Solarna energija je svaka vrsta energije koju stvara sunce.

Sunčeva energija nastaje nuklearnom fuzijom koja se odvija na suncu.Fuzija se događa kada se protonovi atoma vodika nasilno sudaraju u sunčevoj jezgri i osigurači da stvore atom helijuma.

Ovaj postupak, poznat kao PP (proton-proton-proton) lančana reakcija, emitira ogromnu količinu energije.Sunce u svojoj jezgri svake sekunde osigurava oko 620 miliona metričkih tona vodika.Javna reakcija PP događa se u drugim zvijezdama koje se odnose na veličinu našeg sunca i pružaju im kontinuiranu energiju i toplinu.Temperatura za ove zvijezde iznosi oko 4 miliona diploma na Kelvinu skali (oko 4 miliona stepeni Celzijusa, 7 miliona stepeni Farenheit).

U zvijezdama koje su oko 1,3 puta veće od sunca, Crno ciklus vozi stvaranje energije.Crno ciklus također pretvara vodonik na helij, ali oslanja se na ugljični, azot i kisik (C, N i O) da to učine.Trenutno je manje od dva posto sunčeve energije stvorena ciklusom CNO-a.

Nuklearna fuzija putem PP lančane reakcije ili Crno ciklus oslobađa ogromne količine energije u obliku valova i čestica.Solarna energija neprestano teče od sunca i u cijelom solarnom sustavu.Solarna energija zagrijava Zemlju, uzrokuje vjetar i vremenske prilike i održava biljku i životinjski život.

Energija, toplina i svjetlost iz sunca prolazi u obliku elektromagnetskog zračenja (EMR).

Elektromagnetski spektar postoji kao valovi različitih frekvencija i talasne dužine.Učestalost talasa predstavlja koliko puta se val ponavlja u određenoj jedinici vremena.Valovi sa vrlo kratkim talasnim duljinama ponavljaju se nekoliko puta u određenoj jedinici vremena, tako da su visoke frekvencije.Nasuprot tome, niskofrekventni valovi imaju mnogo duže talasne dužine.

Velika većina elektromagnetskih talasa su nam nevidljiva.Najviše frekventni valovi koji emituju sunce su gama zrake, rendgenske zrake i ultraljubičasto zračenje (UV zrake).Najčumine UV zrake gotovo su u potpunosti apsorbirane zemljom atmosferom.Manje moćnih UV zraka putuju kroz atmosferu i može izazvati opekotine od sunca.

Sunce emitira i infracrveno zračenje, čiji su valovi mnogo niže frekvencije.Većina topline od suca 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 talasne dužine (najbliže infracrvenu) i ljubičicu (najbliže UV) najkraće.

Prirodna solarna energija

Efekat staklenika
Infracrveni, vidljivi i UV valovi koji dosežu Zemlju sudjeluju u procesu zagrijavanja planete i čineći život mogu - takozvani "efekt staklene bašte".

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 neke energije nazad u obliku infracrvenih valova.Dok se dižu u atmosferu, presreću ih staklenički plinovi, poput vodene pare i ugljičnog dioksida.

Staklenički plinovi zamkuju toplinu koja se odražava natrag u atmosferu.Na taj se način ponašaju kao stakleni zidovi staklenika.Ovaj efekt staklenika čuva Zemlju topla za održavanje života.

Fotosinteza
Gotovo sav život na Zemlji oslanja se na solarnu energiju za hranu, direktno ili indirektno.

Proizvođači se oslanjaju direktno na solarnu energiju.Oni apsorbiraju sunčevu svjetlost i pretvore ga u hranjive sastojke kroz proces zvanog fotosinteza.Proizvođači, koji se nazivaju i autotrofi, uključuju biljke, alge, bakterije i gljivice.Autotrophi su temelj weba hrane.

Potrošači se oslanjaju na proizvođače za hranjive sastojke.Herbivores, mesožderi, svevori i detrivores se posredno oslanjaju na solarnu energiju.Herbivores jedu biljke i druge proizvođače.SoliVores i svevori jedu i proizvođače i biljojedne.Detitivores raspada postrojenja i životinjsku materiju konzumiranjem.

Fosilna goriva
Fotosinteza je takođe odgovorna za sve fosilne goriva na zemlji.Naučnici procjenjuju da se prije oko tri milijarde godina, prve autotrofete razvijale u vodenim postavkama.Sunčeva svjetlost omogućila je biljnom životu da napreduje i evoluira.Nakon što su umrli autotrofe, razgradili su se i prebacili dublje u zemlju, ponekad hiljade metara.Ovaj se proces nastavio milionima godina.

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

Ljudi su razvili procese za vađenje ovih fosilnih goriva i koristeći ih za energiju.Međutim, fosilna goriva su neopisiv resurs.Oni uzimaju milione godina da se formiraju.

Iskorištavanje solarne energije

Solarna energija je obnovljivi izvor, a mnoge tehnologije mogu ga sabrati direktno za upotrebu u kućama, preduzećima, školama i bolnicama.Neke solarne energetske tehnologije uključuju fotonaponske ćelije i panele, koncentrirana solarna energija i solarna arhitektura.

Postoje različiti načini hvatanja sunčevog zračenja i pretvaranje u korisnu energiju.Metode koriste ili aktivnu solarnu energiju ili pasivnu solarna energija.

Aktivne solarne tehnologije koriste električne ili mehaničke uređaje za aktivno pretvorba solarne energije u drugi oblik energije, najčešće topline ili električne energije.Pasivne solarne tehnologije ne koriste nikakve vanjske uređaje.Umjesto toga, oni koriste lokalnu klimu za grijanje u zimu i odražavaju toplinu tokom ljeta.

Fotovoltaika

Fotovoltaika je oblik aktivne solarne tehnologije koji je otkriven 1839. godine 19-godišnjeg francuskog fizičara Alexandre-Edmond Becquerel.BecQuerel je otkrio da je kad je postavio srebro-hlorid u kiselo rješenje i izložio je suncu, platinaste elektrode pričvršćene na njega generirali su električnu struju.Ovaj proces generiranja električne energije izravno iz sunčevog zračenja naziva se fotonaponski učinak ili fotonapona.

Danas je fotovoltaika vjerovatno najpoznatiji način za iskorištavanje solarne energije.Fotonaponski nizovi obično uključuju solarne panele, zbirku desetaka ili čak stotine solarnih ćelija.

Svaka solarna ćelija sadrži poluvodič, obično izrađen od silikona.Kad se poluvodič apsorbuje sunčevu svjetlost, otkucava elektrone labavim.Električno polje usmjerava ove labave elektrone u električnu struju, teče u jednom smjeru.Metalni kontakti na vrhu i na dnu solarne ćelije izrađujuću te struju na vanjski objekt.Vanjski objekt može biti mali kao kalkulator na solarnom napajanju ili velik kao elektrana.

Fotovoltaika se prvo široko koristila na svemirskom brodu.Mnogi sateliti, uključujući međunarodnu svemirsku stanicu (ISS), sadrže široke, reflektirajuće "krila" solarnih panela.ISS ima dva krila solarne matrice (testere), a svaki koriste oko 33.000 solarnih ćelija.Ove fotonaponske ćelije isporučuju savu struju na ISS, omogućavajući astronautima da upravljaju stanicom, sigurno žive u prostoru mjesecima, te provode naučne i inženjerske eksperimente.

Fotonaponske elektrane su izgrađene po cijelom svijetu.Najveće stanice su u Sjedinjenim Državama, Indiji i Kini.Ove elektrane emituju stotine megavata električne energije, koje se koriste za opskrbu domova, preduzeća, škola i bolnica.

Fotonaponska tehnologija se može ugraditi i na manju vagu.Solarni paneli i ćelije mogu se pričvrstiti na krovove ili vanjske zidove zgrada, opskrbljivanjem električne energije za strukturu.Mogu se postaviti uz puteve do lakih autocesta.Solarne ćelije su dovoljno male za napajanje čak i manjim uređajima, poput kalkulatora, parkirnih metara, kompaktori smeća i vodene pumpe.

Koncentrirana solarna energija

Druga vrsta aktivne solarne tehnologije je koncentrirana solarna energija ili koncentrirana solarna snaga (CSP).CSP tehnologija koristi sočiva i ogledala za fokusiranje (koncentrat) sunčeve svjetlosti s velikog područja u mnogo manje područje.Ovo intenzivno područje zračenja zagrijava tekućinu, što zauzvrat stvara električnu energiju ili goriva drugog procesa.

Solarne peći su primjer koncentrirane solarne energije.Postoji mnogo različitih vrsta solarnih peći, uključujući solarne električne kule, parabolične korito i fresnelski reflektori.Oni koriste istu opštu metodu za snimanje i pretvaranje energije.

Kule za solarne snage koriste Heliostati, ravna ogledala koja se okreću da slijede sunčev luk kroz nebo.Ogledala su raspoređene oko centralnog "kolekcionarskog tornja", a odražavaju sunčevu svjetlost u koncentriranu zraku svjetlosti koja svijetli na središnjoj tački na kuli.

U prethodnim dizajnom kula za solarne električne energije, koncentrirana sunčeva svjetlost zagrijala je posudu za vodu, koja je proizvela paru koja je napajala turbinu.Nedavno, neki solarni kule za električnu energiju koriste tečni natrijum, koji imaju veću toplinu i zadržava toplinu duže vremenski period.To znači da tečnost ne dosegne samo temperature od 773 do 1,273K (500 ° do 1.000 ° C ili 932 ° do 1,832 ° F), ali može nastaviti kuhati vodu i generirati snagu čak i kad sunce ne svijetli.

Parabolički korita i fresnelski reflektori također koriste CSP, ali njihova ogledala su različito oblikovana.Parabolična ogledala su zakrivljena, sa oblikom sličnom sedlom.Fresnel reflektori koriste ravne, tanke trake ogledala za snimanje sunčeve svjetlosti i usmjeriti je na cijev tečnosti.Fresnel reflektori imaju veću površinu od paraboličnih korita i mogu koncentrirati Sunčevu energiju na oko 30 puta veća intenziteta.

Koncentrirane solarne elektrane prvo su razvijene u 1980-ima.Najveći objekat na svijetu je niz biljaka u pustinji Mojave u američkoj državi Kalifornij.Ovaj sistem stvaranja solarne energije (SEGS) stvara više od 650 gigavat-sati električne energije svake godine.Ostale velike i efikasne biljke razvijene su u Španiji i Indiji.

Koncentrirana solarna snaga može se koristiti i na manjem obimu.Na primjer, može generirati toplinu za solarne štednjake.Ljudi u selima širom svijeta koriste solarne štednje za ključavanje vode za sanitarnu i za kuhanje hrane.

Solarni štednjaci pružaju mnoge prednosti na peći na drva: Oni nisu požar opasnosti, ne proizvode dim, ne zahtijevaju gorivo i ne smanjuju gubitak staništa u šumama u kojima bi se moglo ubrano u šume.Solarni štednjaci omogućavaju i seljanima da nastave vrijeme za obrazovanje, poslovanje, zdravlje ili porodicu tokom vremena koje su prethodno koristile za okupljanje drva za ogrjev.Solarni štednjaci koriste se u područjima kao raznoliki kao Čad, Izrael, Indija i Peru.

Solarna arhitektura

Tijekom dana, solarna energija je dio procesa toplinske konvekcije ili kretanja topline iz toplijeg prostora na hladnjak.Kad se sunce izlazi, počinje topli predmeti i materijal na zemlji.Tijekom dana, ovi materijali apsorbiraju toplinu od sunčevog zračenja.Noću, kada se sunce zalazi i atmosfera se ohladila, materijali oslobađaju svoju toplinu u atmosferu.

Pasivne tehnike solarne energije iskorištavaju ovaj prirodni proces grijanja i hlađenja.

Kuće i druge zgrade koriste pasivnu solarna energija za distribuciju topline efikasno i jeftino.Izračunavanje "toplotne mase zgrade" je primjer ovoga.Termička masa zgrade je najveći dio materijala zagrijanog tokom dana.Primjeri termalne mase zgrade su drvena, metala, betona, gline, kamena ili blata.Noću, termička masa oslobađa toplinu u sobu.Efektivni ventilacijski sustavi - hodnici, prozori i kanali zraka - distribuiraju zagrijani zrak i održavaju umjerenu, dosljednu temperaturu unutarnje unutrašnjosti.

Pasivna solarna tehnologija često je uključena u dizajn zgrade.Na primjer, u fazi planiranja izgradnje, inženjer ili arhitekt mogu poravnati zgradu sa Sunčevim dnevnim putem da bi dobili poželjne količine sunčeve svjetlosti.Ova metoda uzima u obzir zemljopisnu zemlju, nadmorsku visinu i tipičan oblak pokrov određenog područja.Pored toga, zgrade se mogu izgraditi ili predati za termičku izolaciju, toplinsku masu ili dodatno zasjenjenje.

Ostali primjeri pasivne solarne arhitekture su cool krovovi, blistave barijere i zeleni krovovi.Hladni krovovi su obojani bijelom bojom 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 rade slično na hlađenje krovova.Oni pružaju izolaciju sa visoko reflektivnim materijalima, poput aluminijske folije.Folija se odražava, umjesto da apsorbuje, toplinu i može smanjiti troškove hlađenja do 10 posto.Pored krovova i potkrovlja, zračene barijere mogu se ugraditi i ispod kata.

Zeleni krovovi su krovovi koji su u potpunosti prekriveni vegetacijom.Oni zahtijevaju tlo i navodnjavanje kako bi podržali biljke i vodootporni 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 efekte upotrebe energije u tom prostoru.

Zeleni krovovi su stoljećima tradicija u Skandinaviji, a nedavno su postali popularni u Australiji, zapadnoj Europi, Kanadi i Sjedinjenim Državama.Na primjer, Ford Motorna kompanija obuhvatila je 42.000 kvadratnih metara (450.000 četvornih metara) svojih montažnih krovova u Dragin, Michiganu, sa vegetacijom.Pored smanjenja emisije stakleničkih plinova, krovovi smanjuju bjelokobu oluje upijajući nekoliko centimetara kiše.

Zeleni krovovi i hladni krovovi također mogu suzbiti efektu "urbanog toplotnog otoka".U prometnim gradovima temperatura može biti dosljedno veća od okolnih područja.Mnogi faktori doprinose tome: gradovi su izgrađeni od materijala poput asfalta i betona koji apsorbiraju toplinu;visoke zgrade blokiraju vjetar i njegove efekte hlađenja;A velike količine otpadne topline generiraju se industrijom, prometom i visokom populacijom.Korištenje raspoloživog prostora na krovu na biljnu stabla ili reflektiraju toplinu bijelim krovovima, mogu djelomično ublažiti lokalnu temperaturu povećanja u urbanim područjima.

Solarna energija i ljudi

Budući da sunčeva svjetlost svijetli oko pola dana u većini dijelova svijeta, solarne energetske tehnologije moraju uključivati ​​metode skladištenja energije tokom mračnih sati.

Toplinski masovni sustavi koriste parafinski vosak ili različite oblike soli za spremanje energije u obliku topline.Fotonaponski sustavi mogu pošaliti višak električne energije na lokalnu mrežu, ili pohraniti energiju u punjivim baterijama.

Postoji mnogo prednosti i nedostataka za upotrebu solarne energije.

Prednosti
Glavna prednost korištenja solarne energije je da je to obnovljivi resurs.Imat ćemo stabilnu, neograničenu opskrbu sunčevom svjetlošću za još pet milijardi godina.Za jedan sat, Zemljina atmosfera prima dovoljno sunčeve svjetlosti da napaja potrebe električne energije svakog ljudskog bića na Zemlju godinu dana.

Solarna energija je čista.Nakon izgrađenog i postavljanja solarne tehnološke opreme, solarna energija ne treba gorivo za rad.Takođe ne emituje stakleničke plinove ili toksične materijale.Korištenje solarne energije može drastično smanjiti utjecaj koji imamo na okoliš.

Postoje lokacije u kojima je solarna energija praktična.Domovi i zgrade u područjima sa visokim količinama sunčeve svjetlosti i niskim oblakom pokrivenosti imaju priliku iskoristiti Sunčevu obilnu energiju.

Solarni štednjaci pružaju odličnu alternativu kuvanju sa peći na drva - na kojima se dvije milijarde ljudi još uvijek oslanjaju.Solarni štednjaci pružaju čistiji i sigurniji način da saniraju vodu i kuharu hranu.

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

Domovi ili preduzeća koja instaliraju uspešne solarne panele zapravo mogu proizvesti višak električne energije.Ovi vlasnici kuća ili vlasnici privrednici mogu prodati energiju natrag električnom davatelju, smanjujući ili čak eliminiraju račune za napajanje.

Nedostaci
Glavno odvraćanje od upotrebe solarne energije je potrebna oprema.Oprema Solarne tehnologije je skupa.Kupovina i ugradnja opreme može koštati desetine hiljada dolara za pojedine domove.Iako vlada često nudi smanjene poreze ljudima i preduzećima koristeći solarnu energiju, a tehnologija može eliminirati račune za električnu energiju, početni trošak je previše strmo za razmatranje.

Oprema za solarne energije je takođe teška.Da bi se pregradili ili instalirali solarni paneli na krov zgrade, krov mora biti jak, veliki i orijentiran prema sunčevom putu.

I aktivna i pasivna solarna tehnologija ovise o faktorima koji su izvan naše kontrole, poput klime i oblačnog pokrivača.Lokalna područja moraju se proučavati kako bi se utvrdilo da li bi solarna snaga bila efikasna u tom području.

Sunčeva svjetlost mora biti obilna i dosljedna za solarna energija da bude efikasan izbor.Na većini mjesta na zemlji varijabilnost sunčeve svjetlosti otežava implementirati kao jedini izvor energije.