luz solar

Energia solar
No planeta Terra, a luz solar é uma forma inacreditavelmente importante de energia. Todos os dias, o sol deita montantes inimagináveis de energia para o espaço. Parte dela é na forma de luz infravermelha e ultravioleta, mas a maioria é na forma de luz visível. Um pouco desta energia à Terra, onde aquece a superfície do nosso planeta, dirige correntes oceânicas, rios e ventos, e é usada pelas plantas para fazer comida. A vida na Terra depende totalmente do sol.

Células Fotovoltaicas
A luz visível pode ser convertida directamente em electricidade por uma tecnologia da era espacial chamada célula fotovoltaica, também chamada célula solar. A maior parte de células fotovoltaicas são feitas de uma substância cristalina chamada silicone, um dos materiais mais comuns da Terra. As células solares são tipicamente feitas ao cortar um grande cristal de silicone em bocados delgados e juntando dois bocados distintos com propriedades eléctricas diferentes, juntamente com arames para permitir aos electrões viajar entre camadas. Quando a luz solar atinge a célula solar, os electrões viajam naturalmente de uma camada para a outra através do arame devido às propriedades diferentes dos dois bocados delgados de silicone.Uma única célula pode produzir apenas quantidades muito pequenas da electricidade – apenas o suficiente para iluminar uma lâmpada ou uma calculadora a luz. Todavia, são utilizadas células fotovoltaicas individuais em muitos aparelhos electrónicos pequenos como relógios e calculadoras.

Tabelas Fotovoltaicas
Para captar e converter mais energia do sol, as células fotovoltaicas são ligadas para formar tabelas fotovoltaicas. Uma tabela é simplesmente um grande número de células únicas unidas por fios. Ligadas em conjunto numa tabela, as células solares podem produzir bastante electricidade para fazer trabalho a sério! Muitos edifícios geram a maior parte das suas necessidades eléctricas através de tabelas fotovoltaicas solares.
As tabelas fotovoltaicas a tornar-se numa vista familiar ao longo de margens da estrada, em quintas, e na cidade, onde quer que a electricidade portátil seja necessária. São normalmente usadas para fornecer energia a sinais de construção portáteis, telefones de emergência, e instalações industriais remotas. Também se estão a tornar populares como um meio de fornecer electricidade a aplicações de energia remotas como casas e cabanas que são localizadas longe de linhas de energia, para veleiros, transportes recreativos, instalações de telecomunicações, operações de petróleo e de gás, e por vezes aldeias inteiras - em países tropicais, por exemplo.

Armazenar Electricidade através da Energia Solar
Os painéis solares produzem electricidade em todos os tipos de condições, desde céus nublados à luz solar plena, em todas as estações do ano. Mas não trabalham de todo durante a noite! Para tornar a electricidade disponível depois do pôr-de-sol, a energia deve ser armazenada durante o dia para uso posterior. O dispositivo de armazenamento habitual é uma bateria recarregável.
As baterias usadas com tabelas solares devem ser capazes de descarregar e recarregar novamente muitas vezes. Contêm peças especiais e produtos químicos não encontrados nas baterias normais. São também normalmente maiores e mais caras do que as suas primas comuns.
Além de painéis solares e baterias recarregáveis, os sistemas fotovoltaicos modernos estão normalmente equipados com uma espécie de controlador de carga electrónico. A função principal do controlador de carga é alimentar electricidade do painel solar até bateria da maneira mais eficiente e impedir o painel solar de saturar a bateria. O controlador de carga também protege os painéis solares de danos eléctricos.
Em muitos casos, precisamos da electricidade fornecida nas baterias recarregáveis para uso de aparelhos domésticos comuns. O problema é que a maior parte daqueles aparelhos precisam de 110 volts de corrente alternada (110V AC), ao passo que a bateria emite apenas corrente directa (DC), normalmente numa voltagem muito mais baixa. Um dispositivo chamado inversor de energia resolve este problema convertendo a corrente directa da voltagem baixa da bateria em 110 volts de corrente alternada. Os controladores de carga modernos vêm muitas vezes equipados com os seus próprios inversores energia incorporados.

Enegia Solar no Uso Diário
Os painéis fotovoltaicos, como os computadores e outras tecnologias, estão a tornar-se mais baratos e acessíveis. De facto, muitas pessoas consideram-nos uma grande alternativa a geradores accionados a gás ou ligações à provisão de electricidade regular. Alguns países incentivaram empresas e comunidades a instalar painéis solares nos telhados de novos edifícios para reduzir a necessidade da electricidade de outras fontes.
Muitas casas e empresas têm ambos uma ligação ao sistema de provisão eléctrico comercial (muitas vezes chamada "a grade de electricidade"). Os painéis solares podem fornecer toda ou a maior parte da provisão eléctrica do edifício durante o dia, e a grade fornece qualquer electricidade que possa ser necessária durante a noite. Em alguns casos, os painéis produzem mais electricidade do que é necessário no edifício, e o excesso é vendido à central de energia. O resultado é a central de energia enviar ao proprietário do edifício um cheque em vez de uma conta!.
Energia Solar

Todo o calor da Terra, exceto o obtido no interior dos átomos, vem, em última análise, do Sol. Além de aquecer a Terra, o Sol fornece a energia utilizada pelas plantas na síntese do alimento que fornece o combustível necessário às funções e aos animais que o comem.
O calor do Sol produz a evaporação da água dos oceanos, formando as nuvens que caem sob a forma de chuva sobre as montanhas e descendo correm para o mar. O homem coloca turbinas no caminho por onde passa a água, transformando sua energia em energia elétrica. Os demais combustíveis utilizados pelo homem como gás, petróleo, carvão ou madeira são remanescentes ou produtos de organismos cuja energia original foi derivada do Sol.
O carvão, o gás natural e o petróleo, chamados combustíveis fósseis, têm reservas limitadas. Talvez a solução do problema esteja diante de nós quando olhamos para o céu - o próprio Sol, que por milhões de anos nos tem fornecido sua energia.
A luz solar proporciona ao Brasil em cada dois dias energia igual a todas as reservas remanescentes de combustíveis fósseis. Como utilizar essa energia, entretanto, é que é o problema. Uma vez que ela nos alcança de forma tão difusa. Para transformá-la numa fonte eficiente de energia, ela deve ser captada e concentrada, como numa fornalha solar, processo este que custa muito caro.
A escuridão e o mau tempo também causam interrupções constantes na recepção da irradiação regular da energia do Sol. Por conseguinte, as mais importantes aplicações industriais da força solar ainda estão bem distantes, mas em pequena escala ela já é utilizada com êxito.
A energia solar pode ser usada de várias maneiras. A luz solar pode ser captada por espécies de estufas colocadas nos telhados das residências, que aquecem a água que passa por elas através de serpentinas. Pode ser aproveitada através de um forno solar, que concentra os raios solares por meio de espelhos curvos. Ou também por meio de células fotovoltáicas, que convertem diretamente a energia solar em energia elétrica.
Este processo tem grande aplicação em satélites artificiais.

Painel solar
O aquecimento da água para ser aproveitada nas residências e feito com uma caixa semelhante a uma estufa, coberta com vidro. A radiação solar incide na parte transparente do coletor. Parte dessa radiação atinge a chapa de alumínio pintada de preto no interior da caixa. A pintura preta aumenta a absorção da energia incidente.
Fixada à placa de alumínio encontra-se a tubulação de água. Pelo processo de condução, parte do aquecimento da placa é transmitido para a água. Uma vez aquecida, a água na tubulação fica menos densa e sobe indo para o reservatório. Ao mesmo tempo, a água mais fria desce da parte inferior do reservatório. A água quente, pronta para o consumo, é retirada da parte superior do reservatório, e uma nova quantidade de água é introduzida na parte inferior.
O mesmo princípio pode ser utilizado para o aquecimento e refrigeração de residências. A casa tem suas paredes de face sul (hemisfério norte) pintadas de preto às quais se superpõem paredes de vidro: a radiação atravessa o vidro e aquece a parede, dando origem a uma coluna ascendente de ar quente entre ambas. Com aberturas convenientes no sistema, o ar pode circular no interior da casa, aquecendo-a ou resfriando-a. Como a parede retém o calor por várias horas, o sistema continua a funcionar durante a noite e nos períodos nublados do dia.

Forno solar
Um exemplo de aplicação do forno solar está em Odeillo, nos Pirineus franceses, um colossal espelho parabólico (formado por 9.500 espelhos planos individuais), com a altura de um edifício de sete andares, focaliza os raios solares em um forno dentro da torre do coletor, fazendo-o alcançar temperaturas de até 3.800º C, o suficiente para abrir um furo de 30 cm de diâmetro numa chapa de aço de 3/8 de polegada de espessura, em apenas 60 segundos

Células solares fotovoltaicas
A energia solar é usada também na geração contínua de eletricidade. Para isso utilizam-se as "células solares", desenvolvidas nos anos 50 pela companhia norte americana Bell Telephone para emprego em satélites artificiais. Apresentam uma eficiência de da ordem de 18%, pois a maior parte da energia solar se perde sob a forma de calor.
As células solares são semicondutores constituídos de cristais de silício nos quais se introduzem impurezas (pequenas porcentagens de boro ou arsênio). Com isso, formam-se no condutor regiões de tipo N e do tipo P, com propriedades diferentes: na região N há excesso de elétrons enquanto na região P apresentam-se lacunas que podem ser preenchidas por elétrons. Quando atinge o cristal, a luz excita os seus elétrons, que tendem a se deslocar pelo semicondutor, o que resulta numa corrente contínua.
Se a utilidade das células solares é grande nos satélites artificiais, o mesmo não pode ser dito em relação às aplicações terrestres, pois elas não possuem capacidade de armazenamento, os custos de sua fabricação são bastantes elevados e apresentam uma eficiência de conversão muito baixa. Para operar um aquecedor elétrico de 500 W, por exemplo, seriam necessários 2,5 m2 de células, mesmo que sobre elas incidisse a radiação máxima do Sol.
Forno solar
Um exemplo de aplicação do forno solar está em Odeillo, nos Pirineus franceses, um colossal espelho parabólico (formado por 9.500 espelhos planos individuais), com a altura de um edifício de sete andares, focaliza os raios solares em um forno dentro da torre do coletor, fazendo-o alcançar temperaturas de até 3.800º C, o suficiente para abrir um furo de 30 cm de diâmetro numa chapa de aço de 3/8 de polegada de espessura, em apenas 60 segundos

Células solares fotovoltaicas
A energia solar é usada também na geração contínua de eletricidade. Para isso utilizam-se as "células solares", desenvolvidas nos anos 50 pela companhia norte americana Bell Telephone para emprego em satélites artificiais. Apresentam uma eficiência de da ordem de 18%, pois a maior parte da energia solar se perde sob a forma de calor.
As células solares são semicondutores constituídos de cristais de silício nos quais se introduzem impurezas (pequenas porcentagens de boro ou arsênio). Com isso, formam-se no condutor regiões de tipo N e do tipo P, com propriedades diferentes: na região N há excesso de elétrons enquanto na região P apresentam-se lacunas que podem ser preenchidas por elétrons. Quando atinge o cristal, a luz excita os seus elétrons, que tendem a se deslocar pelo semicondutor, o que resulta numa corrente contínua.
Se a utilidade das células solares é grande nos satélites artificiais, o mesmo não pode ser dito em relação às aplicações terrestres, pois elas não possuem capacidade de armazenamento, os custos de sua fabricação são bastantes elevados e apresentam uma eficiência de conversão muito baixa. Para operar um aquecedor elétrico de 500 W, por exemplo, seriam necessários 2,5 m2 de células, mesmo que sobre elas incidisse a radiação máxima do Sol.
Células solares fotovoltaicas
A energia solar é usada também na geração contínua de eletricidade. Para isso utilizam-se as "células solares", desenvolvidas nos anos 50 pela companhia norte americana Bell Telephone para emprego em satélites artificiais. Apresentam uma eficiência de da ordem de 18%, pois a maior parte da energia solar se perde sob a forma de calor.
As células solares são semicondutores constituídos de cristais de silício nos quais se introduzem impurezas (pequenas porcentagens de boro ou arsênio). Com isso, formam-se no condutor regiões de tipo N e do tipo P, com propriedades diferentes: na região N há excesso de elétrons enquanto na região P apresentam-se lacunas que podem ser preenchidas por elétrons. Quando atinge o cristal, a luz excita os seus elétrons, que tendem a se deslocar pelo semicondutor, o que resulta numa corrente contínua.
Se a utilidade das células solares é grande nos satélites artificiais, o mesmo não pode ser dito em relação às aplicações terrestres, pois elas não possuem capacidade de armazenamento, os custos de sua fabricação são bastantes elevados e apresentam uma eficiência de conversão muito baixa. Para operar um aquecedor elétrico de 500 W, por exemplo, seriam necessários 2,5 m2 de células, mesmo que sobre elas incidisse a radiação máxima do Sol.
Energia Solar
Uma das principais características de nossa sociedade, ao menos sob um ponto de vista prático e material, é o aumento cada vez maior da demanda por abastecimento energético. Esta é a condição para a existência de nossa indústria, nossos meios de transporte e até mesmo a agricultura e a vida urbana. Enfim, é a condição para a existência de nossa sociedade como a conhecemos.
Por milhares de anos a humanidade sobreviveu com base no trabalho braçal e animal. As primeiras fontes de energia inanimadas, como rodas hidráulicas e moinhos de vento, significaram um importante incremento quantitativo do regime de trabalho – ou potência – mas o salto qualitativo só se produziu a partir dos séculos XVII e XVIII.
Observe a magnitude de algumas "fontes energéticas" (realizadores de trabalho) bastante comuns:

Potência
Observações
Homem
80 W
Até 300 W durante períodos.
Burro
180 W

Mula
370 W

Boi
500 W

Cavalo
750 W

Moinho de água
1,5 - 1,8 kW
Roda de alimentação com diâmetro superior a 5 m.
Moinho de vento
1,5 - 6,0 kW
Moinho de vento típico.
Máquina a vapor
5,2 - 7,5 kW
Tipo estacionário antigo.
Automóvel de 1000cc
45 - 60 kW

Turbina a vapor
Até 100 MW

O desenvolvimento do motor de combustão interna e de diversas turbinas incrementaram tanto a potência das diversas unidades de produção como o número total de unidades existentes e, portanto, aumentaram a capacidade de produção do homem e seu consumo de combustível. O crescimento exponencial desse consumo se iniciou com a Revolução Industrial do século XVIII.
Hoje em dia mais de 98% de nossa energia procede de combustíveis fósseis: carvão, petróleo e gás natural. Por mais importantes que sejam, as reservas de combustíveis fósseis são limitadas e, como a interrupção do consumo é praticamente impossível, o ritmo atual de exploração de tais combustíveis é insustentável. O petróleo e o carbono, além disso, são importantíssimas matérias primas para a indústria química e seu desperdício como combustível é, no mínimo, uma falta de visão.
Até muito pouco tempo se dava por descartada a esgotabilidade da energia. Um homem comum simplesmente desconhecia a intrincada rede formada pela produção de combustível e a indústria que serve à sua comodidade. A divisão do trabalho, levada ao limite, foi a responsável por essa posição de puro descaso – do pensamento: "não importa de onde venha, se eu o obtenho" – que prevalecia em nossa sociedade de consumo. Não fazíamos conta do valor inerente ao que possuímos. Esta é uma das causas da alienação, da divisão entre a vida particular e a sociedade como um todo e os processos naturais dos quais dependemos.
Nos últimos anos, no entanto, este quadro tem se alterado significativamente. Pessoas comuns são melhor informadas, devido à crescente eficiência dos meios de comunicação, o que gera um fortalecimento da consciência comum, quanto à necessidade da manutenção de nossas reservas esgotáveis de energia e do desenvolvimento tecnológico no setor de aproveitamento de fontes de energia alternativas.
O Sol, além de fonte de vida, é a origem de toda as formas de energia que o homem vem utilizando durante sua história e pode ser a resposta para a questão do abastecimento energético no futuro, uma vez que aprendamos a aproveitar de maneira racional a luz que esta estrela constantemente derrama sobre nosso planeta. Brilhando a mais de 5 bilhões de anos, calcula-se que o Sol ainda nos privilegiará por outros 6 bilhões de anos, ou seja, ele está apenas na metade de sua existência e lançará sobre a Terra, só neste ano, 4000 vezes mais energia que consumiremos.
Frente a esta realidade, seria irracional não buscar, por todos os meios tecnicamente possíveis, aproveitar esta fonte de energia limpa, inesgotável e gratuita. Discutiremos, a partir deste ponto, a disponibilidade da energia proveniente do Sol, os métodos de captação desta energia e possíveis usos e aplicações.
A Terra recebe energia radiante do Sol a um regime de 173x1015(*), emitindo uma quantidade idêntica. Esta é uma condição do equilíbrio. A emissão depende da temperatura da Terra, ou seja, a temperatura do planeta tal qual o conhecemos é a temperatura de equilíbrio na qual a admissão é igual à emissão de radiação. Assim, se a admissão mudasse por qualquer razão, a temperatura de equilíbrio também se modificaria.
(*) Área projetada da Terra = (6.3x106)2 x 3,14 = 124x1012 m2;
Constante Solar = 1395 W/m2;
Energia recebida = 124x1012 x 1395 = 173x1015 W
Aproximadamente 30% da radiação entrante se reflete sem mudança na amplitude de onda. Cerca de 47% é absorvida pela atmosfera e pela superfície terrestre, provoca um aumento de temperatura e, em seguida, irradia-se novamente para o espaço. Apenas os 23% restantes penetram no sistema terrestre e passam a ser a força motriz de ventos, correntes, ondas, modela nosso clima e proporciona o ciclo da água. Em última instância, também será re-irradiado ao espaço.
Somente 0,02% do total, ou seja 40x1012 W penetra no sistema biológico, por fotossíntese, nas plantas e em outros organismos "produtores". Uma pequena proporção da energia armazenada como energia química em plantas e tecidos de corpos animais se acumularam com durante milhões de anos, sob condições geológicas favoráveis, na forma de carvão e óleos minerais, convertendo-se em nossas reservas de combustíveis fósseis. Isto é um fato: o ritmo de formação de combustíveis fósseis (se existe) é mínimo em comparação com o ritmo de consumo. Se desejamos evitar um esgotamento de nossas reservas de combustíveis fósseis, devemos desviar o fluxo destas importantes quantidades de energia provenientes do Sol e redirigi-las para que trabalhem para nós, antes que se dissipem e sejam re-irradiadas ao espaço, como ilustra a figura abaixo
Pode se distinguir, basicamente, três formas de captação de energias solar: conversão química, conversão elétrica e térmica.
As formas mais importantes de conversão química da energia solar são os processo foto-bioquímicos. Os organismos biológicos classificados como produtores sintetizam carbohidratos a partir de água e dióxido de carbono, absorvendo energia solar e a armazenando em forma de ligações químicas. Essa energia se dissipa através da cadeia alimentar e, em última instância é re-irradiada ao espaço.

A conversão direta da energia solar em energia elétrica pode ocorrer através de dois processos: conversão termoelétrica e conversão fotoelétrica, cada um deles podendo ser realizado de diversas maneiras.
Quando se aquece um eletrodo, alguns de seus elétrons adquirem suficiente energia para escapar. Converte-se em um emissor de elétrons, um cátodo. Outro eletrodo colocado próximo a este cátodo, se está suficientemente frio, receberá bem os elétrons emitidos, convertendo-se num ânodo. Se o ânodo se conecta ao cátodo mediante a um circuito que contenha uma carga externa, circulará uma corrente e poderá ser produzida ação. Uma corrente elétrica significativa, no entanto, só se pode produzir a temperaturas muito altas.
Em circuitos que consistam de dois condutores diferentes, se as duas uniões se mantém a temperaturas diferentes, também será gerada uma corrente elétrica, ou uma diferença de potencial, quando uma das uniões permanece aberta. Estes "Termopares" podem igualmente ser utilizados para produzir ação útil. Quando vários deles são ligados em série, forma-se a chamada pilha termoelétrica. A união quente pode ser aquecida através de um coletor solar de placa plana.
Alguns materiais semicondutores podem ser dopados com quantidades diminutas (cerca de uma parte por milhão) de outros elementos similares, mas com um elétron a mais ou um elétron a menos que o semicondutor. O primeiro é chamado semicondutor tipo N e o segundo tipo P. Por exemplo: Silício + arsênio – tipo N – um elétron a mais. Silício + boro – tipo P – um elétron a menos.
Colocando-se em contato capas finas de ambos, formado um diodo, os elétrons cruzam a junta P-N quando é exposta à radiação, gerando uma corrente elétrica (ou diferença de potencial) que pode ser aproveitada. Esta é a descrição de um fotodiodo ou célula fotovoltaica. Células mono-cristalinas possuem um bom rendimento mas são muito caras. Células policristalinas são mais baratas, mas apresentam um rendimento quatro vezes menor.
Os métodos de conversão térmica da energia solar se fundamentam na absorção da energia radiante por uma superfície negra. Este pode ser um processo complexo, que varia segundo o tipo de material absorvente. Envolve difusão, absorção de fótons, aceleração de elétrons, múltiplas colisões, mas o efeito final é o aquecimento, ou seja, a energia radiante de todas as qualidades (todas as amplitudes de onda) se transformam em calor. As moléculas das superfícies se excitam, ocorrendo um incremento na temperatura. O coeficiente de absorção de vários tipos de absorventes negros varia entre 0,8 e 0,98 (os 0,2 ou 0,02 restantes se refletem).
Parte deste movimento molecular (ou deste calor) se transmite a outras partes do corpo por condução e parte se emite de novo ao meio ambiente mediante processos convectivos e radiantes. A emissão de calor (perda de calor) depende da diferença de temperatura entre a superfície e o ambiente. Em conseqüência, à medida que se aquece a superfície, aumenta a perda de calor. Quando o regime de admissão de calor radiante é igualado ao de perda de calor, alcança-se uma temperatura de equilíbrio.
Se a superfície da placa do absorvedor se cobre com uma prancha de cristal (com um espaço de ar de 20-30mm), reduz-se muito a perda de calor, sem grande redução de admissão de calor. Isto se deve a transmitância seletiva do cristal, que é muito transparente para radiações solares de alta temperatura e onda curta, mas virtualmente opaco para radiações infravermelhas de amplitude de onda maiores, emitidas pela placa do absorvedor a cerca de 100oC .
A conversão térmica da energia solar e suas aplicações serão mais detalhadamente abordadas no transcorrer desta apresentação. Ante, porém, exporemos um apanhado geral das aplicações mais usuais de todos os métodos de captação acima descritos.
Tratemos inicialmente dos sistemas de aproveitamento térmico (que, como já mencionamos, detalharemos mais adiante). O calor recolhido nos coletores pode destinar-se a satisfazer numerosas necessidade, desde a obtenção de água quente para o consumo doméstico ou industrial, o aquecimento de casas, escolas, fábricas, até a climatização de piscinas.
Outra das mais promissoras aplicações do calor solar será a refrigeração durante as épocas mais quentes, precisamente quando há mais insolação. De fato, para obter um resfriamento é necessário um "foco quente", o qual pode perfeitamente ter sua origem em um coletor solar. Em países árabes já funcionam condicionadores de ar que utilizam eficazmente a energia solar.
Aplicações agrícolas são muito amplas. Plantas de purificação ou dessalinização de água , secadores e estufas podem funcionar com uma grande economia de energia, ou mesmo sem nenhum consumo de energia.
As células solares, dispostas em painéis solares já produziam eletricidade nos primeiros satélites espaciais e, atualmente, são uma solução para a eletrificação rural, com clara vantagem sobre outras alternativas. A energia elétrica obtida a partir destas células pode ser usada de maneira direta, como para se retirar água de um poço com uma bomba elétrica, ou ser armazenada em acumuladores para ser utilizada durante a noite. É possível, inclusive, inserir a energia excedente na rede geral, obtendo um importante benefício.
Se se conseguir que o preço de células fotovoltaicas diminua, iniciando-se sua fabricação em grande escala, é muito provável que , em pouco tempo, uma boa parte da energia consumida em países ricos em radiação solar seja proveniente de conversão fotovoltaica.
Carros solares também encontram-se em desenvolvimento, apesar de sua utilização ser, ainda, inviável economicamente. Além dos carros solares, que armazenam a energia solar convertida em baterias, há também os carros híbridos, que combinam a tecnologia de conversão de energia através de células fotovoltaicas com as células de combustível (fuel cells). A energia obtida, além de poder ser armazenada em baterias, pode ser utilizada para a produção de hidrogênio (através da eletrólise da água), o qual alimentará a célula de combustível, que acionará o motor.

Casas solares são, igualmente, aplicações bastante interessantes, sendo um desafio tecnológico e arquitetônico, do qual trataremos mais adiante.
A partir deste ponto faremos um estudo mais minucioso dos métodos de conversão térmica da energia solar, bem como seus usos e aplicações
Os captadores são a forma mais comum de captação de energia, convertem a energia solar com baixo custo e de forma conveniente. O processo geral empregado é o de efeito estufa, o nome vem da própria aplicação, em estufas, onde se pode criar plantas exóticas em climas frios, pela melhor utilização da energia solar disponível.
Assim como as cores claras refletem a radiação, as cores escuras as absorvem e esta absorção é tanto maior quanto mais próximo estas estiverem da cor negra, baseado nesta propriedade é que as placas absorvedoras dos captadores planos são pintadas de preto fosco. A propriedade da superfície negra aliada à propriedade que o vidro retém de recuperar grande parte da radiação emitida pela superfície negra quando a lâmina de vidro está colocada acima da placa absorvedora, foi aproveitada para a conversão de energia radiante em energia térmica no coletor.
Quando a temperatura da chapa aumenta, emite um incremento de calor na forma de luz infravermelha. O receptor preto tem as propriedades de corpo negro, alta taxa de absorção, mas também alto coeficiente de emissão para todos os comprimentos de onda. A emissão aumenta com a temperatura seguindo a lei da Quarta potência da temperatura absoluta. A luz reemitida é de comprimento de onda progressivamente mais curto e maior energia, com a elevação da temperatura do corpo negro. Isto é expresso pela lei de Wien, que pode ser escrita como:

sendo T a temperatura superficial do corpo negro e l max o comprimento em que a emissão de luz atinge o máximo.
O Sol emite radiação como um corpo negro cuja temperatura superficial esta por volta de 5700oC; isto corresponde a uma emissão máxima a 0,5 m m. Um corpo negro a temperatura ambiente emite radiação com um máximo perto de 10 m m, o que está dentro do espectro da luz infravermelha, invisível. O vidro relativamente transparente à luz visível é absorvente para a luz infravermelha emitida pela chapa negra quando evacua sua energia térmica. A luz infravermelha absorvida pelo vidro é reemitida para a chapa negra que a absorve de novo. Mais e mais calor é acumulado na chapa preta, atinge-se o equilíbrio quando a energia ganha pela absorção de luz visível é exatamente equilibrada pela perda de energia pela emissão infravermelha da chapa de vidro. Com a elevação da temperatura, o comprimento de onda da emissão infravermelha torna-se mais curto. A 200oC (473 K), a radiação máxima é emitida a cerca de 6 m m, em comparação com 10 m m à temperatura ambiente. Finalmente, a cerca de 500oC (773 K), a maior parte da radiação seria emitida a 4 m m, a cujo comprimento de onda o vidro é parcialmente transparente para o infravermelho.
Segue-se que um efeito de estufa eficiente é possível apenas abaixo de 500oC. Porém, a menos que a concentração da radiação solar esteja combinada com o efeito de estufa, as temperaturas de equilíbrio são muito inferiores porque na prática, a temperatura de equilíbrio é ainda mais reduzida por perdas de calor da chapa negra, devido a condutividade térmica e convecção no ar.