Сонячна енергія - це будь -який тип енергії, що виробляється сонцем.

Сонячна енергія створюється ядерним синтезом, який відбувається на сонці.Злиття виникає, коли протони атомів водню жорстоко стикаються в ядрі сонця і зливаються, щоб створити атом гелію.

Цей процес, відомий як ланцюгова реакція PP (протон-протон), випромінює величезну кількість енергії.В його основі сонце зуває близько 620 мільйонів метричних тонн водню щосекунди.Ланцюгова реакція ПП виникає в інших зірок, які мають розмір нашого сонця, і забезпечує їм безперервну енергію та тепло.Температура для цих зірок становить близько 4 мільйонів градусів за шкалою Кельвіна (близько 4 мільйонів градусів Цельсія, 7 мільйонів градусів за Фаренгейтом).

У зірках, що приблизно в 1,3 рази більше, ніж сонце, цикл CNO рухає створення енергії.Цикл CNO також перетворює водень у гелію, але покладається на вуглець, азот та кисень (C, N та O) для цього.В даний час менше двох відсотків енергії Сонця створюється циклом CNO.

Ядерне злиття за допомогою ланцюгової реакції ПП або циклу CNO звільняє величезну кількість енергії у вигляді хвиль і частинок.Сонячна енергія постійно витікає від сонця та по всій Сонячній системі.Сонячна енергія зігріває землю, викликає вітер і погоду, а також підтримує життя рослин та тварин.

Енергія, тепло і світло від сонця витікають у вигляді електромагнітного випромінювання (EMR).

Електромагнітний спектр існує як хвилі різних частот і довжин хвиль.Частота хвилі являє собою, скільки разів хвиля повторюється за певну одиницю часу.Хвилі з дуже короткими довжиною хвилі повторюються кілька разів за задану одиницю часу, тому вони є високочастотними.Навпаки, низькочастотні хвилі мають набагато довші довжини хвилі.

Переважна більшість електромагнітних хвиль для нас невидима.Найбільш високочастотні хвилі, що випромінюються сонцем,-це гамма-промені, рентген і ультрафіолетове випромінювання (УФ-промені).Найбільш шкідливі УФ -промені майже повністю поглинаються атмосферою Землі.Менш потужні ультрафіолетові промені подорожують по атмосфері і можуть спричинити сонячні опіки.

Сонце також випромінює інфрачервоне випромінювання, хвилі яких значно нижчі частоти.Більшість тепла від сонця надходить як інфрачервона енергія.

Просувається між інфрачервоним та УФ - це видимий спектр, який містить усі кольори, які ми бачимо на Землі.Колір червоного кольору має найдовші довжини хвилі (найближчі до інфрачервоного), а фіолетовий (найближчий до УФ) найкоротший.

Природна сонячна енергія

Парниковий ефект
Інфрачервоні, видимі та ультрафіолетові хвилі, які досягають Землі, беруть участь у процесі потепління планети та роблять можливим життя-так званий "парниковий ефект".

Близько 30 відсотків сонячної енергії, яка досягає Землі, відбивається назад у космос.Решта поглинається в атмосферу Землі.Радіація зігріває поверхню Землі, а поверхня випромінює частину енергії назад у вигляді інфрачервоних хвиль.Коли вони піднімаються через атмосферу, їх перехоплює парникові гази, такі як водяна пара та вуглекислий газ.

Парникові гази захоплюють тепло, що відображає назад в атмосферу.Таким чином вони діють як скляні стіни теплиці.Цей парниковий ефект підтримує Землю досить теплою, щоб підтримувати життя.

Фотосинтез
Майже все життя на Землі покладається на сонячну енергію для їжі, прямо чи опосередковано.

Виробники покладаються безпосередньо на сонячну енергію.Вони поглинають сонячне світло і перетворюють його в поживні речовини за допомогою процесу, який називається фотосинтезом.Виробники, які також називаються автотрофами, включають рослини, водорості, бактерії та гриби.Автотрофи є основою харчової павутини.

Споживачі покладаються на виробників поживних речовин.Травоїдні, м’ясоїди, всеїдні та детритніроки побічно покладаються на сонячну енергію.Травоїдні їдять рослини та інші виробники.Хижі та всеїдні їдять як виробників, так і травоїдних тварин.Детритивації розкладають рослинні та тваринні речовини, споживаючи її.

Горючі корисні копалини
Фотосинтез також відповідає за все викопне паливо на землі.Вчені оцінюють, що близько трьох мільярдів років тому перші автотрофи розвивалися у водних умовах.Сонячне світло дозволило процвітати і розвиватися.Після того, як аутотрофи загинули, вони розкладалися і змістилися глибше в землю, іноді тисячі метрів.Цей процес тривав мільйони років.

Під інтенсивним тиском та високими температурами ці залишки стали тим, що ми знаємо як викопне паливо.Мікроорганізми стали нафтою, природним газом та вугіллям.

Люди розробили процеси вилучення цих викопних палив та використання їх для енергії.Однак викопне паливо - це невідновлюваний ресурс.Вони потребують мільйонів років для формування.

Використання сонячної енергії

Сонячна енергія - це відновлюваний ресурс, і багато технологій можуть збирати його безпосередньо для використання в будинках, підприємствах, школах та лікарнях.Деякі технології сонячної енергії включають фотоелектричні клітини та панелі, концентровану сонячну енергію та сонячну архітектуру.

Існують різні способи захоплення сонячного випромінювання та перетворення його на корисну енергію.Методи використовують або активну сонячну енергію, або пасивну сонячну енергію.

Активні сонячні технології використовують електричні або механічні пристрої для активного перетворення сонячної енергії в іншу форму енергії, найчастіше тепло або електроенергія.Пасивні сонячні технології не використовують жодних зовнішніх пристроїв.Натомість вони користуються місцевим кліматом для теплових структур взимку та відображають тепло влітку.

Фотоелектричні

Photovoltaics-це форма активної сонячної технології, яка була виявлена ​​в 1839 році 19-річним французьким фізиком Олександр-Едмонд Беккерель.Беккерель виявив, що коли він помістив срібло-хлорид у кислому розчині і піддав його сонячним світлом, платинові електроди, прикріплені до нього, генерували електричний струм.Цей процес виробництва електроенергії безпосередньо з сонячного випромінювання називається фотоелектричним ефектом або фотоелектрикою.

Сьогодні фотоелектрики - це, мабуть, найвідоміший спосіб використовувати сонячну енергію.Фотоелектричні масиви зазвичай включають сонячні батареї, колекцію десятків або навіть сотень сонячних батарей.

Кожна сонячна батарея містить напівпровідник, зазвичай виготовлений з кремнію.Коли напівпровідник поглинає сонячне світло, він вибиває електрони.Електричне поле спрямовує ці вільні електрони в електричний струм, що тече в одному напрямку.Металеві контакти вгорі та внизу сонячної комірки прямують цей струм на зовнішній об'єкт.Зовнішній об’єкт може бути таким же невеликим, як калькулятор, що працює на сонячній енергії, або велика, як електростанція.

Фотоелектричні вперше широко використовувались на космічних кораблях.Багато супутників, включаючи Міжнародну космічну станцію (МКС), широко відбиваються «крила» сонячних батарей.МКС має дві крила сонячного масиву (пили), кожна з яких використовує близько 33 000 сонячних батарей.Ці фотоелектричні клітини постачають всю електроенергію до МКС, що дозволяє космонавтам керувати станцією, безпечно жити в космосі місяцями та проводити наукові та інженерні експерименти.

Фотоелектричні електростанції побудовані по всьому світу.Найбільші станції - у США, Індії та Китаї.Ці електростанції випромінюють сотні мегават електроенергії, використовувались для постачання будинків, підприємств, шкіл та лікарень.

Фотоелектрична технологія також може бути встановлена ​​в меншому масштабі.Сонячні панелі та клітини можуть бути закріплені на дахах або зовнішніх стінках будівель, що постачають електроенергію для конструкції.Їх можна розмістити по дорогах до світлих шосе.Сонячні клітини досить малі, щоб живити ще менші пристрої, такі як калькулятори, лічильники для паркування, ущільнювачі для сміття та водяні насоси.

Концентрована сонячна енергія

Іншим типом активної сонячної технології є концентрована сонячна енергія або концентрована сонячна енергія (CSP).Технологія CSP використовує лінзи та дзеркала для фокусування (концентрату) сонячного світла з великої площі на набагато меншу площу.Ця інтенсивна область випромінювання нагріває рідину, що, в свою чергу, виробляє електроенергію або псує інший процес.

Сонячні печі - приклад концентрованої сонячної енергії.Існує багато різних типів сонячних печей, включаючи сонячні вежі енергії, параболічні жолоби та відбивачі Френеля.Вони використовують той самий загальний метод для захоплення та перетворення енергії.

Сонячні вежі потужності використовують геліостати, плоскі дзеркала, які обертаються, щоб слідувати дузі сонця через небо.Дзеркала розташовані навколо центральної «колекторної вежі», і відбивають сонячне світло на концентрований промінь світла, який світить у фокусній точці вежі.

У попередніх конструкціях сонячних веж живлення концентроване сонячне світло нагріло ємність води, яка виробляла пар, яка жила турбіною.Зовсім недавно деякі вежі сонячної енергії використовують рідкий натрій, який має більш високу теплоємність і зберігає тепло протягом більш тривалого періоду часу.Це означає, що рідина не лише досягає температури від 773 до 1,273 к (від 500 ° до 1000 ° С або 932 ° до 1832 ° F), але може продовжувати кип’ятити воду і генерувати потужність навіть тоді, коли сонце не світить.

Параболічні жолоби та відбивачі Френеля також використовують CSP, але їх дзеркала формуються по -різному.Параболічні дзеркала вигнуті, з формою, подібною до сідла.Фрезнельні відбивачі використовують плоскі тонкі смужки дзеркала для захоплення сонячного світла та направлення його на трубку рідини.Відбивачі Френеля мають більше поверхні, ніж параболічні жолоби, і можуть сконцентрувати енергію сонця приблизно в 30 разів перевищує її нормальну інтенсивність.

Концентровані сонячні електростанції вперше були розроблені у 1980 -х роках.Найбільшим закладом у світі є низка рослин у пустелі Мохаве в штаті Каліфорнія.Ця система генерації сонячної енергії (SEGS) щороку генерує понад 650 гігават-годин електроенергії.Інші великі та ефективні рослини були розроблені в Іспанії та Індії.

Концентрована сонячна енергія також може використовуватися в меншому масштабі.Наприклад, він може генерувати тепло для сонячних плит.Люди в селах у всьому світі використовують сонячні плиті для кип'ячення води для санітарії та приготування їжі.

Сонячні плити забезпечують багато переваг перед дровами плитами: вони не є небезпекою для пожежі, не виробляють диму, не потребують палива та зменшують втрату середовища проживання в лісах, де дерева будуть збирати для палива.Сонячні плити також дозволяють жителям села проводити час на освіту, бізнес, здоров'я чи сім'ю, який раніше використовувався для збору дров.Сонячні плиті використовуються в таких різноманітних районах, як Чад, Ізраїль, Індія та Перу.

Сонячна архітектура

Протягом усього дня сонячна енергія є частиною процесу теплової конвекції або рухом тепла з теплішого простору до більш прохолоднішого.Коли сонце сходить, воно починає зігрівати предмети та матеріал на землі.Протягом дня ці матеріали поглинають тепло від сонячного випромінювання.Вночі, коли сонце заходить і атмосфера охолонула, матеріали випускають тепло назад в атмосферу.

Пасивні методи сонячної енергії користуються цим природним процесом нагрівання та охолодження.

Будинки та інші будівлі використовують пасивну сонячну енергію для ефективного та недорого розповсюдження тепла.Обчислення "теплової маси" будівлі - це приклад цього.Теплова маса будівлі - це основна частина матеріалу, що нагрівається протягом усього дня.Прикладами теплової маси будівлі є деревина, метал, бетон, глина, камінь або грязь.Вночі теплова маса випускає тепло назад у кімнату.Ефективні вентиляційні системи - холи, вікна та повітряні протоки - розподіляють потеплене повітря та підтримують помірну, послідовну температуру в приміщенні.

Пасивна сонячна технологія часто бере участь у проектуванні будівлі.Наприклад, на етапі планування будівництва інженер або архітектор можуть узгодити будівлю з щоденним шляхом Сонця, щоб отримати бажану кількість сонячного світла.Цей метод враховує широту, висоту та типовий хмарний покрив певної області.Крім того, будівлі можуть бути побудовані або модернізовані, щоб мати теплоізоляцію, теплову масу або додаткове затінення.

Інші приклади пасивної сонячної архітектури - круті дахи, променисті бар'єри та зелені дахи.Прохолодні дахи пофарбовані білими і відображають випромінювання сонця, а не поглинають його.Біла поверхня зменшує кількість тепла, що досягає внутрішньої частини будівлі, що, в свою чергу, зменшує кількість енергії, необхідної для охолодження будівлі.

Променисті бар'єри працюють аналогічно для прохолодних дахів.Вони забезпечують ізоляцію високо відбиваючих матеріалів, таких як алюмінієва фольга.Фолька відображає, замість поглинання, нагрівання та може зменшити витрати на охолодження до 10 відсотків.Окрім дахів та горища, під поверхами також можуть бути встановлені променисті бар'єри.

Зелені дахи - це дахи, які повністю покриті рослинністю.Вони потребують ґрунту та зрошення для підтримки рослин, а водонепроникний шар внизу.Зелені дахи не тільки зменшують кількість тепла, що поглинається або втрачається, але й забезпечують рослинність.Завдяки фотосинтезу рослини на зелених дахах поглинають вуглекислий газ і виділяють кисень.Вони фільтрують забруднювачі з дощової води та повітря та компенсують деякі наслідки використання енергії в цьому просторі.

Зелені дахи протягом століть були традицією в Скандинавії, і останнім часом стали популярними в Австралії, Західній Європі, Канаді та США.Наприклад, компанія Ford Motor охопила 42 000 квадратних метрів (450 000 квадратних футів) своїх дахів рослинних заводів у Дірборні, штат Мічиган, з рослинністю.Окрім зменшення викидів парникових газів, дахи зменшують стік зливових вод, поглинаючи кілька сантиметрів опадів.

Зелені дахи та прохолодні дахи також можуть протидіяти ефекту «міського острова тепла».У зайнятих містах температура може бути постійно вища, ніж навколишні райони.Багато факторів сприяють цьому: міста побудовані з таких матеріалів, як асфальт та бетон, які поглинають тепло;Високі будівлі блокують вітер та його охолоджуючі ефекти;і велика кількість відпрацьованого тепла генерується за допомогою промисловості, руху та високої популяції.Використання наявного простору на даху для посадки дерев або відбиття тепла з білими дахами може частково полегшити місцеве підвищення температури у міських районах.

Сонячна енергія та люди

Оскільки сонячне світло світить лише близько половини дня в більшості частин світу, технології сонячної енергії повинні включати методи зберігання енергії в темні години.

Системи теплової маси використовують парафіновий віск або різні форми солі для зберігання енергії у вигляді тепла.Фотоелектричні системи можуть надсилати зайву електроенергію в місцеву енергетичну мережу або зберігати енергію в акумуляторних акумуляторах.

Існує багато плюсів і мінусів для використання сонячної енергії.

Переваги
Основна перевага використання сонячної енергії полягає в тому, що вона є відновлюваним ресурсом.У нас буде стійка, безмежна пропозиція сонячного світла ще на п’ять мільярдів років.За одну годину атмосфера Землі отримує достатньо сонячного світла, щоб живити потреби електроенергії кожної людини на землі протягом року.

Сонячна енергія чиста.Після того, як обладнання Solar Technology буде побудовано та введене на місце, сонячній енергії не потрібно палива для роботи.Він також не випромінює парникових газів або токсичних матеріалів.Використання сонячної енергії може різко зменшити вплив, який ми маємо на навколишнє середовище.

Є місця, де сонячна енергія практична.Будинки та будівлі в районах з великою кількістю сонячного світла та низьким хмарним покриттям мають можливість використати рясну енергію сонця.

Сонячні плита дають чудову альтернативу приготування їжі з дроворусами-на яких два мільярди людей все ще покладаються.Сонячні плита забезпечують більш чистий і безпечніший спосіб санітарної води та приготування їжі.

Сонячна енергія доповнює інші відновлювані джерела енергії, такі як вітер або гідроелектрична енергія.

Будинки або підприємства, які встановлюють успішні сонячні панелі, можуть фактично виробляти зайву електроенергію.Ці власники будинків або власники бізнесу можуть продавати енергію до постачальника електроенергії, зменшуючи або навіть усунувши рахунки за електроенергію.

Недоліки
Основним стримуючим фактором використання сонячної енергії є необхідне обладнання.Обладнання сонячної технології дорого.Купівля та встановлення обладнання може коштувати десятки тисяч доларів для окремих будинків.Хоча уряд часто пропонує зменшені податки для людей та підприємств, що використовують сонячну енергію, і технологія може усунути рахунки за електроенергію, початкова вартість для багатьох занадто крута.

Обладнання сонячної енергії також важке.Для того, щоб модернізувати або встановити сонячні батареї на дах будівлі, дах повинен бути сильним, великим і орієнтованим на шлях сонця.

Як активна, так і пасивна сонячна технологія залежать від факторів, які перебувають поза нашим контролем, наприклад, клімат та хмарний покрив.Місцеві райони повинні бути вивчені, щоб визначити, чи буде сонячна енергія чинністю в цій області.

Сонячне світло повинно бути рясним і послідовним, щоб сонячна енергія була ефективним вибором.У більшості місць на Землі мінливість сонячного світла ускладнює реалізацію як єдине джерело енергії.