JOSÉ RICARDO PATRÍCIO DA SILVA SOUZA Dissertação de ... · tecnologia que os cerca, na área...
115
ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA: Conceitos e Aplicações para o Ensino Médio JOSÉ RICARDO PATRÍCIO DA SILVA SOUZA Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação da Universidade Federal do Pará no Curso de Mestrado Profissional de Ensino de Física (MNPEF), como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Ensino de Física. Orientador: Professor Dr. Antonio Maia de Jesus Chaves Neto Belém-Pará Agosto-2016
Transcript of JOSÉ RICARDO PATRÍCIO DA SILVA SOUZA Dissertação de ... · tecnologia que os cerca, na área...
ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA: Conceitos e Aplicações para o
Ensino Médio
JOSÉ RICARDO PATRÍCIO DA SILVA SOUZA
Dissertação de Mestrado apresentada ao
Programa de Pós-Graduação da Universidade
Federal do Pará no Curso de Mestrado
Profissional de Ensino de Física (MNPEF), como
parte dos requisitos necessários à obtenção do
título de Mestre em Ensino de Física.
Orientador: Professor Dr. Antonio Maia de Jesus
Chaves Neto
Belém-Pará
Agosto-2016
2
3
4
ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA: Conceitos e Aplicações para o
Ensino Médio
JOSÉ RICARDO PATRÍCIO DA SILVA SOUZA
Orientador:
Professor Dr. Antonio Maia de Jesus Chaves Neto
Dissertação de Mestrado submetida ao Programa de Pós-Graduação
em ensino de física no Curso de Mestrado Profissional de Ensino de Física
(MNPEF), como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de
Mestre em Ensino de Física.
Aprovada por: __________________________________________________
Dr. Antonio Maia de Jesus Chaves Neto (Orientador) - UFPA
__________________________________________________
Dr. João Furtado de Souza (membro interno) - UFPA
__________________________________________________
Dr. Rodrigo do Monte Gester (membro externo) - UNIFESSPA
Belém-Pará
Agosto -2016
5
FICHA CATALOGRÁFICA
S586p
Souza, José Ricardo Patrício da Silva Energia Solar Fotovoltaica: Conceitos e Aplicações para o Ensino Médio/ José Ricardo Patrício da Silva Souza - Pará: UFPA / IF, 2016. Orientador: Dr. Antonio Maia de Jesus Chaves Neto Dissertação (mestrado) – UFPA / Instituto de Física / Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física, 2016. Referências Bibliográficas:
6
Para meus filhos Rafael Rian,
André Eduardo, minha esposa
Andréia Albuquerque e minha
mãe Luzia Souza.
7
AGRADECIMENTOS
Agradeço em especial ao meu Deus.
A minha mãe Luzia Augusta da Silva Souza, pela ajuda nos momentos que
mais precisei e por ter me dado o prazer da vida e a oportunidade de estudar e
realizar meu sonho na vida profissional.
A Andréia Vanessa, a mulher da minha vida.
A meu tio professor MSc. Francisco Xavier pelo incentivo e ideias no estudo
de Energia Solar.
A UFPA pela luta para implantar o programa, em especial ao coordenador do
Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física, polo UFPA, professor Dr. João
Furtado de Souza.
Agradeço em especial ao meu orientador Professor Dr. Antonio Maia de
Jesus Chaves Neto pelo incentivo constante.
Aos professores membros da banca pelas sugestões e recomendações.
A todos os professores do programa da pós-graduação em ensino de física da
UFPA pelos ensinamentos que somaram muito para minha formação.
Aos amigos de turma do mestrado, simplesmente pela oportunidade de
conhecê-los, em especial a Ubiraci Barbosa, in memoriam.
A CAPES pelo auxílio financeiro que foi muito importante para a minha
formação.
8
RESUMO
O presente trabalho tem como objetivo principal oferecer conteúdo inovador
para o currículo do ensino de física na educação básica, levando em conta requisitos
dos Parâmetros Curriculares Nacionais (PCNs), das Leis de Diretrizes e Bases da
Educação Nacional (LDB) e de Teorias de Aprendizagens, assim como as
necessidades da sociedade em conhecer os princípios da ciência envolvidos na
tecnologia que os cerca, na área de pesquisa Física no Ensino Médio, Área de
concentração: Física na Educação Básica. Inicialmente este trabalho faz referências
aos PCNs, a LDB e a teorias de aprendizagem, em seguida buscará alguns
conceitos da física essenciais para o entendimento do tema, “Energia elétrica a partir
de painéis fotovoltaicos”, seguido de um conjunto de teorias que descrevem todo o
processo, desde o comportamento de semicondutores com a temperatura e
irradiação solar, assim como é abordado teoricamente como é realizada a dopagem
de semicondutores e junção PN até a construção de painéis solares e sua utilização
na geração de energia elétrica. Por fim apresenta-se uma proposta de ensino com
experimentos destinados para a educação básica com o objetivo de incentivar e
despertar a aprendizagem na área de energias renováveis.
Palavras-chave: Energia Solar, Fotovoltaica, Educação Básica, Conceitos,
Experimentos.
9
ABSTRACT
This work has as main objective to offer innovative content to the curriculum of
physical education in basic education, taking into account requirements of the
National Curriculum Parameters (PCNs), the Law of Guidelines and Bases of
National Education (LDB) and Learning Theories as well as the needs of society to
meet the principles of science involved in the technology that surrounds them, in
physics research in high school, area of concentration: Physical Education in
Primary. Initially this work makes references to the NCPs, the LDB and the theories
of learning, then seek some key physics concepts for the understanding of the
theme, "Electricity from photovoltaic panels," followed by a set of theories that
describe all process, from the behavior of semiconductors with temperature and solar
radiation, as is theoretically addressed as the doping of semiconductors and pn
junction is made to the construction of solar panels and their use in generating
electricity. Finally presents a teaching proposal with experiments intended for basic
education in order to encourage and awaken the learning in the area of renewable
energy.
Keywords: Solar Energy, Photovoltaics, Basic Education Concepts, Experiments.
10
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1. Ilustração de brinquedos: (a) Barata movida a energia solar e (b) Ilustração de um inseto (centopeia) movido a energia solar. ---------------------------
21
Figura 1.2. Ilustração de uma Mini Tartaruga movida a Energia Solar. -------------- 21
Figura 1.3. Ilustração de um Kit Educativo de energia solar. --------------------------- 22
Figura 1.4. Ilustração de bonecos a) Halloween que dança quando exposto a luz solar e b) Boneca que dança Hula hula, alimentada por energia solar. --------------
22
Figura 1.5. Ilustração de: a) trem que se move quando exposto a luz solar e b) Kit robótica carro solar. ---------------------------------------------------------------------------
23
Figura 1.6. Casinha ecológica. ------------------------------------------------------------------ 23
Figura 4.1. Campos de golfe abandonados se transformam em usinas de Energia Solar no Japão. --------------------------------------------------------------------------
36
Figura 4.2. Tabela de classificação periódica de elementos químicos. -------------- 36
Figura 4.3. Modelos representativos de semicondutores a temperatura de 0K. --- 39
Figura 4.4. Modelos representativos de semicondutores a temperatura acima de 0K. ------------------------------------------------------------------------------------------------------
39
Figura 4.5. Transporte de lacunas em semicondutores. ----------------------------------
40
Figura 4.6. Semicondutor dopado tipo-N. ---------------------------------------------------- 40
Figura 4.7. Modelo de bandas para semicondutor dopado com fósforo. ------------ 40
Figura 4.8. Semicondutor dopado tipo-P. ---------------------------------------------------- 42
Figura 4.9. Modelo de bandas para semicondutor dopado com Boro. --------------- 42
Figura 4.10. Formação da região de depleção. -------------------------------------------- 42
Figura 4.11. (a) Célula solar de silício monocristalino (b) Célula solar de silício policristalino. -----------------------------------------------------------------------------------------
43
Figura 4.12. Célula de filme fino, silício amorfo. -------------------------------------------- 43
Figura 4.13. Distribuição das tecnologias utilizadas na produção de células solares. ------------------------------------------------------------------------------------------------
46
11
Figura: 4.14. Potência fotovoltaica instalada no mundo entre o ano de 1996 e 2008. ---------------------------------------------------------------------------------------------------
46
Figura 4.15. Geração de pares elétron-lacuna no material semicondutor e feito de termalização. ------------------------------------------------------------------------------------
47
Figura 4.16. Esquema da técnica de homoepitaxia. -------------------------------------- 49
Figura 4.17. Esquema da técnica de Heteroepitaxia. ------------------------------------- 49
Figura 4.18. Esquema da parte interna de um Reator. ----------------------------------- 49
Figura 4.19. Esquema de uma junção PN ressaltando a concentração de lacunas nos materiais tipo n e tipo p, assim como o comportamento do campo nas duas regiões da junção. ---------------------------------------------------------------------
51
Figura 4.20. Esquema de uma Célula Solar de silício. ----------------------------------- 51
Figura: 4.21. Gráfico da corrente e Potência em função da tensão externa aplicada a célula de silício cristalino. ----------------------------------------------------------
56
Figura 4.22. Representação gráfica do comportamento da corrente e tensão, de acordo com a forma da associação: (a) associação em série (b) associação em paralelo. -----------------------------------------------------------------------------------------------
56
Figura 4.23. Esquema representativo de célula, módulo e arranjo fotovoltaicos. - 58
Figura 4.24. Módulos de Silício: (a) Policristalino, (b) Monocristalino (c) Amorfo. - 58
Figura 4.25. influência da temperatura da célula no comportamento da curva corrente x tensão, com Irradiância padrão de 1000 W/m2 e espectro AM 1,5. -----
59
Figura 4.26. influência da variação de irradiação solar no comportamento da corrente e tensão em célula de silício cristalino, a temperatura de 25 graus celsius. ------------------------------------------------------------------------------------------------
59
Figura 4.27. Representação de bateria em circuito. --------------------------------------- 62
Figura 4.28. Ilustração de um Sistema Energia Solar Fotovoltaica. ------------------ 63
Figura 4.29. Modelo simplificado de Sistema Fotovoltaico Isolado. ------------------- 65
Figura 4.30. Esquema de um Sistema Isolado. -------------------------------------------- 65
Figura 4.31. Modelo simplificado de Sistema Fotovoltaico conectado a rede. ----- 65
Figura 4.32. Esquema de medição de voltagem em circuito aberto. ----------------- 70
Figura: 4.33. Esquema de medição de voltagem de um módulo em uma série. -- 70
12
Figura: 4.34. Solarímetro Digital. --------------------------------------------------------------- 72
Figura 4.35. Medição de Corrente de Curto-Circuito em Painel Solar. --------------- 72
Figura 5.1. Demonstração do experimento sobre Energia Solar Fotovoltaica com participação dos alunos da Escola Estadual Instituto Bom Pastor: a) apresentação e b) demonstração. Fonte: Própria.----------------------------------------
74
13
LISTA DE QUADROS
Quadro 3.1. Livros didáticos de ensino médio e superior. Fonte: Adaptado: Dayane, Laena, 2016.------------------------------------------------------
31
Quadro 4.1: Ações recomendadas em caso de acidentes com ácidos de baterias. Fonte: Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos, 2014.-------
67
Quadro 5.1. Relação entre Números de alunos que participaram da palestra e a quantidade de acertos (Instituto Bom Pastor).----------------------------------------------
76
Quadro 5.2. Relação entre Números de alunos que participaram da palestra e a quantidade de acertos (IFPA-Ensino Médio/Integrado).----------------------------------
77
Quadro 5.3. Quantidades de alunos e Número de acertos.----------------------------- 78
Quadro 5.4. Relação entre Números de alunos que participaram da palestra e a quantidade de acertos (Escola Estadual Abelardo Condurú).---------------------------
79
14
LISTA DE ABREVIATURAS.
Abreviatura Nome Unidade
Ef - Energia do fóton eV
H - Constante de Planck eV/Hz
F - frequência Hz
En - Energia de n fótons eV
P - Potência W
T - Tempo S
T - Temperatura K
Ec - Energia do elétron na banda de condução eV
Ev - Energia do elétron na banda de valência eV
Eg - Energia do Gap ou Hiato eV
ED - Diferença de energia entre Ec e Ep eV
Eb - Estado de energia dentro da banda proibida, próximo de Ev eV
Ep - Estado de energia dentro da banda proibida, próximo de Ec eV
ddp - Diferença de potencial ou tensão Volt
IL - Corrente fotogerada A
Io - Corrente reversa do diodo A
N - Fator de idealidade -
Q - Carga elementar C
I - Corrente elétrica A
Rs - Resistência em série Ω
Rp - Resistência em paralelo Ω
Voc - Tensão de circuito aberto Volt
Isc - Corrente de curto-circuito A
PMP - Potência máxima ou de pico W
15
Imp - Corrente no ponto de potência máxima ou de pico A
Vmp - Tensão no ponto de potência máxima ou de pico Volt
Η - Eficiência de conversão -
A - Área da célula m2
G - Irradiância Solar Global incidente na célula W/m2
Ve - Força eletromotriz Volt
Ri - Resistência interna Ω
Vbat - Voltagem nos terminais da bateria Volt
16
SUMÁRIO
CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO ----------------------------------------------------------------
19
CAPÍTULO 2. UMA BREVE ABORDAGEM DE FREIRE, DELIZOICOV, ANGOTI E PERNAMBUCO, PCNS E LDB -----------------------------------------------
25
2.1. IMPORTÂNCIA HISTÓRICA E FILOSÓFICA DOS CIENTISTAS EXPERIMENTAIS
25
2.2. VISÃO DOS PCNS E LDB PARA O ENSINO MÉDIO.------------------ 26
2.3. FREIRE, DELIZOICOV, ANGOTI, PERNAMBUCO E A DISSERTAÇÃO. ---------------------------------------------------------------------------------
26
CAPÍTULO 3. ANÁLISE DE LIVROS DIDÁTICOS ------------------------------------
30
3.1. ENERGIA SOLAR NOS LIVROS DIDÁTICOS ATUAIS: TEM OU NÃO TEM? --------------------------------------------------------------------------------
30
3.2. ANÁLISE DOS LIVROS DIDÁTICOS DE ENSINO MÉDIO E SUPERIOR -------------------------------------------------------------------------------
31
3.3. COMENTÁRIOS GERAIS DA ANÁLISE E DISCURSÃO DAS OBRAS ESCOLHIDAS ----------------------------------------------------------------
32
CAPÍTULO 4. PROPOSTA DE INCLUSÃO DO TEMA: “ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA” NO CURRÍCULO DO ENSINO DE FÍSICA ---------------------
33
4.1. O SOL: NOSSA FONTE DE ENERGIA INESGOTÁVEL --------------- 33
4.2. CONCEITOS ESSENCIAIS PARA ENTENDIMENTO DO TEMA “ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA” --------------------------------------------
34
4.2.1. Quantização de Max Planck e suas consequências ------ 34
4.2.2. Semicondutores e tabela periódica de classificação ---- 35
4.2.3. Semicondutor intrínseco (puro) --------------------------------- 37
4.2.4. Semicondutores extrínsecos ------------------------------------- 38
4.2.4.1. Semicondutor dopado - N (tipo N) --------------------- 38
17
4.2.4.2. Semicondutor dopado - P (tipo P) ---------------------- 41
4.2.5. Junção PN -------------------------------------------------------------- 41
4.3. A PROPOSTA: ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA NO ENSINO DE FÍSICA --------------------------------------------------------------------------------
44
4.3.1. Breve histórico da Energia Solar no mundo e perspectivas comerciais ---------------------------------------------------
44
4.3.2. O Semicondutor: Silício -------------------------------------------- 47
4.3.3. Breve Descrição dos Métodos de Dopagem ---------------- 48
4.3.4. Células Fotovoltaicas de Silício---------------------------------- 50
4.3.5. Corrente, Voltagem e Eficiência de Conversão para Células Fotovoltaicas de Silício Dopado -----------------------------
52
4.3.6. Associações de Células solares -------------------------------- 54
4.3.6.1. Associação em Série -------------------------------------- 55
4.3.6.2. Associação em Paralelo ---------------------------------- 55
4.3.7. Módulos e Arranjos Fotovoltaicos de Silício -------------- 57
4.3.8. Influência da Temperatura e Irradiação Solar no Comportamento da Corrente e Tensão nas Células Solares --
59
4.3.9. Elementos de Sistemas Fotovoltaicos ------------------------ 60
3.3.9.1. Painel Fotovoltaico ----------------------------------------- 60
3.3.9.2. Bateria --------------------------------------------------------- 60
3.3.9.3. Controlador de Carga ------------------------------------- 62
3.3.9.4. Inversores --------------------------------------------------- 62
4.3.10. Princípios de Funcionamento do Sistema Fotovoltaico Isolado (SFI) e Sistema Fotovoltaico Interligado a Rede (SFIR)-------------------------------------------------------------------
64
4.3.10.1. Funcionamento do Sistema Fotovoltaico Isolado (SFI) ----------------------------------------------------------------------
64
4.3.10.2. Funcionamento do Sistema Fotovoltaico Interligado a Rede (SFIR) -------------------------------------------
66
18
4.3.11. Processo de Manutenção e Operações ---------------------
66
CAPÍTULO 5. DESENVOLVIMENTO DO PROJETO E O GRUPO DO LABORATÓRIO DE PREPARAÇÃO E COMPUTAÇÃO DE NANO MATERIAIS (LPCN) ----------------------------------------------------------------------------
73
5.1. O GRUPO DE ESTUDO LPCN --------------------------------------------------------- 73
5.2. APLICAÇÃO DO TEMA NA ESCOLA PÚBLICA ---------------------------------- 73
5.3. RESULTADOS ------------------------------------------------------------------------------
75
CONSIDERAÇÕES FINAIS ------------------------------------------------------------------- 80
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICA--------------------------------------------------------
81
APÊNDICE A: ------------------------------------------------------------------------------------ 85
APÊNDICE B: ------------------------------------------------------------------------------------ 89
ANEXOS -------------------------------------------------------------------------------------------
92
Anexo A: Capítulo de livro Sobre o Grupo LPCN e suas ações em escolas públicas ---------------------------------------------------------------------------------------------
92
Material instrucional relativo à dissertação--------------------------------------------
96
19
Capítulo 1
INTRODUÇÃO
Em países subdesenvolvidos do terceiro mundo, atualmente a falta de
interesse acentuada por parte dos alunos quando se trata em estudar Ciências
básicas, principalmente Física e Química já vêm acontecendo por muito tempo,
talvez por falta de metodologias utilizadas pelos professores ou até mesmo pelo fato
da forma como é abordado o currículo sendo desmotivante tanto para docentes
quanto para discentes, assim como por falta também de incentivos de modo geral à
educação. O ensino não vem acompanhando à realidade e muitas vezes vêm
desvinculado de aplicações na ciência e tecnologia, o que torna o ensino irrelevante
para os jovens que vivem mergulhados em tecnologia. O presente trabalho esta
inserido na área de pesquisa, do Mestrado Nacional Profissional em Ensino de
Física (MNPEF) da Sociedade Brasileira de Física (SBF), “Física no Ensino Médio”,
Área de concentração: Física na Educação Básica, a qual trata a atualização do
currículo de Física para o Ensino Médio de modo a contemplar resultados e teorias
da Física Contemporânea visando uma compreensão adequada das mudanças que
esses conhecimentos provocaram e irão provocar na vida dos cidadãos (SBF, 2016).
De acordo com Delizoicov, Angoti e Pernambuco (2007, pág. 162) “O ponto
de partida do processo educativo é o conhecimento dos fatos que se relacionam
mais de perto com a vida das crianças, abrangendo temas como a criança e suas
necessidades e a criança e seu meio”.
Muito se fala em industrialização e crescimento tecnológico no decorrer da
evolução da humanidade. As revoluções industriais foram fatores decisivos no
processo de encontrar novas fontes de energia. A Inglaterra como primeiro país a
experimentar uma revolução industrial, entre 1780 e 1830. Esta primeira revolução foi
caracterizada pela indústria têxtil de algodão, a siderurgia, em virtude da importância do
aço. Como fonte de energia para funcionamento das máquinas foi utilizado basicamente
a combustão do carvão.
A Segunda Revolução Industrial tem nascimento no aspecto metalúrgico e
químico. A tecnologia dessa segunda revolução tem característica no uso do aço e a
fonte de energia é caracterizada pelo uso da eletricidade e do petróleo. Essa segunda
20
revolução foi iniciada em torno de 1870. Mas a evidência de um novo modelo de
revolução só foi percebida de fato nas décadas iniciais do século XX. Foi mas
evidentemente percebido nos Estados Unidos do que em países europeus.
A partir de 1940 tem-se início a terceira revolução industrial, mas
evidentemente por volta de 1970, tendo como característica principal o uso e construção
de alta tecnologia. Esta nova era é caracterizada pelas energias renováveis e a
internet conectando o mundo inteiro como um só país.
O ser humano busca atualmente meios de obter energia elétrica de forma que
não venham causar grandes impactos ambientais. Daí a importância dos estudos
em energias renováveis. Em especial neste trabalho será abordado o tema “Energia
Solar fotovoltaica” que tem fundamento na descoberta do efeito fotovoltaico em 1839
por Becquerel e posteriormente por vários outros cientistas. As crises do petróleo e a
corrida espacial já na segunda metade do século XX vieram como agentes
impulsionadores dos estudos em energia solar. Em 1850 foram fabricadas as
primeiras células solares nos estados unidos (PINHO (org.), GALDINO (org.), 2014).
A educação deve esta acompanhando o avanço da ciência e tecnologia,
portanto neste trabalho procura-se oferecer teoria e experimentos voltados para o
tema de Energia Solar Fotovoltaica, buscando incentivar o docente a utilizar esses
conceitos que tanto estão presentes no cenário mundial.
Nesta seção, tem-se uma listagem de brinquedos educativos que permitem
trabalhar os conceitos de transformações de energia em nível de ensino
fundamental e médio, uma forma atraente que chama a atenção do aluno para
participar espontaneamente das aulas. A criança principalmente nas series iniciais
tende a aprender brincando, neste sentido juntar conceitos científicos ao cotidiano, a
vida, da criança se torna uma forma eficiente de ensinar, portanto segue alguns
brinquedos que utilizam energia solar para seu funcionamento, fazendo com que o
professor tenha um leque de aplicações em suas aulas. Com estes brinquedos,
pode-se também trabalhar o conceito de energia solar, assim como os processos de
transformação de energia envolvidos e ressaltar a diferença básica entre Efeito
Fotovoltaico e Efeito Fotoelétrico.
21
A) Inseto Barata movida à Energia Solar
(a) (b)
Figura 1.1. Ilustração de brinquedos: (a) barata movida a energia solar e (b) Ilustração de um inseto (centopeia) movido a energia solar. Disponível em: http://lista.mercadolivre.com.br/brinquedo-movido-
a-energia-solar, acesso em 25/04/2016.
B) Mini tartaruga movida à energia solar
Figura 1.2. Ilustração de Mini Tartaruga movida a Energia Solar. Disponível em: http://lista.mercadolivre.com.br/brinquedo-movido-a-energia-solar, acesso em 25/04/2016.
22
C) Kit educativo movido à energia solar
Figura 1.3. Ilustração de Kits Educativo de energia solar. Disponível em: http://lista.mercadolivre.com.br/brinquedo-movido-a-energia-solar, acesso em 25/04/2016.
D) Halloween Dança Movido Por Energia Solar
a) b)
Figura 1.4. Ilustração de bonecos: a) Halloween que dança quando exposto a luz solar e b) Boneca que dança Hula hula, alimentada por energia solar. Disponível em:
http://lista.mercadolivre.com.br/brinquedo-movido-a-energia-solar, acesso em 25/04/2016.
23
E) Trem Movido A Energia Solar – Educativo
(a) (b)
Figura 1.5. Ilustração de: a) trem que se move quando exposto a luz solar e b) Kit robótica carro solar. Disponível em: http://lista.mercadolivre.com.br/brinquedo-movido-a-energia-solar, acesso em
25/04/2016.
F) Casinha Casa Ecológica Movida A Luz Solar Educativo
Figura 1.6. Casinha ecológica. Disponível em : http://lista.mercadolivre.com.br/brinquedo-movido-a-
energia-solar, acesso em 25/04/2016.
24
Estes brinquedos acima mostram que a energia Solar Fotovoltaica já é uma
realidade no âmbito educacional e que este produto já é presente no cotidiano das
pessoas. No capítulo 1 esta apresentada uma listagem de kits educacionais já
existentes no mercado. No capítulo 2 será abordada a teoria de aprendizagem e a
relação com energia Solar fotovoltaica no cotidiano das escolas do ensino médio,
levando em conta as recomendações dos PCNs e o que este exposto na LDB. No
capítulo 3 foi realizada uma breve pesquisa sobre o tema Energia Solar nos livros
didáticos de ensino médio, visando identificar se os mesmos abordam o tema ou
não. Nos capítulos 4 e 5 descreve o produto educacional exigido pela Sociedade
Brasileira de Física, sendo dividido na teoria básica de semicondutores e processo
de aquisição do painel solar, assim como proposta de experimentos voltados para
educação básica. No capítulo 4 foi descrito a teoria detalhada de aquisição e
utilização do painel fotovoltaico. No capítulo 5, apresenta-se a aplicação do produto
educacional em escolas públicas e em um Instituto Federal, assim como foi
verificado a aprendizagem dos alunos mediante aplicação de questionários. Nos
apêndices e anexos temos alguns certificados de eventos nacionais e internacionais,
o que se destaca é o capítulo de livro de abrangência nacional: EVOLUÇÃO DE UM
GRUPO DE ESTUDO LPCN PARA PESQUISA E DIDÁTICA NAS ESCOLAS DO
PARÁ com ISBN e sob nossa autoria, sobre a energia Solar aplicada com o nosso
produto desenvolvido (NETO, 2016).
Após os anexos segue o material instrucional referente a esta dissertação de
mestrado intitulado “ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA: CONCEITOS
APLICAÇÕES PARA O ENSINO MÉDIO”.
25
Capítulo 2
UMA BREVE ABORDAGEM DE FREIRE, DELIZOICOV, ANGOTI E
PERNAMBUCO, PCNS E LDB
2.1. IMPORTÂNCIA HISTÓRICA E FILOSÓFICA DOS CIENTISTAS EXPERIMENTAIS
A prática de fazer ciência moderna tem origem no século XVI e XVII no
método de investigação proposto por Francis Bacon, que buscava descrever
matematicamente a natureza e por René Descartes com seu método analítico.
Durante a idade média a igreja católica exercia influência direta na política e na
ciência com as teorias fortemente fundamentadas nas ideias Aristotélicas.
A partir do século XVI e XVII a ciência ganha nova direção com as ideias de
grandes cientistas como Galileu Galilei, Francis Bacon, René Descartes e Isaac
Newton. É bom ressaltar ainda a contribuição de Nicolau Copérnico que faz forte
oposição ao modelo Geocêntrico, estabelecido por Ptolomeu no século II, propondo
em contra partida o modelo Heliocêntrico (CAPRA, 2006 p.50).
Segundo CERVO (2007, p.27) o Galileu Galilei foi o precursor do método
experimental, considerado o pai da ciência moderna. De acordo com as ideias de
Galileu a finalidade das investigações deve ser o conhecimento das leis que
antecedem os fenômenos e suas relações quantitativas. Galileu juntou a
metodologia de trabalho da experimentação ao raciocínio abstrato da filosofia e da
matemática, a partir dessa junção nasce o que chamamos de ciência moderna.
Francis Bacon é considerado um dos fundadores dessa nova ciência,
desenvolveu o método empírico de pesquisa cientifica, na qual a razão fica
subordinada a experimentação. De acordo com as ideias de Bacon o método
empírico-indutivo deve seguir a experimentação, formulação de hipóteses, repetição,
testagem das hipóteses, e formulação de leis (LAKATOS, 1991 p.47).
René Descartes é considerado Também um dos principais pensadores da
história do pensamento ocidental. Em sua obra Discurso sobre o método, ele
propõem a utilização do método dedutivo, partindo do geral para o particular.
26
O inglês Isaac Newton considerado um dos maiores gênios da história
universal, publicou sua obra, Principia, em 1687, que é considerada por muitos
autores uma das mais brilhantes da ciência. Newton foi um grande sintetizador das
ideias de seus antecessores desenvolveu a concepção mecânica da natureza.
Newton desenvolveu a metodologia em que a ciência natural passou a basear-se
desde então.
2.2. VISÃO DOS PCNS E LDB PARA O ENSINO MÉDIO
Para o ensino médio de acordo com os Parâmetros Curriculares Nacionais
(PCNs) o objetivo em cada área do conhecimento é envolver de forma combinada o
desenvolvimento de conhecimentos práticos, contextualizados, que respondam às
necessidades da vida contemporânea (Brasil, 1998, p.6).
Ainda segundo os PCNs o professor tem o dever de estimular o aluno a
buscar respostas sobre o ambiente e sobre os recursos tecnológicos que fazem
parte do seu cotidiano (BRASIL 1997, p. 61).
De acordo com a Lei Federal nº 9.394/1996 (Lei de Diretrizes e Bases da
Educação Nacional - LDBEN) “a educação tem por finalidade o pleno
desenvolvimento do educando, seu preparo para o exercício da cidadania e sua
qualificação para o trabalho”.
Deste modo levando em conta o exposto nos PCNs e na LDBEN o ensino
deve estar voltado não apenas para o conteúdo em si, mas também para a
construção do ser humano capaz de inferir criticamente e não apenas reproduzir
conceitos adquiridos em métodos tradicionais de ensino.
2.3. FREIRE, DELIZOICOV, ANGOTI, PERNAMBUCO E A DISSERTAÇÃO.
Por muito tempo o ensino tem se dado por mera transmissão e assimilação
de conteúdo pronto sem poder de crítica por parte do aluno, método chamado hoje
em dia de tradicional. Porém de acordo com Delizoicov, Angoti e Pernambuco
(2007) o ensino deve ganhar uma nova abordagem para atingir a aprendizagem do
aluno, pois hoje a educação é oferecida para muitos, e novas formas de ensinar
devem tomar o lugar do método antigo e tradicional oferecido acima de tudo para
poucos (2007, pág.33).
27
Segundo Delizoicov, Angoti e Pernambuco (2007) o professor tem o dever de
paralelamente aos conteúdos levantar o senso crítico do aluno, de maneira que os
conceitos relacionados à ciência e tecnologia se incorporem no dia a dia, no
universo das representações sociais e se transforme em cultura. É bom perceber
que as ideias dos autores citados têm concordância imediata com os requisitos
exigidos pelos PCNs e impostos pela LDBEN.
É notável na atualidade que a maioria dos professores e professoras não
trabalha com temas modernos, inseridos em tecnologias, em virtude de dificuldades
que já veem por muito tempo sendo levantadas por muitos autores. Essas
dificuldades muitas das vezes são provenientes de ausência de formação
continuada e até mesmo por falta de condições físicas em nossas escolas, em
virtude do descaso do poder público pela educação da imensa maioria da
população.
Para Delizoicov, Angoti e Pernambuco (2007):
Se solicitarmos exemplos de manifestações e produções culturais, certamente serão citados: música, teatro, pintura, literatura, cinema... A possibilidade de a ciência e a tecnologia estarem explicitamente presentes numa lista dessa natureza é muito remota!
Ainda de acordo com Delizoicov, Angoti e Pernambuco (2007) é um desafio
inserir, no trabalho do docente, atividades que envolvam conhecimentos de ciência e
tecnologia, sejam eles os mais tradicionais ou os mais recentes. É importante que o
professor esteja atualizado com os temas modernos para que possa ter atuação
relevante no cenário educacional atual.
Os livros didáticos por mais que sempre busquem atualizações no que diz
respeito à divulgação de Ciência e tecnologias modernas, em muitas situações ainda
são pobres em conceitos capitais e presentes na vida do aluno, como por exemplo,
o tema “Energia Solar Fotovoltaica”, em brinquedos e aplicações tecnológicas por
exemplo.
Percebe-se depois de uma pesquisa em todos os últimos livros de física
aprovados pelo Ministério da Educação (MEC) que a grande maioria não apresenta
os conceitos relacionados com o tema, Energia Solar, e em alguns nem ao menos
citam o tema (MOTA L. LOBO D, 2016).
28
Deste modo segundo Delizoicov, Angoti e Pernambuco (2007) o livro didático
ainda é a principal ferramenta de trabalho do professor e em virtude das deficiências
presentes nestes livros é imprescindível que o docente busque outras fontes, novos
materiais que abordem outros temas tão relevantes para a sociedade quanto
aqueles presentes nos livros didáticos.
Nesta dissertação de Mestrado será evidenciado o tema Energia Solar
Fotovoltaica, assim como o uso dos geradores fotovoltaicos ou placas fotovoltaicas
,como são conhecidas. A escolha deste tema visa estimular estudos, mas
aprofundados no que diz respeito a energias renováveis, e esclarecer para a
sociedade de modo geral a relevância de tal tema para a cultura.
O trabalho da dissertação foi exposto, em forma de conceitos e experimentos,
em feiras culturais em escolas públicas. Foi observada resistência por parte de
organizadores da feira, especialmente da escola Izabel Amazonas, Localizada No
bairro do Distrito Industrial na cidade de Ananindeua. Como foi exposto com
Delizoicov, Angoti e Pernambuco (2007), é remota a possibilidade de termos ciência
e tecnologia em manifestações culturais, o contrário com danças, teatro e outras.
Já na Escola estadual Instituto Bom Pastor a história foi bastante diferente,
houve grande aceitação e participação tanto dos profissionais da escola como
alunos, ver figura 5.1, o que nos trouxe acima de tudo prazer em trabalhar na área
da educação.
O tema proposto é muito rico no que diz respeito à física e também pode ser
trabalhado de forma transdisciplinar, fazendo referências a conceitos de química,
ligações e classificação periódica dos elementos na tabela periódica. Além de
naturalmente chamar a atenção do aluno para participar, despertar o carácter
científico e incentivar a busca por conhecimento e reflexão crítica sobre o modelo de
geração de energia elétrica convencional (hidrelétrica) e seus impactos na flora, na
fauna e na população ribeirinha desterritorializada.
Deste modo pode-se utilizar o tema, Energia Solar, no momento de ensino e
aprendizagem como tema gerador fazendo uma relação com a teoria de Paulo
Freire, ou melhor, perspectiva freireana que esta vinculada a transformação da
sociedade e formação de sujeitos críticos que possam intervir no meio em que
vivem. Paulo Freire acreditava que os alunos já traziam conhecimentos que
29
deveriam ser levados em conta e enriquecidos com argumentos do educador para
gerar no discente postura crítica, deste modo transformando a sociedade. Então no
método Freireano a participação do professor e do aluno é igualitária. A ideia central
nesta teoria é libertar o aluno da passividade e transformar em um cidadão crítico
(FREIRE, 1999).
Delizoicov, Angotti e Pernambuco (2007) afirmam que cabe aos professores,
interpretar os temas significativos que se constituirão como temas geradores, os
quais iram direcionar as ideias na identificação de conhecimentos necessários para
a vida do aluno. Para isso apresentam 4 temas e conceitos unificadores na
estruturação do programa de ensino de Ciências. Para o referido trabalho de
dissertação o importante é o tema Energia, que agrega os conhecimentos
específicos de ciência e tecnologia.
Dentro do exposto, levando em conta argumentos de Paulo Freire sobre os
temas geradores e a formação de aluno crítico, assim como a importância de
implementação pelos professores de temas relativos à ciência e tecnologia e
formação também de aluno critico por parte de Delizoicov, Angotti e Pernambuco
(2007), vejo que a dissertação pode ser trabalhada neste contexto como tema
gerador, e formação de alunos críticos, que possa inferir sobre os métodos
tradicionais de obtenção de energia elétrica e possa ter uma visão ampla sobre
energias renováveis e sua devida importância para o cenário mundial.
Os requisitos capitais nas teorias aqui apresentadas (Freire e Delizoicov,
Angotti e Pernambuco -2007) é que o importante não é o conteúdo em si, mas sim o
que ele tem haver com a vida cotidiana do aluno, se desperta a consciência crítica.
E através da apresentação nas escolas percebeu-se que o tema contagiou os
alunos com o espírito científico e despertou a esperança de formar pessoas que
venham intervir na sociedade com ideias e questionamentos.
30
Capítulo 3
ANÁLISE DE LIVROS DIDÁTICOS
Nesta etapa, analisa-se de que modo os livros didáticos veem abordando a
física e em especial o tema energia solar. O livro didático como sempre útil no
processo de ensino é indispensável para os professores e alunos, principalmente de
escolas públicas, as quais muitas vezes não tem o recurso material necessário para
a construção do conhecimento.
Neste contexto o governo federal mantem o Programa Nacional do Livro
Didático (PNLD) que é voltado à distribuição de livros didáticos para as escolas
públicas. No decorrer dos anos, o programa foi aperfeiçoado e teve diferentes
nomes e formas de execução. Atualmente, o PNLD é voltado à educação básica
brasileira (PNLD-2015).
Conforme Silva e Garcia (2009).
Em 2004, o Governo Federal executa outro programa relacionado ao livro didático: o Programa Nacional do Livro Didático para o Ensino Médio (PNLEM), abrangendo gradualmente as disciplina que compõem os currículos escolares, que tem como principal objetivo a universalização do Ensino Médio.
O livro didático tem sido elemento de muitas discussões no meio acadêmico,
pois as expectativas são que estes se aproximem cada vez mais das realidades
científicas, sociais e tecnológicas.
3.1. ENERGIA SOLAR NOS LIVROS DIDÁTICOS ATUAIS: TEM OU NÃO TEM?
Aqui foram analisados livros didáticos tanto de ensino básico quanto de
ensino superior da disciplina física, com o intuito de verificação do tema proposto em
tais livros. Para a análise dos livros didáticos foi estabelecido o critério se aborda ou
não o tema, energia solar, de forma sucinta ou apenas faz pequenas citações ou até
mesmo não se refere ao assunto, ou seja, não contempla o tema. Então o objetivo é
verificar se o livro tem ou não tem o tema Energia Solar Fotovoltaica.
31
3.2. ANÁLISE DOS LIVROS DIDÁTICOS DE ENSINO MÉDIO E SUPERIOR
Autor(es) Obra Volume/Ensino Editora H. Moysés Nussenzveig Curso de Física Básica 1,2,3 e 4/Superior Blucher
David Halliday, Robert Resnick e Jearl Walker
Fundamentos de Física 1,2,3 e 4/Superior FTD
João Barcelos Neto
Mecânica Newtoniana,
Lagrangeana e Hamiltoniana
Único/Superior Livraria da
Física
Adriana Valádio Roque da Silva
Nossa estrela: O SOL Único/Médio e Superior Livraria da
Física
Claudio Xavier e Benigno Barreto
Coleção física aula por aula. 1, 2 e 3/Médio FTD
Alberto Gaspar Física Único/Médio Ática
Aurélio Gonçalves Filho
e Carlos toscano
Física interação e tecnologia 1, 2 e 3/Médio Leya
Bonjorno, Clinton, Eduardo Prado e Casemiro.
Física 1,2 e 3/Médio FTD
Alberto Gaspar Compreendendo a Física 1, 2 e 3/Médio Ática
Carlos Magno A.Torres,
Nicolau G. Ferraro,
Paulo Antônio de T.
Soares e Paulo C.
Martins Penteado.
Física: Ciência e tecnologia
1, 2 e 3/Médio
Moderna
Blanidi Sant’Anna, Gloria Martini, Hugo Carneiro Reis e Walter Spinelli
Conexões com a FÌSICA
1 e 2/Médio
Moderna
Newton Vilas Boa, Ricardo Helou Doca e Gualter José Biscuola.
Física
1,2,3/Médio
Saraiva
Kazuhito Yamamoto e Luiz Felipe Fuke
FÍSICA PARA O E. MÉDIO
1,2 e 3/ Médio Saraiva
Total 12 34 7
Quadro 3.1. Livros didáticos de ensino médio e superior. Fonte: Adaptado: MOTA L. e LOBO D., 2016.
32
3.3. COMENTÁRIOS GERAIS DA ANÁLISE E DISCURSÃO DAS OBRAS
ESCOLHIDAS
Aqui nesta seção não será abordado de forma detalhada como os autores
trataram o tema em suas obras ou por que não trataram, mas podemos garantir de
acordo com a pesquisa nos livros didáticos, que a abordagem do tema não foi
realizada na maioria das obras aqui analisadas, as poucas obras que abordaram o
tema o fizeram de forma superficial. Alguns dando ênfase para Energia Solar
Térmica e nem ao menos citando a Energia Solar Fotovoltaica.
Foi fácil perceber depois da análise das obras que a maioria dos livros de
física não vem explorando o tema “Energia Solar Fotovoltaica e suas aplicações na
geração de energia elétrica no Brasil”.
Em países como, por exemplo, na Alemanha esses conceitos veem sendo
abordados de modo cotidiano nas escolas. Percebe-se que tal tema é de extrema
importância no cenário mundial e de grande necessidade de introduzir no currículo
do ensino de Física, pelo menos os conceitos iniciais, nas escolas de ensino médio
assim como também em cursos superiores de física, visto que nos livros analisados
de ensino médio e superior nem um deles aborda o tema de forma detalhada,
apenas fazem citações superficiais sobre energia solar, assim como de outras
formas de energias renováveis.
A obra “Os Fundamentos de Física”, HALLIDAY, aborda a fundamentação de
teoria de semicondutores, porém não menciona o tema Energia Solar em detalhes.
33
Capítulo 4
PROPOSTA DE INCLUSÃO DO TEMA: “ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA” NO
CURRÍCULO DO ENSINO DE FÍSICA
Esta proposta vem como indicativos de conceitos essenciais, satisfatórios e
de extrema importância para introduzir no currículo de Física do ensino médio, assim
como de alguns cursos superiores de modo bem mais aprofundados. O presente
tema se mostra necessário em virtude de ser contemporâneo e fazer parte de uma
revolução na área energética mundial e ainda não ser tratado com tal relevância em
livros didáticos nacionais, como foi exposto no capítulo anterior deste trabalho.
4.1. O SOL: NOSSA FONTE DE ENERGIA INESGOTÁVEL
De acordo com Silva
O Sol é a estrela mais próxima de nós e, portanto, a que foi melhor estudada. Muito do que sabemos sobre as estrelas se deve ao estudo do Sol, que também funciona como um laboratório de altíssimas energias para experimentos impossíveis de serem realizados na terra (2006, pág. 1)
Silva afirma ainda que:
O Sol emite radiação ao longo de todo espectro eletromagnético, desde os energéticos raios X e gama até ondas quilométricas de rádio, passando pelo ultravioleta, visível, infravermelho, milimétrico e micro-ondas. A maior parte da intensidade encontra-se no visível, e não é coincidência o fato de nossos olhos serem adaptados para enxergarem nessa faixa do espectro. Especificadamente, a intensidade máxima encontrada nas emissões do espectro solar está em um comprimento de onda de 500nm (2006, pág. 4).
De acordo com a escala de tempo da terra e com os níveis de consumo
energético mundial, o Sol pode ser adotado como uma fonte inesgotável energia. O
aproveitamento energético solar é, sem dúvidas, uma das alternativas energéticas
mais viáveis para a humanidade (GALDINO et al, pág. 17, 1998 ). O Sol Irradia por
ano o equivalente a 10.000 vezes a energia consumida pela população do mundo,
neste mesmo período, e produz continuamente 390 sextilhões (3,9x1023) de
quilowatts de potência. Como ele emite energia em todas as direções, um pouco
desta energia é desprendida, mas mesmo assim, a Terra recebe mais de 1.500
34
quatrilhões (1,5x1018) de quilowatts-hora de potência em um ano. Evita-se com
apenas 1m2 de coletor solar instalado a inundação de uma área de 56m2 de Terra,
na construção de novas usinas hidrelétricas (AMBIENTE BRASIL).
A Energia Solar captada por painéis fotovoltaicos é a solução mais viável para
áreas isoladas e ainda não eletrificadas, especialmente num país como o Brasil
onde se encontram bons índices de insolação em qualquer parte do território
(AMBIENTE BRASIL). Em regiões afastadas como, por exemplo, localidades da ilha
do Marajó, no estado do Pará, são comuns o uso de painéis solares como fonte de
energia, em virtude do custo sair altíssimo por métodos convencionais, via linhas de
transmissões. Porém também pode ser utilizadas em qualquer parte do mundo,
desde que seja de interesse da sociedade local, temos um exemplo bastante
interessante no Japão que deveria ser seguido no mundo todo.
A empresa japonesa Kyocera está construindo uma usina solar com
capacidade de 26.312 megawatts-hora (MWh) de energia por ano, o suficiente para
8100 domicílios. O empreendimento será a maior instalação produtora de energia
solar da província de Kyoto, onde esta sendo construída, figura 4.1.
4.2. CONCEITOS ESSENCIAIS PARA ENTENDIMENTO DO TEMA “ENERGIA
SOLAR FOTOVOLTAICA”
4.2.1. Quantização de Max Planck e suas consequências
Em 1900, Max Planck, físico alemão, assume que a energia radiante é
composta por pacotinhos de energia, os quais chamou de quantum. Cinco anos
depois a proposta de quantização foi utilizada pelo físico alemão Albert Einstein para
explicar o efeito fotoelétrico proposto por Hertz em 1987. Mas tarde por volta de
1926 o químico Gilbert Lewis denominou esses pacotinhos simplesmente de Fóton,
denominação aceita até os dias atuais e mais utilizada nos livros didáticos. Cada
fóton de energia carrega consigo uma quantidade de energia dada pela equação
𝐸𝐹ó𝑡𝑜𝑛 = ℎ 𝑓 , Equação 4.1
Assim como para n fótons a energia total é dada por
35
𝐸𝑛 = 𝑛 ℎ 𝑓 , Equação 4.2
Sabemos que a potencia é dada por
𝑃 =𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜 , Equação 4.3
Podemos escrever
𝑃 =𝑛 ℎ 𝑓
𝑡 , Equação 4.4
Onde ℎ = 6,63𝑥10−34𝐽. 𝑠 é a chamada constante de Planck, 𝑓 a frequência da
radiação e 𝑡 é o tempo de incidência de radiação (HALLIDAY, 2007).
Em 1923 Arthur Holly Compton apresentou o efeito Compton que nos mostra
mais uma evidência da natureza corpuscular da radiação proposta por Planck. É
oportuno frisar aqui que o efeito fotoelétrico rendeu o prêmio Nobel para Albert
Einstein em 1921, assim como o efeito Compton para Arthur Compton em 1927.
(HALLIDAY, 2007). Esse conceito de energia corpuscular proposta por Max Planck
em 1900 é fundamental para o entendimento de geração de energia elétrica
diretamente do sol via painéis solares.
4.2.2. Semicondutores e tabela periódica de classificação
Os semicondutores são materiais que, à temperatura ambiente, nem
conduzem como os metais, nem isolam como os isolantes. São elementos da coluna
IV ou família 4A (Fig. 4.2) da tabela de classificação periódica dos elementos
químicos, caracterizados por terem quatro elétrons na última camada. Num
semicondutor cristalino, a estrutura regular em que se dispõem os átomos faz com
que os elétrons da última camada sejam compartilhados com os átomos vizinhos,
realizando o que chamamos de “ligação covalente” (TEIXEIRA, 2003). Os
semicondutores possuem resistência elétrica maior do que a dos materiais
condutores e menor do que dos isolantes, sendo o mais utilizado, o silício
(KLOSOWSKI, 2011).
36
Figura 4.1. Campos de golfe abandonados se transformam em usinas de energia solar no Japão. Disponível em:<http://olhardigital.uol.com.br/noticia/japao-transforma-campos-de-golfe-abandonados-
em-usinas-de-energia-solar/50777?cmpid=fb-uolnot> , Acesso em 29/08/20015.
Figura 4.2. Tabela de classificação periódica de elementos químicos. Fonte: http://www.tabelaperiodicacompleta.com/> acesso em 02 de fevereiro de 2015.
37
4.2.3. Semicondutor intrínseco (puro)
O cristal de silício puro não possui elétrons livres. É caracterizado pelas faixas
de valência e faixa de condução e entre elas existe uma faixa intermediária
denominada proibida, também chamada de hiato energético, é a largura deste hiato
que determina se é um semicondutor ou isolante. Os isolantes o hiato tem largura
maior, cerca de 6 eV e os semicondutores de 1 eV. Deste modo podemos excitar os
elétrons e fazê-los passarem da faixa de valência para a faixa de condução
mediante incidência de fótons, na frequência da luz visível (BRAGA, 2008).
À temperatura de 0K, tanto o semicondutor como o isolante não conduzirão
corrente elétrica, pois em ambos os casos as bandas de valência estarão
completamente preenchidas, assim como a banda de condução estará vazia em sua
totalidade. A figura 4.3 apresenta dois modelos representativos de semicondutores,
considerando a temperatura igual a 0K. Na figura 4.3a os círculos representam os
núcleos dos átomos e as barras duplas representam os elétrons compartilhados por
ligações covalentes (SWART, 2008). A temperatura acima do zero absoluto o
material semicondutor, no caso de hiato pequeno, alguns elétrons adquirem energia
térmica da rede, podendo alcançar a banda de condução. Desta forma teremos a
condição que tanto elétrons da banda de condução quanto elétrons da banda de
valência podem conduzir corrente elétrica (SWART, 2008). É importante ressalta
aqui o transporte de lacuna, o que é equivalente ao movimento de elétrons na banda
de valência. O transporte de lacuna ocorre no sentido contrário ao movimento de
elétrons na banda de valência, como se fosse cargas positivas se movimentando.
De acordo com SWART:
É intuitivo assumir que o número desses portadores cresce com a temperatura do material e que, quanto menor a banda proibida, maior é esse número (um maior número de elétrons da banda de valência receberá energia suficiente para alcançar um estado na banda de condução). Dessa forma podemos afirmar que a taxa de geração de portadores é uma função da temperatura e da largura da banda proibida (pág. 153, 2008).
Ao mesmo tempo em que é criado o par elétron - lacuna no semicondutor
ocorre também o processo de recombinação quando um elétron e uma lacuna se
encontram, porém depois de certo tempo em que o material entra em equilíbrio
térmico o número de elétrons e lacunas tendem a um valor de equilíbrio, o que é
38
equivalente a dizer que a taxa de geração de portadores é igual à taxa de
recombinação elétron – lacuna (WSART, pág. 153, 2008).
4.2.4. Semicondutores extrínsecos
Semicondutores extrínsecos são semicondutores dopados com impurezas
que alteram a concentração dos portadores de carga, elétrons e lacunas. Para os
semicondutores elementares como o Silício e o Germânio são utilizados como
dopantes os elementos das famílias IIIA e VA da tabela periódica. Já para os
semicondutores compostos, como o GaAs por exemplo são utilizados os elementos
das famílias IIA, IVA e VIA como impurezas (WSART, 2008).
4.2.4.1. Semicondutor dopado - N (tipo N)
O Silício apresenta-se normalmente como areia. Através de métodos
adequados, obtém-se o Silício em forma pura (na verdade nem tanto puro). O cristal
de Silício “puro” não possui elétrons livres e, portanto é um péssimo condutor de
eletricidade (NASCIMENTO, 2004).
No Silício puro podemos inserir impurezas, das quais destacamos o fósforo
da família 5A e o boro da família 3A, para obter resultados diferentes dos obtidos
com silício puro, o que chamamos de dopagem. Por exemplo, a dopagem do silício
com o fósforo, elemento da família VA obtém-se um material com elétrons
praticamente livres, ou melhor, “fracamente ligados ao átomo de silício” ou materiais
com portadores de carga negativa (Silício tipo N) (TEIXEIRA, 2003). Com a
dopagem do Silício com o Fósforo ocorre uma perturbação na estrutura de bandas
do Silício, aparece um estado de energia entre as bandas de valência e de
condução, ou seja, dentro da banda proibida, como ilustra a figura 4.7. Podemos
considerar o modelo desse quinto elétron fracamente ligado ao átomo de silício
comparando com o modelo de Bohr para o átomo de hidrogênio, o que levará ao
cálculo de ED = -0,1 eV. A linha tracejada representa a não distribuição contínua de
impurezas no cristal de Silício. Percebe-se que esse quinto elétron necessita de
pouca energia, em relação aos da banda de valência, para se deslocar para a banda
de condução. (SWART, PÁG. 157, 2008)
39
a) Modelo de ligações químicas. b) Modelo de bandas de energia.
Figura 4.3. Modelos representativos de semicondutores a temperatura de 0K.
(a) (b)
Figura 4.4. Modelos representativos de semicondutores a temperatura acima de 0K. Modelo de a) ligações químicas e b) bandas.
Banda de condução
Banda de valência
Banda de condução
Banda de valência
40
(a) (b)
Figura 4.5. Transporte de lacunas em semicondutores. Modelos de a) ligações químicas e b) bandas.
Elétron
Silício
Elétron fracamente ligado
(praticamente Livre)
Elemento da família 5A Fósforo
Figura 4.6. Semicondutor dopado tipo-N
Figura 4.7. Modelo de bandas para semicondutor dopado com fósforo.
Ec
Ev
Eg = 1,12ev
EP
Ec – EP = 0,045ev
Banda de condução
Banda de valência
41
4.2.4.2. Semicondutor Dopado - P (tipo P)
O mesmo processo, dopagem, pode ser feito também acrescentando Boro, ou
Alumínio, elemento da família IIIA, no Silício ao invés de Fósforo, obtendo um
material com carência ou falta de elétrons, ou material com cargas positivas
(lacunas) livres (Silício tipo P) (TEIXEIRA, 2003). Deste modo a estrutura do modelo
de bandas também será modificada, pois aparecerá um estado de energia
intermediário entre a banda de valência e a banda de condução, ou seja, dentro da
banda proibida, só que agora esse será logo acima da banda de valência como
mostra a figura 4.9.
4.2.5. Junção PN
Uma junção PN corresponde a uma união de dois materiais, um tipo N e outro
tipo P. Alguns elétrons livres da região N movem-se através da junção por difusão, e
ocupam as lacunas na região-P, formando íons negativos nesta região P. Estes
elétrons deixam íons positivos nas posições ocupadas pelas impurezas doadoras N,
já que deixaram seus átomos de origem, tipo N (TEIXEIRA, 2003).
Ocorre a formação de um íon negativo na posição do átomo aceitador. No lado-N
ficou para trás um íon positivo (falta de elétron) na posição do átomo doador. A
carga espacial na junção aumenta, criando uma região de depleção que inibe
transferências subsequentes de elétrons conforme apresentado na figura 4.9
(criação da região de depleção) e na figura 4.10 (região de depleção). É importante
ressaltar que a ddp através da região de depleção é chamada de barreira de
potencial e que a temperatura de 25ºC, esta barreira é de 0,7V para o Silício e 0,3V
para o Germânio. (TEIXEIRA, 2003).
42
elétron
Silício Lacuna
Elemento da família 3A
Íon negativo
Figura 4.8. Semicondutor dopado tipo-P.
Figura 4.9. Modelo de bandas para semicondutor dopado com Boro.
Figura 4.10. Formação da Região de depleção.
Ec
Ev
Eg = 1,12ev EB – EV = 0,045ev
Tipo P Tipo N
Região de Depleção
43
(a) (b)
Figura 4.11. Célula solar de Silício (a) monocristalino e (b) Multicristalino (Honsberg e Browden Apud Buhler-2011).
Figura 4.12. Célula de filme fino, silício amorfo. (UNISOLAR Apud Buhler-2011).
44
4.3. A PROPOSTA: ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA NO ENSINO DE FÍSICA
Diante do exposto observa-se a relevância de inserção do tema “Energia
Solar” no ensino de física, visto que é um fato extremamente importante no que diz
respeito à física contemporânea e a contextualização dos conteúdos abordados,
assim como a relevância no cenário internacional. Aqui nesta secção será exposto
de forma mais didática possível como ocorre à conversão direta de energia solar em
elétrica e em quais situações é, mas viável ser adotado um sistema de geração
fotovoltaico ao invés de um convencional, assim como os cuidados que devemos ter
no processo de instalação e de manutenção.
4.3.1. Breve Histórico da Energia Solar no mundo e perspectivas comerciais
O efeito fotovoltaico foi observado pela primeira vez em 1839 por Edmund
Bequerel e consiste em uma diferença de potencial entre dois semicondutores de
propriedades elétricas diferentes (BUHLER, 2013). As primeiras células fotovoltaicas
foram construídas a partir de Selênio por C.E. Frits por volta de 1883. Somente em
torno de 1950 foram construídas, nos laboratórios Bell nos Estados Unidos, as
primeiras células utilizando semicondutor, silício cristalino, esses painéis fabricados
em 1950 tiveram um rendimento relevante na época. Nas últimas décadas veem
sendo aplicadas várias tecnologias na fabricação de células fotovoltaicas. Existem
as células baseadas em filmes finos e as de multijunção de alta eficiência e células
baseadas em corantes, no entanto as células de silício cristalino dominam o
mercado mundial no que diz respeito à fabricação e comercialização. (PINHO (org.),
GALDINO (Org). 2014)
As células podem ser classificadas em células de primeira, segunda e terceira
geração. As de primeira geração são as células especialmente tratadas nesta
dissertação, células de Silício dopado, são as mais comercializadas e representam
em torno de 90% da produção mundial (Buhler, 2011).
Células de segunda geração são aquelas feitas em filmes finos, como o
tulereto de cádmio e o silício amorfo, têm eficiência e custo de fabricação menor que
as de silício cristalino, assim como a espessura são inferiores.
45
As de terceira geração são células fotovoltaicas, de baixa eficiência, são
células baseadas em corantes, em aplicações incluem células orgânicas e nano
cristais. Ainda em fase de constantes pesquisas e desenvolvimento.
É importante ressaltar que apesar dos estudos constantes em relação às
células de segunda e terceira geração as de silício cristalino veem dominando o
mercado mundial, daí a preferência nesta dissertação em concentrar o estudo, e
socializar em nível de ensino médio, em energia solar fotovoltaica mediante a
utilização de painéis solares baseados em silício cristalino. A figura 4.13 mostra a
produção industrial desde 2000 até 2011.
A figura 4.14 nos mostra que a potência mundial instalada cresceu bastante
no período entre 1996 e 2008, tanto para sistemas conectados a rede como aqueles
autônomos.
É importante ressaltar que esses chamados de autônomos são de extrema
importância para regiões de difícil acesso ou isoladas, como por exemplo, para
residências de ribeirinhos em algumas localidades na região do Marajó, no estado
do Pará/Brasil, onde se torna inviável o custo para levar energia elétrica por métodos
tradicionais, por cabos, portes etc.
46
Figura 4.13. Distribuição das tecnologias utilizadas na produção de células solares. Legenda: m-Si: silício monocristalino; p-Si: silício policristalino; CdTe: telureto de cádmio; a-Si: silício amorfo; CIS:
disseleneto de cobre índio; CIGS: disseleneto de cobre índio gálio; e Si-Fitas: fitas de silício. Fonte: HERING Apud PINHO (ORG.), GALDINO (ORG.), 2014.
Figura: 4.14. Potência fotovoltaica instalada no mundo entre o ano de 1996 e 2008.
Fonte: VERA, 2009.
47
4.3.2. O Semicondutor: Silício
O silício é um material semicondutor abundante na natureza, que se atingisse
a temperatura de 0K possuiria sua banda de condução completamente vazia e a
temperatura ambiente não é um bom condutor de eletricidade por possuir poucos
elétrons na banda de condução. A dopagem do silício com material como o fósforo e
o bora nos fornecem o silício tipo N e tipo P respectivamente, e a junção PN desses
nos oferece um material-conjunto que constitui a base para a célula solar de silício.
Se este material, semicondutor, for exposto á luz solar com fótons de energia maior
ou igual que a energia do Gap, ou hiato, irá gerar pares elétron-lacuna no material.
Caso a energia do fóton seja maior que a do Gap o excedente geralmente é emitido
em forma de calor, aquecendo o material, é o fenômeno que chamamos de
tematização do excedente da energia. A figura 4.15 mostra uma idealização do que
acontece na recepção fóton-elétron e a termalização.
Pode-se fazer o balanço energético com a ajuda da figura 4.15, o que é fácil
perceber que a energia do Gap (Eg) é a diferença entre a energia mínima da banda
de condução (Ec) e a máxima da banda de valência (Ev).
𝐸𝑔 = 𝐸𝑐 − 𝐸𝑣 , Equação 4.5
Figura 4.15. Geração de pares elétron-lacuna no material semicondutor e feito de termalização.
Banda de valência
Banda proibida
Banda de condução calor
h.f
Ev
Ec
E(ev)
48
4.3.3. Breve Descrição dos Métodos de Dopagem
Nesta seção seram discutido algumas técnicas básicas para obtenção de
materiais semicondutores dopados. Essas técnicas visam à deposição de camadas
(filmes) de determinado material sobre outro chamado substrato, podendo ser de
mesmo material ou não.
I- Técnica epitaxial: Esta técnica de deposição consiste em depositar material
sobre outro seguindo a mesma orientação cristalográfica do substrato. Essa técnica
é geralmente classificada em homoepitaxia e heteroepitaxia.
A Homoepitaxia é a deposição de um filme sobre um substrato de mesmo
material. Na Figura 4.16 tem-se um exemplo de deposição de um filme de Si sobre
um substrato de Si. Pode-se destacar que o exemplo da Figura 4.16 constitui a base
de uma célula fotovoltaica, a qual será objeto de estudo das próximas subseções
deste trabalho.
A heteroepitaxia é a deposição de um filme de determinado material sobre um
substrato de material diferente. Segundo o exemplo da Figura 4.17 da deposição de
um filme de AlGaAs tipo N sobre um substrato de GaAs.
Existem várias técnicas de epitaxia, deposição de filmes sobre substrato,
neste trabalho será abordada a técnica, mas utilizada que é chamada de VPE
(Vapor Plase Epitaxy) ou Epitaxia por Fase de Vapor. O processo é elaborado em
um aparelho específico denominado Reator, o qual possui uma câmara onde
colocamos lâminas de silício sobre uma plataforma de lâminas com temperatura
controlada (SWART, pág.230, 2008).
Sobre a plataforma, com temperatura controlada, são colocadas bolachas de
silício em seguida são ejetados gases como, por exemplo, o SiH4 que é o mas
utilizado atualmente por possuir uma taxa de crescimento dentro do intervalo de 0,2
a 0,3 micrometro e trabalhar a uma faixa de temperatura relativamente baixa, entre
950 a 1050oC (SWART, 2008). Temos vários tipos de reatores, dentre eles os
reatores radioativos, verticais e horizontais. Na figura 4.18 temos um esquema
básico de um Reator radioativo.
49
Figura 4.16. Esquema da técnica de homoepitaxia.
Figura 4.17. Esquema da técnica de Heteroepitaxia.
Figura 4.18. Esquema da parte interna de um Reator.
Si - P
Si - N
GaAs-S.I
AlGaAs-n
50
Na figura 4.18 os gases entram pela parte superior e em seguida passam
paralelamente a superfície das bolachas de silício, contaminando-as, e saem pela
parte inferior do Reator. No final do processo temos um filme do material (dopante)
desejado nas bolachas de silício, no substrato.
4.3.4. Células Fotovoltaicas de Silício
De acordo com Pinho (org.) e Galdino (org.), pág.114, 2008, “as células
fotovoltaicas podem ser entendidas essencialmente como diodos (junções PNs) de
grande área, preparadas especialmente para que ocorra o efeito fotovoltaico”.
Estas células são destinadas para converter energia radiante “do Sol”
diretamente em energia elétrica, para explicar isso utilizamos o efeito fotovoltaico,
essas células na verdade constituem junções PN, diodos, de material semicondutor
dopado, Figura 4.19, Sendo o mais comercializado o silício devido ser mais
abundante na natureza, no qual podemos incidir radiação fazendo com que seus
elétrons ganhem a energia dos fótons, de valores maiores ou igual à energia do
Gap, e saltem da banda de valência para a banda de condução, Efeito Fotovoltaico,
dando origem ao aparecimento de pares elétron-lacuna, que serão separados pela
região de depleção da junção, em virtude do campo elétrico gerado, ver Figura 4.19.
Alguns elementos contribuem para a limitação da eficiência da célula solar
como as resistências oferecidas pelas chapas metálicas e o processo de
recombinação de elétron e lacunas, assim como defeitos de fabricação (PINHO, org.
GALDINO, Org. 2014).
Na figura 4.20 temos uma ilustração básica do funcionamento da célula
fotovoltaica de silício dopado.
51
Figura 4.19. Esquema de uma junção PN ressaltando a concentração de lacunas nos materiais tipo n e tipo p, assim como o comportamento do campo nas duas regiões da junção Fonte: Buhler-UFRGS-
2011.
Figura 4.20. Esquema de uma Célula Solar de silício. Fonte: Adaptado NT Solar PUCRS Apud Gasparin-2012.
52
4.3.5. Corrente, Voltagem e Eficiência de Conversão para Células
Fotovoltaicas de Silício Dopado.
Em uma célula considerada ideal, desprezados quaisquer elementos
dissipativos, como por exemplo, resistências oferecidas pelas barras metálicas
acopladas nas superfícies externas da junção PN, poderíamos calcular a corrente
pela soma da corrente da célula no escuro (influenciada pela temperatura) e a
corrente foto-gerada pela incidência de radiação, de acordo com a equação abaixo
(SWART, 2008).
𝐼 = 𝐼𝐿 − 𝐼0 [𝑒𝑞𝑉
𝑛𝐾𝑇 − 1], Equação 4.6
Onde:
𝐼𝐿- corrente fotogerada pelo diodo
𝐼0- corrente reversa do diodo (pode ser determinada experimentalmente),
também conhecida como corrente de fuga
𝑛- Fator de idealidade do diodo
𝑞- carga elétrica elementar 1,6 . 10−19𝐶
𝑘- constante de Boltzman
𝑇- temperatura absoluta
𝑉- voltagem externa aplicada a célula
É necessário ressaltar aqui que se não houver incidência de radiação a
corrente no circuito será apenas em virtude do potencial externo aplicado e será
dado por (SWART, 2008).
𝐼 = 𝐼0 [𝑒𝑞𝑉
𝐾𝑇 − 1]. Equação 4.7
Isso se a polarização for feita de forma direta onde a região de depleção
diminui com o estabelecimento da tensão externa, caso a polarização for feita de
forma indireta praticamente não haverá existência de corrente, caso em que a região
53
de depleção aumenta com o estabelecimento da tensão externa, oferecendo maior
resistência à passagem de corrente, caso que pode ser demonstrado facilmente com
o uso de um LED, o qual transporta corrente apenas em um único sentido.
Agora se levarmos em conta os elementos dissipativos temos que fazer
algumas correções no nosso modelo de corrente, para uma única célula, deste
modo deve-se expressar a corrente pela seguinte equação (SWART, 2008).
𝐼 = 𝐼𝐿 − 𝐼0 [𝑒𝑞(𝑉+𝐼𝑅𝑠)
𝑛𝐾𝑇 − 1] −𝑉+𝐼𝑅𝑠
𝑅𝑝, Equação 4.8
onde:
𝑅𝑠 - é a resistência em série e 𝑅𝑝 - é a resistência em paralelo
Podemos determinar a potência total útil entregue ao sistema para uma
célula ideal, somente para idealizações didáticas no ensino médio, utilizando para
isso a equação seguinte, já conhecida do ensino médio:
𝑃 = 𝐼. 𝑉, Equação 4.9
Substituindo a equação 4.6 na equação 4.9, teremos:
𝑃 = 𝐼𝐿 − 𝐼0 [𝑒𝑞𝑉
𝑛𝐾𝑇 − 1] . 𝑉 , o que nos dá no caso ideal a seguinte equação
para a potência gerada na célula.
𝑃 = 𝐼𝐿 . 𝑉 − 𝐼0. 𝑉 [𝑒𝑞𝑉
𝑛𝐾𝑇 − 1], Equação 4.10
Agora para o caso em que levamos em conta os fatores dissipativos,
podemos escrever:
𝑃 = 𝐼. 𝑉 = 𝐼𝐿 − 𝐼0 [𝑒𝑞(𝑉+𝐼𝑅𝑠)
𝑛𝐾𝑇 − 1] −𝑉+𝐼𝑅𝑠
𝑅𝑝 . 𝑉 , deste modo expressamos a
potência gerada pela equação que segue.
𝑃 = 𝐼𝐿 . 𝑉 − 𝐼0. 𝑉 [𝑒𝑞(𝑉+𝐼𝑅𝑠)
𝑛𝐾𝑇 − 1] −(𝑉+𝐼𝑅𝑠).𝑉
𝑅𝑝, Equação 4.11
54
E ainda podemos calcular a potência máxima (Pmp) e a tensão máxima (Vmp),
para isso é necessário utilizar recursos de cálculo, um limite chamado de derivada,
visto apenas em cursos superiores. Aqui sem dar ênfase aos cálculos mencionados
podemos expressar através do gráfico 𝐼𝑥𝑉 e 𝐼𝑥𝑃 o comportamento da corrente e da
potência com a tensão aplicada à célula, assim como analisar para que valores de
corrente e tensão a potência é maximizada.
Observa-se na Figura 4.21 que para que tenhamos potência máxima a
corrente é menor que a corrente de curto-circuito o que já era esperado e a voltagem
menor que a voltagem de circuito aberto.
É importante definir aqui nesta secção do trabalho a eficiência de conversão
de uma célula solar fotovoltaica. É intuitivo pensar que essa eficiência depende da
irradiação solar e da área da célula exposta à radiação, assim como dos valores de
potência das células. Segundo Gasparin (pág.43. 2012) “a eficiência de conversão
de uma célula é a razão entre a potência máxima entregue a uma carga e a potência
da radiação solar incidente (Irradiação Solar), e está expressa na equação”.
𝜂 =𝑃𝑚𝑝
𝐴.𝐺, Equação 4.12
𝜂 – Eficiência de conversão, 𝑃𝑚𝑝- Potência máxima entregue a carga, 𝐴 –
Área da célula e 𝐺- Irradiância Solar global incidente na célula (intensidade)
4.3.6. Associações de Células Solares
Antes de dissertar a respeito dos módulos fotovoltaicos é importante comentar
de que maneira conectamos célula a célula para formar um determinado módulo.
Dois tipos de associação (Série e paralelo) são destaque. Para isso usamos
como embasamento teórico o livro de Física Básica, volume 3, do professor Doutor
Moysés Nussenveig.
55
4.3.6.1. Associação em Série
Nesta associação a corrente é a mesma para todas as células da associação
e a voltagem é dada pela soma das voltagens individuais.
𝑖 = 𝑖1 = 𝑖2 = 𝑖3 = ⋯ = 𝑖𝑛, Equação 4.13
𝑉 = 𝑉1 + 𝑉1 + 𝑉1 + ⋯ + 𝑉1, Equação 4.14
4.3.6.2. Associação em Paralelo
Aqui a corrente é distribuída para as n células associadas, ou seja, é a soma
das n correntes, e a voltagem é a mesma para todas as células.
𝑖 = 𝑖1 + 𝑖2 + 𝑖3 + ⋯ + 𝑖𝑛, Equação 4.15
𝑉 = 𝑉1 = 𝑉2 = 𝑉3 = ⋯ = 𝑉𝑛, Equação 4.16
Se elas forem iguais a corrente em cada uma será dada por:
𝐼𝑛=𝐼
𝑛, Equação 4.17
Onde:
𝐼𝑛 – corrente para a enésima célula;
𝐼 – corrente que entra na associação;
𝑛 – número total de células associadas;
Deste modo podemos representar graficamente o comportamento do gráfico
da corrente versus tensão de acordo com o modo de associarmos as células e sua
conveniência para determinado fim, conforme a Figura 4.22.
56
Figura: 4.21. Corrente e Potência elétrica em função da tensão externa aplicada a célula de silício cristalino. Fonte: Fonte: Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos, 2014.
Figura 4.22. Representação gráfica do comportamento da corrente e tensão, de acordo com a forma
da associação (a) associação em série (b) associação em paralelo. Fonte: Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos, pág. 124, 2014.
57
4.3.7. Módulos e Arranjos Fotovoltaicos de Silício
As células de Silício cristalino nos fornecem uma tensão em torno de 0,6V a
0,7V em circuito aberto, para atingimos correntes e tensões utilizáveis em diversos
equipamentos do dia a dia é necessário associarmos várias células formando o que
chamamos de módulos fotovoltaicos. Uma associação de módulos o que nos forma
o arranjo fotovoltaico. A Figura 4.23 apresenta um esquema de célula, módulo e
arranjo fotovoltaico.
Por questões de cuidado, segurança e transporte os módulos não podem ter
dimensões exageradas, são geralmente constituídos por 36 células associadas, na
maioria das aplicações em série com objetivo de aumentar a voltagem. Para
obtermos potências maiores é necessário um conjunto de módulos, o arranjo,
construído com módulos de mesma potência (PINHO (org), GALDINO (org). 2014).
Os módulos por ficarem expostos ao ambiente aberto são constituídos com
algumas características especiais, dentre elas podemos citar:
I- Rigidez;
II- Isolado eletricamente;
III- Resistência a fenômenos climáticos.
Suas células são envolvidas em um plástico, o qual ajuda no isolamento
elétrico, tem a superfície que fica voltada para o sol coberta por um vidro, ou plástico
transparente. Os módulos possuem uma estrutura de alumínio nas bordas o que
oferece melhor condicionamento das células e proteção. Por ser oferecido todo esse
cuidado no processo de montagem dos módulos, eles podem durar em torno de 25 a
30 anos em funcionamento.
58
Figura 4.23. Esquema representativo de célula, módulo e arranjo fotovoltaicos. Fonte: Adaptado de EERE-2008 Apud Gasparin-2012.
Figura 4.24. Módulos de Silício: (a) Policristalino, (b) Monocristalino (c) Amorfo Fonte: Adaptado de ALMEIDA, 2008.
59
4.3.8. Influência da Temperatura e Irradiação Solar no Comportamento da Corrente e Tensão nas Células Solares
Os parâmetros de temperatura e irradiação solar são de extrema importância
para geração de corrente em semicondutores dopados, como é o caso dos painéis
fotovoltaicos de silício. Abaixo temos duas figuras 4.25 e 4.26 que mostram a
influência da temperatura e da Irradiação Solar, respectivamente, sobre um módulo
fotovoltaico, fabricado com silício dopado.
Figura 4.25. Influência da temperatura da célula no comportamento da curva corrente x tensão, com Irradiância padrão de 1000 W/m
2 e espectro AM 1,5. Fonte: Manual de Engenharia para Sistemas
Fotovoltaicos, pág. 127, 2014.
Figura 4.26. Influência da variação de irradiação solar no comportamento da corrente e tensão em célula de silício cristalino, a temperatura de 25 graus Celsius . Fonte: Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos, pág.126, 2014.
60
4.3.9. Elementos de Sistemas Fotovoltaicos
4.3.9.1. Painel fotovoltaico (PF)
O PF é um gerador construído por junção PN feita com silício dopado,
geralmente o mais comercializado é dopado com Fósforo e Boro, que tem a função
de transformar a energia radiante do Sol diretamente em energia elétrica de c.c. A
quantidade de painéis varia de acordo com a quantidade de energia que se deseja
produzir.
4.3.9.2. Bateria
Para sistemas isolados e afastados de rede elétrica, como por exemplo,
pequenas ilhas na região do Marajó no estado do Pará, são convenientes armazenar
energia para suprir a necessidade diária e até mesmo para as necessidades de
épocas de baixo índice de isolação. Para isso é comum o uso de baterias, deste
modo abordaremos aqui neste trabalho de forma básica alguns tipos de bateria.
Existem diversas formas de armazenamento de energia, porém a que será abordada
aqui ainda é a forma mais eficiente para sistemas fotovoltaicos, às baterias.
De acordo com PINHO (org.) e GALDINO (org.), pág. 164, 2014
Uma bateria é um conjunto de células ou vasos eletroquímicos, conectados em série e/ou em paralelo, capaz de armazenar energia elétrica na forma de energia química por meio de um processo eletroquímico de oxidação e redução (redox) que ocorre em seu interior. Quando uma bateria carregada é conectada a uma carga elétrica, ocorre o processo reverso, ou seja, uma corrente contínua é produzida pela conversão de energia química em energia elétrica.
As baterias utilizadas em sistemas fotovoltaicos são baterias do tipo
recarregáveis, pois existem também as baterias não recarregáveis, muito utilizadas
em equipamentos que exigem pequena potência. As baterias recarregáveis para
sistemas fotovoltaicos são comumente chamadas de baterias de armazenamento ou
acumuladores de carga, a bateria chumbo-ácido é a mais empregada em sistemas
fotovoltaicos atualmente (PINHO (org), GALDINO (org). 2014).
61
É importante ressaltar aqui que a durabilidade de uma bateria desse tipo esta
relacionada a vários fatores dentre os quais podemos citar alguns que certamente
são de fundamental importância.
a) Profundidade de descarga: Esta relacionada ao percentual de energia faltante
em uma bateria para complementar o estado de carga nominal. Por exemplo,
se utilizamos 40Ah de uma bateria com estado de carga nominal 100Ah
dizemos que sua profundidade de carga corresponde a 40%. Existem baterias
especiais que são construídas para trabalhar com até 80% de profundidade
de descarga, já as baterias comuns é aconselhável que não ultrapassem o
máximo de 50% de profundidade de descarga.
b) Sobrecarga: Fornecimento de corrente elétrica após a bateria ter atingido o
nível máximo de carga, provocando o aquecimento do dispositivo podendo
diminuir o tempo de vida útil. O envelhecimento da bateria está diretamente
ligado à temperatura de operação da mesma, logo com o aumento de
temperatura vinculada à sobrecarga tem como consequências o
envelhecimento precoce do dispositivo acumulador de carga.
Podemos aumentar a durabilidade de uma bateria chumbo-ácido mantendo o
nível de carga e não ultrapassar a profundidade de carga estabelecida pelo
fabricante, assim como operar com o dispositivo em ambiente a temperatura
adequada.
As baterias recarregáveis podem ser classificadas de acordo com o tipo de
utilidade para o qual são indicadas. Existem as baterias automotivas destinadas para
elevadas taxas de correntes, são caracterizadas por baixas profundidades, existem
também aquelas utilizadas em no-break que permanecem em regime de flutuação
(praticamente com carga total) as quais são chamadas de estacionárias e são
utilizadas para casos especiais (PINHO (org), GALDINO (org), P.179. 2014).
Para uso em sistemas fotovoltaicos são utilizadas as “baterias fotovoltaicas”
destinadas para ciclos diários, possuem profundidade pequena e podem suportar
descarga profunda, casos de dias com pouca insolação, em períodos de baixa
irradiação solar as baterias podem apresentar dificuldade para atingirem o total
62
carregamento, esse fato diminui a vida útil da mesma, incentivando à pesquisas
destinadas a melhoramentos na eficiência das baterias.
Em física chamamos a bateria de gerador, o qual possui resistência interna Ri e
força eletromotriz Ve em um circuito pode-se representá-la como na figura 4.27,
abaixo
Figura 4.27. Representação de bateria em circuito. Fonte: Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos, pág. 182, 2014.
No modelo de bateria temos as seguintes nomenclaturas:
Ve- força eletromotriz;
Ri- resistência interna;
Vbat- voltagem nos terminais da bateria, fornecida ao circuito externo.
4.3.9.3. Controlador de Carga
Este dispositivo não é destinado à produção de energia, é apenas um
dispositivo eletrônico cuja finalidade é de controle do estado de carga da bateria,
mantendo a mesma protegida de uma possível descarga (por excesso de uso, além
da carga mínima evitando descarga profunda) e protege-la também de sobrecarga
por excesso de produção pelo módulo, impedindo dessa forma o aquecimento da
bateria o que reduz o tempo de vida útil da mesma (BRUM, Pág. 35, 2013).
63
4.3.9.4. Inversores
De acordo com PINHO e GALDINO:
Um inversor é um dispositivo eletrônico que fornece energia elétrica em corrente alternada (c.a) apartir de uma fonte de energia elétrica de corrente contínua (c.c). A energia c.c pode ser proveniente, por exemplo, de baterias, células combustível ou módulo fotovoltaico. A tensão c.a de saída deve ter amplitude, frequência e conteúdo harmônico adequado às cargas a serem alimentadas. Adicionalmente, a sistemas conectados à rede elétrica a tensão de saída do inversor deve ser sincronizada a da rede (p. 216. 2014).
A função principal do inversor é transformar corrente contínua em corrente
alternada, é responsável em converter os 12V de corrente contínua gerado no painel
fotovoltaico em 110V ou 220V de corrente alternada, pronta para uso em aparelhos
domésticos. O módulo fotovoltaico fornece c.c, deste modo para sistemas isolados,
como muitos utilizados em regiões afastadas dos grandes centros, é necessário o
inverssor para transformar c.c em c.a, permitindo a utilização de alguns
eletrodomésticos que funcionam a c.a como televisor, liquidificador, ventilador etc,
figura 4.28.
Figura 4.28. Sistema Energia Solar Fotovoltaica. Fonte: BSB ENERGIA SOLAR. Disponível em: www. Bsbsolar.com/off-grid-sistema-isolado/.
64
4.3.10. Princípios de Funcionamento do Sistema Fotovoltaico Isolado (SFI) e
Sistema Fotovoltaico Interligado a Rede (SFIR)
Aqui nesta subseção serão abordados os conteúdos de forma básica e
acessível para o entendimento do aluno do ensino básico, a descrição do
funcionamento de um sistema fotovoltaico isolado, muito utilizado em regiões de
difícil acesso como ilhas e regiões afastadas dos centros comerciais, e também será
descrito os sistemas fotovoltaicos conectados a rede, utilizados geralmente nas
grandes cidades, com o intuito de redução de gastos com energia elétrica.
4.3.10.1. Funcionamento do Sistema Fotovoltaico Isolado (SFI)
Sistemas fotovoltaicos isolados (SFIs) são importantes para regiões que ficam
distantes da rede de distribuição de energia elétrica, onde o custo para ter acesso
direto à energia da rede se torna inviável financeiramente. Os principais elementos
são os Painéis fotovoltaicos, controlador de carga, baterias e inversor.
O painel fotovoltaico (1) converte a energia proveniente do Sol de forma direta
em energia elétrica de corrente contínua que passa pelo controlador de carga (2)
que tem a função de proteger a bateria de um possível excesso de carga ou de uma
possível descarga em virtude de baixa produção ou excesso de utilização, em
seguida depois de armazenada em um banco ou conjunto de baterias (3), o qual
pode disponibilizar para horários que não há luz do Sol, a energia segue para um
inversor (4) que realiza a transformação de corrente contínua para corrente
alternada, a qual é encaminhada para os equipamentos da casa que funcionam
mediante C.A. É bom ressaltar neste momento que esse sistema esta sendo muito
utilizado em regiões afastadas dos grandes centros, lugares onde fica inviável a
ligação direta com a rede em virtude do custo financeiro, como pequenas ilhas do
Arquipélago do Marajó no estado do Pará que já veem usando de forma cotidiana os
SFIs, ou muitas vezes um sistema híbrido composto por Energia Solar juntamente
com energia fornecida por um motor à Diesel. Na Figura 4.29 e 4.30 temos um
esquema básico de um SFI.
65
Figura 4.29. Modelo simplificado de Sistema Fotovoltaico Isolado. Fonte: Neosolar, 2016.
Figura 4.30: Esquema de um Sistema Isolado. Fonte: Cartilha solar KIocera, 2010.
Figura 4.31. Modelo simplificado de Sistema Fotovoltaico Conectado a Rede. Fonte: Neosolar, 2016.
66
4.3.10.2. Funcionamento do Sistema Fotovoltaico Interligado a Rede (SFIR)
Vimos que nos SFIs são necessários os seguintes elementos
I- Painel Fotovoltaico
II- Baterias
III- Controlador de carga
IV- Inversor
Para um SFIR não é necessário o armazenamento, ou seja, o uso de baterias
e controlador de carga, pois o excesso é encaminhado diretamente para a rede
elétrica depois de passar pelo inversor que irá estabelecer uma corrente compatível
com a da rede, ou seja, sincronizada. Na Figura 4.31 temos uma ilustração de um
esquema simplificado de SFIR.
4.3.11. Processo de Manutenção e Operações
Em todos os sistemas fotovoltaicos deve-se traçar um plano de manutenção
para garantir o perfeito funcionamento do sistema e evitar possíveis interrupções de
fornecimento de energia. Em SFIs a manutenção preventiva pode ser realizada pelo
usuário, pois esta é feita de modo bastante simples. Já em sistemas conectados a
rede recomenda-se que o usuário não atue no processo de manutenção, a não ser
que o mesmo tenha conhecimento específico da área, ou seja, tenha certificado de
curso técnico em SFIRs.
Apesar de um módulo e a bateria nos fornecer voltagem baixa, como foi visto
anteriormente, a associação em série de vários pode fornecer voltagens altíssimas
dada pela soma das voltagens individuais, assim como correntes, daí a necessidade
de preferencialmente a manutenção , seja ela preventiva ou corretiva, ser realizada
de preferência por um agente especializado e ciente no que diz a norma NR-101, a
qual estabelece os cuidados e condições necessárias para pessoas que trabalham
com instalações elétricas, desde a montagem até a manutenção, assim como da
norma NR-352, a qual trata de medidas e condições para o trabalho em altura
(PINHO(org.), GALDINO(org.), pág. 405 e 406, 2014).
67
Os painéis solares podem ser energizados quando expostos a luz solar,
portanto devem ser sempre protegidos da luz antes de instalados, pode-se cobrir
com objetos opacos a luz. Quando se deseja realizar a manutenção, limpeza ou
mesmo trocar uma peça do SF o profissional deve usar luvas isolantes e trabalhar
com o sistema não energizado, no caso do painel fotovoltaico basta desliga-lo da
bateria e impedir a incidência de luz. Já quando se trabalha com o banco de baterias
não é possível desenergizá-lo, então os cuidados devem ser dobrado.
Durante o processo de carregamento das baterias o ambiente onde elas se
encontram fica com alta concentração de H2 que torna o ar inflamável, liberados
durante o carregamento, portanto deve-se ter boa circulação de ar, ou seja,
ventilação adequada para evitar o risco de explosão em virtude de faíscas de fontes
quaisquer.
As baterias de chumbo Ácido possuem ácido sulfúrico, portanto há risco de
acidente com o referido ácido, logo se deve ter no ato da manutenção um kit de
primeiros socorros que contenha água e bicarbonato de sódio para aplicar no local
de contato com o objetivo de neutralizar o ácido (PINHO- et al, pág. 407, 2014). No
quadro 4.1 temos algumas ações que podem ser tomadas em caso de acidentes.
Quadro 4.1: Ações recomendadas em caso de acidentes com ácidos de baterias. Fonte: Manual de
Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos, 2014.
No final do processo de instalação ou operação o profissional deve repassar
os cuidados a serem tomados pelo usuário do SF.
Em operação do sistema deve-se fazer um manual que siga adequadamente
as especificações estabelecidas pelo fabricante dos componentes do sistema e
68
deve-se informar ao usuário os modos como proceder na verificação de atuação dos
componentes dentro do sistema.
Serão abordados abaixo alguns procedimentos a serem tomados pelos
usuários no que diz respeito à manutenção preventiva, visto que a manutenção
corretiva deve ser realizada de preferencia por um profissional especializado.
I - Gerador fotovoltaico
a) Aspecto físico do Painel Solar
Os módulos na maioria das situações não são os principais problemas no SF,
geralmente tem garantia de defeitos de fabricação de 3 a 5 anos e tem garantia de
rendimento mínimo de 25 anos. No que diz respeito ao aspecto físico do painel, este
deve estar sempre limpo com células sem perda da coloração original e verificar se o
painel esta aterrado de forma correta e sem pontos de corrosão. Logicamente que
se deve observar também se não há zonas de sombreamento em virtude de
crescimento de vegetação nas proximidades do painel, típico problema no interior do
Brasil (PINHO(org.), GALDINO(org.), pág. 408, 2014).
A limpeza dos módulos deve ser feita apenas com flanela e água, evitando
usar sabão e objetos que podem arranhar o equipamento. Em lugares que estão
expostos frequentemente a poeira, como margens de estrada é aconselhável que
realize a limpeza com maior frequência. Essa limpeza deve ser feita com os módulos
frios para evitar efeitos indesejáveis, em virtude de diferenças de temperaturas altas
nas faces do painel, caso ele seja de vidro, o que pode rachar com o choque térmico
e causar prejuízo para o usuário.
b) Aspectos elétricos do Painel Solar
Para constatarmos o perfeito funcionamento do painel devemos a priori medir
a corrente de curto-circuito (Isc) e a tensão de circuito aberto (V0c).
Para medir a tensão de circuito aberto procedemos da seguinte maneira:
Primeiramente devemos obedecer aos procedimentos de segurança,
usar luvas e ferramentas adequadas;
Desconecta-se o painel do sistema;
69
Usa-se um voltímetro de c.c;
Deve-se verificar se o voltímetro é adequado ao nível de tensão a ser
medido e também a escala que é utilizada.
É importante lembrar que apesar da baixa tensão oferecida por um módulo
apenas, quando se associam vários desses módulos pode-se atingir voltagens
altíssimas, como mencionado anteriormente.
Pode-se de forma bastante simples desconectar, Figura 4.32, as séries
fotovoltaicas umas das outras e fazer a medição individual por série e compara-las,
logicamente que a tensão deve ser similar entre elas, visto que cada série tem o
mesmo número de módulos. Deve-se em seguida comparar com a tensão
especificada pelo fabricante, depois de multiplicar a tensão do módulo individual pelo
número deles por série.
Sabe-se ainda que a temperatura especificada pelo fabricante gira em torno
de 250C, portanto é necessário realizar a correção com o fator de temperatura
também especificado pelo fabricante e medir a temperatura simultaneamente com a
voltagem de circuito aberto, com um termômetro de infravermelho (PINHO (org.),
GALDINO (org.), pág. 411, 2014).
Caso se verifique anomalia em alguma série é necessária medir a voltagem
de cada módulo da série com problema, a fim de se identificar o módulo defeituoso,
como na figura 4.33.
70
Figura. 4.32. Esquema de medição de voltagem em circuito aberto. Fonte: Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos, pág. 411, 2014.
Figura: 4.33. Esquema de medição de voltagem de um módulo em uma série. Fonte: Manual de engenharia para sistemas fotovoltaicos, pág. 413, 2014.
71
A medida da voltagem do determinado módulo deve ser comparada com a
especificação do fabricante e sempre levando em conta a correção para a
temperatura, considerando aceitáveis desvios de até 15% (PINHO(org.),
GALDINO(org.), pág. 413, 2014).
Para a medição da corrente de curto circuito (Isc) deve-se proceder conforme
indica o Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos-2014, onde informa que
devemos ter o cuidado para não curto circuitar o banco de baterias do SFV. Deve-se
manter aberta a chave de interrupção entre o gerador e o banco de baterias.
Considerando que a corrente gerada pelo painel fotovoltaico pode ser maior
que a capacidade do amperímetro deve-se antes da realização da medida calcular o
valor da corrente esperada, fazendo a multiplicação do valor especificado pelo
fabricante pelo número de fileiras do painel fotovoltaico, em seguida medir a corrente
gerada, que pode ser realizada com um amperímetro de c.c, levando em conta as
condições de irradiância local.
A medição da corrente de curto-circuito deve ser feita em condições de
irradiância estável, sem muitas oscilações. A irradiância pode ser medida com o
Solarímetro, Figura 4.34.
É importante observar no ato da medição da corrente se o painel se encontra
limpo, pois se esse estiver sujo pode comprometer a leitura da medição, é claro que
estando sujo diminui o rendimento do painel.
72
Figura 4.34. Solarímetro Digital. Fonte: Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos, pág. 415, 2014.
Figura 4.35. Medição de Corrente de Curto-Circuito em Painel Solar. Fonte: Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos, pág. 415, 2014.
73
Capítulo 5
DESENVOLVIMENTO DO PROJETO E O GRUPO DO LABORATÓRIO DE
PREPARAÇÃO E COMPUTAÇÃO DE NANOMATERIAIS (LPCN)
5.1. O GRUPO DE ESTUDO LPCN
O LPCN é um grupo coordenado pelo professor Doutor Antonio Maia de
Jesus Chaves Neto da Universidade Federal do Pará, que, recentemente foi
coordenador do Programa Institucional de Bolsa de Iniciação à Docência
(PIBID/CAPES) do curso de física. Esse grupo trabalha em pesquisa científica e
divulgação de temas de física em escolas públicas através do PIBID, sendo
constituído por alunos de graduação e de pós-graduação (Mestrado e Doutorado).
5.2. APLICAÇÃO DO TEMA NAS ESCOLAS PÚBLICAS
O projeto de aplicação do tema “Energia Solar no Currículo da
Educação Básica” foi desenvolvido, juntamente com os grupos LPCN e PIBID/UFPA
que desenvolvem em escolas públicas palestras sobre energias renováveis e outros
temas relacionados com ciência e tecnologia. O presente trabalho foi desenvolvido
em duas Escolas Estaduais Públicas (Instituto Bom Pastor, localizada na BR 316,
Km 3, na cidade de Belém, e na Escola Estadual Abelardo Leão Condurú, localizada
na estrada da Baia do Sol no distrito de Mosqueiro) e no Instituto Federal do Pará –
Campus Bragança. O referido tema foi apresentado em forma de palestras e
experimentos, o que chamou atenção do alunado em virtude de ser moderno e de
alta relevância no cenário mundial. Inicialmente foram proferidas palestras
abordando o tema energia renovável e não renovável de modo geral e em seguida
apenas Energia Solar que é o produto desta dissertação. Posteriormente, foi medida
a aprendizagem dos alunos mediante questionários com 10 testes de múltipla
escolha relacionados com energias renováveis e não renovável. A figura 5.1 ilustra a
palestra proferida na Escola Estadual de Ensino Médio Instituto Bom Pastor, palestra
direcionada a alunos de terceiro ano do ensino médio, na oportunidade foram
explicados os conceitos relativos ao tema como, por exemplo, o efeito fotovoltaico,
muito confundido com o efeito fotoelétrico nos livros didáticos atuais. Foram, ainda,
discutidos os conceitos físicos envolvidos na geração de Energia Elétrica a partir da
74
Energia Solar. Foi explicado como a placa solar de silício gera energia e o
fornecimento para a casa autossustentável. O trabalho de apresentação dos
experimentos foi desenvolvido com o auxílio do estudante de graduação em
licenciatura em física Everson Patrick R. Martins, o qual faz parte do grupo LPCN. O
momento considerado mais relevante no que diz respeito à motivação e incentivo,
onde os alunos tiraram dúvidas e se mostraram intensamente motivados em saber
cada vez mais sobre Energia Solar Fotovoltaica, o momento que despertou a
curiosidade e vontade de aprender física.
(a) (b) Figura 5.1. Demonstração do experimento sobre Energia Solar Fotovoltaica com participação dos alunos da Escola Estadual Instituto Bom Pastor: a) apresentação e b) demonstração. Fonte: Própria.
5.3. RESULTADOS
Aqui nesta seção serão apresentados os resultados coletados da aplicação
dos questionários nas Escolas Públicas (Instituto Bom Pastor e Abelardo Leão
Condurú) e no Instituto Federal do Pará.
Na Escola Estadual Instituto Bom Pastor, foi realizado dois testes com os
alunos, o primeiro abordou as energias renováveis e não renovável com uma turma
que participou (47 alunos) da palestra e o segundo com uma turma que não
participou (45 alunos).
75
Para a turma que não participou da palestra o número de alunos e a
quantidade de acertos foi exposta no gráfico 5.1.
Gráfico 5.1. Relação entre Números de alunos que não participaram da palestra e a quantidade de acertos (Instituto Bom Pastor). Fonte: Própria.
O gráfico 5.1 apresenta que 15 alunos acertaram apenas 3 questões, 6
alunos acertaram 4 questões, 8 alunos acertaram 5 questões, 7 alunos acertaram 2
questões, 4 alunos acertaram 1 questões, 5 alunos acertaram 6 questões. Mostra-se
com este resultado que o nível de acertos foi baixo por parte dos alunos em geral,
pois apenas 5 alunos acertaram mais de 50% das questões do total de 45 alunos.
A turma que participou da palestra e da apresentação dos experimentos teve
maior aproveitamento, em relação à turma que não participou.
Os resultados estão apresentados no gráfico 5.2 e no quadro 5.1 de forma
resumida.
0 5 10 15
1
2
3
4
5
6
Acertos
Número de Alunos
76
Gráfico 5.2. Relação entre Números de alunos que participaram da palestra e a quantidade de acertos (Instituto Bom Pastor). Fonte: Própria.
O gráfico 5.2 mostra que 10 alunos acertaram 8 questões, 12 alunos
acertaram 7 questões, 13 alunos acertaram 6 questões, 5 alunos acertaram 5
questões, 7 alunos acertaram 9 questões. Ou seja, esse resultado mostra que o
tema é acessível para alunos de Ensino Médio.
Numero de Alunos Acertos
10 8
12 7
13 6
5 5
7 9
Quadro 5.1. Relação entre Números de alunos que participaram da palestra e a quantidade de
acertos (Instituto Bom Pastor).
Em um segundo momento, no dia 27 de Novembro de 2015, foi proferido uma
palestra para 131 alunos de Ensino Médio Integrado do Instituto Federal do Pará,
Campus Bragança, abordando apenas o tema “Energia Solar” em seguida foi
distribuído um questionário com 10 questões. Para esse Instituto os resultados estão
apresentados no gráfico 5.3.
0 5 10 15
1
2
3
4
5
Acertos
Número de Alunos
77
Gráfico 5.3. Relação entre Números de alunos que participaram da palestra e a quantidade de acertos (IFPA-Ensino Médio/Integrado), Fonte: Própria.
Observa-se através da interpretação e análise do gráfico 5.3, e em resumo no
quadro 5.2, que a maioria dos alunos acertaram mais de 6 questões do questionário,
mostrando que o tema é assimilável pelos discentes.
Número de Alunos Acertos
22 10
36 9
47 8
17 7
4 6
3 5
2 4 Quadro 5.2. Relação entre Números de alunos que participaram da palestra e a quantidade de
acertos (IFPA-Ensino Médio/Integrado).
Dos 131 alunos dos cursos de Ensino Médio integrado que participaram da
palestra no Instituto Federal de Educação Ciência e tecnologia aproximadamente
96% dos alunos acertaram mais de 5 questões do questionário.
Foi também proferido no dia 27 de Novembro de 2015, conforme certificado
em anexo, juntamente com os alunos de mestrado do MNPEF, palestras para 122
alunos do curso de graduação em física do Instituto Federal do Pará – Campus
0 10 20 30 40 50
1
2
3
4
5
6
7
Acertos
Número de Alunos
78
Bragança com a intenção de divulgar novos conteúdos e metodologias para futuros
professores de física. Primeiramente foi apresentado o tema, Energia Solar
Fotovoltaica: Conceitos e Aplicações para a Educação Básica e em seguida um
questionário de múltipla escolha com 10 questões. Os resultados estão expostos no
gráfico 5.4 e também de forma sintetizada no quadro 5.3.
Gráfico 5.4. Relação entre Números de alunos que participaram da palestra e a quantidade
de acertos (IFPA-Ensino Superior-licenciatura em Física), Fonte: Própria.
Número de Alunos Acertos
97 10
14 9
6 8
5 7
Quadro 5.3. Quantidades de Número de alunos e acertos.
Na Escola Estadual de Ensino Fundamental e Médio Abelardo Condurú,
localizada no Distrito de Belém (Mosqueiro) foi apresentado o tema Energia Solar
Fotovoltaica em forma de conceitos e experimentos para 154 alunos de Ensino
Médio e em seguida apresentado o questionário no intuito de medir a aprendizagem
dos alunos. Os resultados foram expostos no gráfico 5.5 e no quadro 5.4.
0 20 40 60 80 100 120
1
2
3
4
Acertos
Número de Alunos
79
Gráfico 5.5. Relação entre Números de alunos que participaram da palestra e a quantidade de
acertos (Escola Estadual Abelardo Condurú), Fonte: Própria.
Número de Alunos Acertos
8 10
31 8
51 7
43 6
9 5
2 4
4 3
6 2
Quadro 5.4. Relação entre Números de alunos que participaram da palestra e a quantidade de acertos (Escola Estadual Abelardo Condurú).
É fácil perceber com os resultados apresentados que o tema é assimilável
tanto para alunos da educação básica, assim como para futuros professores de
física como foi mostrado nos gráfico 5.2, 5.3, e 5.4.
0 10 20 30 40 50 60
1
2
3
4
5
6
7
8
Acertos
Número de Alunos
80
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Este trabalho, destinado à área de ensino de física visa contribuir de forma
significativa para o ensino de física de forma a inovar conteúdo e incentivar práticas
que abordem os temas de física de forma atraente, que desperte no aluno um
espírito científico e crítico desde a educação básica como os autores Delizoicov,
Angoti e Pernambuco apoiam para práticas docentes.
Foi mostrado à importância de incluir no currículo da educação básica o tema
Energia Solar como parte do currículo, visto que é um tema de importância no
cenário energético mundial e debate no meio científico em busca de novas fontes de
energias que degradem menos o meio ambiente.
Visando incentivar novos trabalhos na área de “energias renováveis”, assim
como buscar novas formas de ensinar física através de temas do dia a dia, que
fazem parte do aluno, de acordo com a teoria de Freire sobre os temas geradores,
que vivem mergulhados em novas tecnologias. Foram avaliados mais de 500 alunos,
em 2 escolas de nível básico e um Instituto Federal de Educação Ciência e
tecnologia, com o intuito de avaliar o maior número possível de alunos e constatar
se o tema é assimilável.
Deste modo concluímos que o trabalho é fundamental no que diz respeito à
inovação para o currículo de física para educação básica, incluindo um tema
riquíssimo em conceitos físicos que podem ser vistos mediante experimentos
simples e de custo acessível para professores e alunos. Além de ser bem acessível
para o Ensino Médio.
Com esse produto os conceitos se tornam acessíveis, visto que explica o
funcionamento conjunto de todos os elementos envolvido nos sistemas fotovoltaicos,
destacando a função e importância de cada um deles para o sistema como um todo.
Foi notório perceber que o presente tema proposto se enquadra dentro das
exigências dos PCNs e da imposição prevista na LDBEN para a educação, assim
como pode ser trabalhado de acordo com as teorias de Freire e Delizoicov, Angoti e
Pernambuco, os quais apoiam a inserção de Temas Geradores e Ciência e
Tecnologia na sala de aula respectivamente.
81
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ALMEIDA, M. Qualificação de Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede. São
Paulo: Dissertação de Mestrado, 2012.
AMBIENTE BRASIL. Energia solar e o meio ambiente. Disponível em: <
http://ambientes.ambientebrasil.com.br/energia/energia_solar/energia_solar_e_o_me
io_ambiente.html>, Acesso em 02 de fevereiro de 2015.
AURÉLIO G. F. TOSCANO C. Física 1: interação e tecnologia, V1. 1ed. São
Paulo: Leya, 2013.
BOAS N. V, DOCA R. H, BISCUOLA G. J. Física 1. 2ed. São Paulo. Saraiva. 2013.
BOAS N. V, DOCA R. H, BISCUOLA G. J. Física 2. 2ed. São Paulo. Saraiva. 2013.
BOAS N. V, DOCA R. H, BISCUOLA G. J. Física 3. 2ed. São Paulo. Saraiva. 2013.
BONJORNO J. R et al. Física 3. 2ed. São Paulo. FTD. 2013.
BONJORNO J. R. Física 1. 2ed. São Paulo. FTD. 2013.
BONJORNO J. R. Física 2. 2ed. São Paulo. FTD. 2013.
BRAGA. R.P. Energia Solar Fotovoltaica: Fundamentos e aplicações. UFRJ.
2008.
BRUM, Thiago Santos. PROJETO DE USO DE ENERGIA FOTOVOLTAICA COMO
FONTE EMERGENCIAL. Rio de janeiro, 2013. P.35.
CAPRA, F. O ponto de mutação. São Paulo: Cultrix, 2006.
CERVO, A. L.; BERVIAN, P. A.; DA SILVA, R. Metodologia científica. 6. ed. São
Paulo: Pearson Prentice Hall, 2007.
DELIZOICOV, Demétrio; ANGOTI, José André; PERNANBUCO, Marta Maria.
Ensino de Ciências: Fundamentos e Métodos. 4. ed. São Paulo: Cortez, 2007
FREIRE, P.Educação como prática da liberdade. Rio de Janeiro: Paz e Terra,
1999.
GALDINO, M. A. E. et al. O contexto das energias renováveis no Brasil. Revista da
Direng, Rio de Janeiro, n.9, 1998. Disponível em:
82
<http://www.cresesb.cepel.br/publicacoes/download/ Direng.pdf>. Acesso em: 17
jun. 2016.
GASPAR A. Compreendendo a Física, V1. 1ed. São Paulo. Ática, 2005.
GASPAR A. Compreendendo a Física, V2. 1ed. São Paulo. Ática, 2005.
GASPAR A. Compreendendo a Física, V3. 1ed. São Paulo. Ática, 2005.
HALLIDAY D, RESNICK R. WALKER J. Fundamentos de Física. 8ed. Rio de
Janeiro. LTC, 2008.
HALLIDAY. D. Fundamentos de Física. Ed. LTC. 2007
KLOSOWSKI A. Vicentini E. Ensino de Física: Placas Fotovoltaicas.
UNICENTRO-CEDETEG. Paraná. 2011.
LAKATOS, E. M.; MARCONI, M. de A. Metodologia científica. 2. ed. São Paulo:
Atlas, 1991.
LEIS DE DIRETRIZES E BASES DA EDUCAÇÃO NACIONAL (Lei nº 9.394). 90Ed.
1996.
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO. Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino
Médio (PCN-EM). Brasil.MEC/SEMTEC – Secretaria de Educação Média e
Tecnológica, Brasília, 2002.
MOTA L. T. MIRANDA D. L. Energia: Do Sol as Placas Solares, na temática interdisciplinar para o Ensino de Física. Instituto Federal do Pará. Bragança-Pará, 2015.
NASCIMENTO C. A. Princípio de Funcionamento da Célula Fotovoltaica.
Universidade Federal de Lavras. MG, 2004.
Neosolar, 2016. Kit Solar Fotovoltaico. Disponível em:
<http://www.neosolar.com.br/loja/kit-energia-solar-fotovoltaico-560wp.html>, Acesso:
18/05/2016
Neosolar, 2016. Modelo simplificado de sistemas fotovoltaicos. Disponível em:
<http://www.neosolar.com.br/aprenda/saiba-mais/sistemas-de-energia-solar-
fotovoltaica-e-seus-componentes>, Acesso em 18/05/2016
NETO A.M.J.C.; ANJOS, A. R. ; ALMEIDA, A. P. ; SOUZA, J. R. P. S. EVOLUÇÃO
DE UM GRUPO DE ESTUDO LPCN PARA PESQUISA E DIDÁTICA NAS
83
ESCOLAS DO PARÁ. In: Marilena Loureiro da Silva; Luiza Nakayama; Márcia
Aparecida da Silva Pimentel; Maria de Fátima Vilhena da Silva. (Org.). Novos
Saberes e Fazeres nas Políticas e Práticas de Formação Docente. 1ed. Belém:
UFPA, 2016, v. 1, p. 287-292. (ISBN: 978-85-63728-34-0).
NETO J. B. Mecânica Newtoniana, Lagrangeana e Hamiltoniana. 1ed. São Paulo.
Livraria da Física. 2004.
NUSSENZVEIG H. M. Curso de Física Básica. V1. 4ed. São Paulo. Blucher. 2002.
NUSSENZVEIG H. M. Curso de Física Básica. V2. 4ed. São Paulo. Blucher. 2002.
NUSSENZVEIG H. M. Curso de Física Básica. V3. 4ed. São Paulo. Blucher. 2002.
PARÂMETROS CURRICULARES NACIONAIS. Brasília:MEC, SEMTEC, 1998.
PCNs+ Ensino Médio: orientações educacionais complementares aos Parâmetros
Curriculares Nacionais. Brasília:MEC, SEMTEC, 2002.
PINHO, João Tavares (Org.); GALDINO, Marco Antonio (Org.). Manual de
Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos. Rio de Janeiro: cepel/cresesb, 2014.
SANT’ANNA B. et al. Conexões com a FÌSICA. V1. 1ed. São Paulo. Moderna.
2010.
SANT’ANNA B. et al. Conexões com a FÌSICA. V2. 1ed. São Paulo. Moderna.
2010.
SILVA A. V. R. Nossa estrela: O SOL. 1ed. São Paulo. Livraria da Física. 2006.
SILVA C. X, FILHO B. B. Física aula por aula. V1. 1ed. São Paulo. FTD, 2010.
SILVA C. X, FILHO B. B. Física aula por aula. V2. 1ed. São Paulo. FTD, 2010.
SILVA C. X, FILHO B. B. Física aula por aula. V3. 1ed. São Paulo. FTD, 2010.
SOCIEDADE BRASILEIRA DE FÍSICA, Linhas de pesquisa do mestrado Nacional
Profissinal em Ensino de Física, 2016. Disponível em:
<http://www.sbf.org.br/v1/imagens/stories/MNPEF/linhas MNPEF.pdf>, Acesso em:
17 maio. 2016.
84
SOLAR BRASIL. Cartilha de energia Solar. Aplicações e Viabilidade do Sistema.
São Paulo. 2010. Disponível em:< http:/www.solarbrasil.com.br>, Acesso em 20 de
maio de 2016.
SWART J. W. SEMICONDUTORES: Fundamentos, Técnicas e Aplicações. Ed.
UNICAMP, 2008.
TEIXEIRA I.M.C, Teixeira J.P.C. Conceitos Básicos de Electrónica. 2003
TORRES C. M. A. et al. Física: Ciência e tecnologia. V1. 1ed. Estado. Moderna.
2005.
TORRES C. M. A. et al. Física: Ciência e tecnologia. V2. 1ed. Estado. Moderna.
2005.
TORRES C. M. A. et al. Física: Ciência e tecnologia. V3. 1ed. Estado. Moderna.
2005.
YAMAMOTO K. FUKE L. F. FÍSICA PARA O ENSINO MÉDIO. V1. 3ed. São Paulo.
Saraiva. 2013.
http://lista.mercadolivre.com.br/brinquedo-movido-a-energia-solar
http://www.tabelaperiodicacompleta.com
http://olhardigital.uol.com.br/noticia/japao-transforma-campos-de-golfe-
abandonados-em-usinas-de-energia-solar/50777
http://www.sbf.org.br
http://ambientes.ambientebrasil.com.br
http://www.tabelaperiodicacompleta.com
http://www.tabelaperiodicacompleta.com
http://www.sbf.org.br/v1/imagens/stories/MNPEF/linhas MNPEF.pdf
http:/www.solarbrasil.com.br
http:/ www.Bsbsolar.com
85
APÊNDICE A:
Questionário sobre energias renováveis e não renováveis
Este questionário visa identificar os conhecimentos básicos que você já adquiriu sobre energias renováveis e não renováveis
Cada questão contém cinco alternativas, das quais apenas uma é correta.
Para cada questão escolha a que você achar correta.
QUESTÕES
1. A Energia solar não provoca danos ambientais, podendo ser considerada uma fonte de energia limpa. A afirmativa acima está:
a) Incorreta, pois toda a produção de energia elétrica pelos raios de sol emite poluentes na atmosfera. b) Correta, pois não há queima de combustíveis e nem ocupação de grandes áreas para a utilização dessa fonte de energia. c) Incorreta, pois muitos animais morrem em função da insolação causada por essas usinas, gerando danos ambientais relacionados com a quebra da cadeia alimentar. d) Correta, pois a energia gerada pelo sol não ocasiona transformações imediatas na atmosfera, que seriam sentidas apenas a longo prazo. e) Incorreta, pois a proliferação de energia solar agravaria o problema do efeito estufa.
2. A energia solar, apesar de amplamente vantajosa no sentido ambiental e em seu nível de produtividade, não é amplamente utilizada no Brasil e na maior parte do mundo, em função de suas desvantagens, entre as quais, podemos assinalar:
a) o baixo índice de radiação solar em países tropicais, a exemplo do território brasileiro. b) a baixa capacidade de aquecimento do sol mesmo nos períodos de maior insolação. c) a elevada instabilidade dos geradores solares no atual nível de tecnologia. d) os painéis solares são caros e o seu rendimento é baixo. e) as usinas de energia solar necessitam de grandes áreas, destruindo florestas e áreas agricultáveis.
3. Vem se tornando crescente, em todo o mundo, o aproveitamento energético da radiação solar, cujo destino principal é para duas formas de energia, que são:
a) a elétrica e a mecânica b) a elétrica e a automotiva c) a elétrica e a térmica d) a mecânica e a eólica
86
e) a mecânica e a automotiva 4. (FGV/2006)“As usinas de energia solar responderão por 2,5% das necessidades globais de eletricidade até 2025 e 16% em 2040, diz o relatório da associação europeia do setor e do Greenpeace. Hoje, elas representam 0,05% da matriz energética. A taxa de expansão anual do setor tem sido de 35%.”Jornal O Estado de S. Paulo, 07/09/2006
Assinale a alternativa que melhor explique esse enunciado:
a) Essa tendência de expansão explica-se pelo fato de o Sol representar fonte inesgotável de energia, cuja transformação em eletricidade exige um processo simples e de baixo custo, se comparado com a hidreletricidade.
b) A transformação de energia solar (de radiação) em elétrica difundiu-se muito no Brasil para uso doméstico, especialmente após a crise do apagão, em 2001.
c) O desenvolvimento da geração de energia elétrica a partir da solar ainda é incipiente no Brasil, pois envolve um processo caro e complexo se comparado à hidreletricidade, relativamente barata e abundante.
d) A tropicalidade do Brasil permite vislumbrar, a médio prazo, um quadro de substituição da energia hidrelétrica por energia solar, sobretudo nas áreas metropolitanas costeiras.
e) A expansão do uso de energia solar apontado pelo enunciado favorece, especialmente, os países subdesenvolvidos que ocupam, em sua maioria, as faixas intertropicais do planeta.
5. A Apple formalizará uma parceria com a empresa First Solar para construir uma usina de energia solar de US$ 850 milhões, afirmou Tim Cook, presidente-executivo da empresa […]. A planta será construída em Monterey County, na Califórnia (EUA). Segundo a Apple, a construção vai gerar energia para abastecer 60 mil casas. A fabricante do iPhone já produz energia solar na Carolina do Norte e em Nevada.
G1, 11 mar. 2015. Apple construirá usina de energia solar ao custo de US$ 850 milhões. Disponível em: <http://g1.globo.com>. Acesso em: 23 mar 2015.
Adaptado.
O uso da energia solar vem se elevando em todo o mundo. Entre as suas principais vantagens, podemos assinalar corretamente:
a) grande eficiência energética
b) baixo preço das tecnologias empregadas
c) pouca necessidade de manutenção
d) grande procura internacional por essa matriz
e) reduzida demanda por minérios na fabricação dos materiais
87
6. (FGV - adaptada) “As usinas de energia solar responderão por 2,5% das necessidades globais de eletricidade até 2025 e 16% em 2040, diz o relatório da associação europeia do setor e do Greenpeace. Hoje, elas representam 0,05% da matriz energética. A taxa de expansão anual do setor tem sido de 35%.”
Jornal O Estado de S. Paulo, 07/09/2006
Assinale a alternativa que melhor explique esse enunciado:
a) Essa tendência de expansão explica-se pelo fato de o Sol representar fonte inesgotável de energia, cuja transformação em eletricidade exige um processo simples e de baixo custo, se comparado com a hidreletricidade.
b) A transformação de energia solar (de radiação) em elétrica difundiu-se muito no Brasil para uso doméstico, especialmente após a crise do apagão, em 2001.
c) O desenvolvimento da geração de energia elétrica a partir da solar ainda é incipiente no Brasil, pois envolve um processo caro e complexo se comparado à hidreletricidade, relativamente barata e abundante.
d) A expansão do uso de energia solar apontado pelo enunciado favorece, especialmente, os países subdesenvolvidos que ocupam, em sua maioria, as faixas intertropicais do planeta.
7. Qual componente principal é mais abundante da parede celular vegetal?
a) Metanol
b) Celulose
c) Éster
d) Etanol
e) Lignina
8. O biocombustível é uma fonte energética resultante do processo de:
a) Depósitos fósseis em grande profundidade.
b) Aquecimento de placas de material semicondutor.
c) A partir da quebra de átomos de urânio.
d) Movimento dos ventos captados por pás de turbinas ligadas a geradores.
e) Processamento de derivados de produtos agrícolas como cana-de-açúcar,
mamona, soja, biomassa florestal, resíduos agropecuários, entre outras
fontes.
9. Os biocombustíveis surgem hoje como uma solução para os problemas mundiais de energia. O caráter renovável da biomassa torna o seu uso uma alternativa para a ameaça de esgotamento das jazidas de petróleo. O aumento da produção de combustível com base na biomassa provoca o seguinte problema:
a) O aumento da emissão de gases do efeito estufa, o que agrava o aquecimento global.
b) A queda do preço do petróleo, o que contribui para o aumento do seu consumo.
88
c) A redução da oferta de alimentos, o que leva ao aumento de seus preços no mercado mundial.
d) A mudança da estrutura fundiária, o que acarreta o fracionamento das unidades produtivas.
e) A desvalorização do fator trabalho na agricultura, o que agrava as questões sociais no campo.
10. A Lei Federal n.º 11.097/2005 dispõe sobre a introdução do biodiesel na matriz energética brasileira e fixa em 5%, em volume, o percentual mínimo obrigatório a ser adicionado ao óleo diesel vendido ao consumidor. De acordo com essa lei, biocombustível é “derivado de biomassa renovável para uso em motores a combustão interna com ignição por compressão ou, conforme regulamento para geração de outro tipo de energia, que possa substituir parcial ou totalmente combustíveis de origem fóssil”.
a) Colabora na redução dos efeitos da degradação ambiental global produzida pelo uso de combustíveis fósseis, como os derivados do petróleo.
b) Provoca uma redução de 5% na quantidade de carbono emitido pelos veículos automotores e colabora no controle do desmatamento.
c) Incentiva o setor econômico brasileiro a se adaptar ao uso de uma fonte de energia derivada de uma biomassa inesgotável.
d) Aponta para pequena possibilidade de expansão do uso de biocombustíveis, fixado, por lei, em 5% do consumo de derivados do petróleo.
e) Diversifica o uso de fontes alternativas de energia que reduzem os impactos da produção do etanol por meio da monocultura da cana-de-açúcar.
89
APÊNDICE B:
Questionário sobre Energia Solar Fotovoltaica: Conceitos e Aplicações
Este questionário visa identificar os conhecimentos básicos adquiridos sobre Energias Solar após a palestra, material este elaborado por José Ricardo Patrício da Silva Souza e Antonio Maia de Jesus Chaves Neto
Atenção:
Cada questão contém quatro alternativas, das quais apenas uma é correta.
Para cada questão escolha marque a correta.
QUESTÕES
1. Sobre os semicondutores que são amplamente utilizados na fabricação de células solares podemos dizer que são:
a) Da família 2A da tabela periódica; b) Gases nobres da tabela periódica; c) Da família 5A da tabela periódica; d) Da família 4A da tabela periódica;
2. Ainda sobre os semicondutores pode-se dizer que:
a) São bons condutores de corrente elétrica; b) Não tem aplicação na ciência e tecnologia; c) Tem comportamento intermediários entre os condutores e os isolantes; d) São isolantes elétricos;
3. Em relação ao processo de dopagem de semicondutores para utilização em painéis solares são utilizados com maior frequência os elementos:
a) Boro e fósforo; b) Germânio e fósforo; c) Boro e alumínio; d) Hélio e alumínio;
4. Podemos dizer que as ligações químicas envolvidas no processo de dopagem de semicondutores, destinados a produção de células solares, são do tipo:
90
a) Metálicas; b) Iônicas; c) Covalentes; d) Metálicas e iônicas;
5. O elemento mais utilizado na fabricação de painéis solares, mais comercializados atualmente é o:
a) Silício; b) Germânio; c) Alumínio; d) Boro;
6. Enumere corretamente o elemento do sistema de energia solar com sua função básica.
(1) Painel solar
( ) armazena energia para utilização em momentos de carência de sol
(2) controlador de carga
( ) converte corrente contínua proveniente do gerador em corrente alternada
(3) bateria
( ) protege a bateria de possíveis descargas profundas ou excesso de carga
(4) inversor
( ) tem a função de gerar eletricidade de forma direta, apartir da energia solar
7. A crise energética mundial é uma discursão constantes em encontros internacionais que abordam o tema energia. Muito se fala sobre energias renováveis, dentre as alternativas abaixo marque aquela que somente indica energias renováveis:
a) Energia solar e eólica; b) Energia nuclear e eólica; c) Energia hidrelétrica e petróleo; d) Petróleo e biomassa;
91
8. Uma das formas de energia que mais cresce no cenário mundial é:
a) Energia Solar; b) Energia hidrelétrica; c) Energia nuclear; d) Energia proveniente do petróleo;
9. Em um sistema isolado de energia solar, são necessários os seguintes equipamentos para abastecer uma residência nos períodos de dia e noite com corrente contínua:
a) Painel solar, controlador de carga e bateria; b) Painel solar, inversor e bateria; c) Somente o painel solar; d) Painel solar e bateria;
10. Em um sistema de energia solar para suprir a necessidade energética de uma residência que possui vários eletrodomésticos, lâmpadas etc... é necessário que este sistema tenha os seguintes elementos:
a) Painel solar e bateria apenas; b) Painel solar, controlador de carga, bateria e inversor; c) Painel solar e inversor apenas; d) Bateria e inversor somente;
92
ANEXOS
Anexo A: Capítulo de livro Sobre o Grupo LPCN e suas ações em escolas públicas.
93
94
95
96
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
Instituto de Física
Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física
Mestrado Profissional em Ensino de Física
ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA: CONCEITOS E APLICAÇÕES PARA
O ENSINO MÉDIO
José Ricardo Patrício da Silva Souza
e
Antonio Maia de Jesus Chaves Neto
Material Instrucional associado a
dissertação de Mestrado de José Ricardo
Patrício da Silva Souza apresentada ao
Programa de Pós-graduação em Ensino de
Física, Instituto de Física, da Universidade
Federal do Pará.
Belém-Pará
Agosto-2016
97
Sumário
INTRODUÇÃO
98
1. Teoria Básica de Energia Solar
98
1.1. Quantização de Max Planck
98
1.2. Semicondutores e tabela periódica de classificação
99
1.3. Semicondutor Intrínseco e Extrínseco
99
1.4. Extrínseco ou Dopado
100
1.4.1. Semicondutor dopado - N (tipo N)
100
1.4.2. Semicondutor Dopado - P (tipo P)
101
1.5. Junção PN
101
1.6. Efeito Fotovoltaico e células fotovoltaicas
102
1.7. Elementos de um Sistema Fotovoltaico (SF)
105
1.7.1. Painel Fotovoltaico
105
1.7.2. Bateria
105
1.7.3. Controlador de Carga
106
1.7.4. Inversores
106
1.8. Funcionamento do Sistema Fotovoltaico Isolado
107
1.9. Funcionamento do Sistema Fotovoltaico Interligado a Rede (SFIR)
107
2. Projeto experimental para o ensino de física
108
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
115
98
INTRODUÇÃO
Esta proposta vem como indicativos de conceitos capitais em Energia Solar
Fotovoltaica, e de extrema importância para introduzir no currículo de Física do
Ensino Médio.
Aqui são apresentados conceitos envolvidos na conversão de Energia Solar
em Energia Elétrica, desde a teoria básica de dopagem de semicondutores,
distribuição de energia em sistemas isolados e de sistemas conectados a rede, além
de apresentar, no apêndice B, um projeto experimental relacionado com o tema.
Este trabalho tem como objetivo oferecer para o professor da educação
básica conceitos essenciais de Energia Solar, para que o mesmo possa trabalhar
em sala de aula com seus alunos, que vivem constantemente rodeados de
tecnologias modernas e às vezes nem se quer tem ideia dos princípios físicos
básicos envolvidos.
O presente trabalho é produto desta dissertação de Mestrado em Ensino de
Física da UFPA/SBF, Intitulada “Energia Solar: Conceitos e Aplicações para
Educação Básica”.
1. Teoria Básica de Energia Solar
1.1. Quantização de Max Planck
Em 1900, Max Planck, físico alemão, assume que a energia radiante é
composta por pacotinhos de energia, os quais Planck chamou de quantum. Cinco
anos depois a proposta de quantização foi utilizada pelo físico alemão Albert
Einstein para explicar o efeito fotoelétrico proposto por Hertz em 1987 (HALLIDAY,
2007). Mas tarde por volta de 1926 o químico Gilbert Lewis denominou esses
pacotinhos simplesmente de Fóton, denominação aceita até os dias atuais e mais
utilizada nos livros didáticos da Educação Básica e Superior.
De acordo com as ideias de Max Planck cada fóton carrega consigo uma
quantidade de energia dada pela equação 1.1.
𝐸𝐹ó𝑡𝑜𝑛 = ℎ 𝑓 , Equação 1.1
99
Onde ℎ = 6,63𝑥10−34𝐽. 𝑠 é a chamada constante de Planck, 𝑓 a frequência da
radiação (HALLIDAY, 2007).
1.2. Semicondutores e tabela periódica de classificação
Os semicondutores são materiais que, à temperatura ambiente, nem
conduzem como os metais, nem isolam como os isolantes. Os painéis Solares são
construídos basicamente com semicondutores, geralmente o Silício que é um
elemento da família 4A da tabela periódica, por isso é caracterizado por ter 4
elétrons na última camada. Em um cristal de Silício os elétrons da última camada, de
valência, são compartilhados com os átomos vizinhos, é o que chamamos de ligação
covalente, para garantir a estabilidade com 8 elétrons na última camada, regra do
octeto (TEIXEIRA, 2003).
1.3. Semicondutor Intrínseco e Extrínseco
a) Intrínseco ou puro: São semicondutores não dopados com outros elementos,
chamados de impurezas. Se fosse possível atingir a temperatura de 0K, o
semicondutor não conduziria corrente elétrica, pois nesse caso a banda de valência
estará completamente preenchida e a banda de condução estará vazia em sua
totalidade.
(a) Modelo de ligações químicas. (b) Modelo de bandas de energia.
Figura 1.1. Modelos representativos de semicondutores a temperatura de 0K.
A figura 1.1 apresenta dois modelos representativos de semicondutores,
considerando a temperatura igual a 0K. Na figura 1.1 (a) os círculos representam os
núcleos dos átomos e as barras duplas representam os elétrons compartilhados por
ligações covalentes (SWART, 2008). Na figura 1.1 (b) temos um Modelo de Bandas,
Banda de condução
Banda de valência
100
onde se mostra os elétrons na banda de valência e mostra a banda de condução
completamente vazia.
A temperatura acima do 0K alguns elétrons ganham energia térmica, podendo
alcançar a banda de condução, gastando para isso uma quantidade de energia
denominada de GAP. Desta forma teremos a condição que tanto elétrons da banda
de condução quanto elétrons da banda de valência podem conduzir corrente
elétrica, levando em conta que esses elétrons da banda de valência vão inicialmente
ocupando lacuna ou buracos deixados por aqueles que saltaram para a banda de
condução (SWART, 2008).
(a) (b)
Figura 1.2. Modelos representativos de semicondutores a temperatura acima de 0K. Modelo
de a) ligações químicas e b) bandas.
1.4. Extrínseco ou Dopado
Semicondutores extrínsecos são semicondutores dopados com impurezas
que alteram a concentração dos portadores de carga, elétrons e lacunas. (SWART,
2008). No Silício puro podemos inserir impurezas, das quais destacamos o Fósforo
da família 5A e o Bora da família 3A, para obter resultados diferentes dos obtidos
com silício puro, o que chamamos de dopagem.
1.4.1. Semicondutor dopado - N (tipo N)
Pode-se realizar a dopagem do silício com o fósforo como impureza, (da
família VA). Como o Silício possui 4 elétrons na última camada ele necessita de mais
4 para completar sua estabilidade de acordo com a regra do octeto, no entanto o
Fósforo apresenta 5 elétrons na última camada, portanto o silício e o fósforo
compartilham por ligações covalentes quatro elétrons. Deste modo sobra um elétron
Banda de condução
Banda de valência
101
no átomo de Fósforo, o qual fica fracamente ligado, contribuindo com carga
negativa. (Silício tipo N) (TEIXEIRA, 2003).
1.4.2. Semicondutor Dopado - P (tipo P)
Se a dopagem for realizada com Boro, ou Alumínio, elementos da família IIIA,
obtém-se um material com falta de elétrons, ou material com cargas positivas
(lacunas ou buracos) livres (Silício tipo P) (TEIXEIRA, 2003).
O processo de dopagem de semicondutores acaba por diminuir a quantidade
de energia necessária para que um elétron consiga atingir a banda de condução.
1.5. Junção PN
Uma junção PN corresponde a uma união de dois materiais, um tipo N e outro
tipo P. Alguns elétrons fracamente ligados da região N movem-se através da junção
por difusão, e ocupam as lacunas na região-P (entende-se por lacunas a falta de
elétrons), formando íons negativos nesta região P e íons positivos nas posições
ocupadas pelas impurezas doadoras N, surgindo o aparecimento de um campo
elétrico na junção com sentido do material tipo N para o tipo P. A carga espacial na
junção aumenta, criando uma região de depleção que inibe transferência de elétrons
conforme apresentado na figura 1.3. É bom ressaltar que a ddp através da região de
depleção é chamada de barreira de potencial e que a temperatura de 25ºC, esta
barreira é de 0,7V para o Silício e 0,3V para o Germânio (TEIXEIRA, 2003).
Figura 1.3: Formação da Região de depleção.
Tipo P Tipo N
102
1.6. Efeito Fotovoltaico e células fotovoltaicas
O efeito fotovoltaico foi observado pela primeira vez em 1839 por Edmund
Bequerel, consiste em uma diferença de potencial entre dois semicondutores de
propriedades elétricas diferentes devido à incidência de luz na junção (BUHLER,
2011). As primeiras células fotovoltaicas foram construídas a partir de Selênio por
C.E. Frits por volta de 1883. Somente em torno de 1950 foram construídas, nos
laboratórios Bell nos Estados Unidos. Nas últimas décadas veem sendo aplicadas
várias tecnologias na fabricação de células fotovoltaicas. Existem as células
baseadas em filmes finos e as de multijunção de alta eficiência e células baseadas
em corantes, no entanto as células de silício cristalino, chamadas de células de
primeira geração, dominam o mercado mundial no que diz respeito à fabricação e
comercialização (PINHO (org.), GALDINO (Org), 2014.
Figura 1.4. Geração de pares elétron-lacuna no material semicondutor e feito de termalização.
A dopagem do silício com material como o fósforo e o bora nos fornecem o
silício tipo N e tipo P respectivamente, e a junção PN desses nos oferece um
material-conjunto que constitui a base para a célula solar de silício. Se este material,
semicondutor, for exposto á luz solar com fótons de energia maior ou igual que a
energia do Gap irá gerar pares elétron-lacuna no material. Caso a energia do fóton
seja maior que a do Gap o excedente se transforma em calor (termalização),
aquecendo o material, novamente podemos ressaltar a diferença do efeito
fotovoltaico para o efeito fotoelétrico onde o excedente transforma-se em energia
cinética. A figura 1.4 mostra uma idealização do que acontece na recepção fóton-
elétron e a termalização.
Banda de valência Banda proibida
Banda de condução cal
h.f
E(ev)
103
Observa-se que o Efeito fotovoltaico é um processo interno ao material e é
descrito para semicondutores, diferentemente do Efeito Fotoelétrico descrito por
Albert Einstein em 1905 que é um fenômeno de arranchamento de elétrons do
material por radiação incidente e foi descrito para metais, além de ter uma
frequência mínima ou de corte, de acordo com a grande parte da literatura, para ser
caracterizado, esse fato de frequência mínima define o efeito fotoelétrico como um
processo externo e de arranchamento de elétrons do material.
Uma Célula Solar nada mais é do que uma junção PN como apresentado na
figura 1.5. No momento em que os fótons de radiação solar incidem na superfície
das células na camada tipo N, de menor espessura, podem atingir a camada tipo P
fazendo com que os elétrons ganhem energia desses fótons e consigam atravessar
a região de depleção atingindo o material tipo N, e se dirigindo para a superfície
metálica fazendo surgir uma ddp entre o contato frontal e o posterior, isso é o efeito
Fotovoltaico que ocorre na Célula Solar muito diferente do efeito fotoelétrico.
Figura 15. Esquema de uma Célula Solar de silício. Fonte: Adaptado NT Solar PUCRS Apud Gasparin-2012.
As células de Silício cristalino nos fornecem uma tensão em torno de 0,6V em
circuito aberto, para atingimos correntes e tensões utilizáveis em diversos
equipamentos do dia a dia é necessário associarmos várias células formando o que
104
chamamos de módulos fotovoltaicos. Para obtermos potências maiores é necessário
um conjunto de módulos, que chamamos de painéis fotovoltaicos (PF) ou arranjo,
construído com módulos de mesma potência (PINHO (org), GALDINO (org). 2014).
Suas células são envolvidas em um plástico, o qual ajuda no isolamento
elétrico, tem a superfície que fica voltada para o sol coberta por um vidro, ou plástico
transparente. Os módulos possuem uma estrutura de alumínio nas bordas o que
oferece melhor condicionamento das células e proteção. Por ser oferecido todo esse
cuidado no processo de montagem dos módulos, eles podem durar em torno de 25 a
30 anos em funcionamento (PINHO (org), GALDINO (org). 2014).
Os parâmetros de temperatura e irradiação solar são de extrema importância
para geração de corrente em semicondutores dopados, como é o caso dos painéis
fotovoltaicos de silício. A figura 1.6 e 1.7 mostra a influência da temperatura e da
Irradiação Solar, respectivamente sobre um módulo fotovoltaico, fabricado com
silício dopado.
Figura 1.6. Influência da temperatura da célula no comportamento da curva corrente x tensão, com Irradiância padrão de 1000 W/m
2. Fonte: Manual de Engenharia para Sistemas
Fotovoltaicos, pág. 127, 2014.
105
Figura 1.7. Influência da variação de irradiação solar no comportamento da corrente e tensão em célula de silício cristalino, a temperatura de 25 graus Celsius . Fonte: Manual de Engenharia para
Sistemas Fotovoltaicos, pág.126, 2014.
1.7. Elementos de um Sistema Fotovoltaico (SF)
1.7.1. Painel Fotovoltaico
O PF é um gerador construído por junção PN feita com silício dopado,
geralmente o mais comercializado é dopado com Fósforo e Boro, que tem a função
de transformar a energia radiante do Sol diretamente em energia elétrica de corrente
contínua, através do efeito fotovoltaico.
1.7.2. Bateria
Para sistemas isolados e afastados de rede elétrica, como por exemplo,
pequenas ilhas na região do Marajó no estado do Pará, são convenientes armazenar
energia para suprir a necessidade diária e até mesmo para as necessidades de
épocas de baixo índice de isolação. Para isso é comum o uso de baterias, as quais
têm a função de armazenamento de energia.
106
1.7.3. Controlador de Carga
Este dispositivo não é destinado à produção de energia, é apenas um
dispositivo eletrônico cuja finalidade é de controle do estado de carga da bateria,
mantendo a mesma protegida de uma possível descarga (por excesso de uso, além
da carga mínima evitando descarga profunda) e protege-la também de sobrecarga
por excesso de produção pelo módulo, impedindo dessa forma o aquecimento, fato
que reduz o tempo de vida útil da bateria (BRUM, Pág. 35, 2013).
1.7.4. Inversores
Este dispositivo fornece energia elétrica em corrente alternada a partir de uma
fonte de energia elétrica de corrente contínua. A função principal do inversor é
transformar corrente contínua em corrente alternada, é responsável em converter os
12V de corrente contínua gerado no painel fotovoltaico em 110V ou 220V de
corrente alternada, pronta para uso em aparelhos domésticos. A figura 1.8 mostra a
ilustração de um sistema de energia solar fotovoltaica destacando seus principais
elementos como painel solar, controlador de carga, bateria e inversor.
Figura 1.8. Ilustração de um Sistema de Energia Solar Fotovoltaica. Fonte: BSB ENERGIA SOLAR. Disponível em: www. Bsbsolar.com/off-grid-sistema-isolado/
107
1.8. Funcionamento do Sistema Fotovoltaico Isolado
Na figura 1.9 o painel fotovoltaico (1) converte a energia proveniente do Sol
de forma direta em energia elétrica de corrente contínua que passa pelo controlador
de carga (2) que tem a função de proteger a bateria de um possível excesso de
carga ou de uma possível descarga profunda em virtude de baixa produção ou
excesso de utilização, em seguida após armazenada em um banco de baterias (3),
que pode disponibilizar para horários que não há luz do Sol, a energia segue para
um inversor (4) que realiza a transformação de corrente contínua para corrente
alternada, a qual é encaminhada para os equipamentos da casa que funcionam
mediante corrente alternada.
1.9. Funcionamento do Sistema Fotovoltaico Interligado a Rede
Para um SFIR não é necessário o armazenamento, ou seja, o uso de baterias
e controlador de carga. O excesso de energia é encaminhado diretamente para a
rede elétrica depois de passar pelo inversor que irá estabelecer uma corrente
compatível com a da rede, ou seja, sincronizada. Na Figura 1.10 temos uma figura
que ilustra o esquema simplificado de um SFIR.
Figura 1.9. Modelo simplificado de Sistema Fotovoltaico Isolado. Fonte: Neosolar, 2016.
108
Figura 1.10. Modelo simplificado de Sistema Fotovoltaico conectado a rede. Fonte: Neosolar, 2016.
2. Projeto experimental para o ensino de física.
Este tópico tem por objetivo orientar professores e professoras da educação básica na
construção de um experimento para ser utilizado em aulas demonstrativas sobre o tema Energia
Solar Fotovoltaica e suas aplicações.
Mostra-se passo a passo a construção de uma maquete de uma casa autossustentável.
Passo 1: coleta de materiais
1) 8 metros de fita de LED (Azul)
2) 1 Folha de papel telha
3) 0,5 Metro quadrado de Acetato (mica)
4) 250 ml de Tinta PVA (Branca + Corante azul)
5) Painel Fotovoltaico 5 W/ 17 V.
6) 2 metros quadrado de Compensado fino (5mm)
7) Um tubo de Cola p/ Madeira
8) 30 unidades de Prego de 1polegadas
9) 2 chaves liga/desliga
10) 1 bateria 09 Volts
11) 1 metro de fio elétrico preto de 2 mm, e 1 metro de fio elétrico vermelho de 2 mm
109
12) 10 cm quadrados de EVA (azul)
13) Um controlador de carga
14) Uma bateria
15) um inversor
Passo 2: Construção da casa
Já com os materiais necessários, corta-se o compensado com as seguintes
dimensões.
- 3 cortes de 50 cm x 22 cm – base, piso 1 e base de cima.
- 2 cortes de 30 cm x 22 cm – laterais.
- 2 cortes de 30 cm x 24 cm – telhado.
- 2 cortes de 14 cm x 22 cm – parede central.
- 1 corte de 10 cm x 22 cm – apoio do telhado.
- 1 corte de 50 cm x 40 cm – fundo ( sendo este cortado a parte de cima em V para o encaixe.
Em seguida colam-se as peças, começando pela base que foi colada as
laterais, depois foi colado o 1° piso e a base de cima criando-se uma caixa em
formato de retângulo, e posteriormente a parede central foi colocada, esta parede foi
feito um pequeno corte em cima para dar espaço à passagem da fita de LED.
O telhado foi colado e pregado também, colocando primeiro sua base e
depois foi pregado nas extremidades para ficar bem fixado, por ultimo foi colocado o
corte do fundo que deu total fixação a casa.
Continuamos com a parte de acabamento, o telhado foi revestido com papel
telha que foi cortado em tiras de 4 cm, e sobrepostas umas as outras, dando um
efeito de telhado real, em seguida foi feita a pintura da parte interna com a cor
branca para se dar mais destaque a cor da iluminação. Feito isso foi misturado à
tinta branca o corante de cor azul que deu a tonalidade observada e assim o inicio
da pintura da parte externa da casa.
110
Figura 2.1. Construção da maquete de Energia Solar
Passo 3: Montagem do circuito elétrico
No circuito elétrico foram utilizados 8 pedaços de fita de LED de 25 cm, isso
devido as dimensões da casa, em seguida estas foram coladas na parte superior de
cada compartimento sendo duas em cada para que a iluminação fique adequada. A
ligação das fitas foi feita em paralelo, ou seja, os polos positivos (representados pelo
fio vermelho) foram todos soldados entre si, e os negativos (fios de cor preta) da
mesma forma, saindo dois fios um positivo e um negativo para serem ligados.
Posteriormente foi soldado no painel solar os fios positivo e negativo,
utilizando mesma regra de cores.
O painel gera em circuito fechado o máximo de 17 Volts, sendo que a fita de
LED já esta preparada para suportar esta tensão, devido cada LED ter a proteção de
um resistor de 131 Ohms, fato muito importante.
Então a ligação foi feita simulando um sistema fotovoltaico , o painel através
do fio positivo (vermelho) foi ligado primeiro a uma chave liga/desliga, foi feito um
jumper que seguiu para alimentar a bateria, e este mesmo positivo foi ligado na
iluminação, este jumper positivo da bateria também foi ligado a uma chave
liga/desliga, ambas para serem controlados manualmente, os fios negativos foram
todos ligados no circuito por serem todos comuns. Também foi ligado a bateria um
inversor para possível uso em corrente alternada.
Por fim foi feito o teste, a iluminação tanto funciona com a energia do painel
como com a energia da bateria ou ambos ligados ao mesmo tempo.
111
(a) (b)
Figura 2.2. Soldagem: (a) Na fita de LED e (b) No painel solar
(a) (b) (c)
Figura 2.3. (a) do inversor, (b) do controlador de carga e (c) da bateria
Foi conectada uma Bateria, para explicar para os alunos que nos momentos
de ausência de insolação o abastecimento de energia fosse suprido via bateria
(armazenador). Que distribui também a energia para um inversor que converte a
corrente contínua em corrente alternada para possível.
Deve-se ressaltar aqui que as canecões no controlador de carga, no inversor
e na bateria são auto explicativos, o que facilita a ligação nesses elementos.
Na figura 2.4 tem-se a maquete em sua fase final, ou seja, montada. Foi
usado de material alternativo para ilustrar o inversor e o controlador de carga.
112
Figura 2.4. Maquete montada, pronta para o uso.
EXERCÍCIOS
1. Sobre os semicondutores que são amplamente utilizados na fabricação de células solares podemos dizer que são:
A) Da família 2A da tabela periódica; B) Gases nobres da tabela periódica; C) Da família 5A da tabela periódica; D) Da família 4A da tabela periódica;
2. Ainda sobre os semicondutores pode-se dizer que:
A) São bons condutores de corrente elétrica; B) Não tem aplicação na ciência e tecnologia; C) Tem comportamento intermediários entre os condutores e os isolantes; D) São isolantes elétricos;
3. Em relação ao processo de dopagem de semicondutores para utilização em painéis solares são utilizados com maior frequência os elementos:
A) Boro e fósforo; B) Germânio e fósforo; C) Boro e alumínio; D) Hélio e alumínio;
4. Podemos dizer que as ligações químicas envolvidas no processo de dopagem de semicondutores, destinados a produção de células solares, são do tipo:
113
A) Metálicas; B) Iônicas; C) Covalentes; D) Metálicas e iônicas;
5. O elemento mais utilizado na fabricação de painéis solares, mais comercializados atualmente é o:
A) Silício; B) Germânio; C) Alumínio; D) Boro;
6. Enumere corretamente o elemento do sistema de energia solar com sua função básica.
(1) Painel solar
( ) armazena energia para utilização em momentos de carência de sol
(2) controlador de carga
( ) converte corrente contínua proveniente do gerador em corrente alternada
(3) bateria
( ) protege a bateria de possíveis descargas profundas ou excesso de carga
(4) inversor
( ) tem a função de gerar eletricidade de forma direta, apartir da energia solar
7. A crise energética mundial é uma discursão constantes em encontros internacionais que abordam o tema energia. Muito se fala sobre energias renováveis, dentre as alternativas abaixo marque aquela que somente indica energias renováveis:
A) Energia solar e eólica; B) Energia nuclear e eólica; C) Energia hidrelétrica e petróleo; D) Petróleo e biomassa;
114
8. Uma das formas de energia que mais cresce no cenário mundial é:
A) Energia Solar; B) Energia hidrelétrica; C) Energia nuclear; D) Energia proveniente do petróleo;
9. Em um sistema isolado de energia solar, são necessários os seguintes equipamentos para abastecer uma residência nos períodos de dia e noite com corrente contínua:
A) Painel solar, controlador de carga e bateria; B) Painel solar, inversor e bateria; C) Somente o painel solar; D) Painel solar e bateria;
10. Em um sistema de energia solar para suprir a necessidade energética de uma residência que possui vários eletrodomésticos, lâmpadas etc... é necessário que este sistema tenha os seguintes elementos:
A) Painel solar e bateria apenas; B) Painel solar, controlador de carga, bateria e inversor; C) Painel solar e inversor apenas; D) Bateria e inversor somente;
115
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BRUM, Thiago Santos. PROJETO DE USO DE ENERGIA FOTOVOLTAICA COMO
FONTE EMERGENCIAL. Rio de janeiro, 2013.
BUHLER A. J. Estudo de técnicas de determinação experimental e pós
processamento de curvas características de módulos fotovoltaicos. UFRGS. RS.
2011.(Tese de Doutorado)
HALLIDAY D, RESNICK R. WALKER J. Fundamentos de Física. 8ed. Rio de
Janeiro. LTC, 2008.
http:/ www. Bsbsolar.com
Neosolar, 2016. Kit Solar Fotovoltaico. Disponível em:
<http://www.neosolar.com.br/loja/kit-energia-solar-fotovoltaico-560wp.html>, Acesso:
18/05/2016
Neosolar, 2016. Modelo simplificado de sistemas fotovoltaicos. Disponível em:
<http://www.neosolar.com.br/aprenda/saiba-mais/sistemas-de-energia-solar-
fotovoltaica-e-seus-componentes>, Acesso em 18/05/2016
PINHO, João Tavares (Org.); GALDINO, Marco Antonio (Org.). Manual de
Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos. Rio de Janeiro: cepel/cresesb, 2014.
SWART J. W. SEMICONDUTORES: Fundamentos, Técnicas e Aplicações. Ed.
UNICAMP, 2008.
TEIXEIRA I.M.C, Teixeira J.P.C. Conceitos Básicos de Electrónica. 2003
