Солнечная энергия - это любой тип энергии, генерируемой солнцем.

Солнечная энергия создается ядерным слиянием, которое происходит на солнце. Слияние происходит, когда протоны атомов водорода насильственно сталкиваются в ядре Солнца и слились, чтобы создать атом гелия.

Этот процесс, известный как цепная реакция PP (Proton-Proton), излучает огромное количество энергии. По своей сути, солнце объединяет около 620 миллионов метрических тонн водорода каждую секунду. Цепная реакция PP возникает у других звезд, которые имеют размеры нашего солнца, и обеспечивает им постоянную энергию и тепло. Температура для этих звезд составляет около 4 миллионов градусов по шкале Кельвина (около 4 миллионов градусов по Цельсию, 7 миллионов градусов по Фаренгейту).

В звездах, которые примерно в 1,3 раза больше солнца, цикл CNO ведет создание энергии. Цикл CNO также преобразует водород в гелий, но для этого опирается на углерод, азот и кислород (C, N и O). В настоящее время менее двух процентов солнечной энергии создается циклом CNO.

Ядерное слияние с помощью цепной реакции PP или цикла CNO выпускает огромные количества энергии в форме волн и частиц. Солнечная энергия постоянно течет от солнца и по всей солнечной системе. Солнечная энергия согревает землю, вызывает ветер и погоду и поддерживает жизнь растений и животных.

Энергия, тепло и свет от солнца вытекают в форме электромагнитного излучения (EMR).

Электромагнитный спектр существует как волны разных частот и длины волн. Частота волны представляет, сколько раз волна повторяется за определенную единицу времени. Волны с очень короткими длин волн повторяются несколько раз за данную единицу времени, поэтому они высокочастотные. Напротив, низкочастотные волны имеют гораздо более длинные длины волн.

Подавляющее большинство электромагнитных волн для нас невидимы. Самые высокочастотные волны, излучаемые солнцем,-это гамма-лучи, рентген и ультрафиолетовое излучение (ультрафиолетовые лучи). Наиболее вредные ультрафиолетовые лучи почти полностью поглощены атмосферой Земли. Менее мощные ультрафиолетовые лучи проходят через атмосферу и могут вызвать солнечные ожоги.

Солнце также испускает инфракрасное излучение, волны которого намного низкочастотные. Большая часть тепла от солнца прибывает в качестве инфракрасной энергии.

Зажатый между инфракрасным и ультрафиолетом является видимым спектром, который содержит все цвета, которые мы видим на Земле. Красный цвет имеет самые длинные длины волн (ближайшие к инфракрасным), а фиолетовый (самый близкий к ультрафиолетовому ультрафиолету) самая короткая.

Естественная солнечная энергия

Парниковый эффект
Инфракрасные, видимые и ультрафиолетовые волны, которые достигают земли, принимают участие в процессе согрева планеты и сделать жизнь возможным-так называемый «тепличный эффект».

Около 30 процентов солнечной энергии, которая достигает земли, отражается обратно в космос. Остальное поглощено в атмосфере Земли. Излучение согревает поверхность Земли, и поверхность излучает часть энергии обратно в виде инфракрасных волн. Когда они поднимаются через атмосферу, они перехватываются парниковыми газами, такими как водяной пары и углекислый газ.

Парниковые газы удерживают тепло, которое отражается в атмосфере. Таким образом, они ведут себя как стеклянные стены теплицы. Этот тепличный эффект сохраняет достаточно теплой, чтобы поддерживать жизнь.

Фотосинтез
Почти вся жизнь на земле опирается на солнечную энергию для пищи, прямо или косвенно.

Производители полагаются непосредственно на солнечную энергию. Они поглощают солнечный свет и превращают его в питательные вещества через процесс, называемый фотосинтезом. Производители, также называемые автотрофами, включают растения, водоросли, бактерии и грибы. Автотрофы являются основой продовольственной паутины.

Потребители полагаются на производителей питательных веществ. Травоядные, плотоядные, всеядные и детритивенные, косвенно солнечная энергия. Травоядные питания едят растения и других производителей. Утолоки и всеядные животные едят как производителей, так и травоядных. Детритиворы разлагают растительные и животные вещества, потребляя его.

Ископаемое топливо
Фотосинтез также отвечает за все ископаемое топливо на земле. Ученые считают, что около трех миллиардов лет назад первые автотрофы развивались в водных условиях. Солнечный свет позволил жизни растений процветать и развиваться. После того, как автотрофы умерли, они разлагались и сместились глубже на землю, иногда тысячи метров. Этот процесс продолжался в течение миллионов лет.

При сильном давлении и высоких температурах эти останки стали тем, что мы знаем как ископаемое топливо. Микроорганизмы стали нефтью, природным газом и углем.

Люди разработали процессы для извлечения этих ископаемых топлива и использования их для энергии. Тем не менее, ископаемое топливо является невозобновляемым ресурсом. Они требуют миллионов лет, чтобы сформировать.

Использование солнечной энергии

Solar Energy - это возобновляемый ресурс, и многие технологии могут собирать его непосредственно для использования в домах, предприятиях, школах и больницах. Некоторые технологии солнечной энергии включают фотоэлектрические клетки и панели, концентрированную солнечную энергию и солнечную архитектуру.

Существуют разные способы захвата солнечного излучения и преобразования его в полезную энергию. Методы используют либо активную солнечную энергию, либо пассивную солнечную энергию.

Активные солнечные технологии используют электрические или механические устройства для активного преобразования солнечной энергии в другую форму энергии, чаще всего тепло или электричество. Пассивные солнечные технологии не используют никаких внешних устройств. Вместо этого они пользуются местным климатом для тепловых сооружений зимой и отражают тепло летом.

Фотоэлектрическая

Photovoltaics-это форма активной солнечной технологии, которая была обнаружена в 1839 году 19-летним французским физиком Александром-Эдмонд Беккерель. Беккерел обнаружил, что, когда он помещал серебристо-хлорид в кислый раствор и подвергал его солнечному свету, к ним прикреплены платиновые электроды, генерируя электрический ток. Этот процесс генерации электричества непосредственно из солнечного излучения называется фотоэлектрическим эффектом или фотоэлектрической.

Сегодня Photovoltaics, вероятно, является самым знакомым способом использования солнечной энергии. Фотоэлектрические массивы обычно включают солнечные батареи, коллекцию из десятков или даже сотен солнечных элементов.

Каждый солнечный элемент содержит полупроводник, обычно изготовленный из кремния. Когда полупроводник поглощает солнечный свет, он сбивает электроны. Электрическое поле направляет эти свободные электроны в электрический ток, текущий в одном направлении. Металлические контакты в верхней и дне солнечного элемента направляют этот ток на внешний объект. Внешний объект может быть таким же небольшим, как калькулятор с солнечной энергией или такой большой, как электростанция.

Photovoltaics впервые широко использовалась на космическом корабле. Многие спутники, в том числе Международная космическая станция (МКС), имеют широкие, отражающие «крылья» солнечных панелей. МКС имеет два солнечных крылья (пилы), каждый из которых использует около 33 000 солнечных элементов. Эти фотоэлектрические ячейки поставляют все электроэнергию на МКС, позволяя астронавтам эксплуатировать станцию, безопасно жить в космосе в течение нескольких месяцев и проводить научные и инженерные эксперименты.

Фотоэлектрические электростанции были построены по всему миру. Крупнейшие станции находятся в Соединенных Штатах, Индии и Китае. Эти электростанции выделяют сотни мегаватт электричества, используемые для снабжения домов, предприятий, школ и больниц.

Фотоэлектрическая технология также может быть установлена ​​в меньшем масштабе. Солнечные панели и ячейки могут быть прикреплены к крышам или наружным стенам зданий, поставляя электричество для конструкции. Они могут быть размещены вдоль дорог, чтобы легкие автомагистрали. Солнечные элементы достаточно малы, чтобы питать еще меньшие устройства, такие как калькуляторы, парковочные счетчики, мусорные уборы и водяные насосы.

Концентрированная солнечная энергия

Другим типом активной солнечной технологии является концентрированная солнечная энергия или концентрированная солнечная энергия (CSP). Технология CSP использует линзы и зеркала, чтобы сосредоточиться (концентрируется) солнечный свет с большой площади в гораздо меньшую площадь. Эта интенсивная площадь излучения нагревает жидкость, которая, в свою очередь, генерирует электричество или питает другой процесс.

Солнечные печи являются примером концентрированной солнечной энергии. Существует много различных типов солнечных печей, в том числе солнечные башни, параболические впадины и отражатели Френеля. Они используют тот же общий метод для захвата и преобразования энергии.

Солнечные башни используют гелиостаты, плоские зеркала, которые поворачиваются, чтобы следовать за солнечной дугой через небо. Зеркала расположены вокруг центральной «коллекционной башни» и отражают солнечный свет в концентрированный луч света, который сияет в фокусе на башне.

В предыдущих конструкциях солнечных башен, концентрированный солнечный свет нагрел контейнер с водой, который производил пар, который питал турбину. Совсем недавно некоторые солнечные башни используют жидкий натрия, который имеет более высокую теплоемкость и сохраняет тепло в течение более длительного периода времени. Это означает, что жидкость не только достигает температуры от 773 до 1273 тыс. (500 ° до 1000 ° C или от 932 ° до 1 832 ° F), но она может продолжать кипятить воду и генерировать мощность, даже когда солнце не сияет.

Параболические впадины и отражатели Френеля также используют CSP, но их зеркала формируются по -разному. Параболические зеркала изогнуты, с формой, похожей на седло. Отражатели Френеля используют плоские тонкие полоски зеркала, чтобы захватить солнечный свет и направлять его на трубку жидкости. Отражатели Френеля имеют большую площадь поверхности, чем параболические впадины, и могут сосредоточить энергию солнца примерно в 30 раз ее нормальной интенсивности.

Концентрированные солнечные электростанции были впервые разработаны в 1980 -х годах. Крупнейшим объектом в мире является серия растений в пустыне Мохаве в штате Калифорния США. Эта система, генерирующая солнечную энергию (SEG), каждый год генерирует более 650 гигаватт-часов электроэнергии. Другие крупные и эффективные растения были разработаны в Испании и Индии.

Концентрированная солнечная энергия также может использоваться в меньшем масштабе. Например, он может генерировать тепло для солнечных плит. Люди в деревнях по всему миру используют солнечные плиты для кипячения воды для санитарии и для приготовления пищи.

Солнечные плиты обеспечивают много преимуществ по сравнению с дровяжными печатьми: они не представляют собой пожарную опасность, не производят дым, не требуют топлива и уменьшают потерю среды обитания в лесах, где деревья будут собираться для топлива. Солнечные плиты также позволяют сельским жителям продолжать время для образования, бизнеса, здоровья или семьи во время, которое ранее использовалось для сбора дров. Солнечные плиты используются в таких разнообразных областях, как Чад, Израиль, Индия и Перу.

Солнечная архитектура

В течение дня солнечная энергия является частью процесса тепловой конвекции или движения тепла от более теплого пространства к более прохладному. Когда солнце встает, оно начинает теплые предметы и материал на земле. В течение дня эти материалы поглощают тепло от солнечного излучения. Ночью, когда солнце садится, и атмосфера охлаждается, материалы выпускают их тепло обратно в атмосферу.

Методы пассивной солнечной энергии используют этот естественный процесс нагрева и охлаждения.

Дома и другие здания используют пассивную солнечную энергию для эффективного распределения тепла и недорого. Расчет «Тепловая масса» здания является примером этого. Тепловая масса здания - основная часть материала, нагретого в течение дня. Примерами тепловой массы здания являются дерево, металл, бетон, глина, камень или грязь. Ночью тепловая масса выпускает его тепло обратно в комнату. Эффективные системы вентиляции - все дороги, окна и воздуховоды - распространяют нагретый воздух и поддерживают умеренную, последовательную температуру в помещении.

Пассивная солнечная технология часто участвует в разработке здания. Например, на этапе планирования строительство инженер или архитектор могут выравнивать здание с ежедневным путем Солнца, чтобы получить желаемое количество солнечного света. Этот метод учитывает широту, высоту и типичный облачный покров конкретной области. Кроме того, здания могут быть построены или модернизированы, чтобы иметь теплоизоляцию, тепловую массу или дополнительную затенение.

Другими примерами пассивной солнечной архитектуры являются прохладные крыши, сияющие барьеры и зеленые крыши. Прохладные крыши окрашены в белый цвет и отражают излучение солнца вместо того, чтобы поглощать его. Белая поверхность уменьшает количество тепла, которое достигает внутренней части здания, что, в свою очередь, уменьшает количество энергии, которая необходима для охлаждения здания.

Сияющие барьеры работают аналогично прохладным крышам. Они обеспечивают изоляцию с высокими отражающими материалами, такими как алюминиевая фольга. Фольга отражает вместо поглощения, тепло и может снизить затраты на охлаждение до 10 процентов. В дополнение к крышам и чердакам, сияющие барьеры также могут быть установлены под полами.

Зеленые крыши - это крыши, которые полностью покрыты растительностью. Они требуют почвы и орошения, чтобы поддерживать растения, и водонепроницаемый слой внизу. Зеленые крыши не только уменьшают количество тепла, которое поглощается или потеряно, но также обеспечивает растительность. Благодаря фотосинтезу растения на зеленых крышах поглощают углекислый газ и излучают кислород. Они фильтруют загрязняющие вещества из дождевой воды и воздуха, а также компенсируют некоторые эффекты использования энергии в этом пространстве.

Зеленые крыши были традицией в Скандинавии на протяжении веков и недавно стали популярными в Австралии, Западной Европе, Канаде и Соединенных Штатах. Например, компания Ford Motor Company покрывала 42 000 квадратных метров (450 000 квадратных футов) своих сборочных крыш в Дирборне, штат Мичиган, с растительностью. В дополнение к сокращению выбросов парниковых газов, крыши уменьшают сток ливневой воды, поглощая несколько сантиметров осадков.

Зеленые крыши и прохладные крыши могут также противодействовать эффекту «городского острова тепла». В оживленных городах температура может быть постоянно выше, чем окружающие районы. Многие факторы способствуют этому: города изготовлены из таких материалов, как асфальт и бетон, которые поглощают тепло; Высокие здания блокируют ветер и его охлаждающие эффекты; и большое количество отходов тепло генерируется промышленностью, трафиком и большим количеством населения. Использование доступного пространства на крыше для посадки деревьев или отражения тепла с белыми крышами может частично облегчить локальное повышение температуры в городских районах.

Солнечная энергия и люди

Поскольку солнечный свет сияет только в течение половины дня в большинстве частей мира, технологии солнечной энергии должны включать методы хранения энергии в темные часы.

Системы термической массы используют парафиновый воск или различные формы соли для хранения энергии в форме тепла. Фотоэлектрические системы могут отправлять избыточное электричество в локальную энергосистему или хранить энергию в аккумуляторах.

Есть много плюсов и минусов для использования солнечной энергии.

Преимущества
Основным преимуществом использования солнечной энергии является то, что это возобновляемый ресурс. У нас будет постоянный, безграничный запас солнечного света в течение еще пяти миллиардов лет. За один час атмосфера Земли получает достаточно солнечного света, чтобы привлечь потребности в электричестве каждого человека на Земле в течение года.

Солнечная энергия чистая. После того, как солнечное технологическое оборудование будет построено и введено в действие, солнечной энергии не требуется топливо для работы. Это также не излучает парниковые газы или токсичные материалы. Использование солнечной энергии может резко уменьшить влияние, которое мы оказываем на окружающую среду.

Есть места, где солнечная энергия практична. Дома и здания в районах с большим количеством солнечного света и низким облачным покровом имеют возможность использовать обильную энергию Солнца.

Солнечные плиты обеспечивают отличную альтернативу приготовлению пищи с дровяными печи, на которых все еще полагаются два миллиарда человек. Солнечные плиты обеспечивают более чистый и более безопасный способ дезинфицировать воду и приготовление пищи.

Солнечная энергия дополняет другие возобновляемые источники энергии, такие как ветер или гидроэлектростанция.

Дома или предприятия, которые устанавливают успешные солнечные панели, могут на самом деле производить избыточное электричество. Эти домовладельцы или владельцы бизнеса могут продавать энергию обратно электроэнергетике, уменьшая или даже устранение счетов за электроэнергию.

Недостатки
Основным сдерживающим фактором для использования солнечной энергии является необходимое оборудование. Солнечное технологическое оборудование стоит дорого. Покупка и установка оборудования может стоить десятки тысяч долларов для отдельных домов. Хотя правительство часто предлагает снижение налогов для людей и предприятий, использующих солнечную энергию, и технология может устранить счета за электроэнергию, первоначальная стоимость слишком высока для многих.

Солнечное энергетическое оборудование также тяжело. Чтобы модернизировать или установить солнечные батареи на крыше здания, крыша должна быть прочной, большой и ориентированной на путь солнца.

Как активная, так и пассивная солнечная технология зависят от факторов, которые находятся вне нашего контроля, таких как климат и облачный покров. Местные районы должны быть изучены, чтобы определить, будет ли солнечная энергия эффективной в этой области.

Солнечный свет должен быть обильным и последовательным, чтобы солнечная энергия была эффективным выбором. В большинстве мест на земле изменчивость солнечного света затрудняет реализацию как единственный источник энергии.