CONVERTENDO A RADIAÇÃO SOLAR EM ENERGIA ELÉTRICA

## CONVERTENDO A RADIAÇÃO SOLAR EM ENERGIA ELÉTRICA

Felipe Moreira Correia 1 , Deise Miranda Vianna 2

1 UFRJ, Instituto de Física, felipecifufrj@gmail.com 2 UFRJ, Instituto de Física, deisemv@if.ufrj.br

## Resumo

Levamos para a sala de aula uma atividade CTS, iniciando com a discussão sobre o compromisso do nosso país em ajudar a mudar o quadro global de mudanças climáticas, sendo que uma de suas metas é aumentar a produção de energia elétrica vinda de fontes renováveis. A partir dessa contextualização, foram desenvolvidas Atividades Investigativas para trabalharmos a conversão da energia solar em energia elétrica. Para alcançarmos, realizamos experimentos e questionamentos sobre a capacidade de transformação energética da radiação solar, as tecnologias envolvidas e os conceitos científicos por trás desses processos. Realizamos várias discussões sobre o tema para levar o estudante a participar de maneira mais ativa, visando sua formação cidadã e o desenvolvimento de um olhar mais crítico para o mundo, ou seja, trabalhamos a capacidade dos alunos de discutir informações, refletirem sobre os malefícios e benefícios e posicionarem criticamente em relação ao tema, contribuindo assim com sua Alfabetização Científica. Trabalhamos essa atividade com uma turma da terceira série do Ensino Médio da rede particular da cidade do Rio de Janeiro, necessários oito tempos de aula para sua conclusão, sendo inserida no cronograma normal das aulas e as etapas experimentais foram elaboradas com materiais de baixo custo para sua fácil reprodução.

Palavras-chave : Atividade Investigativa, CTS, Energia Solar, Efeito fotoelétrico, Alfabetização Cientifica.

## Introdução

Levamos para a sala de aula uma atividade que destaca a importância da energia solar, através de discussões a partir da matriz energética, construindo uma sequência de ensino investigativo mostrando o impacto da radiação solar na sociedade, com as tecnologias utilizadas na conversão para energia elétrica. Ao optarmos por uma abordagem como essa, trazemos para a sala uma educação mais humanística, buscando desenvolver a capacidade de tomada de decisão por parte dos alunos, construindo uma formação mais cidadã.

Os documentos vigentes na área de educação trazem essa visão para o Ensino Médio, a BNCC (Base Nacional Comum Curricular) na área de Ciências da Natureza e suas Tecnologias. Nele é apresentado uma competência especifica que dá forças para uma atividade como esta:

Analisar fenômenos naturais e processos tecnológicos, com base nas relações entre matéria e energia, para propor ações individuais e coletivas que aperfeiçoem processos produtivos, minimizem impactos socioambientais e melhorem as condições de vida em âmbito local, regional e/ou global. (Brasil, p.539)

Nesse trabalho vamos utilizar então como base o enfoque CTS e propor uma Atividade Investigativa.

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## CTS - Ciência, Tecnologia e Sociedade

De acordo com Luján López e López Cerezo (1996, apud Santos 2002) podemos caracterizar a proposta CTS como uma integração entre educação científica, tecnológica e social, em que os conteúdos tecnológicos e científicos são estudas juntamente com a discussão de seus aspectos éticos, políticos e socioeconômicos.

Então o enfoque CTS é caracterizado pela sua inter-relação entre os três elementos do tripé, como indicado na Figura 1.

Figura 1: As inter-relações CTS (HOFSTEIN, AIKENHEAD, e RIQUARTS, 1998, p.358 apud Santos, 2012 p.51)

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A relação desses três elementos caracteriza a interação do Meio Natural ( a Ciência propriamente dita) com o Meio Artificial ( a aplicação dessa Ciência) e com Meio Social ( as implicações na sociedade ).

A atividade apresentada aqui proporciona a professores e alunos uma maior discussão sobre a ciência e a tecnologia envolvida na transformação da radiação solar em energia elétrica, e suas aplicações no contexto real, possibilitando uma visão mais crítica e contribuindo para a alfabetização científica.

## Atividade Investigativa

Para que esse trabalho seja enfatizado pelos professores, foi construída uma atividade investigativa, acompanhada de uma situação problema, para que haja questionamentos e diálogos. Ao se envolver na resolução do problema, o aluno é levado à introdução de um novo conceito, que vai proporcionar a construção de seu conhecimento científico. A ação do estudante não se limita em manusear o material ou fazer observação, ele deve conter as características de um raciocínio cientifico.

Azevedo (2004) destaca a importância de o aluno saber o motivo de estar investigando tal situação sendo fundamental que o professor apresente um problema sobre o que está sendo estudado, para a autora:

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Podemos dizer, portanto, que a aprendizagem de procedimentos e atitudes se torna, dentro do processo de aprendizagem, tão importante quanto a aprendizagem de conceitos e/ou conteúdos. (Azevedo, 2004 p.21)

No ensino por investigação a parte principal da aprendizagem está nas mãos dos alunos, para o seu envolvimento é preciso deixar a postura passiva de lado para aprender a pensar, verbalizar, escrever e justificar suas ideias. Já para o professor é necessário um grande conhecimento do tema para conseguir orientar de maneira correta, sem induzir os alunos para a resposta esperada.

Na necessidade da escola dar condição aos alunos para entenderem a relação da Ciência, suas tecnologias e as relações delas com a sociedade, como foco para preparar os alunos para o mundo atual, é destaca por Sasseron e Carvalho (2008):

Assim sendo, emerge a necessidade de um ensino de Ciências capaz de fornecer aos alunos não somente noções e conceitos científicos, mas também é importante e preciso que os alunos possam 'fazer ciência', sendo defrontados com problemas autênticos nos quais a investigação seja condição para resolvê-los. É preciso também proporcionar oportunidades para que os alunos tenham um entendimento público da ciência, ou seja, que sejam capazes de receber informações sobre temas relacionados à ciência, à tecnologia e aos modos como estes empreendimentos se relacionam com a sociedade e com o meio-ambiente e, frente a tais conhecimentos, sejam capazes de discutir tais informações, refletirem sobre os impactos que tais fatos podem representar e levar à sociedade e ao meio ambiente e, como resultado de tudo isso, posicionarem-se criticamente frente ao tema. (Sasseron e Carvalho, 2008 p.335)

## A Atividade

Sabe-se que atualmente estamos passando por um processo mundial de preservação ambiental e redução da emissão de gases poluentes que causam o aquecimento global. Nesse processo, vários países se comprometeram em reduzir a emissão desses gases, preservarem a fauna e flora e incentivar formas de energia limpa, iniciado em 1992 no Rio de Janeiro na Convenção Quadro das Nações Unidas para as Alterações Climáticas (CQNUAC)

Os países membros se reúnem anualmente nas reuniões tituladas de Conferência das Partes (COP). O Brasil se comprometeu em aumentar a produção de energia limpa em 45% de sua matriz energética até 2030 e, com isso, os investimentos e desenvolvimento de tais energias precisam estar no foco do país. No caso do Brasil uma ótima alternativa é a Energia Solar, pois temos grande território com ótima intensidade de raios solares e em grande parte do ano.

Iniciamos a atividade com uma discussão desses pontos, após a reprodução do vídeo "O Brasil e as mudanças climáticas" (Figueiredo, 2017) do canal Nerdologia no Youtube, que aborda as metas e a participação do Brasil nas COPs. Com isso dividimos a turma, para construir um Gráfico Humano (gráfico que tem como valores os próprios alunos, cabendo a eles fazerem a relação de quantos por cento cada aluno representa), de acordo com o gráfico da matriz energética que temos que alcançar em 2030, ou seja, 55% da turma estará no grupo das não renováveis e 45% no grupo das fontes renováveis. Com objetivo de discutir as seguintes provocações:

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- · Vocês acham que o nosso país está perto de cumprir as metas do Acordo de Paris?
- · Quais os melhores tipos de energias renováveis que podem ser aproveitadas no Brasil?
- · Como podemos mudar esse quadro?
- · Qual o principal meio de produção de energia do Brasil? Ele é renovável? É benéfico dependermos desse meio de produção?

Ressaltamos a importância do professor na discussão, sempre estando atento para guiar os alunos para o objetivo da atividade. Logo em seguida, é mostrado o gráfico da matriz energética brasileira.

Figura 2: Matriz energética brasileira 2017-Aneel

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É refeita a divisão da turma se baseando nesse gráfico, construindo assim outro Gráfico Humano. Feito isso, são distribuídas fichas para cada grupo com os pontos negativos das outras fontes energéticas, por exemplo, o grupo da Nuclear irá receber os pontos negativos de todas as outras fontes energéticas. Para iniciar esse segundo momento de discussão, é reproduzida uma noticia de janeiro de 2018 do Bom dia Brasil (Carvalho, 2018), que aborda o aumento da conta de luz devido à prolongada falta de chuvas, assim é iniciado o debate entre os grupos para discutirem a situação da nossa matriz energética, cabendo ao professor mediar a aula para chegar à importância da energia solar e das outras fontes sustentáveis.

Em outro dia de aula, é iniciado o aprofundamento da discussão sobre energia solar, onde temos o objetivo de alcançar através de experimento e questionamentos sobre a capacidade energética das radiações solares. Para fazermos isso, iniciamos com perguntas para que eles exponham o que eles pensam sobre a formação da atmosfera e, em seguida, é feita a primeira atividade experimental.

É distribuído para cada grupo um forno solar de caixa feito pelo professor, com materiais de baixo custo. A primeira tarefa que é dada para os alunos é periciar o forno para identificar todos os materiais utilizados e encontrarem a função de cada um.

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Figura 3: Forno Solar de Caixa - Visto por fora

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Figura 4: Forno Solar de Caixa - Aberto

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Em seguida, os alunos, no pátio da escola, devem preparar uma entre três opções de receitas durante a aula. Enquanto a receita não fica pronta, eles respondem um questionário que aborda o balanço energético feito pela atmosfera, o funcionamento do forno e sobre o tipo de radiação que estão utilizando, pois, como estamos interessados em estudar como acontece a transformação da radiação solar em energia elétrica, precisamos fazer com que os alunos entendam quais radiações que o Sol prevalentemente emite e como a atmosfera interfere nesse processo. As perguntas não são diretas, ou seja, são perguntas abertas onde para responderem é necessária a troca de ideia com os colegas.

O terceiro dia de atividade se inicia com a recapitulação do que foi feito com o forno solar, e são introduzidas as tecnologias que utilizam um funcionamento semelhante ao do forno solar de caixa, ou seja, aparelho ou usinas que aproveitam ondas infravermelhas para funcionarem, sendo elas o aquecedor de água domiciliar, que absorvem a radiação solar através de placas e a usina de energia heliotérmica, que transforma a irradiação solar diretamente em energia térmica e depois em energia elétrica. Na sequencia, os alunos são questionados sobre o perigo e os benefícios de ficar exposto ao Sol, precisando de proteção na pele e nos olhos para evitarmos doenças, mas que também precisamos fazer a síntese de vitamina D. Para trabalhar com esse tema é iniciado o segundo experimento, para introduzirmos a radiação ultravioleta.

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O experimento consiste em uma "cabana" de papelão, um prisma, um papel fotográfico e uma mistura de amônia e água. A parte experimental com a amônia será realizada pelo professor, com materiais de segurança devido ao perigo.

Os alunos levam a "cabana" de papelão com o papel fotográfico dentro dela para uma área com Sol, e usam o prisma para decompor a luz branca sobre o papel fotográfico que repousa na sombra da cabana, assim conseguem marcar seu formato e a ordem das cores. Depois o papel fotográfico é levado para um ambiente com pouca luz, onde o professor coloca o papel sobre a mistura de amônia e água, sem contato com o liquido, para o vapor de amônia revelar o papel.

A região onde a luz estava incidindo ficou clara, e se estende além das cores visíveis, ao extremo do violeta, ou seja, foi exposto a uma luz que não conseguimos enxergar, o ultravioleta. Uma vez que os alunos reconhecem que há uma radiação que temos que tomar medidas preventivas e eles foram capazes de "enxerga-lá", todas suas ações passam a serem justificadas por esse conhecimento adquirido. Para finalizar os grupos respondem algumas perguntas sobre o que fizeram durante a atividade, sempre com o intuito de promover o raciocínio cientifico.

No quarto e ultimo dia da atividade é abordado o Efeito Fotoelétrico, diretamente através do painel solar, através dessa tecnologia é explicado esse tema científico. É iniciado com as ideias dos alunos sobre o funcionamento da placa solar, a partir dai inserimos, através do dialogo com a turma características dessa tecnologia e o vocabulário para trabalhar, por exemplo, a diferença entre célula, painel e módulo fotovoltaico, o material e seus diferentes tipos de montagem.

Em seguida os alunos em grupo são instigados para investigar as características do fenômeno de conversão de luz solar em energia elétrica através de perguntas, trabalhando com os conhecimentos que foram adquiridos durante toda a atividade. Assim, de maneira continua, introduzirmos o Efeito Fotoelétrico com seus fatos experimentais e suas explicações matemáticas para o funcionamento da placa solar.

Ao optarmos por esse caminho, a atividade completa apresenta a trajetória que parte do tema social, se aprofundando a conteúdos relacionados à tecnologia e se liga a conceitos científicos que permitem a compreensão da situação tecnológica e, em seguida, retorna para um entendimento mais amplo do problema social inicial proposto, fechando o "clico" de uma atividade CTS, resultando em um significado maior para o aluno aprender esse conteúdo e evitando os "pulos" que geralmente são dados nos livros didáticos e nas aulas tradicionais, onde as equações e as explicações desse tópico aparecem em um parágrafo curto e direto.

## Referências

AZEVEDO, M. C. P. S. Ensino por investigação: problematizando as atividades em sala de aula. In: CARVALHO, A. (Org.). Ensino de ciências: unindo a pesquisa e a prática. São Paulo: Pioneira, 2004. p. 19-33.

BRASIL, Ministério da Educação (MEC), Base Nacional Comum Curricular, Brasília: MEC, 2017.

CARVALHO, MAURÍCIO. Crise da Matriz Energética Brasileira - Reportagem do Bom dia Brasil de 24/01. Youtube, 28 jan. 2018. Disponível em &lt;https://www.youtube.com/watch?v=lqog76d3hZM&gt;. Acesso em: 12 jul. 18.

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FIGUEIREDO, FILIPE. O Brasil e as mudanças Climáticas. Youtube, 20 jun. 2017. Disponível em &lt; https://www.youtube.com/watch?v=eurz\_TPwxIw&amp;t=413s &gt;. Acesso em: 12 jul. 18.

SANTOS, W.L.P e MORTIMER, E.F, Uma análise de pressupostos teóricos da abordagem C-T-S (Ciência - Tecnologia - Sociedade) no contexto da educação brasileira. Ensaio Pesquisa em Educação em Ciências. V02, N2, 2002, p.110-132, UFMG

SANTOS, W.L.P, Educação CTS e cidadania: confluências e diferenças. Amazônia - Revista de Educação em Ciências e Matemáticas. V09, N17, p. 49-62 2012, UFPA.

SASSERON, L. H. CARVALHO, A. M. P. Almejando a alfabetização científica no ensino fundamental: A proposição e a procura de indicadores do processo. Investigações para o ensino de ciências, v.13, n.3, pp.333-352, 2008

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