÉCNICA
Trabalho de Fontes Renováveis de Energia Eléctrica
TEMA: Energia Solar
DOCENTE:Monica Silva
	
Chimoio, 03 de Marco 2025
	
UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MOÇAMBIQUE
FACULDADE DE ENGENHARIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELECTOTÉCNICA
Trabalho de Fontes Renováveis de Energia Eléctrica
TEMA: Energia Solar
DISCENTE: 
Amide João Forquilha
Celso Samuel Zito
Danilo Tembe
Wiven Witnésio Samuel
Chimoio, 03 de Marco 2025
Índice
resumo	1
1. Introdução	2
2. Fundamentos da energia solar	3
2.1. Radiação solar e sua distribuição	3
2.2. Fatores que influenciam a radiação solar que atinge a superfície terrestre	3
2.3. Latitude e longitude do local	3
2.4. Estação do ano e inclinação da terra	4
2.5. Cobertura de nuvens e poluição atmosférica	4
2.6. Reflexão e absorção pelo solo, vegetação e oceanos	5
3. Componentes da radiação solar global	6
3.1. Radiação direta	6
3.2. Radiação difusa	6
3.3. Radiação refletida	6
3.4. Efeito fotovoltaico e conversão de energia	7
3.5.tipos de energia solar	7
3.6. Energia solar fotovoltaica	7
3.7. Energia solar térmica	7
3.7.1. Energia solar de baixa temperatura	7
3.7.2. Energia solar de média temperatura	8
3.7.3. Energia solar de alta temperatura (heliotérmica ou termossolar)	8
4. Energia solar fotovoltaica	8
4.1. Como funciona a energia fotovoltaica?	8
4.2. Tipos de células fotovoltaicas	9
5. Dimensionamento da energia solar	10
5.1. Cálculo da demanda energética	10
5.2. Dimensionamento do número de painéis solares	10
5.3. Dimensionamento das baterias (opcional)	11
6. Conclusão	12
7.referências	13
RESUMO
A energia solar é uma das mais promissoras fontes de energia renovável, apresentando inúmeras aplicações e benefícios ambientais e econômicos. Este trabalho explora a fundo os fundamentos da energia solar, seus princípios físicos, tecnologias associadas, tipos e funcionamento. Além disso, dedica-se à análise detalhada da energia fotovoltaica, incluindo o dimensionamento necessário para sua aplicação eficiente. Também são discutidos os impactos ambientais e socioeconômicos, bem como os desafios e perspectivas para o futuro da energia solar em âmbito global e em Moçambique.
Palavras-chave: Energia solar, sustentabilidade, energia renovável, energia fotovoltaica, impacto ambiental, políticas energéticas.
1. INTRODUÇÃO
A crescente demanda por energia e a necessidade de reduzir a dependência de combustíveis fósseis tornam urgente a adoção de fontes renováveis. A energia solar, abundante e sustentável, surge como uma solução viável para suprir as necessidades energéticas atuais e futuras.
Este trabalho tem como objetivo explorar os fundamentos da energia solar, detalhar seus diferentes tipos, aprofundar o estudo da energia fotovoltaica e abordar o dimensionamento necessário para sua implementação. Também serão discutidos seus impactos econômicos, ambientais e o potencial de crescimento, com ênfase na realidade moçambicana.
2. FUNDAMENTOS DA ENERGIA SOLAR
A energia solar tem origem na fusão nuclear que ocorre no interior do Sol, onde átomos de hidrogênio se fundem para formar hélio, liberando uma enorme quantidade de energia na forma de radiação eletromagnética. Essa radiação viaja pelo espaço e atinge a Terra, onde pode ser convertida em energia útil.
2.1. Radiação Solar e sua Distribuição
A energia solar é a principal fonte de energia para a Terra, sendo essencial para processos naturais como a fotossíntese, o ciclo hidrológico e o equilíbrio térmico do planeta. Essa energia se manifesta na forma de radiação eletromagnética, que viaja do Sol até a Terra e pode ser absorvida, refletida ou dispersa na atmosfera e na superfície terrestre. O aproveitamento dessa radiação para fins energéticos depende de diversos fatores ambientais, astronômicos e geográficos.
2.2. Fatores que Influenciam a Radiação Solar que Atinge a Superfície Terrestre
A quantidade de radiação solar que chega à superfície da Terra não é constante e varia devido a diferentes fatores, que podem ser classificados em astronômicos, atmosféricos e geográficos.
2.3. Latitude e Longitude do Local
A posição geográfica de um ponto na Terra, expressa em latitude e longitude, influencia diretamente a quantidade de radiação solar recebida.
Latitude: Refere-se à posição norte-sul do local em relação ao equador. Regiões próximas à linha do Equador (latitudes baixas) recebem maior quantidade de radiação solar ao longo do ano, pois os raios solares incidem de maneira mais perpendicular à superfície terrestre. Já em regiões de altas latitudes, próximas aos polos, a radiação é menor, pois os raios solares chegam com maior inclinação, espalhando-se sobre uma área maior e atravessando uma espessura atmosférica maior.
Longitude: Apesar de influenciar menos a incidência solar direta, a longitude pode afetar a quantidade de radiação recebida devido a fatores como fusos horários e distribuição continental, que influenciam a variação climática e os padrões atmosféricos.
2.4. Estação do Ano e Inclinação da Terra
A inclinação do eixo da Terra (aproximadamente 23,5°) e seu movimento de translação ao redor do Sol são os principais responsáveis pelas estações do ano e pelas variações na incidência de radiação solar ao longo do ano.
No verão: O hemisfério inclinado em direção ao Sol recebe maior quantidade de radiação solar, pois os raios incidem mais diretamente sobre essa região. Além disso, os dias são mais longos, aumentando a duração da exposição solar.
No inverno: O hemisfério inclinado para longe do Sol recebe menor quantidade de radiação, pois os raios solares chegam de forma mais inclinada. Os dias são mais curtos, reduzindo o tempo de exposição solar.
Nos equinócios: Ocorrem em março e setembro, quando o Sol está exatamente sobre a linha do Equador. Nessas datas, a distribuição da radiação solar é aproximadamente igual nos dois hemisférios.
A inclinação axial da Terra também influencia a altura do Sol no céu (ângulo zenital), o que afeta a intensidade e o ângulo de incidência da radiação solar em diferentes períodos do ano.
2.5. Cobertura de Nuvens e Poluição Atmosférica
A atmosfera terrestre desempenha um papel fundamental na atenuação da radiação solar, pois gases, aerossóis e partículas em suspensão podem absorver, refletir ou dispersar a luz solar antes que ela atinja a superfície terrestre.
Nuvens: A presença de nuvens reduz significativamente a radiação solar direta que atinge o solo, pois refletem e absorvem parte dessa radiação. Em dias nublados, a maior parte da energia solar que chega ao solo é na forma de radiação difusa, ou seja, luz dispersa pela atmosfera.
Poluição atmosférica: A concentração de partículas, poeira e gases na atmosfera, provenientes de atividades industriais, queimadas e processos naturais, pode reduzir a transmissão da radiação solar. Poluentes como dióxido de enxofre (SO₂) e material particulado fino aumentam a dispersão e absorção da luz, reduzindo a radiação direta e aumentando a radiação difusa.
A qualidade do ar e a composição da atmosfera influenciam a transparência da atmosfera e, consequentemente, a eficiência da captação da energia solar por painéis fotovoltaicos e sistemas térmicos.
2.6. Reflexão e Absorção pelo Solo, Vegetação e Oceanos
A superfície terrestre não absorve toda a radiação solar que recebe; parte dela é refletida de volta para a atmosfera. A quantidade de energia refletida depende das características da superfície e do seu albedo, que é a fração da radiação solar refletida por uma determinada superfície.
Superfícies claras e brilhantes (alto albedo): Áreas cobertas por neve, gelo e desertos de areia clara refletem grande parte da radiação solar. Isso reduz o aquecimento local e contribui para a regulação climática global.
Superfícies escuras e rugosas (baixo albedo): Florestas, oceanos e áreas urbanas absorvem mais radiação solar, aumentando a temperatura local e promovendo processos térmicos. Os oceanos, em particular, desempenhamum papel essencial na regulação do clima, absorvendo calor e influenciando padrões atmosféricos.
A absorção de energia solar pelo solo e pela vegetação afeta processos como evapotranspiração, formação de ventos e a geração de energia térmica para usos diversos, incluindo a produção de eletricidade em sistemas heliotérmicos.
3. Componentes da Radiação Solar Global
A radiação solar que atinge a superfície terrestre pode ser classificada em três componentes principais: radiação direta, radiação difusa e radiação refletida.
3.1. Radiação Direta
A radiação direta é a parcela da radiação solar que atinge a superfície terrestre sem sofrer desvio ou dispersão na atmosfera. Essa radiação é altamente concentrada e fundamental para a eficiência dos sistemas solares fotovoltaicos e heliotérmicos.
Em dias ensolarados e com céu limpo, a radiação direta representa a maior parte da energia solar disponível.
A intensidade da radiação direta depende do ângulo de incidência solar, da altitude do local e da qualidade da atmosfera.
3.2. Radiação Difusa
A radiação difusa é aquela que foi espalhada por moléculas, aerossóis e partículas na atmosfera antes de atingir a superfície terrestre.
Em dias parcialmente nublados ou poluídos, a radiação difusa pode representar uma fração significativa da energia solar disponível.
Sistemas solares fotovoltaicos ainda podem gerar eletricidade a partir da radiação difusa, mas com menor eficiência.
A radiação difusa é particularmente importante em regiões com alta nebulosidade, onde a energia solar ainda pode ser aproveitada mesmo na ausência de radiação direta intensa.
3.3. Radiação Refletida
A radiação refletida é a porção da radiação solar que atinge a superfície terrestre e é redirecionada para a atmosfera por reflexão em diferentes superfícies, como água, neve e construções.
A intensidade da radiação refletida depende do albedo da superfície. Regiões cobertas de neve podem refletir até 90% da radiação incidente.
Essa radiação pode ser aproveitada por sistemas solares, especialmente em instalações estrategicamente posicionadas para captar luz refletida, como painéis inclinados próximos a superfícies refletoras..
3.4. Efeito Fotovoltaico e Conversão de Energia
O efeito fotovoltaico, descoberto por Alexandre Edmond Becquerel em 1839, é o fenômeno que permite a conversão da luz solar em eletricidade. Esse efeito ocorre em materiais semicondutores, como o silício, utilizados na fabricação de células fotovoltaicas.
Quando a luz solar incide sobre a célula fotovoltaica, os fótons da luz energizam os elétrons do material semicondutor, gerando uma corrente elétrica contínua. Essa corrente pode ser convertida em corrente alternada e utilizada para alimentar equipamentos elétricos.
3.5.Tipos de energia solar
A energia solar pode ser aproveitada de diferentes formas, dependendo da tecnologia utilizada para sua conversão. Os principais tipos de energia solar são:
3.6. Energia Solar Fotovoltaica
A energia solar fotovoltaica converte a luz solar diretamente em eletricidade por meio do efeito fotovoltaico. Os sistemas fotovoltaicos podem ser utilizados em residências, indústrias, áreas rurais e grandes usinas solares.
3.7. Energia Solar Térmica
A energia solar térmica utiliza o calor do Sol para aquecer líquidos ou gases, que podem ser usados diretamente para aquecimento ou para gerar eletricidade por meio de turbinas a vapor.
3.7.1. Energia Solar de Baixa Temperatura
Usada para aquecimento de água em residências e indústrias.
3.7.2. Energia Solar de Média Temperatura
Empregada em processos industriais que requerem aquecimento acima de 100°C.
3.7.3. Energia Solar de Alta Temperatura (Heliotérmica ou Termossolar)
Utiliza espelhos para concentrar a radiação solar e gerar eletricidade.
4. Energia solar fotovoltaica
O termo geração fotovoltaica se refere à transformação direta de luz (solar) em energia elétrica,
sendo que essa transformação é realizada por células solares. O adjetivo «fotovoltaica» é composto pela palavra grega photon ( luz) e Volta,o nome do físico italiano. O princípio de funcionamento da célula solar é baseado no efeito fotovoltaico (para ser mais exato,
no efeito fotoelétrico interno), quando ocorre uma separação de cargas sob ação da luz. Esse efeito foi observado pela primeira vez em 1839, por Alexandre Edmond Bequerel. Durante um
experimento, ele constatou que duas placas metálicas imersas em ácido diluído geravam mais
energia quando eram expostas diretamente à radiação solar. No ano de 1958, o primeiro satélite alimentado por energia elétrica proveniente exclusivamente de células solares foi lançado em órbita ao redor da Terra. Atualmente a tecnologia fotovoltaica é amplamente difundida no setor de abastecimento de energia elétrica, fornecendo as mais diversas opções de potência, desde a gama mW até a gama kW.
4.1. Como funciona a energia fotovoltaica?
Os sistemas fotovoltaicos são compostos por:
Painéis solares: Captam a luz do Sol e convertem em eletricidade.
Inversores: Transformam a corrente contínua gerada pelos painéis em corrente alternada.
Controladores de carga e baterias: Armazenam energia para uso posterior (quando necessário).
Estruturas de suporte e cabeamento: Garantem a fixação e a transmissão eficiente da eletricidade gerada.
A eletricidade gerada pode ser utilizada no local, armazenada ou injetada na rede elétrica.
4.2. Tipos de Células Fotovoltaicas
Monocristalinas: Alta eficiência, maior custo.
Policristalinas: Custo intermediário, menor eficiência.
pelicula Fina: Flexíveis, mais baratos, mas menos eficientes.
5. Dimensionamento da energia solar
O dimensionamento de um sistema fotovoltaico envolve a análise de diversos fatores para garantir eficiência e viabilidade econômica.
5.1. Cálculo da Demanda Energética
O primeiro passo é calcular o consumo elétrico do local. Esse cálculo é feito com base nos seguintes fatores:
Potência dos equipamentos elétricos (W);
Tempo de uso diário de cada equipamento (h);
Número de dias de operação mensal.
A energia consumida pode ser determinada pela fórmula:
Onde:
· Energia consumida (Wh ou kWh);
· Potência do equipamento (W);
· Tempo de funcionamento (h).
5.2. Dimensionamento do Número de Painéis Solares
A quantidade de painéis solares necessários depende da radiação solar disponível e da eficiência dos módulos fotovoltaicos. O cálculo é feito com a seguinte equação:
Onde:
· Número de painéis necessários;
· Energia diária necessária (Wh/dia);
· Radiação solar média diária (Wh/m²/dia);
· Eficiência do sistema.
5.3. Dimensionamento das Baterias (Opcional)
Para sistemas isolados, as baterias são essenciais para armazenar energia. O dimensionamento das baterias depende do consumo e do tempo de autonomia desejado.
A capacidade da bateria pode ser calculada pela fórmula:
Onde:
· Capacidade da bateria (Ah);
· Dias de autonomia desejados;
· Tensão nominal do sistema (V);
· Eficiência da bateria.
6. Conclusão
A energia solar se apresenta como uma das melhores alternativas para a diversificação da matriz energética e para a sustentabilidade ambiental. Seu crescimento contínuo é impulsionado por avanços tecnológicos e incentivos governamentais.
Com um correto dimensionamento, a energia solar pode atender diferentes demandas, desde pequenas residências até grandes complexos industriais e usinas.
7.REFERÊNCIAS
GOLDEMBERG, J. Energia e Meio Ambiente. São Paulo: Edusp, 2018.
ONU. Relatório sobre Energias Renováveis no Mundo, 2023.
FUNAE. Desenvolvimento da Energia Solar em Moçambique. Maputo, 2022.
PORTAL SOLAR. Energia Solar: O que é, para que serve, como funciona e benefícios
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