Sončna energija je vsa vrsta energije, ki jo ustvarja sonce.

Sončna energija ustvarja jedrska fuzija, ki poteka na soncu.Fuzija se pojavi, ko protoni vodikovih atomov silovito trkajo v sončnem jedru in se zlijejo, da ustvarijo helijev atom.

Ta postopek, znan kot verižna reakcija PP (proton-proton), oddaja ogromno energije.V svojem jedru se sonce vsako sekundo zlije približno 620 milijonov metričnih ton vodika.Verižna reakcija PP se pojavlja pri drugih zvezdah, ki so približno velikosti našega sonca, in jim zagotavlja neprekinjeno energijo in toploto.Temperatura teh zvezd je približno 4 milijone stopinj na Kelvinovi lestvici (približno 4 milijone stopinj Celzija, 7 milijonov stopinj Fahrenheita).

Pri zvezdah, ki so približno 1,3 -krat večje od sonca, cikel CNO poganja ustvarjanje energije.Cikel CNO pretvori tudi vodik v helij, vendar se za to zanaša na ogljik, dušik in kisik (C, N in O).Trenutno je manj kot dva odstotka Sončeve energije ustvarjen s ciklom CNO.

Jedrska fuzija z verižno reakcijo PP ali CNO cikel sprošča ogromno energije v obliki valov in delcev.Sončna energija nenehno teče stran od sonca in po celotnem sončnem sistemu.Sončna energija ogreva zemljo, povzroča veter in vreme ter vzdržuje rastlinsko in živalsko življenje.

Energija, toplota in svetloba iz sonca tečejo v obliki elektromagnetnega sevanja (EMR).

Elektromagnetni spekter obstaja kot valovi različnih frekvenc in valovnih dolžin.Pogostost vala predstavlja, kolikokrat se val ponovi v določeni enoti časa.Valovi z zelo kratkimi valovnimi dolžinami se v določeni enoti časa večkrat ponavljajo, zato so visokofrekvenčni.V nasprotju s tem imajo nizkofrekvenčni valovi veliko daljše valovne dolžine.

Velika večina elektromagnetnih valov je za nas nevidna.Najbolj visokofrekvenčni valovi, ki jih oddaja sonce, so gama žarki, rentgenski žarki in ultravijolično sevanje (UV žarki).Najbolj škodljivi UV žarki skoraj popolnoma absorbirajo Zemljino ozračje.Manj močni UV žarki potujejo skozi vzdušje in lahko povzročijo sončne opekline.

Sonce oddaja tudi infrardeče sevanje, katerega valovi so veliko nižji frekvenci.Večina toplote od sonca prihaja kot infrardeča energija.

Sendvič med infrardečo in UV je vidni spekter, ki vsebuje vse barve, ki jih vidimo na zemlji.Barva rdeča ima najdaljše valovne dolžine (najbližje infrardeči), vijolično (najbližje UV) pa najkrajše.

Naravna sončna energija

Učinek tople grede
Infrardeči, vidni in UV valovi, ki dosežejo Zemljo, sodelujejo v procesu segrevanja planeta in omogočanju življenja-tako imenovanega "učinka toplogrednih plinov".

Približno 30 odstotkov sončne energije, ki doseže Zemljo, se odraža nazaj v vesolje.Ostalo se absorbira v zemeljsko atmosfero.Sevanje segreva zemeljsko površino in površina izžareva nekaj energije nazaj v obliki infrardečih valov.Ko se dvigajo skozi ozračje, jih prestrežejo toplogredni plini, kot sta vodna para in ogljikov dioksid.

Toplogredni plini ujamejo toploto, ki se odraža nazaj v ozračje.Na ta način se obnašajo kot steklene stene rastlinjaka.Ta toplogredni učinek ohranja Zemljo dovolj toplo, da ohrani življenje.

Fotosinteza
Skoraj vse življenje na Zemlji se opira na sončno energijo za hrano, bodisi neposredno bodisi posredno.

Proizvajalci se neposredno zanašajo na sončno energijo.Absorbirajo sončno svetlobo in jo pretvorijo v hranila s postopkom, imenovanim fotosinteza.Proizvajalci, imenovani tudi avtotrofi, vključujejo rastline, alge, bakterije in glive.Avtotrofi so temelj spleta s hrano.

Potrošniki se za hranila zanašajo na proizvajalce.Zeliščarji, mesojedi, vsejedi in dettivori se posredno zanašajo na sončno energijo.Zeliščarji jedo rastline in druge proizvajalce.Mesojed in vsejede jedo tako proizvajalce kot rastlinojede.Detritivores razgradijo rastlino in živalsko snov tako, da jo zaužijejo.

Fosilna goriva
Fotosinteza je odgovorna tudi za vsa fosilna goriva na zemlji.Znanstveniki ocenjujejo, da so se pred približno tri milijarde let v vodnih okoljih razvili prvi avtotrofi.Sončna svetloba je omogočila, da se rastlinsko življenje uspeva in razvija.Potem ko so avtotrofi umrli, so se razpadli in prestavili globlje v zemljo, včasih na tisoče metrov.Ta postopek se je nadaljeval že milijone let.

Pod intenzivnim pritiskom in visokimi temperaturami so ti ostanki postali tisto, kar poznamo kot fosilna goriva.Mikroorganizmi so postali nafta, zemeljski plin in premog.

Ljudje so razvili procese za pridobivanje teh fosilnih goriv in njihovo uporabo za energijo.Vendar so fosilna goriva neobnovljiv vir.Za oblikovanje trajajo milijone let.

Izkoriščanje sončne energije

Sončna energija je obnovljiv vir in številne tehnologije ga lahko nabirajo neposredno za uporabo v domovih, podjetjih, šolah in bolnišnicah.Nekatere tehnologije sončne energije vključujejo fotonapetostne celice in plošče, koncentrirano sončno energijo in sončno arhitekturo.

Obstajajo različni načini zajemanja sončnega sevanja in pretvorbe v uporabno energijo.Metode uporabljajo aktivno sončno energijo ali pasivno sončno energijo.

Aktivne sončne tehnologije uporabljajo električne ali mehanske naprave za aktivno pretvorbo sončne energije v drugo obliko energije, najpogosteje toplote ali elektriko.Pasivne sončne tehnologije ne uporabljajo nobenih zunanjih naprav.Namesto tega izkoristijo lokalno podnebje za toplotne strukture pozimi in poleti odražajo vročino.

Fotovoltaika

Fotovoltaika je oblika aktivne sončne tehnologije, ki jo je leta 1839 odkril 19-letni francoski fizik Alexandre-Edmond Becquerel.Becquerel je odkril, da je platinasta elektroda, pritrjena na njega, ko je postavila srebrno klorid v kislo raztopino in jo izpostavila sončni svetlobi, ustvarila električni tok.Ta postopek ustvarjanja električne energije neposredno iz sončnega sevanja se imenuje fotovoltaični učinek ali fotovoltaiki.

Danes so fotovoltaiki verjetno najbolj znan način za izkoriščanje sončne energije.Fotovoltaični nizi običajno vključujejo sončne panele, zbirko več deset ali celo sto sončnih celic.

Vsaka sončna celica vsebuje polprevodnik, običajno iz silicija.Ko polprevodnik absorbira sončno svetlobo, je elektrone izgubil.Električno polje usmeri te ohlapne elektrone v električni tok, ki teče v eno smer.Kovinski stiki na zgornjem in spodnjem delu sončne celice usmerjajo ta tok na zunanji objekt.Zunanji objekt je lahko tako majhen kot kalkulator s sončno energijo ali velik kot elektrarna.

Fotovoltaika je bila najprej široko uporabljena na vesoljskih plovilih.Številni sateliti, vključno z Mednarodno vesoljsko postajo (ISS), imajo široka, odsevna "krila" sončnih panelov.ISS ima dve sončni matrični krili (žage), od katerih vsaka uporablja približno 33.000 sončnih celic.Te fotonapetostne celice dobavljajo vso elektriko ISS, kar astronavtom omogoča upravljanje postaje, varno živi v vesolju mesece hkrati in izvajajo znanstvene in inženirske poskuse.

Po vsem svetu so bile zgrajene fotovoltaične elektrarne.Največje postaje so v ZDA, Indiji in na Kitajskem.Te elektrarne oddajajo na stotine megavatov električne energije, ki so jih uporabljali za oskrbo domov, podjetij, šol in bolnišnic.

Fotovoltaična tehnologija je mogoče namestiti tudi v manjšem obsegu.Sončne plošče in celice je mogoče pritrditi na strehe ali zunanje stene stavb, ki oskrbujejo elektriko za konstrukcijo.Lahko jih postavite po cestah do lahkih avtocest.Sončne celice so dovolj majhne, ​​da napajajo celo manjše naprave, kot so kalkulatorji, parkirni števci, kompaktorji smeti in vodne črpalke.

Koncentrirana sončna energija

Druga vrsta aktivne sončne tehnologije je koncentrirana sončna energija ali koncentrirana sončna energija (CSP).CSP Technology uporablja leče in ogledala za osredotočanje (koncentrirajte) sončno svetlobo iz velikega območja v veliko manjše območje.To intenzivno območje sevanja segreva tekočino, kar posledično ustvarja elektriko ali spodbudi drug postopek.

Sončne peči so primer koncentrirane sončne energije.Obstaja veliko različnih vrst sončnih peči, vključno s stolpi za sončno energijo, paraboličnimi korita in reflektorji Fresnel.Za zajem in pretvorbo energije uporabljajo isto splošno metodo.

Sončni močni stolpi uporabljajo heliostate, ravna ogledala, ki se obrnejo, da sledijo sončnemu loku skozi nebo.Ogledala so razporejena okoli osrednjega "zbiralnega stolpa" in odsevata sončno svetlobo v koncentriran žarek svetlobe, ki sije na žariščni točki na stolpu.

V prejšnjih modelih sončnih stolpov je koncentrirana sončna svetloba segrevala posodo z vodo, ki je proizvajala paro, ki je poganjala turbino.Pred kratkim nekateri stolpi sončne energije uporabljajo tekoči natrij, ki ima večjo toplotno zmogljivost in zadržuje toploto za daljše časovno obdobje.To pomeni, da tekočina ne doseže le temperature od 773 do 1,273k (500 ° do 1000 ° C ali 932 ° do 1832 ° F), ampak lahko še naprej zavre vodo in ustvarja moč, tudi ko sonce ne sije.

Parabolična korita in reflektorji Fresnel uporabljajo tudi CSP, vendar so njihova ogledala oblikovana drugače.Parabolična ogledala so ukrivljena, z obliko, podobno sedlu.Fresnelovi reflektorji uporabljajo ravne, tanke trakove zrcala, da zajamejo sončno svetlobo in jo usmerijo na cev tekočine.Fresnelski reflektorji imajo več površine kot parabolična korita in lahko koncentrirajo sončno energijo na približno 30 -krat večjo normalno intenzivnost.

Koncentrirane sončne elektrarne so bile prvič razvite v osemdesetih letih prejšnjega stoletja.Največji objekt na svetu je niz rastlin v puščavi Mojave v ameriški zvezni državi Kalifornija.Ta sistem za ustvarjanje sončne energije (SEGS) vsako leto ustvari več kot 650 gigavatnih ur električne energije.Druge velike in učinkovite rastline so bile razvite v Španiji in Indiji.

Koncentrirana sončna energija se lahko uporablja tudi v manjšem obsegu.Na primer lahko ustvari toploto za sončne kuharje.Ljudje v vaseh po vsem svetu uporabljajo sončne kuharje, da zavrejo vodo za sanitarno oskrbo in kuhajo hrano.

Sončni štedilniki zagotavljajo številne prednosti pred peči za gorenje na drva: niso požarna nevarnost, ne proizvajajo dima, ne potrebujejo goriva in zmanjšajo izgubo habitata v gozdovih, kjer bi drevesa pobrala za gorivo.Sončni štedilniki omogočajo tudi vaščanom, da si prizadevajo za izobraževanje, poslovanje, zdravje ali družino v času, ki so ga prej uporabljali za zbiranje drva.Sončni štedilniki se uporabljajo na tako raznolikih območjih, kot so Chad, Izrael, Indija in Peru.

Sončna arhitektura

Skozi en dan je sončna energija del procesa toplotne konvekcije ali gibanja toplote iz toplejšega prostora v hladnejši.Ko sonce vzhaja, začne na zemlji ogrevati predmete in material.Čez dan ti materiali absorbirajo toploto iz sončnega sevanja.Ponoči, ko se sonce zahaja in se vzdušje ohladi, materiali sprostijo toploto nazaj v ozračje.

Pasivne tehnike sončne energije izkoristijo ta naravni postopek ogrevanja in hlajenja.

Domovi in ​​druge zgradbe uporabljajo pasivno sončno energijo za učinkovito in poceni distribucijo toplote.Izračun "toplotne mase" stavbe je primer tega.Toplotna masa stavbe je večji del materiala, ki se ogreje čez dan.Primeri toplotne mase stavbe so les, kovina, beton, glina, kamen ali blato.Ponoči toplotna masa sprosti toploto nazaj v sobo.Učinkoviti prezračevalni sistemi - hiši, okni in zračni kanali - porazdelijo ogret zrak in vzdržujejo zmerno, skladno temperaturo v zaprtih prostorih.

Pasivna sončna tehnologija je pogosto vključena v oblikovanje stavbe.Na primer, v fazi načrtovanja gradbeništva lahko inženir ali arhitekt zgradbo poravna s sončno vsakodnevno potjo, da prejme zaželene količine sončne svetlobe.Ta metoda upošteva širino, nadmorsko višino in značilno oblačno prevleko določenega območja.Poleg tega je mogoče zgradbe zgraditi ali naknadno vnašati, da imajo toplotno izolacijo, toplotno maso ali dodatno senčenje.

Drugi primeri pasivne sončne arhitekture so hladne strehe, sijoče ovire in zelene strehe.Hladne strehe so pobarvane bele in odražajo sončno sevanje, namesto da bi ga absorbirale.Bela površina zmanjšuje količino toplote, ki doseže notranjost stavbe, kar posledično zmanjša količino energije, ki je potrebna za hlajenje stavbe.

Sijajne ovire delujejo podobno kot hladne strehe.Zagotavljajo izolacijo z zelo odsevnimi materiali, kot je aluminijasta folija.Folija namesto absorbira, toplota in lahko zmanjša stroške hlajenja do 10 odstotkov.Poleg streh in podstreškov so lahko pod nadstropji nameščeni tudi sijoče ovire.

Zelene strehe so strehe, ki so popolnoma pokrite z rastlinjem.Za podporo rastlinam potrebujejo tla in namakanje, in vodoodporno plast pod njimi.Zelene strehe ne samo zmanjšujejo količino toplote, ki se absorbira ali izgubi, ampak tudi vegetacijo.S pomočjo fotosinteze rastline na zelenih strehah absorbirajo ogljikov dioksid in oddajajo kisik.Omaliranja filtrirajo iz deževnice in zraka ter izravnajo nekatere učinke porabe energije v tem prostoru.

Zelene strehe so že stoletja tradicija v Skandinaviji in so v zadnjem času postale priljubljene v Avstraliji, zahodni Evropi, Kanadi in ZDA.Na primer, Ford Motor Company je z vegetacijo pokrilo 42.000 kvadratnih metrov (450.000 kvadratnih metrov) svojih montažnih rastlinskih streh v Dearborn v Michiganu.Poleg zmanjšanja emisij toplogrednih plinov strehe zmanjšujejo odtok nevihtne vode z absorpcijo več centimetrov padavin.

Zelene strehe in hladne strehe lahko prav tako preprečijo učinek "Urban Heat Island".V zasedenih mestih je temperatura lahko konstantno višja od okoliških krajev.Številni dejavniki prispevajo k temu: mesta so zgrajena iz materialov, kot sta asfalt in beton, ki absorbirajo toploto;Visoke zgradbe blokirajo veter in njegove hladilne učinke;in velike količine odpadne toplote ustvarjajo v industriji, prometu in visoki populaciji.Uporaba razpoložljivega prostora na strehi za sajenje dreves ali odsevanje toplote z belimi strehami lahko delno ublaži lokalno povišanje temperature v mestnih območjih.

Sončna energija in ljudje

Ker sončna svetloba v večini delov sveta sveti le približno polovico dneva, morajo tehnologije sončne energije vključevati metode shranjevanja energije v temnih urah.

Sistemi toplotne mase uporabljajo parafinski vosek ali različne oblike soli za shranjevanje energije v obliki toplote.Fotovoltaični sistemi lahko pošljejo odvečno elektriko v lokalno električno omrežje ali shranijo energijo v polnilne baterije.

Obstaja veliko prednosti in slabosti za uporabo sončne energije.

Prednosti
Glavna prednost uporabe sončne energije je, da gre za obnovljivi vir.Še pet milijard let bomo imeli stalno, neomejeno sončno svetlobo.V eni uri zemeljska atmosfera prejme dovolj sončne svetlobe, da lahko eno leto napaja potrebe po električni energiji vsakega človeka na Zemlji.

Sončna energija je čista.Po izdelavi in ​​postavitvi opreme za sončno tehnologijo sončna energija za delo ne potrebuje goriva.Prav tako ne oddaja toplogrednih plinov ali strupenih materialov.Uporaba sončne energije lahko drastično zmanjša vpliv, ki ga imamo na okolje.

Obstajajo lokacije, kjer je sončna energija praktična.Domovi in ​​zgradbe na območjih z veliko količino sončne svetlobe in nizke oblačne pokritja imajo možnost izkoristiti sončno bogato energijo.

Sončni štedilniki zagotavljajo odlično alternativo kuhanju z peči na drva-na katere se dve milijardi ljudi še vedno zanašata.Sončni štedilniki zagotavljajo čistejši in varnejši način za saniranje vode in kuhanje hrane.

Sončna energija dopolnjuje druge obnovljive vire energije, kot sta veter ali hidroelektrarna.

Doma ali podjetja, ki namestijo uspešne sončne plošče, lahko dejansko proizvajajo odvečno elektriko.Ti lastniki stanovanj ali lastniki podjetij lahko prodajo energijo nazaj ponudniku elektrike, s čimer zmanjšajo ali celo odpravijo račune za električno energijo.

Slabosti
Glavno odvračanje od uporabe sončne energije je potrebna oprema.Oprema za sončno tehnologijo je draga.Nakup in namestitev opreme lahko stane več deset tisoč dolarjev za posamezne domove.Čeprav vlada pogosto ponuja znižane davke za ljudi in podjetja, ki uporabljajo sončno energijo, tehnologija pa lahko odpravi račune za elektriko, so začetni stroški preveč strmi, da bi jih lahko mnogi upoštevali.

Oprema za sončno energijo je tudi težka.Za naknadno opremljanje ali namestitev sončnih plošč na strehi stavbe mora biti streha močna, velika in usmerjena proti sončni poti.

Tako aktivna kot pasivna sončna tehnologija sta odvisna od dejavnikov, ki so zunaj našega nadzora, kot sta podnebje in oblačno odejo.Lokalna območja je treba preučiti, da bi ugotovili, ali bo sončna energija na tem področju učinkovita ali ne.

Sončna svetloba mora biti obilna in dosledna, da bo sončna energija učinkovita izbira.Na večini krajev na Zemlji spremenljivost sončne svetlobe otežuje izvajanje kot edini vir energije.