(Originais Teachy 2023) - Questão Média de Energia Sustentável

A usina hidrelétrica é uma instalação projetada para a geração controlada de energia a partir do potencial de energia da água. Considere um cenário em que uma usina hidrelétrica utiliza um reservatório de grande volume para armazenar água que será liberada gradualmente para impulsionar as turbinas e gerar eletricidade. Qual é o principal processo físico que ocorre nas turbinas da usina hidrelétrica para que a energia potencial da água armazenada no reservatório seja convertida em energia elétrica?

A energia solar é uma fonte limpa e renovável que pode ser utilizada para gerar eletricidade. Um dos dispositivos mais comuns para a conversão de energia solar em energia elétrica é o painel fotovoltaico, que utiliza o efeito fotovoltaico para produzir uma corrente contínua. Em um dia ensolarado, um painel fotovoltaico com uma área de 1 metro quadrado e eficiência de 20% pode produzir aproximadamente quantos watts de potência? Considere a potência radiante típica da luz solar incidente na Terra, que é de aproximadamente 1000 watts por metro quadrado.

Um grupo de alunos do ensino médio está desenvolvendo um projeto prático para a Feira de Ciências de sua escola, com foco em energias sustentáveis. Eles decidem apresentar um protótipo de aquecedor solar que pode ser facilmente construído com materiais acessíveis. Como parte da preparação para a apresentação, eles devem considerar a eficiência do aquecedor em diferentes cenários de uso. Considerando os princípios básicos da energia sustentável e a importância de maximizar a eficiência na conversão de energia solar em calor, qual fator deve ser priorizado na otimização do projeto apresentado, de modo a garantir que o aquecedor funcione de maneira mais eficiente possível, sem aumentar significativamente seu custo de produção?

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?