Física1ª sérieBNCC EM13CNT106Difícil⏱ longo

(DISSERTATIVA Dif.3) Dimensione um sistema fotovoltaico com armazenamento para atender uma escola rural com…

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

(DISSERTATIVA Dif.3) Dimensione um sistema fotovoltaico com armazenamento para atender uma escola rural com consumo diário E_daily = 200 kWh. Dados: irradiância média G = 5,00 kWh·m?²·dia?¹; painel elétrico rendimento ?_pv = 17,0%; rendimento do inversor ?_inv = 0,95; eficiência do banco de baterias ?_bat = 0,85; profundidade máxima de descarga DoD = 0,80; tensão do banco V_b = 48,0 V; a carga crítica que deve ser suportada por baterias em falta de rede é P_crit = 20,0 kW por t_autonomia = 6,00 h. Dimensione: (a) área total de painéis A_pv (m²); (b) capacidade de armazenamento requerida em Ah (V_b) considerando ?_bat e DoD; (c) potência mínima do grupo gerador para suporte de pico com margem de 25%. Use fórmulas e apresente cálculos.

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

Resposta esperada

Modelo de resposta (passos e cálculos): 1) Energia gerada por m² por dia: E_m² = G·?_pv = 5,00 kWh·m?²·dia?¹ · 0,17 = 0,85 kWh·m?²·dia?¹. 2) Considerando rendimento do inversor, energia útil por m²: E_útil_m² = E_m²·?_inv = 0,85·0,95 = 0,8075 kWh·m?²·dia?¹. 3) Área de painéis necessária: A_pv = E_daily / E_útil_m² = 200 kWh / 0,8075 kWh·m?² ˜ 247,6 m² ? adotar ˜ 248 m². 4) Energia que as baterias devem fornecer à carga crítica: E_crit = P_crit·t_autonomia = 20,0 kW·6,00 h = 120 kWh. 5) Considerar perdas do banco (eficiência) e DoD: energia armazenada necessária E_bat = E_crit / (DoD·?_bat) = 120 / (0,80·0,85) = 120 / 0,68 ˜ 176,47 kWh. 6) Converter para capacidade em Ah ao V_b = 48,0 V: C_Ah = (E_bat·1000) / V_b = (176,470 Wh) / 48 V ˜ 3676,5 Ah ? adotar ˜ 3700 Ah (48 V). 7) Potência do grupo gerador para suporte de pico: potência de pico = P_crit = 20,0 kW. Com margem de 25% ? P_genset = 1,25·20,0 kW = 25,0 kW. Recomendar gerador com potência nominal = 25 kW. Observações finais: apresentar as fórmulas usadas (E_m² = G·?_pv; A_pv = E_daily/(E_m²·?_inv); E_bat = E_crit/(DoD·?_bat); C_Ah = E_bat·1000/V_b) e arredondar para componentes comerciais: painéis com área total ˜ 248 m², banco ˜ 48 V · 3700 Ah (˜176 kWh útil sob especificações) e gerador ˜ 25 kW para cobertura de pico e recarga.

Explicação

O cálculo da área de painéis solares considera a energia gerada por metro quadrado, ajustada pela eficiência do inversor, garantindo que a energia total necessária seja atendida. A capacidade de armazenamento é determinada levando em conta a energia crítica necessária, as perdas do sistema e a profundidade de descarga das baterias, convertendo essa energia em ampères-hora. Por fim, a potência do gerador é dimensionada para suportar a carga crítica com uma margem de segurança, assegurando que o sistema funcione adequadamente durante a falta de energia.

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

sistema fotovoltaico

📌 Objetivo

avaliacao

🧱 Pré-requisitos

cálculo de energia elétrica · dimensionamento de sistemas

📚 Reveja

Revisar os conceitos de dimensionamento de sistemas fotovoltaicos e armazenamento de energia.

⚠️ Erro mais comum

O aluno pode confundir a eficiência dos componentes do sistema, resultando em um cálculo incorreto da área dos painéis ou da capacidade de armazenamento.

🌎 Tema transversal

ciencia_tecnologia

🤝 Socioemocional

pensamento_critico

🏫 Contexto

cientifico

Questões parecidas com resolução

Todas as questões de Geração e Consumo de Energia Elétrica

🔎 Procurar outra questão

Procure no banco do GeraProva pelo tema ou por um trecho do enunciado. Cada questão já vem com resolução comentada e a análise de cada alternativa.

Professor: monte a prova com questões como esta, com gabarito e folha de respostas, em 30 segundos. Ver planos · Blog