Solenergi är alla typer av energi som genereras av solen.

Solenergi skapas genom kärnfusion som sker i solen.Fusion uppstår när protoner av väteatomer våldsamt kolliderar i solens kärna och säkring för att skapa en heliumatom.

Denna process, känd som en PP (Proton-Proton) kedjereaktion, avger en enorm mängd energi.I sin kärna smälter solen cirka 620 miljoner ton väte varje sekund.PP -kedjereaktionen inträffar i andra stjärnor som är ungefär storleken på vår sol och ger dem kontinuerlig energi och värme.Temperaturen för dessa stjärnor är cirka 4 miljoner grader på Kelvin -skalan (cirka 4 miljoner grader Celsius, 7 miljoner grader Fahrenheit).

I stjärnor som är ungefär 1,3 gånger större än solen driver CNO -cykeln skapandet av energi.CNO -cykeln omvandlar också väte till helium, men förlitar sig på kol, kväve och syre (C, N och O) för att göra det.För närvarande skapas mindre än två procent av solens energi av CNO -cykeln.

Kärnfusion genom PP -kedjereaktionen eller CNO -cykeln frisätter enorma mängder energi i form av vågor och partiklar.Solenergi flyter ständigt bort från solen och i hela solsystemet.Solenergi värmer jorden, orsakar vind och väder och upprätthåller växt- och djurliv.

Energin, värmen och ljuset från solen flyter bort i form av elektromagnetisk strålning (EMR).

Det elektromagnetiska spektrumet finns som vågor med olika frekvenser och våglängder.Frekvensen för en våg representerar hur många gånger vågen upprepar sig i en viss tidsenhet.Vågor med mycket korta våglängder upprepar sig flera gånger i en given tidsenhet, så de är högfrekvens.Däremot har lågfrekventa vågor mycket längre våglängder.

De allra flesta elektromagnetiska vågor är osynliga för oss.De mest högfrekventa vågorna som släpps ut av solen är gammastrålar, röntgenstrålar och ultraviolett strålning (UV-strålar).De mest skadliga UV -strålarna absorberas nästan helt av jordens atmosfär.Mindre potenta UV -strålar reser genom atmosfären och kan orsaka solbränna.

Solen avger också infraröd strålning, vars vågor är mycket lägre frekvens.De flesta värme från solen anländer som infraröd energi.

Inklämda mellan infraröd och UV är det synliga spektrumet, som innehåller alla färger vi ser på jorden.Färgröd har de längsta våglängderna (närmast infraröd) och violetta (närmast UV) den kortaste.

Naturlig solenergi

Växthuseffekt
De infraröda, synliga och UV-vågorna som når jorden deltar i en process för att värma planeten och möjliggöra livet-den så kallade "växthuseffekten."

Cirka 30 procent av solenergin som når jorden återspeglas tillbaka ut i rymden.Resten absorberas i jordens atmosfär.Strålningen värmer jordens yta, och ytan strålar ut en del av energin i form av infraröda vågor.När de stiger upp genom atmosfären avlyssnas de av växthusgaser, såsom vattenånga och koldioxid.

Växthusgaser fångar värmen som reflekterar upp i atmosfären.På detta sätt agerar de som glasväggarna i ett växthus.Denna växthuseffekt håller jorden tillräckligt varm för att upprätthålla livet.

Fotosyntes
Nästan allt liv på jorden förlitar sig på solenergi för mat, antingen direkt eller indirekt.

Producenter förlitar sig direkt på solenergi.De absorberar solljus och omvandlar det till näringsämnen genom en process som kallas fotosyntes.Producenter, även kallade autotrofer, inkluderar växter, alger, bakterier och svampar.Autotrofer är grunden för livsmedelswebben.

Konsumenter litar på producenter för näringsämnen.Växtätare, köttätare, omnivorer och detrituorer förlitar sig indirekt på solenergi.Växtätare äter växter och andra producenter.Rovdjur och omnivorer äter både producenter och växtätare.Detritivores sönderdelar växt och djurmaterial genom att konsumera den.

Fossila bränslen
Fotosyntesen ansvarar också för alla fossila bränslen på jorden.Forskare uppskattar att för cirka tre miljarder år sedan utvecklades de första autotroferna i vattenlevande miljöer.Solljus tillät växtlivet att trivas och utvecklas.Efter att autotroferna dog, sönderdelades de och skiftade djupare in i jorden, ibland tusentals meter.

Under intensivt tryck och höga temperaturer blev dessa rester vad vi vet som fossila bränslen.Mikroorganismer blev petroleum, naturgas och kol.

Människor har utvecklat processer för att extrahera dessa fossila bränslen och använda dem för energi.Fossila bränslen är emellertid en icke -förnybar resurs.De tar miljoner år att bildas.

Utnyttja solenergi

Solenergi är en förnybar resurs, och många tekniker kan skörda den direkt för användning i hem, företag, skolor och sjukhus.Vissa solenergitekniker inkluderar fotovoltaiska celler och paneler, koncentrerad solenergi och solarkitektur.

Det finns olika sätt att fånga solstrålning och omvandla den till användbar energi.Metoderna använder antingen aktiv solenergi eller passiv solenergi.

Aktiva solteknologier använder elektriska eller mekaniska enheter för att aktivt omvandla solenergi till en annan form av energi, oftast värme eller el.Passiva solteknologier använder inga externa enheter.Istället drar de nytta av det lokala klimatet till värmestrukturer under vintern och återspeglar värme under sommaren.

Fotovoltaik

Photovoltaics är en form av aktiv solteknologi som upptäcktes 1839 av den 19-åriga franska fysikern Alexandre-Edmond Becquerel.Becquerel upptäckte att när han placerade silverklorid i en sur lösning och exponerade den för solljus, genererade platinelektroderna fästa vid den en elektrisk ström.Denna process för att generera elektricitet direkt från solstrålning kallas fotovoltaisk effekt eller fotovoltaik.

Idag är fotovoltaik förmodligen det mest bekanta sättet att utnyttja solenergi.Fotovoltaiska matriser involverar vanligtvis solpaneler, en samling dussintals eller till och med hundratals solceller.

Varje solcell innehåller en halvledare, vanligtvis gjord av kisel.När halvledaren absorberar solljus slår den loss elektroner.Ett elektriskt fält riktar dessa lösa elektroner till en elektrisk ström och flyter i en riktning.Metallkontakter på toppen och botten av en solcell riktar den strömmen till ett externt föremål.Det externa objektet kan vara lika litet som en solenergi-kalkylator eller så stor som en kraftstation.

Fotovoltaics användes först i stor utsträckning på rymdskepp.Många satelliter, inklusive International Space Station (ISS), har breda, reflekterande "vingar" av solpaneler.ISS har två soluppsättningsvingar (SAWS), var och en med cirka 33 000 solceller.Dessa fotovoltaiska celler levererar all el till ISS, vilket gör att astronauter kan driva stationen, säkert leva i rymden i månader åt gången och genomföra vetenskapliga och tekniska experiment.

Fotovoltaiska kraftverk har byggts över hela världen.De största stationerna är i USA, Indien och Kina.Dessa kraftstationer avger hundratals megawatt el, som används för att leverera hem, företag, skolor och sjukhus.

Fotovoltaisk teknik kan också installeras i mindre skala.Solpaneler och celler kan fixeras på tak eller ytterväggar i byggnaderna och leverera el för strukturen.De kan placeras längs vägar för att lätta motorvägar.

Koncentrerad solenergi

En annan typ av aktiv solteknologi är koncentrerad solenergi eller koncentrerad solenergi (CSP).CSP -teknik använder linser och speglar för att fokusera (koncentrera) solljus från ett stort område till ett mycket mindre område.Detta intensiva strålningsområde värmer en vätska, som i sin tur genererar el eller bränslar en annan process.

Solugnar är ett exempel på koncentrerad solenergi.Det finns många olika typer av solugnar, inklusive solenergitorn, paraboliska tråg och Fresnel -reflektorer.De använder samma allmänna metod för att fånga och konvertera energi.

Solenergitorn använder heliostater, platta speglar som vänder sig för att följa solens båge genom himlen.Speglarna är ordnade runt ett centralt "samlingstorn" och reflekterar solljus till en koncentrerad ljusstråle som lyser på en kontaktpunkt på tornet.

I tidigare konstruktioner av solenergitorn värmde det koncentrerade solljuset en behållare med vatten, som producerade ånga som drev en turbin.På senare tid använder vissa solenergitorn flytande natrium, som har en högre värmekapacitet och behåller värmen under en längre tid.Detta innebär att vätskan inte bara når temperaturer på 773 till 1 273K (500 ° till 1 000 ° C eller 932 ° till 1 832 ° F), utan den kan fortsätta att koka vatten och generera kraft även när solen inte skiner.

Paraboliska trågar och Fresnel -reflektorer använder också CSP, men deras speglar formas annorlunda.Paraboliska speglar är böjda, med en form som liknar en sadel.Fresnel -reflektorer använder platta, tunna remsor av spegel för att fånga solljus och rikta den på ett rör med vätska.Fresnel -reflektorer har mer ytarea än paraboliska tråg och kan koncentrera solens energi till cirka 30 gånger sin normala intensitet.

Koncentrerade solkraftverk utvecklades först på 1980 -talet.Den största anläggningen i världen är en serie växter i Mojave -öknen i USA: s delstaten Kalifornien.Detta solenergigenererande system (SEGS) genererar mer än 650 gigawattimmar el varje år.Andra stora och effektiva växter har utvecklats i Spanien och Indien.

Koncentrerad solenergi kan också användas i mindre skala.Det kan till exempel generera värme för solkokare.Människor i byar över hela världen använder solkokare för att koka vatten för sanitet och för att laga mat.

Solkokare ger många fördelar jämfört med vedeldade spisar: de är inte en brandrisk, producerar inte rök, kräver inte bränsle och minskar förlust av livsmiljöer i skogar där träd skulle skördas för bränsle.Solkokare tillåter också bybor att bedriva tid för utbildning, företag, hälsa eller familj under tiden som tidigare användes för att samla ved.Solkokare används i så olika områden som Tchad, Israel, Indien och Peru.

Solarkitektur

Under en dag är solenergi en del av processen för termisk konvektion eller rörelse av värme från ett varmare utrymme till en svalare.När solen går upp börjar den värma föremål och material på jorden.Under hela dagen absorberar dessa material värme från solstrålning.På natten, när solen går ner och atmosfären har svalnat, släpper materialen sin värme tillbaka i atmosfären.

Passiva solenergitekniker drar nytta av denna naturliga uppvärmning och kylningsprocess.

Hem och andra byggnader använder passiv solenergi för att fördela värme effektivt och billigt.Att beräkna en byggnads ”termiska massa” är ett exempel på detta.En byggnads termiska massa är huvuddelen av material uppvärmd under hela dagen.Exempel på en byggnads termiska massa är trä, metall, betong, lera, sten eller lera.På natten släpper den termiska massan värmen tillbaka in i rummet.Effektiva ventilationssystem - hallways, fönster och luftkanaler - distribuerar den uppvärmda luften och upprätthåller en måttlig, konsekvent inomhustemperatur.

Passiv solteknologi är ofta involverad i utformningen av en byggnad.Till exempel, i planeringsstadiet för konstruktion, kan ingenjören eller arkitekten anpassa byggnaden med solens dagliga väg för att få önskvärda mängder solljus.Denna metod tar hänsyn till latitud, höjd och typiskt molntäckning för ett specifikt område.Dessutom kan byggnader byggas eller eftermonteras för att ha termisk isolering, termisk massa eller extra skuggning.

Andra exempel på passiv solarkitektur är svala tak, strålande barriärer och gröna tak.Kyltak är målade vita och återspeglar solens strålning istället för att absorbera den.Den vita ytan minskar mängden värme som når byggnadens inre, vilket i sin tur minskar mängden energi som behövs för att kyla byggnaden.

De ger isolering med mycket reflekterande material, såsom aluminiumfolie.Folien reflekterar istället för att absorbera, värme och kan minska kylkostnaderna upp till 10 procent.Förutom tak och vindar kan strålningsbarriärer också installeras under golv.

Gröna tak är tak som är helt täckta med vegetation.De kräver jord och bevattning för att stödja växterna och ett vattentätt skikt under.Gröna tak minskar inte bara mängden värme som absorberas eller förloras, utan ger också vegetation.Genom fotosyntes absorberar växterna på gröna tak koldioxid och avger syre.De filtrerar föroreningar ur regnvatten och luft och kompenserar några av effekterna av energianvändning i det utrymmet.

Gröna tak har varit en tradition i Skandinavien i århundraden och har nyligen blivit populära i Australien, Västeuropa, Kanada och USA.Till exempel täckte Ford Motor Company 42 000 kvadratmeter (450 000 kvadratmeter) av sina monteringsanläggningstak i Dearborn, Michigan, med vegetation.Förutom att minska utsläppen av växthusgaser minskar taken avrinning av stormvatten genom att absorbera flera centimeter nederbörd.

Gröna tak och svala tak kan också motverka effekten "Urban Heat Island".I livliga städer kan temperaturen vara konsekvent högre än de omgivande områdena.Många faktorer bidrar till detta: städer är konstruerade av material som asfalt och betong som absorberar värme;Höga byggnader blockerar vind och dess kyleffekter;och höga mängder avfallsvärme genereras av industri, trafik och höga befolkningar.Att använda det tillgängliga utrymmet på taket för att plantera träd, eller reflektera värme med vita tak, kan delvis lindra lokala temperaturökningar i stadsområden.

Solenergi och människor

Eftersom solljus bara lyser i ungefär hälften av dagen i de flesta delar av världen måste solenergiteknologier inkludera metoder för att lagra energin under mörka timmar.

Termiska masssystem använder paraffinvax eller olika former av salt för att lagra energin i form av värme.Fotovoltaiska system kan skicka överskott av el till det lokala kraftnätet eller lagra energin i laddningsbara batterier.

Det finns många för- och nackdelar med att använda solenergi.

Fördelar
En stor fördel med att använda solenergi är att det är en förnybar resurs.Vi kommer att ha en stadig, obegränsad utbud av solljus i ytterligare fem miljarder år.På en timme får jordens atmosfär tillräckligt med solljus för att driva elbehovet hos varje människa på jorden under ett år.

Solenergi är ren.När solteknologutrustningen är konstruerad och inrättad behöver inte solenergi bränsle för att fungera.Det avger inte heller växthusgaser eller giftiga material.Att använda solenergi kan drastiskt minska påverkan vi har på miljön.

Det finns platser där solenergi är praktisk.Hem och byggnader i områden med stora mängder solljus och låg molntäcke har möjlighet att utnyttja solens rikliga energi.

Solkokare ger ett utmärkt alternativ till matlagning med vedeldade spisar-på vilka två miljarder människor fortfarande förlitar sig.Solkokare ger ett renare och säkrare sätt att sanera vatten och laga mat.

Solenergi kompletterar andra förnybara energikällor, såsom vind eller vattenkraft.

Hem eller företag som installerar framgångsrika solpaneler kan faktiskt producera överskott av el.Dessa husägare eller företagare kan sälja energi tillbaka till den elektriska leverantören, minska eller till och med eliminera elräkningar.

Nackdelar
Det huvudsakliga avskräckande med att använda solenergi är den nödvändiga utrustningen.Att köpa och installera utrustningen kan kosta tiotusentals dollar för enskilda bostäder.Även om regeringen ofta erbjuder minskade skatter till människor och företag som använder solenergi, och tekniken kan eliminera elräkningar, är den initiala kostnaden för brant för många att överväga.

För att ommontera eller installera solpaneler på taket på en byggnad måste taket vara starkt, stort och orienterat mot solens väg.

Solljus måste vara rikligt och konsekvent för att solenergi ska vara ett effektivt val.På de flesta platser på jorden gör Sunlights variation det svårt att implementera som den enda energikällan.