Painéis solares fotovoltaicos têm sido cada vez mais usados em instalações elétricas domésticas e industriais. Considere um painel solar conectado a um resistor variável de resistência Rv. Ajustando-se o valor de Rv, são medidas a corrente e a ddp entre os terminais do resistor e é obtida a curva mostrada na figura 1. Com base nos dados do gráfico:

a) Calcule a resistência Rv quando a ddp é de 6 V.

b) Em quais dos pontos marcados (1, 2 ou 3) a potência fornecida ao resistor é maior? Justifique sua resposta.

Um parâmetro importante para o funcionamento de painéis solares é a irradiância da luz solar (medida em W/m2), que corresponde ao fluxo de energia por unidade de área perpendicular à direção do fluxo. A irradiância depende de vários fatores, tais como as condições atmosféricas e a latitude do local. Em um dado local e horário, a direção da luz solar (linhas vermelhas na figura 2) faz um ângulo de 30° com a direção perpendicular ao solo. A figura 2 mostra duas situações para um painel solar nessa localidade: (I) o painel está inclinado em 30° em relação ao solo e (II) o painel está paralelo ao solo.

c) Considerando que a irradiância é a mesma nas duas situações e que, na situação (I), a energia por unidade de tempo coletada no painel solar é P1, calcule P2, que é a energia por unidade de tempo coletada na situação (II).

Note e adote:

começar estilo tamanho matemático 14px sen espaço 60 sinal de grau igual a numerador raiz quadrada de 3 sobre denominador 2 fim da fração quase igual 0 vírgula 86 ponto e vírgula espaço cos espaço 60 sinal de grau igual a 1 meio fim do estilo

a) A partir da leitura do gráfico, quando a ddp é 6 V, a intensidade da corrente elétrica é 9 A. 

Aplicando a definição de resistência elétrica:

começar estilo tamanho matemático 14px reto R espaço igual a espaço reto U sobre reto i espaço igual a espaço 6 sobre 9 fim do estilo   começar estilo tamanho matemático 14px então espaço reto R espaço igual a espaço 2 sobre 3 espaço reto ómega maiúsculo fim do estilo

b) A potência dissipada é dada pela relação:

começar estilo tamanho matemático 14px reto P espaço igual a espaço reto i vezes reto U fim do estilo

No ponto (1):

começar estilo tamanho matemático 14px reto P com 1 subscrito espaço igual a espaço 9 vezes 0 espaço espaço espaço então espaço reto P com 1 subscrito espaço igual a espaço 0 fim do estilo

No ponto (2):

começar estilo tamanho matemático 14px reto P com 2 subscrito espaço igual a espaço 8 vezes 16 espaço espaço espaço então espaço reto P com 2 subscrito espaço igual a espaço 128 espaço reto W fim do estilo

No ponto (3):

começar estilo tamanho matemático 14px reto P com 3 subscrito espaço igual a espaço 0 vezes 21 espaço espaço espaço então espaço reto P com 3 subscrito espaço igual a espaço 0 fim do estilo

Dessa forma, o ponto (2) corresponde à maior potência fornecida ao resistor.

b) Na situação (1), a radiação incide perpendicularmente à área do painel:

começar estilo tamanho matemático 14px reto I espaço igual a espaço reto P sobre reto A fim do estilo   começar estilo tamanho matemático 14px então espaço reto P com 1 subscrito espaço igual a espaço reto I vezes reto A fim do estilo

Na situação (2), como a radiação incide formando um ângulo de 30° com a direção perpendicular à superfície do painel, a área “útil” A2, que é a projeção da área na direção perpendicular à direção de incidência dos raios, pode assim ser obtida:

começar estilo tamanho matemático 14px reto A com 2 subscrito espaço igual a espaço reto A vezes cos espaço 30 sinal de grau fim do estilo   começar estilo tamanho matemático 14px então espaço reto A com 2 subscrito espaço igual a espaço reto A vezes 0 vírgula 86 fim do estilo

Portanto, a potência P2 vale:

começar estilo tamanho matemático 14px reto P com 2 subscrito espaço igual a espaço reto I vezes reto A vezes 0 vírgula 86 fim do estilo

Finalmente,

começar estilo tamanho matemático 14px reto P com 2 subscrito espaço igual a espaço 0 vírgula 86 vezes reto P com 1 subscrito fim do estilo

Obs.: observamos falta de precisão na representação do amperímetro na figura, que sugere uma ligação em paralelo com o resistor, quando o correto seria que ele fosse ligado em série.