태양 에너지는 태양에 의해 생성 된 모든 유형의 에너지입니다.
태양 에너지는 태양에서 일어나는 핵융합에 의해 생성된다. 융합은 수소 원자의 양성자가 태양의 핵에서 격렬하게 충돌하고 융합하여 헬륨 원자를 만들 때 발생합니다.
양성자-양성자 연쇄 반응으로 알려진 이 과정은 엄청난 양의 에너지를 방출한다. 그 핵심에서 태양은 매초 약 6 억 2 천만 톤의 수소를 융합합니다. 피피 연쇄 반응은 우리 태양의 크기에 대한 다른 별에서 발생하고,지속적인 에너지와 열을 제공합니다. 이 별들의 온도는 켈빈 규모에서 약 4 백만도(섭씨 약 4 백만도,화씨 7 백만도)입니다.
태양보다 약 1.3 배 더 큰 항성에서는 태양주기가 에너지 생성을 유도한다. 그만큼 씨노 사이클 또한 수소를 헬륨으로 변환하지만 탄소,질소 및 산소(씨,엔,및 영형)그렇게하기 위해. 현재 태양 에너지의 2%미만이 태양 순환에 의해 생성됩니다.
피피 연쇄반응 또는 피피노 사이클에 의한 핵융합은 엄청난 양의 에너지를 파동과 입자의 형태로 방출한다. 태양 에너지는 태양으로부터 그리고 태양계 전체에서 끊임없이 흐르고 있습니다. 태양 에너지는 지구를 데우고 바람과 날씨를 일으키며 식물과 동물의 생명을 유지합니다.
태양으로부터의 에너지,열 및 빛은 전자기 복사의 형태로 흐릅니다.
전자기 스펙트럼은 서로 다른 주파수와 파장의 파동으로 존재합니다. 파의 주파수는 파가 특정 시간 단위로 반복 얼마나 많은 시간을 나타냅니다. 파장이 매우 짧은 파장은 주어진 시간 단위로 여러 번 반복되므로 고주파입니다. 대조적으로,저주파 파는 훨씬 더 긴 파장을 가지고 있습니다.
전자파의 대부분은 우리에게 보이지 않는다. 태양에 의해 방출되는 가장 높은 주파수의 파동은 감마선,엑스레이 및 자외선(자외선)입니다. 가장 유해한 자외선은 지구 대기에 거의 완전히 흡수됩니다. 덜 강력한 자외선 분위기를 통해 여행 하 고 햇볕을 일으킬 수 있습니다.
태양은 또한 파도가 훨씬 낮은 주파수의 적외선을 방출합니다. 태양에서 대부분의 열은 적외선 에너지로 도착합니다.
적외선과 자외선 사이에 끼워진 가시 스펙트럼은 우리가 지구에서 보는 모든 색을 담고 있다. 붉은 색은 가장 긴 파장(적외선에 가장 가까운)과 보라색(자외선에 가장 가까운)이 가장 짧습니다.
자연 태양 에너지
온실 효과
지구에 도달하는 적외선,가시 광선 및 자외선은 지구를 따뜻하게하고 생명을 가능하게하는 과정에 참여합니다.”
지구에 도달하는 태양 에너지의 약 30%가 우주로 반사된다. 나머지는 지구 대기로 흡수됩니다. 방사선은 지구 표면을 따뜻하게하고,표면은 적외선의 형태로 에너지의 일부를 다시 방출합니다. 그들은 대기를 통해 상승,그들은 온실 가스에 의해 차단된다,물 증기 및 이산화탄소 등.
온실 가스는 대기 중으로 다시 반사되는 열을 가둡니다. 이런 식으로 그들은 온실의 유리 벽처럼 행동합니다. 이 온실 효과는 지구를 생명을 유지하기에 충분히 따뜻하게 유지합니다.
광합성
지구상의 거의 모든 생명체는 직접 또는 간접적으로 음식을 위해 태양 에너지에 의존합니다.
생산자는 태양 에너지에 직접 의존합니다. 그들은 햇빛을 흡수 하 고 광합성 이라는 과정을 통해 영양소로 변환. 독립 영양 생물이라고도하는 생산자에는 식물,조류,박테리아 및 곰팡이가 포함됩니다. 독립영양생물은 먹이 그물의 기초입니다.
소비자는 영양소에 대한 생산자에 의존. 초식 동물,육식 동물,잡식 동물 및 해로운 동물은 간접적으로 태양 에너지에 의존합니다. 초식 동물은 식물과 다른 생산자를 먹습니다. 육식 동물과 잡식 동물은 생산자와 초식 동물을 모두 먹습니다. 해로운 사람들은 식물과 동물의 물질을 섭취하여 분해합니다.
화석 연료
광합성은 또한 지구상의 모든 화석 연료를 담당합니다. 과학자들은 약 30 억 년 전에 최초의 독립 영양 생물이 수생 환경에서 진화했다고 추정합니다. 햇빛은 식물의 생명이 번성하고 진화 할 수있게했습니다. 독립 영양 생물이 죽은 후,그들은 분해되어 지구 깊숙이,때로는 수천 미터로 이동했습니다. 이 과정은 수백만 년 동안 계속되었습니다.
강렬한 압력과 높은 온도 하에서,이 유적은 우리가 화석 연료로 알고있는 것이되었습니다. 미생물은 석유,천연 가스 및 석탄이되었습니다.
사람들은 이러한 화석 연료를 추출하여 에너지로 사용하는 과정을 개발했습니다. 그러나 화석 연료는 재생 불가능한 자원입니다. 그들은 형성 수백만 년이 걸릴.
태양 에너지 활용
태양 에너지는 재생 가능한 자원이며 많은 기술이 가정,기업,학교 및 병원에서 사용하기 위해 직접 수확 할 수 있습니다. 일부 태양 에너지 기술에는 광전지 및 패널,집중 태양 에너지 및 태양 건축이 포함됩니다.
태양 복사를 포착하여 사용 가능한 에너지로 변환하는 방법에는 여러 가지가 있다. 이 방법은 활성 태양 에너지 또는 수동 태양 에너지를 사용합니다.
활성 태양 광 기술은 전기 또는 기계 장치를 사용하여 태양 에너지를 다른 형태의 에너지,대부분 열 또는 전기로 적극적으로 변환합니다. 패시브 태양 광 기술은 외부 장치를 사용하지 않습니다. 대신,그들은 겨울 동안 구조를 가열하는 지역 기후를 활용,여름 동안 열을 반영.
태양광 발전
태양광 발전은 1839 년 19 세의 프랑스 물리학자 알렉상드르-에드몬드 베크렐에 의해 발견된 활성 태양광 기술의 한 형태이다. 베크렐은 그가 산성 용액에 염화은을 배치하고 햇빛에 노출 할 때,그것에 부착 된 백금 전극은 전류를 생성하는 것을 발견했다. 태양 복사에서 직접 전기를 생성하는이 과정을 광전지 효과 또는 광전지라고합니다.
오늘날 태양광 발전은 태양 에너지를 활용하는 가장 친숙한 방법일 것이다. 태양 광 배열에는 일반적으로 태양 전지 패널,수십 또는 수백 개의 태양 전지 모음이 포함됩니다.
각 태양 전지는 일반적으로 실리콘으로 만들어진 반도체를 포함합니다. 반도체가 햇빛을 흡수 할 때,그것은 느슨한 전자를 두 드린다. 전기장은 이러한 느슨한 전자를 한 방향으로 흐르는 전류로 유도합니다. 태양 전지의 상단과 하단에있는 금속 접촉부는 그 전류를 외부 물체에 전달합니다. 외부 물체는 태양열 계산기만큼 작거나 발전소만큼 클 수 있습니다.
태양 전지는 우주선에서 처음으로 널리 사용되었습니다. 국제 우주 정거장을 포함한 많은 위성은 태양 전지판의 넓고 반사되는”날개”를 특징으로합니다. 우주 정거장은 각각 약 33,000 태양 전지를 사용하여 두 개의 태양 배열 날개(톱)가 있습니다. 이 태양 광 전지는 우주 비행사가 역을 운영하고 한 번에 몇 달 동안 우주에서 안전하게 살며 과학 및 공학 실험을 수행 할 수 있도록 모든 전기를 우주 비행사에 공급합니다.
태양광 발전소는 전 세계에 건설 되었습니다. 가장 큰 역은 미국,인도 및 중국에 있습니다. 이 발전소는 가정,기업,학교 및 병원을 공급하는 데 사용되는 수백 메가 와트의 전기를 방출합니다.
태양 광 기술은 또한 더 작은 규모로 설치 될 수 있습니다. 태양 전지 패널과 셀은 건물의 지붕이나 외벽에 고정되어 구조물에 전기를 공급할 수 있습니다. 도로를 따라 가벼운 고속도로에 배치 할 수 있습니다. 태양 전지는 계산기,주차 미터,쓰레기 압축기 및 물 펌프와 같은 더 작은 장치에 전력을 공급하기에 충분히 작습니다.
집중 태양 에너지
활성 태양 광 기술의 또 다른 유형은 집중 태양 에너지 또는 집중 태양 광 발전이다. 렌즈와 거울을 사용하여 넓은 영역에서 훨씬 작은 영역으로 햇빛을 집중(집중)합니다. 이 강렬한 방사선 영역은 유체를 가열하여 전기를 생성하거나 다른 프로세스에 연료를 공급합니다.
태양광 용광로는 집중된 태양광 발전의 예이다. 태양 광 발전 타워,포물선 골짜기 및 프레 넬 반사경을 포함한 다양한 유형의 태양열 용광로가 있습니다. 그들은 동일한 일반적인 방법을 사용하여 에너지를 포착하고 변환합니다.
태양광 발전탑은 태양을 따라 하늘을 가로지르는 평면 거울인 헬리오스탯을 사용한다. 거울은 중앙의”컬렉터 타워”주위에 배열되어 있으며 햇빛을 집중된 빛의 광선으로 반사하여 타워의 초점에 비 춥니 다.
태양광 발전 타워의 이전 설계에서 집중된 햇빛은 물 용기를 가열하여 터빈에 동력을 공급하는 증기를 생성했습니다. 최근에,몇몇 태양 에너지 탑은 더 높은 열용량이 있고 더 긴 기간 동안 열을 유지하는 액체 나트륨을 이용합니다. 이 물체는 773~1,273 킬로(500~1,000 킬로,932~1,832 킬로)의 온도에 도달할 뿐만 아니라,태양이 비치지 않을 때에도 물을 끓이고 전력을 생성할 수 있다는 것을 의미한다.
포물선 골짜기와 프레 넬 반사경도 지필을 사용하지만 거울은 모양이 다릅니다. 포물선 거울은 안장과 비슷한 모양으로 구부러져 있습니다. 프레 넬 반사경은 햇빛을 캡처하고 액체의 튜브에 직접 거울의 평면,얇은 스트립을 사용합니다. 프레 넬 반사경은 포물선 골짜기보다 더 많은 표면적을 가지고 있으며 태양의 에너지를 정상적인 강도의 약 30 배까지 집중시킬 수 있습니다.
집중 태양광 발전소는 1980 년대에 처음 개발되었다.세계에서 가장 큰 시설은 캘리포니아의 모하비 사막에 있는 일련의 식물이다. 이 태양 에너지 생성 시스템은 매년 650 기가 와트 시간 이상의 전기를 생성합니다. 다른 크고 효과적인 식물은 스페인과 인도에서 개발되었습니다.
집중된 태양 에너지는 또한 소규모에 이용될 수 있습니다. 그것은 태양 요리 기구를 위한 열을,예를 들면 생성할 수 있습니다. 전 세계의 마을 사람들은 태양열 밥솥을 사용하여 물 위생을 위해 끓여 음식을 요리합니다.
태양열 밥솥은 장작 난로에 비해 많은 이점을 제공합니다:화재 위험이 아니며,연기를 생성하지 않으며,연료를 필요로하지 않으며,나무가 연료를 위해 수확 될 숲의 서식지 손실을 줄입니다. 태양열 밥솥은 또한 마을 사람들이 이전에 장작을 모으는 데 사용 된 시간 동안 교육,사업,건강 또는 가족을위한 시간을 추구 할 수있게합니다. 태양열 밥솥은 차드,이스라엘,인도 및 페루와 같은 다양한 지역에서 사용됩니다.
태양 건축
하루 종일 태양 에너지는 열 대류 과정 또는 더 따뜻한 공간에서 더 차가운 공간으로의 열 이동 과정의 일부입니다. 태양이 상승 할 때,그것은 지구에 물체와 물질을 따뜻하게하기 시작합니다. 하루 종일 이러한 물질은 태양 복사로부터 열을 흡수합니다. 밤에,태양 세트 및 대기권이 냉각할 때,물자는 대기권으로 그들의 열을 후에 풀어 놓습니다.
수동 태양 에너지 기술은 이러한 자연 가열 및 냉각 과정을 활용합니다.
주택 및 기타 건물은 수동 태양 에너지를 사용하여 열을 효율적이고 저렴하게 분배합니다. 건물의”열 질량”을 계산하는 것이 이것의 예입니다. 건물의 열 질량은 하루 종일 가열 된 재료의 대부분입니다. 건물의 열 질량의 예로는 목재,금속,콘크리트,점토,석재 또는 진흙이 있습니다. 밤에,열 질량은 방으로 그것의 열을 다시 풀어 놓습니다. 효과적인 환기 시스템—복도,창문 및 공기 덕트-는 데워진 공기를 분배하고 적당하고 일관된 실내 온도를 유지합니다.
패시브 태양광 기술은 종종 건물 설계에 관여한다. 예를 들어,건설 계획 단계에서,엔지니어 또는 건축가는 바람직한 양의 햇빛을 받기 위해 건물을 태양의 일일 경로와 정렬 할 수 있습니다. 이 방법은 특정 지역의 위도,고도 및 일반적인 구름 덮개를 고려합니다. 또한 단열,열 질량 또는 추가 음영을 갖도록 건물을 건설하거나 개조 할 수 있습니다.
수동 태양 건축의 다른 예로는 시원한 지붕,복사 장벽 및 녹색 지붕이 있습니다. 차가운 지붕은 흰색으로 칠해져 있으며 흡수하는 대신 태양 복사를 반사합니다. 흰색 표면은 건물 내부에 도달하는 열의 양을 줄여 건물을 냉각시키는 데 필요한 에너지의 양을 줄입니다.
방사 장벽은 차가운 지붕과 유사하게 작동합니다. 그들은 알루미늄 호일과 같은 반사율이 높은 재료로 단열재를 제공합니다. 포일은 흡수하는 대신 열을 반사하고 냉각 비용을 최대 10%까지 줄일 수 있습니다. 지붕과 다락방 외에도 바닥 아래에 복사 장벽을 설치할 수도 있습니다.
녹색 지붕은 초목으로 완전히 덮인 지붕입니다. 그들은 토양과 관개 식물,그리고 아래 방수 층을 지원 하기 위해 필요 합니다. 녹색 지붕은 흡수되거나 손실되는 열의 양을 줄일뿐만 아니라 식물을 제공합니다. 광합성을 통해 녹색 지붕의 식물은 이산화탄소를 흡수하고 산소를 방출합니다. 그들은 빗물과 공기에서 오염 물질을 걸러 내고 그 공간에서 에너지 사용의 일부 영향을 상쇄합니다.
녹색 지붕은 수세기 동안 스칸디나비아에서 전통이되었으며 최근 호주,서유럽,캐나다 및 미국에서 인기를 얻고 있습니다. 예를 들어 포드 자동차 회사는 미시간 주 디어 본에있는 조립 공장 지붕의 42,000 평방 미터(450,000 평방 피트)를 식물로 덮었습니다. 온실 가스 배출을 줄이는 것 외에도 지붕은 수 센티미터의 강우량을 흡수하여 빗물 유출을 줄입니다.
녹색 지붕과 시원한 지붕은 또한”도시 열섬”효과를 상쇄 할 수 있습니다. 바쁜 도시에서는 온도가 주변 지역보다 지속적으로 높을 수 있습니다. 많은 요인이 이에 기여:도시는 열을 흡수하는 아스팔트와 콘크리트 등의 재료로 구성되어 있습니다;고층 건물은 바람과 그 냉각 효과를 차단;폐열의 높은 금액은 산업,교통,높은 인구에 의해 생성됩니다. 지붕의 사용 가능한 공간을 사용하여 나무를 심거나 흰색 지붕으로 열을 반사하면 도시 지역의 지역 온도 상승을 부분적으로 완화 할 수 있습니다.
태양 에너지와 사람
햇빛은 세계 대부분의 지역에서 하루 중 절반 정도만 빛나기 때문에 태양 에너지 기술에는 어두운 시간 동안 에너지를 저장하는 방법이 포함되어야합니다.
열 질량 시스템은 파라핀 왁스 또는 다양한 형태의 소금을 사용하여 에너지를 열 형태로 저장합니다. 광전지 체계는 국부적으로 파워 그리드에 과잉 전기를 보내거나,재충전 전지에 있는 에너지를 저장할 수 있습니다.
태양 에너지를 사용 하 여 많은 찬 부 양론이 있다.
장점
태양 에너지 사용의 주요 이점은 재생 가능한 자원이라는 것입니다. 우리는 앞으로 50 억 년 동안 꾸준하고 무한한 햇빛 공급을 할 것입니다. 한 시간 안에 지구의 대기는 1 년 동안 지구상의 모든 인간의 전기 요구에 전력을 공급하기에 충분한 햇빛을받습니다.
태양 에너지는 깨끗합니다. 태양 기술 장비가 건설되고 그 자리에 있던 후에,태양 에너지는 연료를 작동하는 필요로 하지 않습니다. 또한 온실 가스 나 독성 물질을 방출하지 않습니다. 태양 에너지를 사용하면 환경에 미치는 영향을 크게 줄일 수 있습니다.
태양 에너지가 실용적인 곳이 있습니다. 많은 양의 햇빛과 낮은 구름 덮개가있는 지역의 주택과 건물은 태양의 풍부한 에너지를 활용할 수있는 기회를 갖습니다.
태양열 밥솥은 20 억 명의 사람들이 여전히 의존하는 장작 난로로 요리하는 훌륭한 대안을 제공합니다. 태양열 밥솥은 물 소독 및 음식 요리를 더 깨끗하고 안전한 방법을 제공합니다.
태양 에너지는 풍력이나 수력 에너지와 같은 다른 재생 가능 에너지 원을 보완합니다.
성공적인 태양 전지 패널을 설치하는 가정이나 사업체는 실제로 과도한 전기를 생산할 수 있습니다. 이 주택 소유자 또는 사업주는 전기 공급자에게 에너지를 다시 판매하여 전력 요금을 줄이거 나 제거 할 수 있습니다.
단점
태양 에너지 사용에 대한 주요 억지력은 필요한 장비입니다. 태양 광 기술 장비는 비싸다. 장비를 구매하고 설치하는 것은 개인적인 가정을 위한 수만 달러를 요할 수 있다. 정부는 종종 태양 에너지를 사용하여 사람과 기업에 감소 세금을 제공하고,이 기술은 전기 요금을 제거 할 수 있지만,초기 비용은 많은 사람들이 고려하기에 너무 가파른입니다.
태양 에너지 장비도 무겁습니다. 건물의 지붕에 태양 전지판을 개조하거나 설치하려면 지붕이 강하고 커야하며 태양의 경로를 향해야합니다.
능동 및 수동 태양 광 기술은 모두 기후 및 구름 덮개와 같이 우리의 통제 불능 요인에 달려 있습니다. 태양 에너지가 그 지역에서 효과적일 것이라는 점을 결정하기 위하여 국부적으로 지역은 공부되어야 합니다.
태양 에너지가 효율적인 선택이 되려면 햇빛이 풍부하고 일관성이 있어야합니다. 지구상의 대부분의 장소에서 햇빛의 가변성으로 인해 유일한 에너지 원으로 구현하기가 어렵습니다.