Como
é gerada a energia solar?
Aproveite o tema da sustentabilidade
para discutir com a turma o funcionamento das células responsáveis por capturar
a energia proveniente da luz do Sol
Objetivos
- Compreender como funciona a célula
solar
- Entender conceitos de onda
eletromagnética
- Explicar as vantagens e desvantagens
da energia solar
Conteúdos
- Ondas: abordagem de sua natureza e
seus efeitos
- Eletricidade: geração e utilização
Tempo estimado Uma aula
Anos Ensino Médio
Materiais necessários
- Cópias da reportagem: "Avião solar chega a Washington após cruzar os EUA",
publicada no site de Veja
Leia
mais
Desenvolvimento
1ª etapa
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.
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?
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.
Ilton
Miyazato Professor de Física do Colégio Exatus, em São Paulo (SP).
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