solenergi er enhver form for energi genereret af solen.
solenergi er skabt af nuklear fusion, der finder sted i solen. Fusion opstår, når protoner af hydrogenatomer voldsomt kolliderer i solens kerne og smelter sammen for at skabe et heliumatom.
denne proces, kendt som en PP (proton-proton) kædereaktion, udsender en enorm mængde energi. I sin kerne smelter solen omkring 620 millioner tons brint hvert sekund. PP-kædereaktionen forekommer i andre stjerner, der er på størrelse med vores sol, og giver dem kontinuerlig energi og varme. Temperaturen for disse stjerner er omkring 4 millioner grader på Kelvin-skalaen (omkring 4 millioner grader Celsius, 7 millioner grader Fahrenheit).
i stjerner, der er omkring 1,3 gange større end solen, driver CNO-cyklussen skabelsen af energi. CNO-cyklussen omdanner også brint til helium, men er afhængig af kulstof, nitrogen og ilt (C, N og O) for at gøre det. I øjeblikket skabes mindre end 2% af solens energi af CNO-cyklussen.
kernefusion ved PP-kædereaktionen eller CNO-cyklussen frigiver enorme mængder energi i form af bølger og partikler. Solenergi strømmer konstant væk fra solen og gennem hele solsystemet. Solenergi varmer jorden, forårsager vind og vejr og opretholder plante-og dyreliv.
energien, varmen og lyset fra solen strømmer væk i form af elektromagnetisk stråling (EMR).
det elektromagnetiske spektrum eksisterer som bølger med forskellige frekvenser og bølgelængder. Frekvensen af en bølge repræsenterer, hvor mange gange bølgen gentager sig i en bestemt tidsenhed. Bølger med meget korte bølgelængder gentager sig flere gange i en given tidsenhed, så de er højfrekvente. I modsætning hertil har lavfrekvente bølger meget længere bølgelængder.
langt størstedelen af elektromagnetiske bølger er usynlige for os. De mest højfrekvente bølger, der udsendes af solen, er gammastråler, røntgenstråler og ultraviolet stråling (UV-stråler). De mest skadelige UV-stråler absorberes næsten fuldstændigt af Jordens atmosfære. Mindre potente UV-stråler rejser gennem atmosfæren og kan forårsage solskoldning.
solen udsender også infrarød stråling, hvis bølger er meget lavere frekvens. De fleste varme fra solen kommer som infrarød energi.
klemt mellem infrarød og UV er det synlige spektrum, som indeholder alle de farver, vi ser på jorden. Farven rød har de længste bølgelængder (tættest på infrarød) og violet (tættest på UV) den korteste.
naturlig Solenergi
drivhuseffekt
de infrarøde, synlige og UV—bølger, der når jorden, deltager i en proces med opvarmning af planeten og muliggørelse af liv-den såkaldte “drivhuseffekt.”
cirka 30% af solenergien, der når jorden, reflekteres tilbage i rummet. Resten absorberes i Jordens atmosfære. Strålingen varmer jordens overflade, og overfladen udstråler noget af energien tilbage i form af infrarøde bølger. Når de stiger gennem atmosfæren, opfanges de af drivhusgasser, såsom vanddamp og kulsyre.
drivhusgasser fanger varmen, der reflekterer tilbage op i atmosfæren. På denne måde fungerer de som glasvæggene i et drivhus. Denne drivhuseffekt holder jorden varm nok til at opretholde livet.
fotosyntese
næsten alt liv på jorden er afhængig af solenergi til mad, enten direkte eller indirekte.
producenter er direkte afhængige af solenergi. De absorberer sollys og omdanner det til næringsstoffer gennem en proces kaldet fotosyntese. Producenter, også kaldet autotrofer, inkluderer planter, alger, bakterier og svampe. Autotrofer er grundlaget for madnettet.
forbrugerne er afhængige af producenter for næringsstoffer. Herbivorer, kødædere, altædende og detritivorer er afhængige af solenergi indirekte. Planteædere spiser planter og andre producenter. Kødædere og altædende dyr spiser både producenter og planteædere. Detritivores nedbryder plante-og dyremateriale ved at indtage det.
fossile brændstoffer
fotosyntese er også ansvarlig for alle de fossile brændstoffer på jorden. Forskere vurderer, at omkring 3 milliarder år siden udviklede de første autotrofer sig i akvatiske omgivelser. Sollys tillod plantelivet at trives og udvikle sig. Efter at autotroferne døde, dekomponerede de og skiftede dybere ned i jorden, nogle gange tusinder af meter. Denne proces fortsatte i millioner af år.
under intenst tryk og høje temperaturer blev disse rester det, vi kender som fossile brændstoffer. Mikroorganismer blev olie, naturgas og kul.
folk har udviklet processer til at udvinde disse fossile brændstoffer og bruge dem til energi. Fossile brændstoffer er imidlertid en ikke-vedvarende ressource. Det tager millioner af år at danne.
udnyttelse af solenergi
solenergi er en vedvarende ressource, og mange teknologier kan høste den direkte til brug i hjem, virksomheder, skoler og hospitaler. Nogle solenergi teknologier omfatter solceller og paneler, koncentreret solenergi og sol arkitektur.
der er forskellige måder at fange solstråling og omdanne den til brugbar energi. Metoderne bruger enten aktiv solenergi eller passiv solenergi.
aktive solteknologier bruger elektriske eller mekaniske enheder til aktivt at konvertere solenergi til en anden form for energi, oftest varme eller elektricitet. Passive solteknologier bruger ikke eksterne enheder. I stedet drager de fordel af det lokale klima til at opvarme strukturer om vinteren og reflektere varme om sommeren.
fotovoltaik
fotovoltaik er en form for aktiv solteknologi, der blev opdaget i 1839 af den 19-årige franske fysiker Aleksandre-Edmond Beck. Beckerel opdagede, at da han placerede sølvchlorid i en sur opløsning og udsatte den for sollys, genererede platinelektroderne, der var fastgjort til den, en elektrisk strøm. Denne proces med at generere elektricitet direkte fra solstråling kaldes den fotovoltaiske effekt eller fotovoltaik.
i dag er fotovoltaik nok den mest kendte måde at udnytte solenergi på. Fotovoltaiske arrays involverer normalt solpaneler, en samling af snesevis eller endda hundreder af solceller.
hver solcelle indeholder en halvleder, normalt lavet af silicium. Når halvlederen absorberer sollys, banker den elektroner løs. Et elektrisk felt leder disse løse elektroner ind i en elektrisk strøm, der strømmer i en retning. Metalkontakter øverst og nederst på en solcelle dirigerer strømmen til et eksternt objekt. Det eksterne objekt kan være så lille som en soldrevet lommeregner eller så stor som et kraftværk.
fotovoltaik blev først udbredt på rumfartøjer. Mange satellitter, herunder Den Internationale Rumstation, har brede, reflekterende” vinger ” af solpaneler. ISS har to solcellevinger (Save), der hver bruger omkring 33.000 solceller. Disse fotovoltaiske celler leverer al elektricitet til ISS, så astronauterne kan betjene stationen, leve sikkert i rummet i flere måneder ad gangen og udføre videnskabelige og tekniske eksperimenter.
fotovoltaiske kraftværker er blevet bygget over hele verden. De største stationer er i USA, Indien og Kina. Disse kraftværker udsender hundredvis af megavatter af elektricitet, der bruges til at levere hjem, virksomheder, skoler og hospitaler.
fotovoltaisk teknologi kan også installeres i mindre skala. Solpaneler og celler kan fastgøres til tagene eller udvendige vægge i bygninger, der leverer elektricitet til strukturen. De kan placeres langs veje til lette motorveje. Solceller er små nok til at drive endnu mindre enheder, såsom regnemaskiner, parkeringsmålere, skraldespand og vandpumper.
koncentreret solenergi
en anden type aktiv solteknologi er koncentreret solenergi eller koncentreret solenergi (CSP). CSP-teknologi bruger linser og spejle til at fokusere (koncentrere) sollys fra et stort område til et meget mindre område. Dette intense strålingsområde opvarmer en væske, som igen genererer elektricitet eller brændstoffer en anden proces.
solovne er et eksempel på koncentreret solenergi. Der er mange forskellige typer af sol ovne, herunder solenergi tårne, parabolske trug, og Fresnel reflektorer. De bruger den samme generelle metode til at fange og konvertere energi.
solenergitårne bruger heliostater, flade spejle, der drejer for at følge solens bue gennem himlen. Spejlene er arrangeret omkring et centralt “kollektortårn” og reflekterer sollys til en koncentreret lysstråle, der skinner på et fokuspunkt på tårnet.
i tidligere design af solkrafttårne opvarmede det koncentrerede sollys en beholder med vand, der producerede damp, der drev en turbine. For nylig bruger nogle solkrafttårne flydende natrium, som har en højere varmekapacitet og bevarer varmen i længere tid. Dette betyder, at væsken ikke kun når temperaturer på 773 til 1.273 K (500 til 1.000 liter C eller 932 til 1.832 liter F), men den kan fortsætte med at koge vand og generere strøm, selv når solen ikke skinner.
parabolske trug og Fresnel reflektorer bruger også CSP, men deres spejle er formet forskelligt. Parabolske spejle er buede, med en form svarende til en sadel. Fresnel reflektorer bruger flade, tynde strimler af spejl til at fange sollys og lede det på et rør af væske. Fresnel reflektorer har mere overfladeareal end parabolske trug og kan koncentrere solens energi til omkring 30 gange sin normale intensitet.
koncentrerede solkraftværker blev først udviklet i 1980 ‘ erne. det største anlæg i verden er en række planter i Californiens Mojave-ørken. Dette Solenergigenererende System (SEGS) genererer mere end 650 gigavatt-timers elektricitet hvert år. Andre store og effektive anlæg er blevet udviklet i Spanien og Indien.
koncentreret solenergi kan også bruges i mindre skala. Det kan generere varme til sol komfurer, for eksempel. Folk i landsbyer over hele verden bruger solkomfurer til at koge vand til sanitet og til at lave mad.
Solkomfurer giver mange fordele i forhold til brændeovne: de er ikke brandfare, producerer ikke røg, kræver ikke brændstof og reducerer tab af levesteder i skove, hvor træer høstes til brændstof. Solkomfurer giver også landsbyboere mulighed for at forfølge tid til uddannelse, forretning, sundhed eller familie i den tid, der tidligere blev brugt til at samle brænde. Sol komfurer bruges i områder så forskellige som Tchad, Israel, Indien og Peru.
Solar Architecture
i løbet af en dag er solenergi en del af processen med termisk konvektion eller bevægelse af varme fra et varmere rum til et køligere. Når solen stiger, begynder den at varme genstande og materiale på jorden. I løbet af dagen absorberer disse materialer varme fra solstråling. Om natten, når solen går ned og atmosfæren er afkølet, frigiver materialerne deres varme tilbage i atmosfæren.
passiv solenergi teknikker drage fordel af denne naturlige opvarmning og afkøling proces.
boliger og andre bygninger bruger passiv solenergi til at distribuere varme effektivt og billigt. Beregning af en bygnings “termiske masse” er et eksempel på dette. En bygnings termiske masse er hovedparten af materiale opvarmet hele dagen. Eksempler på en bygnings termiske masse er træ, metal, beton, ler, sten eller mudder. Om natten frigiver den termiske masse sin varme tilbage i rummet. Effektive ventilationssystemer-gange, vinduer og luftkanaler—fordeler den opvarmede luft og opretholder en moderat, ensartet indetemperatur.
passiv solteknologi er ofte involveret i udformningen af en bygning. For eksempel kan ingeniøren eller arkitekten i planlægningsfasen af konstruktionen justere bygningen med solens daglige sti for at modtage ønskelige mængder sollys. Denne metode tager højde for breddegrad, højde og typisk Skydække i et bestemt område. Derudover kan bygninger konstrueres eller eftermonteres for at have varmeisolering, termisk masse eller ekstra skygge.
andre eksempler på passiv solarkitektur er kølige tage, strålende barrierer og grønne tage. Kølige tage er malet hvide og afspejler solens stråling i stedet for at absorbere den. Den hvide overflade reducerer mængden af varme, der når det indre af bygningen, hvilket igen reducerer mængden af energi, der er nødvendig for at afkøle bygningen.
strålende barrierer fungerer på samme måde som kølige tage. De giver isolering med stærkt reflekterende materialer, såsom aluminiumsfolie. Folien reflekterer i stedet for absorberer varme og kan reducere køleomkostningerne op til 10%. Ud over tag og lofter kan der også installeres strålende barrierer under gulve.
grønne tage er tag, der er helt dækket af vegetation. De kræver jord og kunstvanding for at understøtte planterne og et vandtæt lag nedenunder. Grønne tage reducerer ikke kun mængden af varme, der absorberes eller går tabt, men giver også vegetation. Gennem fotosyntese absorberer planterne på grønne tage kulsyre og udsender ilt. De filtrerer forurenende stoffer ud af regnvand og luft og udligner nogle af virkningerne af energiforbrug i dette rum.
grønne tage har været en tradition i Skandinavien i århundreder og er for nylig blevet populære i Australien, Vesteuropa, Canada og USA. For eksempel dækkede Ford Motor Company 42.000 kvadratmeter (450.000 kvadratfod) af sine samlefabrikker i Dearborn, Michigan, med vegetation. Ud over at reducere drivhusgasemissionerne reducerer tagene afstrømning af regnvand ved at absorbere flere centimeter nedbør.
grønne tage og kølige tage kan også modvirke effekten af “urban heat island”. I travle byer kan temperaturen være konsekvent højere end de omkringliggende områder. Mange faktorer bidrager til dette: byer er konstrueret af materialer som asfalt og beton, der absorberer varme; høje bygninger blokerer vind og dens køleeffekter; og store mængder spildvarme genereres af industri, trafik og høje befolkninger. Brug af den tilgængelige plads på taget til at plante træer eller reflektere varme med hvide tage kan delvist lindre lokale temperaturstigninger i byområder.
solenergi og mennesker
da sollys kun skinner omkring halvdelen af dagen i de fleste dele af verden, skal solenergiteknologier omfatte metoder til opbevaring af energien i mørke timer.
termiske massesystemer bruger paraffinvoks eller forskellige former for salt til at opbevare energien i form af varme. Fotovoltaiske systemer kan sende overskydende elektricitet til det lokale elnet eller opbevare energien i genopladelige batterier.
der er mange fordele og ulemper ved at bruge solenergi.
fordele
en stor fordel ved at bruge solenergi er, at det er en vedvarende ressource. Vi vil have en stabil, ubegrænset forsyning af sollys i yderligere 5 milliarder år. På en time modtager Jordens atmosfære nok sollys til at drive ethvert menneskes elbehov på jorden i et år.
solenergi er ren. Efter at solteknologiudstyret er konstrueret og sat på plads, har solenergi ikke brug for brændstof for at arbejde. Det udsender heller ikke drivhusgasser eller giftige materialer. Brug af solenergi kan drastisk reducere den indvirkning, vi har på miljøet.
der er steder, hvor solenergi er praktisk. Boliger og bygninger i områder med store mængder sollys og lavt Skydække har mulighed for at udnytte solens rigelige energi.
Solkomfurer er et glimrende alternativ til madlavning med brændeovne-som 2 milliarder mennesker stadig er afhængige af. Solar komfurer giver en renere og sikrere måde at rense vand og lave mad.
Solenergi supplerer andre vedvarende energikilder,såsom vind eller vandkraft.
hjem eller virksomheder, der installerer vellykkede solpaneler, kan faktisk producere overskydende elektricitet. Disse husejere eller virksomhedsejere kan sælge energi tilbage til den elektriske udbyder, reducere eller endda eliminere strømregninger.
ulemper
det vigtigste afskrækkende middel til at bruge solenergi er det krævede udstyr. Solar teknologi udstyr er dyrt. Indkøb og installation af udstyret kan koste titusindvis af dollars for de enkelte hjem. Selvom regeringen ofte tilbyder reducerede skatter til mennesker og virksomheder, der bruger solenergi, og teknologien kan eliminere elregninger, er de oprindelige omkostninger for stejle for mange at overveje.
solenergi udstyr er også tung. For at eftermontere eller installere solpaneler på taget af en bygning skal taget være stærkt, stort og orienteret mod solens sti.
både aktiv og passiv solteknologi afhænger af faktorer, der er ude af vores kontrol, såsom klima og Skydække. Lokale områder skal undersøges for at afgøre, om solenergi ville være effektiv i dette område.
sollys skal være rigeligt og konsistent for at solenergi skal være et effektivt valg. De fleste steder på Jorden gør sollysets variabilitet det vanskeligt at implementere som den eneste energikilde.