Física1ª sérieBNCC EM13CNT106Difícil⏱ longo

Uma residência necessita de energia média E_daily = 12,0 kWh/dia e potência de pico P_pico = 3,50 kW…

Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva

Habilidade BNCC EM13CNT106

Avaliar, com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais, tecnologias e possíveis soluções para as demandas que envolvem a geração, o transporte, a distribuição e o consumo de energia elétrica, considerando a disponibilidade de recursos, a eficiência energética, a relação custo/benefício, as características geográficas e ambientais, a produção de resíduos e os impactos socioambientais e culturais.

Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).

Questão

Uma residência necessita de energia média E_daily = 12,0 kWh/dia e potência de pico P_pico = 3,50 kW. Pretende-se suprir exclusivamente com painéis fotovoltaicos e banco de baterias. Dados: painel nominal P_pan = 330 W, irradiância efetiva h = 5,0 h/dia, eficiência do sistema ?_sis = 0,75 (perdas em cabos e inversor não consideradas aqui), inversor com eficiência ?_inv = 0,92, bateria com eficiência ?_bat = 0,90 e profundidade máxima de descarga DOD = 0,50. a) Quantos painéis de 330 W são necessários? b) Qual a capacidade mínima do banco de baterias (em kWh) para 24 h de autonomia? Use E_pv = N·P_pan·h·?_sis; energia requerida do PV = E_daily/?_inv; capacidade bateria C tal que C·?_bat·DOD = E_daily.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Passo 1: calcular energia que o campo fotovoltaico precisa entregar por dia considerando perdas do inversor: E_req = E_daily / ?_inv = 12,0 kWh / 0,92 = 13,0435 kWh/dia. Passo 2: energia gerada por um painel por dia: E_painel = P_pan·h·?_sis = 0,330 kW·5,0 h·0,75 = 1,2375 kWh/dia por painel. Passo 3: número de painéis N = E_req / E_painel = 13,0435 / 1,2375 ˜ 10,54 ? arredondar para cima = 11 painéis de 330 W. Passo 4: capacidade mínima do banco de baterias C para 24 h: exigir que energia útil disponível C·?_bat·DOD = E_daily ? C = E_daily / (?_bat·DOD) = 12,0 kWh / (0,90·0,50) = 12,0 / 0,45 = 26,666... kWh ? adotar C ˜ 26,7 kWh. Observações: verificar se P_pico = 3,50 kW é atendida pelo inversor e pela corrente de pico dos painéis; projetar margem para perdas e comportamento em dias nublados (não tratado aqui).

Explicação

A solução envolve calcular a energia que o sistema fotovoltaico deve fornecer considerando as perdas do inversor, o que resulta em uma demanda maior de energia. Em seguida, determina-se quantos painéis são necessários para atender essa demanda diária, levando em conta a eficiência do sistema. Por fim, a capacidade do banco de baterias é calculada para garantir a autonomia necessária, considerando a eficiência da bateria e a profundidade de descarga.

Raio-X da questão

Dificuldade Difícil

Bloom Criar

Leitura alto

Discriminação alto

Peso pedagógico alto

Autonomia do enunciado completo

Cobertura da habilidade multipla

🧪 Simulado🩺 Diagnóstico🧮 Exige cálculo🏠 Cotidiano🔗 Interdisciplinar⭐ Representativa✍️ calculativa🧩 desafio

🎯 Conceito central

energia solar fotovoltaica

📌 Objetivo

avaliacao

🧱 Pré-requisitos

cálculo de energia elétrica · eficiência de sistemas

📚 Reveja

Revisar cálculos de energia e eficiência em sistemas fotovoltaicos.

⚠️ Erro mais comum

O aluno pode confundir a eficiência do sistema com a potência dos painéis, levando a um cálculo incorreto da quantidade de painéis necessários.

🌎 Tema transversal

ciencia_tecnologia

🤝 Socioemocional

pensamento_critico

🏫 Contexto

cientifico

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