Compreender a radiação solar é essencial para áreas como meteorologia, geografia, engenharia ambiental e energia renovável, pois ela influencia diretamente a temperatura global, a formação de nuvens e o aproveitamento energético por meio de painéis solares.
O que é radiação solar?
Radiação solar é a energia eletromagnética emitida pelo Sol que alcança a Terra, sendo composta por luz visível, infravermelho e ultravioleta.
Essa radiação atravessa a atmosfera e interage com gases, partículas e nuvens antes de atingir o solo, sofrendo absorção, espalhamento ou reflexão segundo condições locais.
Por exemplo, num dia claro de verão, a intensidade da radiação que atinge uma superfície horizontal pode ultrapassar 1.000 W/m² em pico, mas nuvens ou poluição podem reduzir isso pela metade ou mais.
Convém destacar três componentes principais da radiação solar que usa-se em medição:
- radiação direta (vinda diretamente do disco solar);
- radiação difusa (dispersa pela atmosfera);
- radiação refletida (retornada pelo solo ou objeto).
Dependendo da inclinação de um painel ou da orientação de uma superfície, cada componente pode contribuir de modo distinto à energia recebida.
Como a radiação solar se propaga e atenua
Quando os raios solares saem da superfície do Sol, percorrem o espaço e penetram na atmosfera terrestre.
Ao atravessarem camadas de ar, vapor d’água, ozônio e aerossóis, parte da radiação se absorve ou dispersa. Isso reduz a intensidade que chega ao solo.
Isso significa que a radiação solar no solo é sempre menor do que aquela existente fora da atmosfera.
Além disso, o ângulo de incidência muda ao longo do dia e das estações do ano: quando o Sol está mais alto no céu (meio-dia local), a incidência é mais direta e o caminho pela atmosfera é menor, favorecendo maior intensidade.
Já no amanhecer ou entardecer, o caminho é maior e a intensidade reduzida.
Unidades e medidas comuns
A radiação solar é expressa em Watt por metro quadrado (W/m²) ao considerar uma irradiância instantânea. Ou Wh/m² (watt-hora por metro quadrado) para integração ao longo do tempo (por exemplo, por dia).
Em muitos atlas solarimétricos brasileiros, os valores são em kWh/m² · dia. O que indica quantos quilowatt-horas por metro quadrado são incidentes em média por dia. Por exemplo, o Brasil apresenta médias que giram em torno de 5,1 kWh/m²·dia em muitos locais.
O que foram as explosões solares e o aumento da radiação solar em maio?
A Nasa, agência espacial americana, divulgou que as explosões solares serão mais forte neste mês de maio. Segundo a agência, é o ápice de um ciclo que costuma durar 11 anos, mas podem variar para menos ou mais, chegando a 9 e 14 anos, respectivamente.
(Fonte: Nasa)
Os pesquisadores estimam que o ciclo atual iniciou em meados de 2008 e provavelmente irá ocorrer até 2018.
Com o intuito de exibir o funcionamento do fenômeno, a explosão que aconteceu na última quarta-feira, dia 1 de maio, foi gravada pelo Observatório de Dinâmica Solar (SDO). Veja a notícia no G1.
Para falar sobre radiação solar e essas explosões, a equipe do Comunitexto convidou Ercília Torres, doutora em Ecologia pela Universidade de Brasília (UnB), professora e pesquisadora do Departamento de Geografia da UnB e autora do livro Climatologia fácil, que possui um capítulo dedicado a esses fenômenos. Confira!
Comunitexto (CT): Em seu livro, é mencionado que a incidência de radiação solar varia entre diferentes pontos da Terra e diferentes dias. A senhora pode explicar um pouco mais sobre isso?
Ercília Torres (ET): A energia solar não é distribuída igualmente sobre a Terra. Essa distribuição desigual é responsável pelas correntes oceânicas e pelos ventos que, transportando calor dos trópicos para os polos, procuram atingir um balanço de energia.
As causas da distribuição desigual, temporal e espacial residem nos movimentos da Terra em relação ao Sol e também em variações na superfície da Terra. A Terra tem dois movimentos principais: rotação e translação. A rotação em torno de seu eixo é responsável pelo ciclo dia-noite, e a translação se refere ao movimento da Terra em sua órbita elíptica em torno do Sol. A posição mais próxima ao Sol, o periélio (147 × 106 km), é atingida aproximadamente em 3 de janeiro e o ponto mais distante, o afélio (152 × 106 km), em aproximadamente 4 de julho. As variações na radiação solar recebida em função da distância Terra-Sol são pequenas.
As estações são causadas pela inclinação do eixo de rotação da Terra em relação à perpendicular ao plano definido pela órbita do planeta (plano da eclíptica). Essa inclinação faz com que a orientação da Terra em relação ao Sol mude continuamente enquanto a Terra gira em torno do Sol. O Hemisfério Sul se inclina para longe do Sol durante o nosso inverno e em direção ao Sol durante o nosso verão. Isso significa que a altura do Sol, o ângulo de elevação do Sol acima do horizonte, para uma dada hora do dia (por exemplo, meio dia) varia no decorrer do ano. No hemisfério de verão, as alturas do Sol são maiores, os dias mais longos e há mais radiação solar. No hemisfério de inverno, as alturas do Sol são menores, os dias mais curtos e há menos radiação solar.
A quantidade total de radiação solar recebida depende não apenas da duração do dia como também da altura do Sol. Como a Terra é curva, a altura do Sol varia com a latitude. A altura do Sol influencia a intensidade de radiação solar de duas maneiras. Primeiro, quando os raios solares atingem a Terra verticalmente, eles são mais concentrados. Quando menor a altura solar, mais espalhada e menos intensa a radiação. Segundo, a altura do sol influencia a interação da radiação solar com atmosfera. Se a altura do sol decresce, o percurso dos raios solares através da atmosfera cresce e a radiação solar sofre maior atenuação, o que reduz sua intensidade na superfície.
CT: A senhora também aborda a veracidade que existe por trás do dito popular: “pôr do sol avermelhado é sinal de bom tempo no dia seguinte”. Como foi o processo de comprovação científica deste fato?
ET: Isso tem a ver com o espectro da radiação solar que é um tipo de radiação eletromagnética. A luz solar, parte visível da radiação solar, é composta por diferentes ondas ou faixas que são cores do arco-íris, do azul ao laranja, passando pelo verde e pelo amarelo. Ao longo de todo o percurso do Sol, a nossa atmosfera pode mudar de coloração. Cada cor (ou faixa, ou onda) possui um comprimento de onda exato; assim, quando o Sol não chega a estar a mais de 5 graus acima do horizonte, a intensidade da luz vermelha é de 66% e a da luz azul é de 2%.
Mas isso só é verdade se nada perturbar a dispersão das luzes. Como o ar contém vapor de água, quanto mais rica for a atmosfera em umidade absoluta, mais esta vai dispersar as cores em todas as direções. Como consequência, quando a umidade está elevada, o céu torna-se branco acinzentado. Ao contrário, a difusão da luz vermelha é mais perceptível quando o ar está mais seco. Ver um céu vermelho ao pôr do sol prova bem que a massa de ar está límpida e seca, e a probabilidade de chover é baixa.
CT: O balanço de radiação da superfície terrestre governa o aquecimento e o resfriamento do ar e condiciona a sua temperatura. Como isso ocorre?
ET: “Balanço” é a contabilização entre a entrada e a saída de elementos de um sistema. Os principais componentes para o balanço de radiação no sistema terrestre são: superfície, atmosfera e nuvens. Quando a saída de energia é maior que a entrada, dizemos que o balanço está negativo e há pouco calor disponível para aquecer o ar, como ocorre nos polos. Já quando o balanço está positivo, ou seja, a entrada de energia é maior que a saída, há calor disponível para o aquecimento do ar, determinando temperaturas elevadas, como ocorre nos trópicos.
CT: Qual a importância da radiação solar para o planeta Terra, além de mantê-lo aquecido?
ET: A radiação solar é um dos principais fatores que assegura a vida na Terra. A radiação solar que chega à Terra é a fonte de energia necessária para praticamente toda a vida e os movimentos atmosféricos de nosso planeta.
CT: Quando ocorrem tempestades solares, o nível de radiação solar na terra é alterado?
ET: As características mais claras da variabilidade solar são as mudanças com o tempo no número de manchas solares vistas na metade visível do Sol (Stuiver e Quay, 1980). Os registros observados do número de manchas solares mostram um ciclo regular médio da atividade solar próximo dos 11 anos.
Não existe ainda uma explicação física completa para a observação do ciclo solar (Eddy, 1976). Modernas teorias atribuem as características periódicas das manchas solares à existência de um dínamo solar em que a convecção e a rotação diferencial da superfície interagem para amplificar e manter um assumido campo magnético inicial (Leighton, 1969). Modelos de dínamo são bem sucedidos na reprodução de certas características do ciclo de 11 anos, mas ainda não é possível explicar a variação de amplitude nas épocas de máximo e de outras mudanças características de longo período (Eddy, 1976).
Através dessa relação inversa entre os radionuclídeos cosmogênicos e a atividade solar, acredita-se que nos últimos mil anos o Sol apresentou algumas épocas em que estava bastante ativo e outras em que sua atividade era baixa. Essas épocas são chamadas de grandes máximos e mínimos da atividade solar.
Tempestades solares acontecem o tempo todo. Mas, durante 2012 e 2013, espera-se que tanto a frequência quanto a intensidade desses acontecimentos aumentem. A explicação recai no ciclo das manchas solares explicado acima. A verdade é que, apesar de serem causadas por erupções fortes na superfície do Sol, o possível efeito delas na Terra tem pouco a ver com o aumento de temperatura. Para que isso ocorra, outras variáveis devem estar presentes.
CT: Essas tempestades solares podem ter efeitos adversos no planeta (em objetos ou seres vivos)?
ET: Quando a energia liberada por essas explosões chega na Terra, ela interage com seu campo magnético, causando uma tempestade eletromagnética. Esse fenômeno, por sua vez, aumenta a corrente de todos os aparelhos que usam circuitos elétricos, danificando-os, já que eles não teriam resistência suficiente para suportar tanta energia.
No passado, períodos de máxima solar já causaram alguns blecautes, estouraram transformadores e até queimaram a fiação de uma rede de telégrafos. Isso em épocas nas quais não dependíamos tanto de eletrônicos. Imagine se alguns satélites de comunicação fossem simplesmente destruídos hoje e ficássemos sem internet, telefone, televisão etc.
Vale lembrar que existe mais um risco na próxima máxima solar: aviões viajando entre a Ásia e a América do Norte hoje percorrem o Polo Norte, coisa que não acontecia anos atrás. Eles fazem isso para economizar tempo e combustível, mas o problema é que, durante tempestades solares, os polos da Terra são as áreas que mais recebem energia, e toda essa carga elétrica pode interferir nos sistemas de navegação e de comunicação das aeronaves. (Resposta adaptada da Revista Galileu.)
Para que serve um medidor de radiação solar?
Um medidor de radiação solar (como piranômetro ou pirheliómetro) serve para quantificar precisamente a irradiação que incide sobre uma superfície específica, fornecendo dados essenciais para:
- dimensionamento de sistemas solares;
- estudos climáticos;
- monitoramento energético.
Ao instalar um medidor no local exato de interesse, engenheiros podem saber, por exemplo, quanto de energia solar um painel receberá naquele ponto — essa informação é vital para calcular o retorno do investimento em placas fotovoltaicas.
Além disso, medições reais ajudam a validar dados teóricos ou modelos simulados.
Tipos de sensores e instrumentos
Os dispositivos mais comuns incluem:
- piranômetro: mede a irradiância global incidente numa superfície horizontal, combinando radiação direta e difusa;
- pireliômetro: mede a componente direta da radiação solar, exigindo rastreamento para seguir o Sol;
- radiômetros espectrais: capazes de decompor a radiação por comprimento de onda, úteis em pesquisas mais avançadas.
Esses instrumentos costumam ter janelas de vidro com filtros para eliminar pedras soltas, além de calibrar de forma periódica para garantir precisão.
Desafios na medição local
Nem sempre os medidores trazem dados perfeitos: sombreamento local, poeira, orientação inadequada ou mau alinhamento podem introduzir erros.
Por isso, ao comparar leituras de campo com dados de atlas ou modelos, é comum haver discrepâncias. Algumas localidades usam modelos ajustados com informações satelitais para complementar as medições in loco.
Os níveis de radiação solar são constantes?
Os níveis de radiação solar não são constantes: eles variam conforme hora do dia, estação do ano, condições atmosféricas e latitude.
Mesmo num dia ensolarado, a intensidade muda desde o amanhecer (quando é baixa) até o meio-dia solar (pico) e depois decai até o pôr do sol.
Por exemplo, uma medição pode registrar 200 W/m² às 8h, subir para 900 W/m² ao meio-dia e cair para 150 W/m² ao entardecer.
Variações diurnas e sazonais
Durante o dia, a inclinação do Sol determina o trecho de atmosfera, modificando a atenuação.
Já entre estações, o movimento orbital da Terra faz com que, no verão, o Sol fique mais alto no céu. Isso aumenta a intensidade média diária, enquanto no inverno esse valor diminui.
Além disso, em regiões tropicais com estações secas e chuvosas, a variação entre meses pode ser grande. Em alguns projetos solares no Brasil, observou-se diferenças significativas entre meses úmidos e secos.
Fatores climáticos e atmosféricos
A nebulosidade é um dos maiores moduladores da radiação solar: nuvens densas podem reduzir drasticamente a intensidade, mesmo em pleno dia. Poluição, poeira, fumaça e vapor d’água também interferem.
Outra variação importante advém dos aerosóis e partículas na atmosfera. Pois em épocas de queimadas ou seca intensa, a radiação pode ser menor do que em períodos de ar limpo.
Estabilidade e previsibilidade
Embora não constante, os padrões regionais de radiação têm certa previsibilidade ao longo dos anos. Por isso, os atlas solares usam médias de longo prazo (várias décadas) para suavizar meses atípicos e gerar valores confiáveis para planejamento.
Qual obra ler sobre o assunto?
O ensino de climatologia pode parecer difícil. Mas explicar os fenômenos climáticos para os alunos interessados em conhecer mais sobre esses fatores que tanto afetam o mundo pode se tornar uma tarefa simples, bastando o uso de um livro didático e explicativo.
Pensando nesses professores e pesquisadores, a autora Ercília Torres lançou a obra Climatologia fácil, que traz respostas para as perguntas mais frequentes nas salas de aula e permite a compreensão de fenômenos como El Niño, furacões, tornados e outros exemplos do dia a dia.
