Solarna energija je svaka vrsta energije koju stvara sunce.

Sunčeva energija nastaje nuklearnom fuzijom koja se odvija na suncu.Fuzija nastaje kada se protoni atoma vodika nasilno sudaraju u sunčevoj jezgri i osiguraju se kako bi stvorili atom helija.

Ovaj postupak, poznat kao lančana reakcija PP (proton-proton), emitira ogromnu količinu energije.U svojoj jezgri, sunce se spaja oko 620 milijuna metričkih tona vodika svake sekunde.PP lančana reakcija javlja se u drugim zvijezdama koje su veličine našeg sunca i pruža im kontinuiranu energiju i toplinu.Temperatura za ove zvijezde iznosi oko 4 milijuna stupnjeva na skali Kelvina (oko 4 milijuna Celzijevih stupnjeva, 7 milijuna stupnjeva Fahrenheita).

U zvijezdama koje su oko 1,3 puta veće od sunca, CNO ciklus pokreće stvaranje energije.CNO ciklus također pretvara vodik u helij, ali se oslanja na ugljik, dušik i kisik (C, N i O).Trenutno CNO ciklus stvara manje od dva posto sunčeve energije.

Nuklearna fuzija PP lančanom reakcijom ili CNO ciklusom oslobađa ogromne količine energije u obliku valova i čestica.Solarna energija neprestano se odmakne od sunca i u cijelom Sunčevom sustavu.Solarna energija zagrijava zemlju, uzrokuje vjetar i vremenske prilike i održava biljni i životinjski život.

Energija, toplina i svjetlost od sunca odlaze u obliku elektromagnetskog zračenja (EMR).

Elektromagnetski spektar postoji kao valovi različitih frekvencija i valnih duljina.Učestalost vala predstavlja koliko se puta val ponavlja u određenoj jedinici vremena.Valovi s vrlo kratkim valnim duljinama ponavljaju se nekoliko puta u određenoj jedinici vremena, tako da su visokofrekventni.Suprotno tome, valovi niske frekvencije imaju mnogo duže valne duljine.

Velika većina elektromagnetskih valova nam je nevidljiva.Najviše frekvencijski valovi koje emitira sunce su gama zrake, rendgenske zrake i ultraljubičasto zračenje (UV zrake).Najprirodnije UV zrake gotovo u potpunosti apsorbiraju Zemljina atmosfera.Manje moćne UV zrake putuju kroz atmosferu i mogu uzrokovati opekline od sunca.

Sunce također emitira infracrveno zračenje, čiji su valovi mnogo niža frekvencija.Većina topline sa sunca stiže kao infracrvena energija.

Sendvič između infracrvenog i UV -a je vidljivi spektar koji sadrži sve boje koje vidimo na zemlji.Boja crvena ima najduže valne duljine (najbliže infracrvenoj), a ljubičasta (najbliža UV) najkraće.

Prirodna solarna energija

Efekt staklenika
Infracrveni, vidljivi i UV valovi koji dosežu Zemlju sudjeluju u procesu zagrijavanja planeta i omogućavanja života-takozvanog „efekta staklenika“.

Oko 30 posto solarne energije koja doseže Zemlju odražava se natrag u svemir.Ostalo se apsorbira u Zemljinu atmosferu.Zračenje zagrijava Zemljinu površinu, a površina zrači dio energije u obliku infracrvenih valova.Kako se uzdižu kroz atmosferu, presreću ih staklenički plinovi, poput vodene pare i ugljičnog dioksida.

Stakleni plinovi hvataju toplinu koja odražava natrag u atmosferu.Na taj se način ponašaju poput staklenih zidova staklenika.Ovaj efekt staklenika održava Zemlju dovoljno toplo da održava život.

Fotosinteza
Gotovo sav život na Zemlji oslanja se na solarnu energiju za hranu, bilo izravno ili neizravno.

Proizvođači se oslanjaju izravno na solarnu energiju.Oni apsorbiraju sunčevu svjetlost i pretvaraju je u hranjive tvari kroz proces koji se naziva fotosinteza.Proizvođači, koji se nazivaju i autotrofi, uključuju biljke, alge, bakterije i gljive.Autotrofi su temelj web hrane.

Potrošači se oslanjaju na proizvođače za hranjive tvari.Biljojedi, mesožderi, svejednici i detativori se neizravno oslanjaju na solarnu energiju.Biljojedi jedu biljke i druge proizvođače.Mesožderi i svejednici jedu i proizvođače i biljojede.Detritivores razgrađuje biljnu i životinjsku materiju konzumirajući je.

Fosilna goriva
Fotosinteza je odgovorna i za sva fosilna goriva na zemlji.Znanstvenici procjenjuju da su se prije otprilike tri milijarde godina prvi autotrofi razvijali u vodenim okruženjima.Sunčeva svjetlost omogućila je da biljni život uspije i razvija se.Nakon što su autotrofi umrli, raspalili su se i pomaknuli se dublje u zemlju, ponekad tisuće metara.

Pod intenzivnim tlakom i visokim temperaturama, ostaci su postali ono što znamo kao fosilna goriva.Mikroorganizmi su postali naftni, prirodni plin i ugljen.

Ljudi su razvili procese za vađenje ovih fosilnih goriva i korištenje za energiju.Međutim, fosilna goriva su neobnovljivi resurs.Oni trebaju formirati milijune godina.

Korištenje solarne energije

Solarna energija je obnovljivi resurs, a mnoge tehnologije mogu ga izravno skupljati za upotrebu u kućama, tvrtkama, školama i bolnicama.Neke tehnologije solarne energije uključuju fotonaponske stanice i ploče, koncentriranu solarnu energiju i solarnu arhitekturu.

Postoje različiti načini snimanja sunčevog zračenja i pretvaranja u upotrebljivu energiju.Metode koriste ili aktivnu solarnu energiju ili pasivnu solarnu energiju.

Aktivne solarne tehnologije koriste električne ili mehaničke uređaje za aktivno pretvaranje solarne energije u drugi oblik energije, najčešće toplinu ili električnu energiju.Pasivne solarne tehnologije ne koriste nikakve vanjske uređaje.Umjesto toga, oni iskorištavaju lokalnu klimu za toplinske strukture tijekom zime i odražavaju toplinu tijekom ljeta.

Fotonapon

Fotovoltaics je oblik aktivne solarne tehnologije koju je 1839. otkrio 19-godišnji francuski fizičar Alexandre-Edmond Becquerel.Becquerel je otkrio da kada je stavio srebrni-klorid u kiselu otopinu i izložio ga sunčevoj svjetlosti, platine elektrode pričvršćene na nju stvorile su električnu struju.Ovaj postupak stvaranja električne energije izravno iz sunčevog zračenja naziva se fotonaponski učinak ili fotonaponski.

Danas je fotovoltaici vjerojatno najpoznatiji način iskorištavanja solarne energije.Fotonaponski nizovi obično uključuju solarne panele, zbirku desetaka ili čak stotina solarnih ćelija.

Svaka solarna stanica sadrži poluvodič, obično izrađen od silicija.Kad poluvodič apsorbira sunčevu svjetlost, on otjera elektrone.Električno polje usmjerava ove labave elektrone u električnu struju, koja teče u jednom smjeru.Metalni kontakti na vrhu i dnu solarne ćelije usmjeravaju tu struju na vanjski objekt.Vanjski objekt može biti malen kao kalkulator sa solarnim pogonom ili velik poput elektrane.

Fotovoltaici su se najprije široko koristili na svemirskom brodu.Mnogi sateliti, uključujući Međunarodnu svemirsku stanicu (ISS), sadrže široke, reflektirajuće "krila" solarnih panela.ISS ima dva krila solarnog niza (SAWS), od kojih svaka koristi oko 33 000 solarnih ćelija.Ove fotonaponske stanice isporučuju svu električnu energiju ISS -u, omogućujući astronautima da upravljaju stanicom, sigurno žive u svemiru mjesecima u isto vrijeme i provode znanstvene i inženjerske eksperimente.

Fotonaponske elektrane izgrađene su u cijelom svijetu.Najveće stanice su u Sjedinjenim Državama, Indiji i Kini.Ove elektrane emitiraju stotine megavata električne energije, koje se koriste za opskrbu domovima, tvrtkama, školama i bolnicama.

Fotonaponska tehnologija također se može instalirati u manjoj mjeri.Solarni paneli i stanice mogu se fiksirati na krovove ili vanjske zidove zgrada, opskrbljujući električnu energiju za strukturu.Oni se mogu postaviti uz ceste do laganih autocesta.Solarne ćelije su dovoljno male da napajaju još manje uređaje, poput kalkulatora, parkirnih mjerača, kompaktora smeća i vodenih pumpi.

Druga vrsta aktivne solarne tehnologije je koncentrirana solarna energija ili koncentrirana solarna energija (CSP).CSP tehnologija koristi leće i ogledala za fokusiranje (koncentrata) sunčeve svjetlosti s velikog područja u mnogo manje područje.Ova intenzivna površina zračenja zagrijava tekućinu, što zauzvrat stvara električnu energiju ili podstiče drugi postupak.

Solarne peći su primjer koncentrirane solarne energije.Postoji mnogo različitih vrsta solarnih peći, uključujući tornjeve solarne energije, parabolične korice i reflektore Fresnela.Oni koriste istu opću metodu za snimanje i pretvaranje energije.

Kule za solarne energije koriste heliostate, ravna ogledala koja se okreću kako bi slijedile sunčev luk kroz nebo.Ogledala su raspoređena oko središnjeg "kolekcionarskog tornja" i odražavaju sunčevu svjetlost u koncentriranu zraku svjetlosti koja sjaji na žarišnoj točki na tornju.

U prethodnim nacrtima tornjeva za solarne energije, koncentrirana sunčeva svjetlost zagrijavala je spremnik vode koja je proizvela paru koja je pokretala turbinu.U novije vrijeme, neke tornjeve solarne energije koriste tekući natrij, koji ima veći toplinski kapacitet i zadržava toplinu duže vrijeme.To znači da tekućina ne samo da doseže temperature od 773 do 1.273K (500 ° do 1.000 ° C ili 932 ° do 1.832 ° F), već može nastaviti kuhati vodu i stvarati snagu čak i kad sunce ne zasja.

Parabolička kolica i reflektori fresnela također koriste CSP, ali njihova se ogledala različito oblikovaju.Parabolička ogledala su zakrivljena, s oblikom sličnim sedlu.Fresnel reflektori koriste ravne, tanke trake zrcala kako bi uhvatili sunčevu svjetlost i usmjerili je na cijev tekućine.Fresnelovi reflektori imaju više površine od paraboličnih kolica i mogu koncentrirati sunčevu energiju na oko 30 puta više od normalnog intenziteta.

Koncentrirane solarne elektrane prvi su put razvijene 1980 -ih.Najveći objekt na svijetu je niz biljaka u pustinji Mojave u američkoj državi Kalifornija.Ovaj sustav generiranja solarne energije (SEGS) svake godine stvara više od 650 gigavata.U Španjolskoj i Indiji razvijene su druge velike i učinkovite biljke.

Koncentrirana solarna snaga može se koristiti i u manjem opsegu.Na primjer, može generirati toplinu za solarne štednjake.Ljudi u selima širom svijeta koriste solarne štednjake kako bi prokuhali vodu za sanitarnu zaštitu i kuhali hranu.

Solarni kuhari pružaju mnoge prednosti u odnosu na štednjake na drva: nisu opasnost od požara, ne proizvode dim, ne zahtijevaju gorivo i smanjuju gubitak staništa u šumama u kojima bi se stabla sabrala za gorivo.Solarni štednjaci također omogućuju mještanima da progone vrijeme za obrazovanje, posao, zdravlje ili obitelj tijekom vremena koje su prethodno korištene za prikupljanje drva za ogrjev.Solarni kuhari koriste se u područjima različita kao što su Chad, Izrael, Indija i Peru.

Solarna arhitektura

Tijekom dana, solarna energija dio je procesa toplinske konvekcije ili kretanja topline iz toplijeg prostora u hladniji.

Tehnike pasivne solarne energije iskorištavaju ovaj prirodni postupak grijanja i hlađenja.

Kuće i druge zgrade koriste pasivnu solarnu energiju za učinkovito i jeftino raspodjelu topline.Izračunavanje „toplinske mase“ zgrade primjer je toga.Toplinska masa zgrade je najveći dio materijala zagrijanog tijekom dana.Primjeri toplinske mase zgrade su drvo, metal, beton, glina, kamen ili blato.Noću, toplinska masa oslobađa toplinu natrag u sobu.Učinkoviti ventilacijski sustavi - hajde, prozori i zračni kanali - distribuiraju zagrijani zrak i održavaju umjerenu, konzistentnu unutarnju temperaturu.

Pasivna solarna tehnologija često je uključena u dizajn zgrade.Na primjer, u fazi planiranja izgradnje, inženjer ili arhitekt mogu zgradu uskladiti sa sunčevim dnevnim stazom kako bi primili poželjne količine sunčeve svjetlosti.Ova metoda uzima u obzir zemljopisnu visinu, nadmorsku visinu i tipični oblačni pokrov određenog područja.Osim toga, zgrade se mogu konstruirati ili naknadno opremiti tako da imaju toplinsku izolaciju, toplinsku masu ili dodatno zasjenjenje.

Ostali primjeri pasivne solarne arhitekture su hladni krovovi, blistave barijere i zeleni krovovi.Hladni krovovi obojeni su bijelim i odražavaju sunčevo zračenje umjesto da ga apsorbiraju.Bijela površina smanjuje količinu topline koja doseže unutrašnjost zgrade, što zauzvrat smanjuje količinu energije koja je potrebna za hlađenje zgrade.

Zračne barijere djeluju na sličan način na hladne krovove.Oni pružaju izolaciju visoko reflektirajućih materijala, poput aluminijske folije.Folija odražava, umjesto apsorbiranja, topline i može smanjiti troškove hlađenja do 10 posto.Pored krovova i potkrovlja, zračne barijere mogu se ugraditi i ispod podova.

Zeleni krovovi su krovovi koji su u potpunosti prekriveni vegetacijom.Potrebno im je tlo i navodnjavanje kako bi podržali biljke i vodootporan sloj ispod.Zeleni krovovi ne samo da smanjuju količinu topline koja se apsorbira ili izgubi, već i pruža vegetaciju.Kroz fotosintezu, biljke na zelenim krovovima apsorbiraju ugljični dioksid i emitiraju kisik.Oni filtriraju zagađivače iz kišnice i zraka i nadoknađuju neke od učinaka potrošnje energije u tom prostoru.

Zeleni krovovi stoljećima su tradicija u Skandinaviji, a nedavno su postali popularni u Australiji, zapadnoj Europi, Kanadi i Sjedinjenim Državama.Na primjer, Ford Motor Company prekrila je 42 000 četvornih metara (450 000 četvornih metara) krovova sa montažnim biljkama u Dearbornu, Michigan, vegetacijom.Osim smanjenja emisija stakleničkih plinova, krovovi smanjuju otjecanje oborinskih voda apsorbirajući nekoliko centimetara kiše.

Zeleni krovovi i hladni krovovi također se mogu suprotstaviti efektu "Urban Heat Island".U užurbanim gradovima temperatura može biti dosljedno veća od okolnih područja.Mnogi čimbenici doprinose tome: gradovi su izrađeni od materijala poput asfalta i betona koji apsorbiraju toplinu;Visoke zgrade blokiraju vjetar i njegovi efekti hlađenja;A visoke količine otpadne topline generiraju industriju, promet i visoku populaciju.Korištenje raspoloživog prostora na krovu za sadnju stabala ili odražavanje topline s bijelim krovovima može djelomično ublažiti lokalno povećanje temperature u urbanim područjima.

Solarna energija i ljudi

Budući da sunčeva svjetlost sja samo polovicom dana u većini dijelova svijeta, tehnologije solarne energije moraju uključivati ​​metode skladištenja energije tijekom mračnih sati.

Sustavi toplinske mase koriste parafinski vosak ili različite oblike soli za pohranu energije u obliku topline.Fotonaponski sustavi mogu poslati višak električne energije u lokalnu energetsku mrežu ili pohraniti energiju u punjive baterije.

Mnogo je prednosti i nedostataka za korištenje solarne energije.

Prednosti
Glavna prednost korištenja solarne energije je ta što je to obnovljivi resurs.Imat ćemo stalnu, neograničenu opskrbu sunčevom svjetlošću još pet milijardi godina.U jednom satu, Zemljina atmosfera prima dovoljno sunčeve svjetlosti za napajanje potreba za električnom energijom svakog ljudskog bića na zemlji godinu dana.

Solarna energija je čista.Nakon što je oprema solarne tehnologije izgrađena i postavljena, solarna energija ne treba gorivo za rad.Također ne emitira stakleničke plinove ili toksične materijale.Korištenje solarne energije može drastično smanjiti utjecaj koji imamo na okoliš.

Postoje lokacije na kojima je solarna energija praktična.Kuće i zgrade u područjima s velikim količinama sunčeve svjetlosti i niskim oblačnim pokrivačem imaju priliku iskoristiti obilnu energiju sunca.

Solarni štednjaci pružaju izvrsnu alternativu kuhanju s peći na drva-na koje se još dvije milijarde ljudi još uvijek oslanjaju.Solarni kuhari pružaju čistiji i sigurniji način za sanitaciju vode i kuhanja hrane.

Solarna energija nadopunjuje druge obnovljive izvore energije, poput vjetra ili hidroelektrane.

Kuće ili tvrtke koje instaliraju uspješne solarne panele zapravo mogu proizvesti višak električne energije.Ovi vlasnici kuća ili poslovni vlasnici mogu prodati energiju električnom davatelju, smanjujući ili čak eliminirajući račune za napajanje.

Nedostaci
Glavno odvraćanje od korištenja solarne energije je potrebna oprema.Oprema za solarnu tehnologiju je skupa.Kupnja i instaliranje opreme može koštati desetke tisuća dolara za pojedine domove.Iako vlada često nudi smanjene poreze ljudima i tvrtkama koje koriste solarnu energiju, a tehnologija može eliminirati račune za električnu energiju, početni trošak je previše strmi da bi ih mnogi mogli uzeti u obzir.

Oprema za solarnu energiju također je teška.Da bi se na krovu zgrade, krov mora unaprijediti ili instalirati solarne ploče, krov mora biti jak, velik i orijentiran na sunčevu stazu.

I aktivna i pasivna solarna tehnologija ovise o čimbenicima koji su izvan naše kontrole, poput klime i oblaka.Lokalna područja moraju se proučavati kako bi se utvrdilo hoće li solarna energija biti učinkovita u tom području.