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Como é gerada a energia solar?

Publicado por 
novaescola
Objetivo(s) 

- Compreender como funciona a célula solar
- Entender conceitos de onda eletromagnética
- Explicar as vantagens e desvantagens da energia solar

Conteúdo(s) 

 

 

Ano(s) 
Tempo estimado 
Uma aula
Desenvolvimento 
1ª etapa 

Questione os alunos sobre os rumos da sociedade em relação ao futuro da energia elétrica. Relembre que as usinas hidrelétricas são a principal fonte energética no Brasil e levante discussões sobre as novas unidades que estão sendo construídas, como Belo Monte. Não se atenha muito sobre ser a favor ou contra sua construção e foque no mote da aula. Encaminhe os diálogos questionando os alunos sobre fontes alternativas, como a energia maremotriz (vinda das marés), termonuclear, solar e eólica. Estas duas últimas seriam as principais opções, pois causam menor dano ambiental, aproveitando algo disponível na natureza em abundância e de graça. Entretanto, ambas têm inúmeras limitações e altos custos, que inviabilizam seu emprego como fonte única em grandes cidades. Aproveite o gancho e diga aos alunos que a aula será sobre a célula fotovoltaica, também chamada de célula solar, uma das responsáveis pela geração de energia a partir da luz do Sol.

Mesmo depois de 130 anos da construção da primeira célula, o aproveitamento desse tipo de energia é muito pequeno, se comparado à quantidade de luz que chega à Terra. Um painel solar transforma em eletricidade entre 10 e 20% da energia incidente. Isso significa que 1000W coletados em um painel de 1m² se transformaraem em, no máximo, 200W de potência útil. Isso seria suficiente para ligar apenas um computador portátil. Contudo, o grande limitador para o uso desse tipo de energia não é a baixa eficiência e sim a ausência da fonte primária, o Sol, durante o período noturno. Nesse contexto, os cientistas trabalham duro para criar novos tipos de células e baterias.

Antes de destrinchar sobre o funcionamento da célula fotovoltaica, provoque a curiosidade dos alunos através de exemplos de aplicação dos painéis solares. Neste momento leia com a turma cópias da reportagem "Avião solar chega a Washington após cruzar os EUA."

2ª etapa 

Despertada a curiosidade pelo tema, agora é o momento da explicação. Para que haja coerência e compreensão dos alunos, eles vão ter que encarar as ondas eletromagnéticas de forma diferente do usual: além dos campos elétricos e magnéticos, ela é composta também por uma partícula chamada fóton, que se comporta ora como onda, ora como matéria. O caráter dual desse tipo de radiação permite alguns belos fenômenos naturais como a formação da calda dos cometas e das auroras boreais (entenda melhor essa relação no plano de aula "Dualidade Onda-partícula").

Após esclarecer esse conceito, explique que uma célula fotovoltaica é composta basicamente por duas camadas de um semicondutor (material que conduz eletricidade em condições específicas): uma camada P positiva (devido a algumas lacunas de elétrons na sua última camada) e outra camada N negativa (devido ao excesso de elétrons na estrutura molecular). Entre as camadas há uma membrana de junção.

O processo ocorre da seguinte maneira: quando há incidência de luz na camada P, os fótons interagem com os elétrons da superfície, forçando-os a migrar para a camada N. Em outras palavras, devido ao choque com a onda de luz, os elétrons partem da camada P em direção à N.

Incidência da luz sobre célula solar

Esses elétrons forçados a migrar para a camada N promovem um campo elétrico que será o estímulo para a corrente elétrica surgir assim que houver um caminho para retornar à camada P. O próximo passo é fazer uma conexão através de fios condutores entre as camadas, para distribuir a energia ali gerada. Um painel solar nada mais é que uma composição de inúmeras células fotovoltaicas.

3ª etapa 

Explicado o funcionamento dos painéis solares, discuta com os alunos sobre sua utilização em larga escala. Proponha o seguinte exercício: considerando-se a potência dos eletrodomésticos abaixo e que cada metro quadrado de painel pode gerar até 200W de potência elétrica, qual seria a área de painéis solares necessária para abastecer sua casa?

 

Tabela com potências dos eletrodomésticos mais comuns nas residências. Imagem: Produção NOVA ESCOLA /></div><br />
<p>Para fazer essa conta, basta listar os eletrodomésticos e multiplica-los pela potência mostrada acima. Em seguida, é necessário fazer uma regra de três para descobrir qual a área em metros quadrados para sustentar sua casa no horário de pico.  A fórmula para esse cálculo seria:</p><br />
<p><i>Área (m2) = (Soma dos Números de aparelhos x sua potência) / 200</i></p><br />
<p>Certamente, a área do painel supera a da própria casa. Esse é um dos fatores que inviabilizam o emprego desse tipo de recurso em larga escala. Discuta com os alunos os resultados e estimule-os a buscar, no futuro, soluções para a baixa eficiência das células solares.</p><br />
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Avaliação 

Retome os objetivos propostos no início do trabalho e verifique se a turma entendeu o funcionamento de uma célula solar. A participação do aluno é o principal elemento de avaliação. Outra atividade possível é propor um trabalho para ser entregue em uma aula seguinte, baseado na investigação da potencia média de todos os aparelhos que estejam em funcionamento no horário de pico da casa onde moram.

Autor Nova Escola

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