(Originais Teachy 2023) - Questão Médio de Energia Sustentável

Os painéis solares fotovoltaicos são feitos de células que convertem a luz solar em corrente elétrica contínua, mas essa energia gerada depende de fatores como a intensidade da radiação solar, a inclinação e a orientação do painel em relação ao sol. Considerando um sistema de painéis solares em uma região que possui uma expectativa anual de 5,5 horas diárias de sol pleno, e sabendo que a energia solar é uma fonte intermitente, qual seria, teoricamente, a máxima quantidade de energia que poderia ser gerada por um painel de 1 m² de área, se todas as condições ideais fossem atendidas sem interrupções ao longo do ano? Suponha uma eficiência de conversão fotovoltaica de 20% e que não há perdas no sistema de conversão e armazenamento da eletricidade gerada.

A usina de energia das ondas no Porto de Rosent está localizada na costa oeste, onde as ondas do oceano são particularmente fortes e regulares. O engenheiro responsável está avaliando o potencial energético do local, que depende da altura das ondas, da frequência com que elas atingem a costa e da densidade da água do mar. Considerando o contexto da geração de energia oceânica, identifique quais aspectos são relevantes para o cálculo da energia disponível nessa usina de ondas a partir da altura das ondas, da periodicidade de chegada delas à costa e das propriedades físicas da água do mar.

Na região onde uma escola está localizada, a incidência diária de radiação solar é de cerca de 5,2 kWh/m². Considerando que uma família deseja instalar um sistema de aquecimento de água utilizando coletores solares com uma eficiência de conversão de 60%, e que o consumo diário médio de água quente da família é de 150 litros, incluindo os dias de maior e menor consumo, calcule a área mínima necessária de coletores solares para atender a demanda. Considere que a temperatura inicial da água é de 20°C e a temperatura desejada para o banho é de 40°C, e despreze as perdas de calor durante o aquecimento e armazenamento da água.

Em um projeto de energia renovável, uma escola técnica decidiu integrar um sistema híbrido de geração que combina painéis solares fotovoltaicos e uma pequena turbina eólica. A produção de energia elétrica com esses sistemas pode variar ao longo do dia e da noite devido à intermitência na radiação solar e no vento. Para garantir o fornecimento contínuo de energia, a escola precisa implementar um sistema de armazenamento de energia que possa ser facilmente integrado à configuração existente. Considerando as opções de armazenamento de energia disponíveis, como baterias de íon-lítio, reservatórios de hidrogênio e armazenamento térmico, qual seria a solução de armazenamento mais adequada para esse cenário híbrido, levando em conta a eficiência, a modularidade e a capacidade de fornecer energia em períodos de baixa ou nenhuma geração dos sistemas fotovoltaicos e eólicos?