Solenergi er alle typer energi generert av solen.

Solenergi skapes av kjernefysisk fusjon som finner sted i solen.Fusjon oppstår når protoner av hydrogenatomer voldsomt kolliderer i solens kjerne og smelter sammen for å skape et heliumatom.

Denne prosessen, kjent som en PP (proton-proton) kjedereaksjon, avgir en enorm mengde energi.I kjernen smelter solen sammen 620 millioner tonn hydrogen hvert sekund.PP -kjedereaksjonen forekommer i andre stjerner som er omtrent på størrelse med solen vår, og gir dem kontinuerlig energi og varme.Temperaturen for disse stjernene er rundt 4 millioner grader i Kelvin -skalaen (ca. 4 millioner grader Celsius, 7 millioner grader Fahrenheit).

I stjerner som er omtrent 1,3 ganger større enn solen, driver CNO -syklusen etableringen av energi.CNO -syklusen konverterer også hydrogen til helium, men er avhengig av karbon, nitrogen og oksygen (C, N og O) for å gjøre det.For øyeblikket skapes mindre enn to prosent av solens energi av CNO -syklusen.

Kjernefusjon av PP -kjedereaksjonen eller CNO -syklusen frigjør enorme mengder energi i form av bølger og partikler.Solenergi strømmer stadig bort fra solen og i hele solsystemet.Solenergi varmer jorden, forårsaker vind og vær og opprettholder plante- og dyrelivet.

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

Det elektromagnetiske spekteret eksisterer som bølger av forskjellige frekvenser og bølgelengder.Hyppigheten av en bølge representerer hvor mange ganger bølgen gjentar seg i en viss tidsenhet.Bølger med veldig korte bølgelengder gjentar seg flere ganger i en gitt tidsenhet, så de er høyfrekvens.Derimot har lavfrekvente bølger mye lengre bølgelengder.

De aller fleste elektromagnetiske bølger er usynlige for oss.De mest høyfrekvente bølgene som sendes ut av solen er gammastråler, røntgenstråler og ultrafiolett stråling (UV-stråler).De mest skadelige UV -strålene blir nesten fullstendig absorbert av jordens atmosfære.Mindre potente UV -stråler reiser gjennom atmosfæren, og kan forårsake solbrenthet.

Solen avgir også infrarød stråling, hvis bølger er mye lavere frekvens.De fleste varme fra solen ankommer som infrarød energi.

Sandwiched mellom infrarød og UV er det synlige spekteret, som inneholder alle fargene vi ser på jorden.Fargen rød har de lengste bølgelengdene (nærmest infrarød), og fiolett (nærmest UV) den korteste.

Naturlig solenergi

Drivhuseffekt
De infrarøde, synlige og UV-bølgene som når jorden, deltar i en prosess med å varme opp planeten og gjøre livet mulig-den såkalte "drivhusffekten."

Rundt 30 prosent av solenergien som når jorden, reflekteres tilbake i verdensrommet.Resten blir absorbert i jordens atmosfære.Strålingen varmer jordens overflate, og overflaten stråler noe av energien ut i form av infrarøde bølger.Når de reiser seg gjennom atmosfæren, blir de oppfanget av klimagasser, for eksempel vanndamp og karbondioksid.

Drivhusgasser feller varmen som reflekterer opp igjen i atmosfæren.På denne måten oppfører de seg som glassveggene i et drivhus.Denne drivhusffekten holder jorden varm nok til å opprettholde livet.

Fotosyntese
Nesten alt livet på jorden er avhengig av solenergi til mat, enten direkte eller indirekte.

Produsenter stoler direkte på solenergi.De absorberer sollys og konverterer det til næringsstoffer gjennom en prosess som kalles fotosyntese.Produsenter, også kalt autotrofer, inkluderer planter, alger, bakterier og sopp.Autotrofer er grunnlaget for matveven.

Forbrukerne er avhengige av produsenter for næringsstoffer.Herbivorer, rovdyr, altetende og detritivorer er avhengige av solenergi indirekte.Herbivorer spiser planter og andre produsenter.Carnivores og Omnivores spiser både produsenter og planteetere.Detritivores dekomponerer plante- og dyrestoffer ved å konsumere det.

Fossilt brensel
Fotosyntese er også ansvarlig for alle fossile brensler på jorden.Forskere anslår at for rundt tre milliarder år siden utviklet de første autotrofer seg i vannlevende omgivelser.Sollys tillot plantelivet å trives og utvikle seg.Etter at autotrofer døde, dekomponerte de og skiftet dypere ned i jorden, noen ganger tusenvis av meter.Denne prosessen fortsatte i millioner av år.

Under intenst trykk og høye temperaturer ble disse rester det vi kjenner som fossilt brensel.Mikroorganismer ble petroleum, naturgass og kull.

Folk har utviklet prosesser for å trekke ut disse fossile brenslene og bruke dem til energi.Imidlertid er fossilt brensel en ikke -fornybar ressurs.De tar millioner av år å danne seg.

Utnytte solenergi

Solenergi er en fornybar ressurs, og mange teknologier kan høste den direkte for bruk i hjem, bedrifter, skoler og sykehus.Noen solenergiteknologier inkluderer fotovoltaiske celler og paneler, konsentrert solenergi og solarkitektur.

Det er forskjellige måter å fange opp solstråling og konvertere den til brukbar energi.Metodene bruker enten aktiv solenergi eller passiv solenergi.

Aktive solteknologier bruker elektriske eller mekaniske enheter for aktivt å konvertere solenergi til en annen form for energi, oftest varme eller strøm.Passive solteknologier bruker ingen eksterne enheter.I stedet drar de nytte av det lokale klimaet til varmestrukturer om vinteren, og reflekterer varme om sommeren.

Photovoltaics

Photovoltaics er en form for aktiv solteknologi som ble oppdaget i 1839 av 19 år gamle franske fysiker Alexandre-Edmond Becquerel.Becquerel oppdaget at når han plasserte sølvklorid i en sur løsning og utsatte den for sollys, genererte platinaelektrodene festet til den en elektrisk strøm.Denne prosessen med å generere elektrisitet direkte fra solstråling kalles den fotovoltaiske effekten, eller fotovoltaikk.

I dag er Photovoltaics sannsynligvis den mest kjente måten å utnytte solenergi på.Fotovoltaiske matriser involverer vanligvis solcellepaneler, en samling dusinvis eller til og med hundrevis av solceller.

Hver solcelle inneholder en halvleder, vanligvis laget av silisium.Når halvlederen absorberer sollys, slår den elektronene løs.Et elektrisk felt leder disse løse elektronene inn i en elektrisk strøm, som strømmer i en retning.Metallkontakter øverst og bunnen av en solcelle direkte den strømmen til et eksternt objekt.Det eksterne objektet kan være så lite som en solcelledrevet kalkulator eller så stor som en kraftstasjon.

Photovoltaics ble først brukt mye på romfartøy.Mange satellitter, inkludert den internasjonale romstasjonen (ISS), har bred, reflekterende "vinger" av solcellepaneler.ISS har to solarrayvinger (sager), som hver bruker rundt 33 000 solceller.Disse fotovoltaiske cellene leverer all strøm til ISS, slik at astronauter kan betjene stasjonen, trygt lever i verdensrommet i flere måneder om gangen, og gjennomføre vitenskapelige og ingeniøreksperimenter.

Fotovoltaiske kraftstasjoner er bygget over hele verden.De største stasjonene er i USA, India og Kina.Disse kraftstasjonene avgir hundrevis av megawatt strøm, som brukes til å levere hjem, bedrifter, skoler og sykehus.

Fotovoltaisk teknologi kan også installeres i mindre skala.Solcellepaneler og celler kan festes til takene eller ytterveggene i bygninger, og leverer strøm til strukturen.De kan plasseres langs veier til lette motorveier.Solceller er små nok til å drive enda mindre enheter, for eksempel kalkulatorer, parkeringsmålere, søppelkompaktører og vannpumper.

Konsentrert solenergi

En annen type aktiv solteknologi er konsentrert solenergi eller konsentrert solenergi (CSP).CSP -teknologi bruker linser og speil for å fokusere (konsentrere) sollys fra et stort område til et mye mindre område.Dette intense strålingsområdet varmer opp en væske, som igjen genererer strøm eller driver med en annen prosess.

Solovner er et eksempel på konsentrert solenergi.Det er mange forskjellige typer solovner, inkludert solkrafttårn, parabolske renner og Fresnel -reflekser.De bruker den samme generelle metoden for å fange og konvertere energi.

Solekrafttårn bruker heliostater, flate speil som blir til å følge solbuen gjennom himmelen.Speilene er anordnet rundt et sentralt "samlertårn", og reflekterer sollys i en konsentrert lysstråle som skinner på et samlingspunkt på tårnet.

I tidligere design av solkrafttårn, oppvarmet det konsentrerte sollyset en beholder med vann, som produserte damp som drev en turbin.Nylig bruker noen solenergitårn flytende natrium, som har høyere varmekapasitet og beholder varme i en lengre periode.Dette betyr at væsken ikke bare når temperaturer fra 773 til 1 273K (500 til 1000 ° C eller 932 til 1 832 ° F), men den kan fortsette å koke vann og generere strøm selv når solen ikke skinner.

Parabolske trau og Fresnel -reflekser bruker også CSP, men speilene deres er formet annerledes.Parabolske speil er buede, med en form som ligner på en sal.Fresnel -reflekser bruker flate, tynne speilstrimler for å fange sollys og lede det på et væskerør.Fresnel -reflekser har mer overflateareal enn parabolske trau og kan konsentrere solens energi til omtrent 30 ganger sin normale intensitet.

Konsentrerte solkraftverk ble først utviklet på 1980 -tallet.Det største anlegget i verden er en serie planter i Mojave -ørkenen i den amerikanske delstaten California.Dette solenergi-generasjonssystemet (SEGS) genererer mer enn 650 gigawatt-timer med strøm hvert år.Andre store og effektive planter er utviklet i Spania og India.

Konsentrert solenergi kan også brukes i mindre skala.Det kan for eksempel generere varme for solkomfyrer.Mennesker i landsbyer over hele verden bruker solkoker for å koke vann til sanitet og for å lage mat.

Solkoker gir mange fordeler fremfor vedovn: de er ikke brannfare, produserer ikke røyk, krever ikke drivstoff og reduserer tap av habitat i skoger der trær vil bli høstet for drivstoff.Solskoker lar også landsbyboere forfølge tid til utdanning, næringsliv, helse eller familie i løpet av tiden som tidligere ble brukt til å samle ved.Solkoker brukes i så forskjellige områder som Tsjad, Israel, India og Peru.

Solarkitektur

Gjennom en dag er solenergi en del av prosessen med termisk konveksjon, eller bevegelse av varme fra et varmere rom til en kjøligere.Når solen stiger, begynner den å varme gjenstander og materiale på jorden.Gjennom dagen absorberer disse materialene varme fra solstråling.Om natten, når solen går ned og atmosfæren har avkjølt seg, frigjør materialene varmen tilbake i atmosfæren.

Passive solenergiteknikker utnytter denne naturlige oppvarmings- og kjøleprosessen.

Hjem og andre bygninger bruker passiv solenergi for å distribuere varme effektivt og billig.Å beregne bygningens "termiske masse" er et eksempel på dette.Bygningens termiske masse er hoveddelen av materialet oppvarmet gjennom dagen.Eksempler på bygningens termiske masse er tre, metall, betong, leire, stein eller gjørme.Om natten slipper den termiske massen varmen tilbake i rommet.Effektive ventilasjonssystemer - huler, vinduer og luftkanaler - distribuerer den oppvarmede luften og opprettholder en moderat, konsistent innetemperatur.

Passiv solteknologi er ofte involvert i utformingen av en bygning.For eksempel, i planleggingsstadiet for konstruksjon, kan ingeniøren eller arkitekten justere bygningen med solens daglige vei for å motta ønskelige mengder sollys.Denne metoden tar hensyn til breddegrad, høyde og typisk skydekke av et spesifikt område.I tillegg kan bygninger konstrueres eller ettermonteres for å ha termisk isolasjon, termisk masse eller ekstra skyggelegging.

Andre eksempler på passiv solarkitektur er kule tak, strålende barrierer og grønne tak.Kule tak er malt hvite, og gjenspeiler solens stråling i stedet for å absorbere den.Den hvite overflaten reduserer mengden varme som når det indre av bygningen, noe som igjen reduserer mengden energi som er nødvendig for å avkjøle bygningen.

Strålende barrierer fungerer på samme måte som kule tak.De gir isolasjon med svært reflekterende materialer, for eksempel aluminiumsfolie.Folien reflekterer, i stedet for å absorbere, varme, og kan redusere kjølekostnadene opp til 10 prosent.I tillegg til tak og loft, kan strålende barrierer også installeres under gulv.

Grønne tak er tak som er fullstendig dekket med vegetasjon.De krever jord og vanning for å støtte plantene, og et vanntett lag under.Grønne tak reduserer ikke bare mengden varme som blir absorbert eller tapt, men gir også vegetasjon.Gjennom fotosyntese absorberer plantene på grønne tak karbondioksid og avgir oksygen.De filtrerer miljøgifter ut av regnvann og luft, og oppveier noen av effektene av energibruk i det rommet.

Grønne tak har vært en tradisjon i Skandinavia i århundrer, og har nylig blitt populære i Australia, Vest -Europa, Canada og USA.For eksempel dekket Ford Motor Company 42 000 kvadratmeter (450 000 kvadratmeter) av monteringsplantakene i Dearborn, Michigan, med vegetasjon.I tillegg til å redusere klimagassutslipp, reduserer takene avrenning av overvann ved å absorbere flere centimeter av nedbør.

Grønne tak og kule tak kan også motvirke "Urban Heat Island" -effekten.I travle byer kan temperaturen være konsekvent høyere enn områdene rundt.Mange faktorer bidrar til dette: byer er konstruert av materialer som asfalt og betong som absorberer varme;høye bygninger blokkerer vind og dens kjøleeffekter;og høye mengder avfallsvarme genereres av industri, trafikk og høye befolkninger.Å bruke den tilgjengelige plassen på taket for å plante trær, eller reflektere varme med hvite tak, kan delvis lindre lokale temperaturøkninger i urbane områder.

Solenergi og mennesker

Siden sollys bare skinner i omtrent halvparten av dagen i de fleste deler av verden, må solenergiteknologier inkludere metoder for å lagre energien i mørke timer.

Termiske massesystemer bruker parafinvoks eller forskjellige former for salt for å lagre energien i form av varme.Fotovoltaiske systemer kan sende overflødig strøm til det lokale strømnettet, eller lagre energien i oppladbare batterier.

Det er mange fordeler og ulemper med å bruke solenergi.

Fordeler
En stor fordel å bruke solenergi er at det er en fornybar ressurs.Vi vil ha en jevn, ubegrenset tilførsel av sollys i ytterligere fem milliarder år.I løpet av en time får jordens atmosfære nok sollys til å drive strømbehovene til hvert menneske på jorden i et år.

Solenergi er ren.Etter at solteknologiutstyret er konstruert og satt på plass, trenger ikke solenergi drivstoff for å jobbe.Det avgir heller ikke klimagasser eller giftige materialer.Å bruke solenergi kan drastisk redusere virkningen vi har på miljøet.

Det er steder der solenergi er praktisk.Hjem og bygninger i områder med høye mengder sollys og lavt skydekke har muligheten til å utnytte solens rikelig energi.

Solkomfyrer gir et utmerket alternativ til matlaging med vedfyrte ovner-på hvilke to milliarder mennesker fortsatt er avhengige av.Solkoker gir en renere og tryggere måte å desinfisere vann og koke mat.

Solenergi kompletterer andre fornybare energikilder, for eksempel vind eller vannkraft.

Hjem eller bedrifter som installerer vellykkede solcellepaneler kan faktisk produsere overflødig strøm.Disse huseiere eller bedriftseiere kan selge energi tilbake til den elektriske leverandøren, redusere eller til og med eliminere strømregninger.

Ulemper
Den viktigste avskrekkingen til å bruke solenergi er det nødvendige utstyret.Solteknologiutstyr er dyrt.Å kjøpe og installere utstyret kan koste titusenvis av dollar for individuelle hjem.Selv om regjeringen ofte tilbyr reduserte skatter til personer og bedrifter som bruker solenergi, og teknologien kan eliminere elektrisitetsregninger, er startkostnadene for bratte for mange å vurdere.

Solenergiutstyr er også tungt.For å ettermontere eller installere solcellepaneler på taket av en bygning, må taket være sterkt, stort og orientert mot solens sti.

Både aktiv og passiv solteknologi er avhengig av faktorer som er utenfor vår kontroll, for eksempel klima og skydekke.Lokale områder må studeres for å avgjøre om solenergi vil være effektivt i det området eller ikke.

Sollys må være rikelig og konsistent for at solenergi skal være et effektivt valg.De fleste steder på jorden gjør Sunlights variabilitet det vanskelig å implementere som den eneste energikilden.