PRÁTICA DE ENSINO DE FÍSICA MODERNA
Como funcionam os painéis de placas solares?
Para que as placas solares produzam realmente energia é preciso que duas etapas muito importantes ocorram. A primeira diz respeito a incidência da luz sobre as placas e a segunda ao processo que ocorre no seu interior, relacionado ao tipo de material utilizado na construção das placas solares.
Para compreender melhor como tudo isso acontece vamos separar os nossos estudos em dois tópicos principais que serão discutidos na sequência.
Tópico 1 - Incidência da luz nas células solares
A célula solar ou célula fotovoltaica, como também é conhecida, é o principal elemento para a transformação da radiação eletromagnética (1) em energia elétrica. Essa célula é um dispositivo semicondutor (2) que produz corrente elétrica quando exposta a luz [2].
O dispositivo semicondutor citado possui uma banda de valência e a banda de condução.
As ondas eletromagnéticas são formadas a partir da combinação de campos elétricos (3) e magnéticos (4), perpendiculares entre si, que propagam-se a 300 000 000 m/s, entretanto na propagação em meios materiais a velocidade se torna menor.
(1) Radiação eletromagnética é emitida por qualquer corpo que possua temperatura acima do zero absoluto. Ela não necessita de um meio material para se propagar, e, no vácuo, sua velocidade é de 300 000 km/s, podendo transportar energia. Note que esse valor é equivalente ao da velocidade da luz, que também é uma radiação [1].
(2) Semicondutores são materiais que não conduzem corrente elétrica a baixas temperaturas, entretanto, a medida que a temperatura se eleva sua condutividade aumenta.
(3) Campo elétrico é a região do entorno de uma carga, que pode ser positiva ou negativa, onde ao se aproximar um corpo eletrizado, este fica sujeito a uma força elétrica.
(4) O campo magnético é encontrado no entorno de materiais com correntes elétricas e são detectados pela força que exercem sobre materiais magnéticos ou cargas elétricas em movimento. Possui tanto uma direção quanto uma magnitude (ou força), sendo um campo vetorial.
É importante destacar que não existe um único tipo de onda eletromagnética. São exemplos a luz visível, as micro ondas, ondas de rádio, radiação infravermelha, ultravioleta, raios X e raios gama, sendo que cada uma apresenta uma frequência de emissão com comprimento de onda característico, o que pode ser observado através do espectro eletromagnético, na Figura 01.
Figura 01: Representação do espectro eletromagnético da luz.
Fonte: http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/o-que-sao-ondas-eletromagneticas.htm
Como pode se perceber ao analisar o especto eletromagnético, a luz visível constitui apenas uma pequena parte de todo o espectro existente, de maneira que também interagimos cotidianamente com outras radiações sem que percebamos. Se você quiser conhecer mais detalhes da radiação eletromagnética acesse:
Agora vamos considerar algumas interações das radiações eletromagnéticas com a matéria. Quando, por exemplo, a luz vermelha, que possui uma baixa frequência (5),
(5) Frequência, quado relacionada a física, representa uma grandeza que indica o número de ocorrências para um dado evento em determinado período de tempo.
interage com determinado material, ela é capaz de extrair os elétrons ali presentes, para que sejam ejetados destes material, porém com baixa velocidade. Quando a intensidade dessa luz é aumentada, mais elétrons são ejetados.
Considerando agora a interação da luz azul, com frequência maior que a anterior, com o mesmo material, há uma movimentação mais rápida dos elétrons. Este fenômeno pode ser explicado devido a esta faixa de frequência possuir maior energia. Assim, podemos concluir que quanto maior a frequência da radiação maior será a energia que ela fornece a matéria.
Ao ler o texto anterior fica clara a existência de uma relação determinada entre energia E , que é a energia de cada fóton (6), e a frequência f. Esta associação foi expressa por Max Planck, através da seguinte relação [1]:
E = h f ,
(6)Fóton é uma partícula elementar mediadora da força eletromagnética.
onde h é a constante de Planck.
Além da relação determinada por Planck é importante sabermos que existe uma relação entre o comprimento da onda e a frequência λ que é expressa por [1]:
λ=c/f,
onde c é a velocidade da luz no vácuo, que é de 300 000 000 m/s.
No próximo capítulo vamos dar continuidade com o Tópico 2 sobre o funcionamento das placas solares. Clique na seta para continuar.