Solenergi er enhver form for energi genereret af solen.

Solenergi skabes ved kernefusion, der finder sted i solen.Fusion opstår, når protoner af brintatomer voldeligt kolliderer i solens kerne og smelter sammen for at skabe et heliumatom.

Denne proces, kendt som en PP (proton-proton) kædereaktion, udsender en enorm mængde energi.I sin kerne smelter solen sammen omkring 620 millioner tons brint hvert sekund.PP -kædereaktionen forekommer i andre stjerner, der er på størrelse med vores sol, og giver dem kontinuerlig energi og varme.Temperaturen for disse stjerner er omkring 4 millioner grader i Kelvin -skalaen (ca. 4 millioner grader Celsius, 7 millioner grader Fahrenheit).

I stjerner, der er omkring 1,3 gange større end solen, driver CNO -cyklus skabelsen af ​​energi.CNO -cyklus konverterer også brint til helium, men er afhængig af kulstof, nitrogen og ilt (C, N og O) til at gøre det.I øjeblikket skabes mindre end to procent af solens energi af CNO -cyklussen.

Atomfusion ved PP -kædereaktion eller CNO -cyklus frigiver enorme mængder energi i form af bølger og partikler.Solenergi flyder konstant væk fra solen og i hele solsystemet.Solenergi varmer jord, forårsager vind og vejr og opretholder plante- og dyreliv.

Energien, varmen og lyset fra solen strømmer væk i form af elektromagnetisk stråling (EMR).

Det elektromagnetiske spektrum findes som bølger af forskellige frekvenser og bølgelængder.Hyppigheden af ​​en bølge repræsenterer, hvor mange gange bølgen gentager sig i en bestemt tidsenhed.Bølger med meget korte bølgelængder gentager sig flere gange i en given tidsenhed, så de er højfrekvent.I modsætning hertil har lavfrekvente bølger meget længere bølgelængder.

Langt de fleste elektromagnetiske bølger er usynlige for os.De mest højfrekvente bølger, der udsendes af solen, er gammastråler, røntgenstråler og ultraviolet stråling (UV-stråler).De mest skadelige UV -stråler absorberes næsten fuldstændigt af Jordens atmosfære.Mindre potente UV -stråler bevæger sig gennem atmosfæren og kan forårsage solskoldning.

Solen udsender også infrarød stråling, hvis bølger er meget lavere frekvens.Mest varme fra solen ankommer som infrarød energi.

Sandwicket mellem infrarød og UV er det synlige spektrum, der indeholder alle de farver, vi ser på Jorden.Farve rød har de længste bølgelængder (tættest på infrarød) og violet (tættest på UV) den korteste.

Naturlig solenergi

Drivhuseffekt
De infrarøde, synlige og UV-bølger, der når jorden, deltager i en proces med at opvarme planeten og gøre livet muligt-den såkaldte "drivhuseffekt."

Cirka 30 procent af solenergien, der når Jorden, reflekteres tilbage i rummet.Resten optages i Jordens atmosfære.Strålingen varmer jordoverfladen, og overfladen udstråler noget af energien tilbage ud i form af infrarøde bølger.Når de stiger gennem atmosfæren, opfanges de af drivhusgasser, såsom vanddamp og kuldioxid.

Drivhusgasser fanger den varme, der reflekterer op igen i atmosfæren.På denne måde fungerer de som et drivhusglas.Denne drivhuseffekt holder Jorden varm nok til at opretholde livet.

Fotosyntese
Næsten alt liv på jorden er afhængig af solenergi til mad, enten direkte eller indirekte.

Producenter stoler direkte på solenergi.De absorberer sollys og omdanner det til næringsstoffer gennem en proces kaldet fotosyntesen.Producenter, også kaldet autotrofer, inkluderer planter, alger, bakterier og svampe.Autotrofer er grundlaget for fødevareberettet.

Forbrugerne er afhængige af producenterne til næringsstoffer.Herbivere, rovdyr, omnivorer og detritivorer er indirekte afhængige af solenergi.Herbivere spiser planter og andre producenter.Rådgivere og omnivorer spiser både producenter og planteetere.Detritivorer nedbryder plante- og dyrestoffer ved at indtage det.

Fossile brændstoffer
Fotosyntesen er også ansvarlig for alle de fossile brændstoffer på Jorden.Forskere estimerer, at de første autotrofer for omkring tre milliarder år siden udviklede sig i akvatiske omgivelser.Sollys gjorde det muligt for plantelivet at trives og udvikle sig.Efter at autotroferne døde, dekomponerede de og skiftede dybere ned i jorden, nogle gange tusinder af meter.Denne proces fortsatte i millioner af år.

Under intensivt tryk og høje temperaturer blev disse rester det, vi kender som fossile brændstoffer.Mikroorganismer blev olie, naturgas og kul.

Folk har udviklet processer til at udtrække disse fossile brændstoffer og bruge dem til energi.Fossile brændstoffer er imidlertid en ikke -vedvarende ressource.De tager millioner af år at danne.

Udnyttelse af solenergi

Solenergi er en vedvarende ressource, og mange teknologier kan høste den direkte til brug i hjem, virksomheder, skoler og hospitaler.Nogle solenergiteknologier inkluderer fotovoltaiske celler og paneler, koncentreret solenergi og solarkitektur.

Der er forskellige måder at fange solstråling og omdanne den til brugbar energi.Metoderne bruger enten aktiv solenergi eller passiv solenergi.

Aktive solteknologier bruger elektriske eller mekaniske enheder til aktivt at konvertere solenergi til en anden form for energi, oftest varme eller elektricitet.Passive solteknologier bruger ikke eksterne enheder.I stedet drager de fordel af det lokale klima til varmestrukturer om vinteren og afspejler varme i løbet af sommeren.

Fotovoltaik

Fotovoltaik er en form for aktiv solteknologi, der blev opdaget i 1839 af den 19-årige franske fysiker Alexandre-Edmond Becquerel.Becquerel opdagede, at da han placerede sølvchlorid i en sur opløsning og udsatte den for sollys, genererede platinelektroderne fastgjort til den en elektrisk strøm.Denne proces med at generere elektricitet direkte fra solstråling kaldes den fotovoltaiske virkning eller fotovoltaik.

I dag er fotovoltaik sandsynligvis den mest kendte måde at udnytte solenergi på.Fotovoltaiske arrays involverer normalt solcellepaneler, en samling af snesevis eller endda hundreder af solceller.

Hver solcelle indeholder en halvleder, normalt lavet af silicium.Når halvlederen absorberer sollys, banker den elektroner løs.Et elektrisk felt dirigerer disse løse elektroner til en elektrisk strøm, der flyder i en retning.Metalkontakter øverst og bunden af ​​en solcelle direkte denne strøm til et eksternt objekt.Det eksterne objekt kan være så lille som en solcelledrevet lommeregner eller så stort som et kraftværk.

Fotovoltaik blev først brugt i vid udstrækning på rumfartøjet.Mange satellitter, inklusive International Space Station (ISS), har bred, reflekterende "vinger" af solcellepaneler.ISS har to solarray -vinger (SAWS), der hver bruger ca. 33.000 solceller.Disse fotovoltaiske celler leverer al elektricitet til ISS, hvilket giver astronauter mulighed for at betjene stationen, sikkert leve i rummet i flere måneder ad gangen og udføre videnskabelige og ingeniøreksperimenter.

Fotovoltaiske kraftværker er blevet bygget over hele verden.De største stationer er i USA, Indien og Kina.Disse kraftværker udsender hundreder af megawatt elektricitet, der bruges til at levere hjem, virksomheder, skoler og hospitaler.

Fotovoltaisk teknologi kan også installeres i mindre skala.Solpaneler og celler kan fastgøres til tagene eller udvendige vægge i bygninger, der leverer elektricitet til strukturen.De kan placeres langs veje for at tænde motorveje.Solceller er små nok til at drive endnu mindre enheder, såsom regnemaskiner, parkeringsmålere, skraldekompaktorer og vandpumper.

Koncentreret solenergi

En anden type aktiv solteknologi er koncentreret solenergi eller koncentreret solenergi (CSP).CSP -teknologi bruger linser og spejle til at fokusere (koncentrere) sollys fra et stort område til et meget mindre område.Dette intense strålingsområde varmer en væske, som igen genererer elektricitet eller brænder en anden proces.

Solovne er et eksempel på koncentreret solenergi.Der er mange forskellige typer solovne, herunder solenergistårne, parabolske trug og Fresnel -reflektorer.De bruger den samme generelle metode til at fange og konvertere energi.

Solenergi -tårne ​​bruger heliostats, flade spejle, der drejer for at følge solens bue gennem himlen.Spejle er arrangeret omkring et centralt "samlertårn" og reflekterer sollys i en koncentreret lysstråle, der skinner på et samlingspunkt på tårnet.

I tidligere design af solenergistårne ​​opvarmede det koncentrerede sollys en beholder med vand, der producerede damp, der drev en turbin.For nylig bruger nogle solenergistårne ​​flydende natrium, som har en højere varmekapacitet og bevarer varme i en længere periode.Dette betyder, at væsken ikke kun når temperaturer fra 773 til 1.273K (500 ° til 1.000 ° C eller 932 ° til 1.832 ° F), men den kan fortsætte med at koge vand og generere strøm, selv når solen ikke skinner.

Paraboliske trug og Fresnel -reflektorer bruger også CSP, men deres spejle er formet forskelligt.Paraboliske spejle er buede med en form, der ligner en sadel.Fresnel -reflektorer bruger flade, tynde strimler af spejl til at fange sollys og dirigere det på et rør af væske.Fresnel -reflektorer har mere overfladeareal end parabolske trug og kan koncentrere solens energi til ca. 30 gange dens normale intensitet.

Koncentrerede solenergianlæg blev først udviklet i 1980'erne.Den største facilitet i verden er en række planter i Mojave -ørkenen i den amerikanske delstat Californien.Dette solenergi Generating System (SEGS) genererer mere end 650 gigawatt-timer elektricitet hvert år.Andre store og effektive planter er udviklet i Spanien og Indien.

Koncentreret solenergi kan også bruges i mindre skala.Det kan for eksempel generere varme til solcogere.Mennesker i landsbyer over hele verden bruger solcogere til at koge vand til sanitet og til at koge mad.

Solcogere giver mange fordele i forhold til brændeovne: De er ikke en brandfare, producerer ikke røg, kræver ikke brændstof og reducerer tabet af levesteder i skove, hvor træer ville blive høstet til brændstof.Solarcookers tillader også landsbyboere at forfølge tid til uddannelse, forretning, sundhed eller familie i løbet af tiden, der tidligere blev brugt til at samle brænde.Solarcookers bruges i områder så forskellige som Chad, Israel, Indien og Peru.

Solarkitektur

I løbet af en dag er solenergi en del af processen med termisk konvektion eller bevægelsen af ​​varme fra et varmere rum til en køligere.Når solen stiger, begynder den at varme genstande og materiale på jorden.I løbet af dagen absorberer disse materialer varme fra solstråling.Om natten, når solen går ned og atmosfæren er afkølet, frigiver materialerne deres varme tilbage i atmosfæren.

Passive solenergiteknikker drager fordel af denne naturlige opvarmnings- og afkølingsproces.

Huse og andre bygninger bruger passiv solenergi til at fordele varme effektivt og billigt.Beregning af en bygnings "termisk masse" er et eksempel på dette.En bygnings termiske masse er hovedparten af ​​materiale opvarmet hele dagen.Eksempler på en bygnings termiske masse er træ, metal, beton, ler, sten eller mudder.Om natten frigiver den termiske masse sin varme tilbage i rummet.Effektive ventilationssystemer - hælder, vinduer og luftkanaler - distribuerer den opvarmede luft og opretholder en moderat, konsekvent indendørs temperatur.

Passiv solteknologi er ofte involveret i designet af en bygning.I planlægningsstadiet for byggeri kan ingeniøren eller arkitekten for eksempel justere bygningen med solens daglige vej til at modtage ønskelige mængder sollys.Denne metode tager højde for breddegrad, højde og typisk skydækning af et specifikt område.Derudover kan bygninger konstrueres eller eftermonteres for at have termisk isolering, termisk masse eller ekstra skygge.

Andre eksempler på passiv solarkitektur er seje tag, strålende barrierer og grønne tag.Afkøle tag er malet hvidt og afspejler solens stråling i stedet for at absorbere den.Den hvide overflade reducerer mængden af ​​varme, der når det indre af bygningen, hvilket igen reducerer den mængde energi, der er nødvendig for at afkøle bygningen.

Strålende barrierer fungerer på samme måde som kølige tag.De giver isolering med meget reflekterende materialer, såsom aluminiumsfolie.Folien afspejler, i stedet for at absorbere, varme og kan reducere køleomkostningerne op til 10 procent.Ud over tag og lofter kan strålende barrierer også installeres under etager.

Grønne tag er tag, der er helt dækket med vegetation.De kræver jord og kunstvanding for at støtte planterne og et vandtæt lag under.Grønne tag reducerer ikke kun mængden af ​​varme, der absorberes eller tabes, men giver også vegetation.Gennem fotosyntesen absorberer planterne på grønne tag kuldioxid og udsender ilt.De filtrerer forurenende stoffer ud af regnvand og luft og udligner nogle af virkningerne af energiforbrug i dette rum.

Grønne tag har været en tradition i Skandinavien i århundreder og er for nylig blevet populære i Australien, Vesteuropa, Canada og USA.F.eks. Dækkede Ford Motor Company 42.000 kvadratmeter (450.000 kvadratmeter) af sine monteringsanlæg i Dearborn, Michigan, med vegetation.Ud over at reducere drivhusgasemissioner reducerer tagene stormvandafstrømning ved at absorbere flere centimeter nedbør.

Grønne tag og kølige tag kan også modvirke effekten "Urban Heat Island".I travle byer kan temperaturen være konsekvent højere end de omkringliggende områder.Mange faktorer bidrager til dette: byer er konstrueret af materialer som asfalt og beton, der absorberer varme;høje bygninger blokerer vind og dens køleeffekter;og høje mængder affaldsvarme genereres af industri, trafik og høje populationer.Brug af det tilgængelige rum på taget til at plante træer eller reflektere varme med hvide tag kan delvist lindre lokale temperaturstigninger i byområder.

Da sollys kun skinner i cirka halvdelen af ​​dagen i de fleste dele af verden, skal solenergiteknologier omfatte metoder til opbevaring af energien i mørke timer.

Termiske massesystemer bruger paraffinvoks eller forskellige former for salt til at opbevare energien i form af varme.Fotovoltaiske systemer kan sende overskydende elektricitet til det lokale strømnettet eller opbevare energien i genopladelige batterier.

Der er mange fordele og ulemper til at bruge solenergi.

Fordele
En stor fordel ved at bruge solenergi er, at det er en vedvarende ressource.Vi vil have en stabil, ubegrænset forsyning af sollys i yderligere fem milliarder år.På en time modtager Jordens atmosfære nok sollys til at drive elektricitetsbehovet hos ethvert menneske på jorden i et år.

Solenergi er ren.Efter at solteknologiudstyret er konstrueret og på plads, behøver solenergi ikke brændstof til at arbejde.Det udsender heller ikke drivhusgasser eller giftige materialer.Brug af solenergi kan drastisk reducere den indflydelse, vi har på miljøet.

Der er placeringer, hvor solenergi er praktisk.Huse og bygninger i områder med høje mængder sollys og lav skyafdækning har mulighed for at udnytte solens rigelige energi.

Solarcookers giver et fremragende alternativ til madlavning med træfyrede komfurer-som to milliarder mennesker stadig er afhængige af.Solcogere giver en renere og sikrere måde at desinficere vand og koge mad på.

Solenergi supplerer andre vedvarende energikilder, såsom vind eller vandkraft energi.

Huse eller virksomheder, der installerer vellykkede solcellepaneler, kan faktisk producere overskydende elektricitet.Disse husejere eller forretningsejere kan sælge energi tilbage til den elektriske udbyder, reducere eller endda fjerne strømregninger.

Ulemper
Den vigtigste afskrækkende virkning for at bruge solenergi er det krævede udstyr.Solarisk teknologiudstyr er dyrt.Køb og installation af udstyret kan koste titusinder af dollars til individuelle hjem.Selvom regeringen ofte tilbyder reducerede skatter til mennesker og virksomheder, der bruger solenergi, og teknologien kan eliminere elregninger, er de oprindelige omkostninger for stejle for mange til at overveje.

Solenergiudstyr er også tungt.For at eftermontere eller installere solcellepaneler på taget af en bygning, skal taget være stærkt, stort og orienteret mod solens sti.

Både aktive og passive solteknologi afhænger af faktorer, der er ude af vores kontrol, såsom klima- og skydækning.Lokale områder skal studeres for at afgøre, om solenergi ville være effektiv i dette område eller ej.

Sollys skal være rigeligt og konsistent for solenergi at være et effektivt valg.De fleste steder på jorden gør Sunlights variation det vanskeligt at implementere som den eneste energikilde.