Сонечная энергія - гэта любы тып энергіі, які ўтвараецца сонцам.

Сонечная энергія ствараецца ядзерным сінтэзам, які адбываецца на сонцы.Зліццё адбываецца, калі пратоны атамаў вадароду жорстка сутыкаюцца ў ядры Сонца і зліваюцца, каб стварыць атам гелія.

Гэты працэс, вядомы як ланцуговая рэакцыя PP (Proton-Proton), выпраменьвае велізарную колькасць энергіі.У сваёй аснове, сонца зліваецца каля 620 мільёнаў метрычных тон вадароду кожную секунду.Ланцуговая рэакцыя PP адбываецца ў іншых зорак, якія прыблізна памеру нашага сонца, і забяспечвае іх пастаяннай энергіяй і цяплом.Тэмпература для гэтых зорак складае каля 4 мільёнаў градусаў па шкале Кельвіна (каля 4 мільёнаў градусаў Цэльсія, 7 мільёнаў градусаў па Фарэнгейце).

У зорках, якія прыблізна ў 1,3 разы больш, чым у Сонца, цыкл CNO абумоўлівае стварэнне энергіі.Цыкл CNO таксама пераўтварае вадарод у гелій, але для гэтага абапіраецца на вуглярод, азот і кісларод (C, N і O).У цяперашні час менш за два працэнты энергіі Сонца ствараецца цыклам CNO.

Ядзернае зліццё з дапамогай ланцуговай рэакцыі ПП або цыкла CNO вылучае велізарную колькасць энергіі ў выглядзе хваль і часціц.Сонечная энергія пастаянна адцякае ад сонца і па ўсёй Сонечнай сістэме.Сонечная энергія сагравае Зямлю, выклікае вецер і надвор'е і падтрымлівае жыццё раслін і жывёл.

Энергія, цяпло і святло ад сонца выцякаюць у выглядзе электрамагнітнага выпраменьвання (EMR).

Электрамагнітны спектр існуе як хвалі розных частот і даўжыні хваль.Частата хвалі ўяўляе сабой, колькі разоў хваля паўтараецца за пэўны адзін раз.Хвалі з вельмі кароткімі даўжынямі хваль некалькі разоў паўтараюць сябе ў дадзеным блоку часу, таму яны высокачашчынныя.У адрозненне ад гэтага, нізкачашчынныя хвалі маюць значна больш даўжыні хваль.

Пераважная большасць электрамагнітных хваль нам нябачныя.Найбольш высокачашчынныя хвалі, якія выпраменьваюцца сонцам,-гэта гама-прамяні, рэнтгенаўскія прамяні і ультрафіялетавае выпраменьванне (ультрафіялетавыя прамяні).Самыя шкодныя ўльтрафіялетавыя прамяні амаль цалкам паглынаюцца атмасферай Зямлі.Менш магутны УФ -прамяні праязджае па атмасферы і можа выклікаць сонечныя апёкі.

Сонца таксама выпраменьвае інфрачырвонае выпраменьванне, хвалі якіх значна ніжэйшыя.Большасць цяпла ад сонца прыходзіць як інфрачырвоная энергія.

Натуральная сонечная энергія

Парніковы эфект
Інфрачырвоныя, бачныя і ўльтрафіялетавыя хвалі, якія дасягаюць Зямлі, прымаюць удзел у працэсе сагравання планеты і робяць жыццё магчымым-так званым "парніковым эфектам".

Каля 30 адсоткаў сонечнай энергіі, якая дасягае Зямлі, адлюстроўваецца назад у космас.Астатняе паглынаецца ў атмасферу Зямлі.Радыяцыя сагравае паверхню Зямлі, а паверхня выпраменьвае частку энергіі назад у выглядзе інфрачырвоных хваль.Па меры таго, як яны падымаюцца праз атмасферу, яны перахоплены парніковымі газамі, такімі як вадзяная пара і вуглякіслы газ.

Парніковыя газы ўтрымліваюць цяпло, якая адлюстроўвае рэзервовую копію ў атмасферу.Такім чынам яны дзейнічаюць як шкляныя сцены цяпліцы.Гэты парніковы эфект трымае зямлю дастаткова цёплай, каб падтрымліваць жыццё.

Фотасінтэз
Практычна ўсё жыццё на Зямлі абапіраецца на сонечную энергію для ежы, прама ці ўскосна.

Вытворцы разлічваюць непасрэдна на сонечную энергію.Яны паглынаюць сонечнае святло і пераўтвараюць яго ў пажыўныя рэчывы праз працэс, які называецца фотасінтэз.Вытворцы, якія таксама называюць аўтатрофамі, ўключаюць расліны, багавінне, бактэрыі і грыбы.Аўтатрофы з'яўляюцца асновай харчовай сеткі.

Спажыўцы разлічваюць на вытворцаў для пажыўных рэчываў.Траваематыкі, драпежнікі, усяедныя і дэтрытывіры ўскосна разлічваюць на сонечную энергію.Траваедныя жывёлы ядуць расліны і іншыя вытворцы.Крайні і ўсяедныя ядуць як вытворцаў, так і траваедныя жывёлы.Дэтрытывары раскладаюць расліна і жывёл, спажываючы яго.

Выкапнёвыя віды паліва
Фотасінтэз таксама адказвае за ўсе выкапнёвыя віды паліва на зямлі.Навукоўцы падлічылі, што каля трох мільярдаў гадоў таму першыя аўтатрофы развіваліся ў водныя ўмовы.Сонечнае святло дазволіла раслінным жыццём квітнець і развівацца.Пасля таго, як аўтатрофы памерлі, яны расклаліся і глыбей перамясціліся ў зямлю, часам тысячы метраў.

Пад інтэнсіўным ціскам і высокай тэмпературай гэтыя рэшткі сталі тым, што мы ведаем як выкапнёвыя віды паліва.Мікраарганізмы сталі нафтай, прыродным газам і вугалем.

Людзі распрацавалі працэсы для здабывання гэтых выкапнёвых відаў паліва і выкарыстання іх для энергіі.Аднак выкапнёвыя віды паліва - гэта не аднаўляльны рэсурс.Яны займаюць мільёны гадоў.

Сонечная энергія - гэта аднаўляльны рэсурс, і многія тэхналогіі могуць сабраць яго непасрэдна для выкарыстання ў дамах, прадпрыемствах, школах і бальніцах.Некаторыя тэхналогіі сонечнай энергіі ўключаюць фотаэлектрычныя клеткі і панэлі, канцэнтраваную сонечную энергію і сонечную архітэктуру.

Існуюць розныя спосабы захопу сонечнай радыяцыі і пераўтварэння яго ў карысную энергію.Метады выкарыстоўваюць альбо актыўную сонечную энергію, альбо пасіўную сонечную энергію.

Актыўныя сонечныя тэхналогіі выкарыстоўваюць электрычныя або механічныя прылады, каб актыўна пераўтварыць сонечную энергію ў іншую форму энергіі, часцей за ўсё цяпло ці электраэнергію.Пасіўныя сонечныя тэхналогіі не выкарыстоўваюць ніякіх знешніх прылад.Замест гэтага яны выкарыстоўваюць мясцовы клімат для цеплавых канструкцый зімой і адлюстроўваюць цяпло летам.

Фотаэлектрыкі

Photovoltaics-гэта форма актыўнай сонечнай тэхналогіі, якая была выяўлена ў 1839 годзе 19-гадовым французскім фізікам Аляксандрам-Эдмонам Беккерэлам.Becquerel выявіў, што, размяшчаючы срэбра-хларыд у кіслы раствор і падвяргаў яго сонечнаму святлу, плацінавыя электроды, прымацаваныя да яго, стваралі электрычны ток.Гэты працэс атрымання электраэнергіі непасрэдна ад сонечнага выпраменьвання называецца фотаэлектрычным эфектам альбо фотаэлектрыкі.

Сёння фотаэлектрыкі - гэта, мабыць, самы знаёмы спосаб выкарыстоўваць сонечную энергію.Фотаэлектрычныя масівы звычайна ўключаюць сонечныя батарэі, калекцыю дзясяткаў ці нават сотні сонечных элементаў.

Кожны сонечны элемент змяшчае паўправадніковы, звычайна выраблены з крэмнію.Калі паўправадніковы паглынае сонечнае святло, ён выбівае электроны.Электрычнае поле накіроўвае гэтыя друзлыя электроны ў электрычны ток, які паступае ў адзін бок.Металічныя кантакты ўверсе і ўнізе сонечнай клеткі накіроўваюць гэты ток да знешняга аб'екта.Знешні аб'ект можа быць такім жа невялікім, як калькулятар з сонечным харчаваннем альбо такі ж вялікі, як электрастанцыя.

Фотаэлектрыкі ўпершыню шырока выкарыстоўваліся на касмічных апаратах.Многія спадарожнікі, у тым ліку Міжнародная касмічная станцыя (МКС), маюць шырокія, рэфлексіўныя "крылы" сонечных батарэй.ISS мае два крылы сонечнага масіва (пілы), кожны з якіх выкарыстоўвае каля 33 000 сонечных элементаў.Гэтыя фотаэлектрычныя клеткі пастаўляюць усю электраэнергію ў МКС, што дазваляе касманаўтам кіраваць станцыяй, бяспечна жыць у космасе на працягу некалькіх месяцаў і праводзіць навуковыя і інжынерныя эксперыменты.

Фотаэлектрычныя электрастанцыі былі пабудаваны ва ўсім свеце.Найбольшыя станцыі знаходзяцца ў ЗША, Індыі і Кітаі.Гэтыя электрастанцыі выпраменьваюць сотні мегават электраэнергіі, выкарыстоўваюцца для пастаўкі дамоў, прадпрыемстваў, школ і бальніц.

Фотаэлектрычная тэхналогія таксама можа быць усталявана ў меншым маштабе.Сонечныя панэлі і клеткі можна замацаваць на дахах або знешніх сценах будынкаў, забяспечваючы электраэнергію для канструкцыі.Іх можна размясціць уздоўж дарог да лёгкіх аўтамабільных дарог.Сонечныя элементы досыць малыя, каб харчавацца яшчэ меншымі прыладамі, такімі як калькулятары, паркоўкі, карпактнікі для смецця і вадзяныя помпы.

Канцэнтраваная сонечная энергія

Іншым тыпам актыўнай сонечнай тэхналогіі з'яўляецца канцэнтраваная сонечная энергія або канцэнтраваная сонечная энергія (CSP).Тэхналогія CSP выкарыстоўвае лінзы і люстэркі, каб засяроджвацца (канцэнтратам) сонечным святлом з вялікай плошчы ў значна меншую плошчу.Гэтая інтэнсіўная вобласць выпраменьвання награвае вадкасць, якая, у сваю чаргу, вырабляе электраэнергію альбо падсілкоўвае іншы працэс.

Сонечныя печы - прыклад канцэнтраванай сонечнай энергіі.Існуе мноства розных тыпаў сонечных печаў, у тым ліку сонечныя вежы, парабалічныя паілкі і фрэнель -адбівальнікі.Яны выкарыстоўваюць той жа агульны метад, каб зафіксаваць і пераўтварыць энергію.

Сонечныя вежы выкарыстоўваюць геліёстаты, плоскія люстэркі, якія звяртаюцца да дугі сонца праз неба.Люстэркі размешчаны вакол цэнтральнай "Калектара -вежы" і адлюстроўваюць сонечнае святло ў канцэнтраваны прамень святла, які свеціць на цэнтры вежы.

У папярэдніх канструкцыях вежаў сонечнай энергіі канцэнтраванае сонечнае святло награвала ёмістасць з вадой, якая вырабляла пары, якая сілкавала турбіну.З нядаўніх часоў некаторыя сонечныя вежы выкарыстоўваюць вадкі натрый, які мае больш высокую цеплавую магутнасць і захоўвае цяпло на працягу больш доўгага перыяду часу.Гэта азначае, што вадкасць не толькі дасягае тэмпературы ад 773 да 1,273K (ад 500 ° да 1000 ° С або 932 ° да 1832 ° F), але можа працягваць кіпяціць ваду і генераваць магутнасць, нават калі сонца не свеціць.

Парабалічныя паілка і фрэнельныя адбівальнікі таксама выкарыстоўваюць CSP, але іх люстэркі фармуюцца па -рознаму.Парабалічныя люстэркі выгнутыя, з формай, падобнай на сядло.Фрэнельныя адбівальнікі выкарыстоўваюць плоскія, тонкія палоскі люстэрка, каб зафіксаваць сонечнае святло і накіраваць яго на трубку вадкасці.Фрэнелевыя адбівальнікі маюць вялікую плошчу паверхні, чым парабалічныя паілка і могуць сканцэнтраваць энергію Сонца прыблізна ў 30 разоў нармальную інтэнсіўнасць.

Канцэнтраваныя сонечныя электрастанцыі былі ўпершыню распрацаваны ў 1980 -я гады.Самым вялікім аб'ектам у свеце з'яўляецца шэраг раслін у пустыні Мохаве ў штаце ЗША ў Каліфорніі.Гэтая сістэма генерацыі сонечнай энергіі (SEGS) стварае больш за 650 гігават-гадзін электраэнергіі кожны год.Іншыя буйныя і эфектыўныя расліны былі распрацаваны ў Іспаніі і Індыі.

Канцэнтраваная сонечная магутнасць таксама можа быць выкарыстана ў меншым маштабе.Напрыклад, ён можа стварыць цяпло для сонечных пліты.Людзі ў вёсках па ўсім свеце выкарыстоўваюць сонечныя пліты для кіпячэння вады для санітарыі і гатункі ежы.

Сонечныя пліты забяспечваюць мноства пераваг перад печамі, якія спальваюць драўніну: яны не ўяўляюць пажарнай небяспекі, не вырабляюць дым, не патрабуюць паліва і памяншаюць страту асяроддзя пражывання ў лясах, дзе дрэвы будуць сабраны для паліва.Сонечныя пліты таксама дазваляюць вяскоўцам займацца часам для адукацыі, бізнесу, аховы здароўя ці сям'і ў час, які раней выкарыстоўваўся для збору дроў.Сонечныя пліты выкарыстоўваюцца ў такіх разнастайных раёнах, як Чад, Ізраіль, Індыя і Перу.

Сонечная архітэктура

На працягу ўсяго дня сонечная энергія з'яўляецца часткай працэсу цеплавой канвекцыі альбо перамяшчэння цяпла ад больш цёплай прасторы да прахалоднай.Калі сонца ўзыходзіць, ён пачынае саграваць прадметы і матэрыял на зямлі.На працягу ўсяго дня гэтыя матэрыялы паглынаюць цяпло з сонечнага выпраменьвання.Ноччу, калі сонца заходзіць і атмасфера астыне, матэрыялы выкідваюць цяпло назад у атмасферу.

Метады пасіўнай сонечнай энергіі скарыстаюцца гэтым натуральным працэсам ацяплення і астуджэння.

Дамы і іншыя будынкі выкарыстоўваюць пасіўную сонечную энергію для эфектыўнага і нядорага размеркавання цяпла.Прыклад падліку "цеплавой масы" будынка з'яўляецца прыкладам.Цеплавая маса будынка з'яўляецца асноўнай часткай матэрыялу, які награваецца на працягу дня.Прыкладамі цеплавой масы будынка з'яўляюцца дрэва, метал, бетон, гліна, камень або бруд.Уначы цеплавая маса вызваляе цяпло назад у пакой.Эфектыўныя вентыляцыйныя сістэмы - прагулкі, вокны і паветраныя пратокі - адвялі разагрэты паветра і падтрымлівайце ўмераную і паслядоўную тэмпературу ў памяшканні.

Пасіўныя сонечныя тэхналогіі часта ўдзельнічаюць у распрацоўцы будынка.Напрыклад, на этапе планавання будаўніцтва інжынер ці архітэктар могуць выраўнаваць будынак з штодзённым шляхам Сонца, каб атрымаць жаданую колькасць сонечнага святла.Гэты метад улічвае шырату, вышыню і тыповую хмарную вечка пэўнай вобласці.Акрамя таго, будынкі могуць быць пабудаваны або мадэрнізаваны, каб мець цеплаізаляцыю, цеплавую масу або дадатковую зацяненне.

Іншыя прыклады пасіўнай сонечнай архітэктуры - гэта прахалодныя дахі, прамяністыя бар'еры і зялёныя дахі.Прахалодныя дахі пафарбаваны ў белы колер і адлюстроўваюць выпраменьванне сонца, а не паглынаюць яго.Паверхня белай памяншае колькасць цяпла, які дасягае інтэр'еру будынка, што, у сваю чаргу, памяншае колькасць энергіі, неабходнай для астуджэння будынка.

Прамяністыя бар'еры працуюць аналагічна прахалодным дахам.Яны забяспечваюць ізаляцыю з высокаацэннымі матэрыяламі, такімі як алюмініевая фальга.Фола адлюстроўвае, а не паглынае, цяпло і можа паменшыць выдаткі на астуджэнне да 10 працэнтаў.У дадатак да дахаў і гарышчаў, падлогі таксама могуць быць усталяваны прамяністыя бар'еры.

Зялёныя дахі - гэта дахі, якія цалкам пакрытыя расліннасцю.Для падтрымкі раслін яны патрабуюць глебы і паліву, а таксама воданепранікальны пласт.Зялёныя дахі не толькі памяншаюць колькасць цяпла, які паглынаецца або страчаная, але і забяспечвае расліннасць.Праз фотасінтэз расліны на зялёных дахах паглынаюць вуглякіслы газ і выпраменьваюць кісларод.Яны фільтруюць забруджвальныя рэчывы з дажджавой вады і паветра, а таксама кампенсуюць некаторыя наступствы выкарыстання энергіі ў гэтай прасторы.

Зялёныя дахі былі традыцыяй у Скандынавіі на працягу стагоддзяў і нядаўна сталі папулярнымі ў Аўстраліі, Заходняй Еўропе, Канадзе і ЗША.Напрыклад, кампанія Ford Motor Company пакрыла 42 000 квадратных метраў (450 000 квадратных футаў) сваіх дахаў зборкі ў Dearborn, штат Мічыган, з расліннасці.У дадатак да зніжэння выкідаў парніковых газаў, дахі памяншаюць сцёк ліўневай вады, паглынаючы некалькі сантыметраў ападкаў.

Зялёныя дахі і прахалодныя дахі таксама могуць супрацьстаяць эфекту "гарадскога цяпла".У занятых гарадах тэмпература можа быць паслядоўна вышэй, чым прылеглыя раёны.Шмат фактараў спрыяе гэтаму: гарады пабудаваны з такіх матэрыялаў, як асфальт і бетон, якія паглынаюць цяпло;Высокія будынкі блакуюць вецер і яго астуджальныя эфекты;і вялікая колькасць адходаў утвараецца прамысловасцю, трафікам і высокім насельніцтвам.Выкарыстанне даступнай прасторы на даху для пасадкі дрэў альбо адлюстравання цяпла з белымі дахамі можа часткова палегчыць павышэнне тэмпературы ў гарадскіх раёнах.

Паколькі ў большасці раёнаў свету свеціць толькі сонечнае святло толькі палову дня, тэхналогіі сонечнай энергіі павінны ўключаць метады захоўвання энергіі ў цёмныя гадзіны.

Сістэмы цеплавой масы выкарыстоўваюць парафінавы воск або розныя формы солі для захоўвання энергіі ў выглядзе цяпла.Фотаэлектрычныя сістэмы могуць адпраўляць лішнюю электраэнергію ў мясцовую электрасетку альбо захоўваць энергію ў акумулятараў.

Існуе мноства плюсаў і мінусаў, каб выкарыстоўваць сонечную энергію.

Перавагі
Асноўнай перавагай выкарыстання сонечнай энергіі з'яўляецца тое, што гэта аднаўляльны рэсурс.На працягу пяці мільярдаў гадоў у нас будзе пастаянная і бязмежная запас сонечнага святла.За адну гадзіну атмасфера Зямлі атрымлівае дастаткова сонечнага святла для харчавання патрэбаў у электраэнергіі кожнага чалавека на Зямлі на год.

Сонечная энергія чыстая.Пасля таго, як абсталяванне для сонечных тэхналогій будзе пабудавана і ўстаноўлена, сонечнай энергіяй не патрабуецца паліва для працы.Ён таксама не выпраменьвае парніковыя газы і таксічныя матэрыялы.Выкарыстанне сонечнай энергіі можа рэзка знізіць уплыў, які мы аказваем на навакольнае асяроддзе.

Ёсць месцы, дзе сонечная энергія практычная.Дамы і будынкі ў раёнах з вялікай колькасцю сонечнага святла і нізкай хмарнай покрыва маюць магчымасць выкарыстоўваць багатую энергію Сонца.

Сонечныя пліты забяспечваюць выдатную альтэрнатыву кулінарыі з печамі з дрэвамі-на якіх два мільярды чалавек усё яшчэ спадзяюцца.Сонечныя пліты забяспечваюць больш чысты і больш бяспечны спосаб санітавання вады і прыгатавання ежы.

Сонечная энергія дапаўняе іншыя аднаўляльныя крыніцы энергіі, такія як вецер або гідраэлектрычная энергія.

Дамы ці прадпрыемствы, якія ўсталёўваюць паспяховыя сонечныя батарэі, на самай справе могуць вырабляць лішнюю электраэнергію.Гэтыя ўладальнікі дамоў або бізнес -уладальнікаў могуць прадаваць энергію назад электрычным пастаўшчыком, скарачаючы і нават ліквідуючы рахункі за электраэнергію.

Недахопы
Асноўным сродкам стрымлівання выкарыстання сонечнай энергіі з'яўляецца неабходнае абсталяванне.Абсталяванне для сонечных тэхналогій дарагое.Купля і ўстаноўка абсталявання можа каштаваць дзясяткам тысяч долараў для асобных дамоў.Хоць урад часта прапануе зніжэнне падаткаў людзям і прадпрыемствам, якія выкарыстоўваюць сонечную энергію, а тэхналогія можа ліквідаваць рахункі за электраэнергію, першапачатковы кошт занадта стромкі для многіх.

Сонечная энергетычная абсталяванне таксама цяжкае.Для таго, каб пераправіць або ўсталяваць сонечныя батарэі на даху будынка, дах павінен быць моцным, вялікім і арыентаваным на шлях сонца.

І актыўныя, і пасіўныя сонечныя тэхналогіі залежаць ад фактараў, якія не падлягаюць кантролю, напрыклад, клімат і воблачнае пакрыццё.Мясцовыя раёны павінны быць вывучаны, каб вызначыць, ці будзе ў гэтай галіне эфектыўнай сонечнай энергіяй.

Сонечнае святло павінна быць багатым і паслядоўным, каб сонечная энергія была эфектыўным выбарам.У большасці месцаў на Зямлі зменлівасць сонечнага святла абцяжарвае рэалізацыю як адзіную крыніцу энергіі.