Enunciado
Física - Física para Cientistas e Engenheiros - Mecânica, Oscilações e Ondas, Termodinâmica: Volume 1 - 6ª Edição - Mosca, Tripler- Ed: 6º - Capítulo 7.1 - Ex. 18
18. A eficiência máxima de um painel de energia solar, ao converter energia solar em energia elétrica útil, é, atualmente, cerca de por cento. Em uma região como a do sudoeste americano, a intensidade solar que atinge a superfície da Terra é cerca de em média, durante o dia. Estime a área que deveria ser coberta por painéis solares para suprir de energia as necessidades dos Estados Unidos (aproximadamente ), e compare-a com a área do Arizona. Suponha céu não-nublado.
Passo 1
Trabalhando com estimativas, sabe-se que o consumo de energia dos Estados Unidos resulta em um consumo médio de energia de cerca de 1,6 W. A constante solar de energia atingindo o solo é de cerca de W/m², dos quais são aproveitados cerca de , se considerar uma eficiência de conversão de em energia útil. Considerando P como a taxa diária de consumo de energia, podemos relacionar a energia disponível na superfície da Terra com a área necessária dos painéis solares, usando, onde é a intensidade solar que atinge a superfície da Terra. Finalmente, necessita-se de uma última informação, a área do Arizona, a qual através de meios de pesquisa, é dada como aproximadamente .
Passo 2
Baseado nos dados expostos anteriormente, relaciona-se a área necessária à energia elétrica a ser gerada pelos painéis solares, por meio da fórmula . Logo, para obter a área total coberta por painéis solares basta dividir o consumo total de energia estadunidense pela intensidade solar num período de um ano. Vale lembrar, que o sol está ‘‘acordado’’ apenas para uma parte do dia, por isso multiplica-se a energia total disponível nos Estados Unidos por 2, como fator de correção.
Passo 3
Finalmente, basta dividir a área obtida anteriormente , pela área total do Arizona a fim de obter a comparação:
Resposta
Logo, a área necessária a ser coberta por painéis solares para suprir as energias dos Estados Unidos em um período de um ano é , a qual representa da área do Arizona