zonne-energie

zonne-energie is elk type energie dat door de zon wordt opgewekt.
zonne-energie wordt gecreëerd door kernfusie in de zon. Fusie treedt op wanneer protonen van waterstofatomen heftig botsen in de kern van de zon en smelten om een heliumatoom te creëren.
dit proces, bekend als een PP (proton-proton) kettingreactie, geeft een enorme hoeveelheid energie uit. In de kern smelt de zon ongeveer 620 miljoen ton waterstof per seconde. De PP-kettingreactie komt voor bij andere sterren die ongeveer zo groot zijn als onze zon, en voorziet hen van continue energie en warmte. De temperatuur voor deze STERREN is ongeveer 4 miljoen graden op de Kelvin schaal (ongeveer 4 miljoen graden Celsius, 7 miljoen graden Fahrenheit).
bij sterren die ongeveer 1,3 keer groter zijn dan de zon, drijft de CNO-cyclus de energieopwekking aan. De CNO-cyclus zet ook waterstof om in helium, maar is hiervoor afhankelijk van koolstof, stikstof en zuurstof (C, N en O). Momenteel wordt minder dan 2% van de energie van de zon gecreëerd door de CNO-cyclus.
kernfusie door de PP-kettingreactie of CNO-cyclus geeft enorme hoeveelheden energie vrij in de vorm van golven en deeltjes. Zonne-energie stroomt voortdurend weg van de zon en door het hele zonnestelsel. Zonne-energie verwarmt de aarde, veroorzaakt wind en weer, en ondersteunt het planten-en dierenleven.
de energie, warmte en licht van de zon stromen weg in de vorm van elektromagnetische straling (EMR).
het elektromagnetische spectrum bestaat als golven van verschillende frequenties en golflengten. De frequentie van een golf geeft aan hoe vaak de Golf zich herhaalt in een bepaalde tijdseenheid. Golven met zeer korte golflengten herhalen zich meerdere malen in een bepaalde tijdseenheid, dus ze zijn hoogfrequent. Laagfrequente golven daarentegen hebben veel langere golflengten.
de overgrote meerderheid van de elektromagnetische golven zijn onzichtbaar voor ons. De meest hoge frequentie golven uitgezonden door de zon zijn gammastraling, X-stralen, en ultraviolette straling (UV-stralen). De meest schadelijke UV-stralen worden bijna volledig geabsorbeerd door de atmosfeer van de aarde. Minder krachtige UV-stralen reizen door de atmosfeer en kunnen zonnebrand veroorzaken.
de zon zendt ook infrarode straling uit, waarvan de golven veel lager zijn. De meeste warmte van de zon komt als infrarode energie.
ingeklemd tussen infrarood en UV is het zichtbare spectrum, dat alle kleuren bevat die we op aarde zien. De kleur Rood heeft de langste golflengten (het dichtst bij infrarood), en violet (het dichtst bij UV) de kortste.
natuurlijke zonne-energie
broeikaseffect
de infrarode, zichtbare en UV-golven die de Aarde bereiken nemen deel aan een proces van opwarming van de planeet en het mogelijk maken van leven—het zogenaamde “broeikaseffect.Ongeveer 30% van de zonne-energie die de aarde bereikt wordt terug in de ruimte gereflecteerd. De rest wordt geabsorbeerd in de atmosfeer van de aarde. De straling verwarmt het aardoppervlak, en het oppervlak straalt een deel van de energie terug uit in de vorm van infraroodgolven. Als ze door de atmosfeer stijgen, worden ze onderschept door broeikasgassen, zoals waterdamp en kooldioxide.

broeikasgassen vangen de warmte op die weer in de atmosfeer reflecteert. Op deze manier gedragen ze zich als de glazen wanden van een kas. Dit broeikaseffect houdt de aarde warm genoeg om leven in stand te houden.
fotosynthese
bijna al het leven op aarde is direct of indirect afhankelijk van zonne-energie voor voedsel.
producenten zijn rechtstreeks afhankelijk van zonne-energie. Ze absorberen zonlicht en zetten het om in voedingsstoffen via een proces dat fotosynthese heet. Producenten, ook wel autotrophs genoemd, zijn planten, algen, bacteriën en schimmels. Autotrophs zijn de basis van het voedselweb.
consumenten zijn voor nutriënten afhankelijk van producenten. Herbivoren, carnivoren, omnivoren en detritivoren zijn indirect afhankelijk van zonne-energie. Herbivoren eten planten en andere producenten. Carnivoren en omnivoren eten zowel producenten als herbivoren. Detritivores ontleden plantaardige en dierlijke materie door het te consumeren.
fossiele brandstoffen
fotosynthese is ook verantwoordelijk voor alle fossiele brandstoffen op aarde. Wetenschappers schatten dat ongeveer 3 miljard jaar geleden, de eerste autotrofen geëvolueerd in aquatische omgevingen. Zonlicht zorgde ervoor dat planten konden gedijen en evolueren. Na de dood van de autotrophs, ze ontbonden en verschoven dieper in de aarde, soms duizenden meters. Dit proces duurde miljoenen jaren.
onder intense druk en hoge temperaturen werden deze resten wat we kennen als fossiele brandstoffen. Micro-organismen werden aardolie, aardgas en steenkool.
mensen hebben processen ontwikkeld om deze fossiele brandstoffen te winnen en voor energie te gebruiken. Fossiele brandstoffen zijn echter een niet-hernieuwbare hulpbron. Het duurt miljoenen jaren om ze te vormen.
het gebruik van zonne-energie
zonne-energie is een hernieuwbare hulpbron, en veel technologieën kunnen deze rechtstreeks oogsten voor gebruik in woningen, bedrijven, scholen en ziekenhuizen. Sommige zonne-energietechnologieën omvatten fotovoltaïsche cellen en panelen, geconcentreerde zonne-energie en zonne-architectuur.Er zijn verschillende manieren om zonnestraling op te vangen en om te zetten in bruikbare energie. De methoden maken gebruik van actieve zonne – energie of passieve zonne-energie.
actieve zonnetechnologieën maken gebruik van elektrische of mechanische apparaten om zonne-energie actief om te zetten in een andere vorm van energie, meestal warmte of elektriciteit. Passieve solar technologies maken geen gebruik van externe apparaten. In plaats daarvan maken ze gebruik van het lokale klimaat om structuren te verwarmen tijdens de winter, en reflecteren warmte tijdens de zomer. Fotovoltaïek is een vorm van actieve zonnetechnologie die in 1839 werd ontdekt door de 19-jarige Franse natuurkundige Alexandre-Edmond Becquerel. Becquerel ontdekte dat toen hij zilver-chloride in een zure oplossing plaatste en het blootstelde aan zonlicht, de platina elektroden eraan een elektrische stroom genereerden. Dit proces van het genereren van elektriciteit direct uit zonnestraling heet het fotovoltaïsche effect, of fotovoltaïsche.

vandaag de dag is fotovoltaïsche energie waarschijnlijk de meest bekende manier om zonne-energie te benutten. Fotovoltaïsche arrays omvatten meestal zonnepanelen, een verzameling van tientallen of zelfs honderden zonnecellen.
elke zonnecel bevat een halfgeleider, meestal gemaakt van silicium. Als de halfgeleider zonlicht absorbeert, slaat hij elektronen los. Een elektrisch veld stuurt deze losse elektronen naar een elektrische stroom, die in één richting stroomt. Metalen contacten aan de boven-en onderkant van een zonnecel leiden die stroom naar een extern object. Het externe object kan zo klein zijn als een rekenmachine op zonne-energie of zo groot als een elektriciteitscentrale.
fotovoltaïsche cellen werden voor het eerst op grote schaal gebruikt in ruimtevaartuigen. Veel satellieten, waaronder het International Space Station, beschikken over brede, reflecterende “vleugels” van zonnepanelen. Het ISS heeft twee zonnevleugels( SAWs), die elk ongeveer 33.000 zonnecellen gebruiken. Deze fotovoltaïsche cellen leveren alle elektriciteit aan het ISS, waardoor astronauten het station kunnen bedienen, maandenlang veilig in de ruimte kunnen leven en wetenschappelijke en technische experimenten kunnen uitvoeren.Over de hele wereld zijn fotovoltaïsche centrales gebouwd. De grootste stations zijn in de Verenigde Staten, India en China. Deze centrales stoten honderden megawatt elektriciteit uit, die wordt gebruikt om huizen, bedrijven, scholen en ziekenhuizen te bevoorraden.
fotovoltaïsche technologie kan ook op kleinere schaal worden geïnstalleerd. Zonnepanelen en cellen kunnen worden bevestigd aan de daken of buitenmuren van gebouwen, het leveren van elektriciteit voor de structuur. Ze kunnen worden geplaatst langs wegen naar lichte snelwegen. Zonnecellen zijn klein genoeg om nog kleinere apparaten van stroom te voorzien, zoals rekenmachines, parkeermeters, afvalpersen en waterpompen.
geconcentreerde zonne-energie
een ander type actieve zonnetechnologie is geconcentreerde zonne-energie of geconcentreerde zonne-energie (CSP). CSP-technologie gebruikt lenzen en spiegels om zonlicht van een groot gebied naar een veel kleiner gebied te concentreren. Dit intense stralingsgebied verwarmt een vloeistof, die op zijn beurt elektriciteit genereert of een ander proces voedt.
zonne-ovens zijn een voorbeeld van geconcentreerde zonne-energie. Er zijn veel verschillende soorten zonne-ovens, waaronder zonne-energie torens, parabolische troggen, en Fresnel Reflectoren. Ze gebruiken dezelfde algemene methode om energie op te vangen en om te zetten.
zonne-energietorens gebruiken heliostaten, platte spiegels die draaien om de boog van de zon door de hemel te volgen. De spiegels zijn gerangschikt rond een centrale “collector tower” en reflecteren zonlicht in een geconcentreerde lichtstraal die schijnt op een brandpunt op de toren.
in eerdere ontwerpen van zonne-energietorens verwarmde het geconcentreerde zonlicht een waterreservoir, dat stoom produceerde die een turbine aandreef. Meer recent gebruiken sommige zonne-energietorens vloeibaar natrium, dat een hogere warmtecapaciteit heeft en warmte langer vasthoudt. Dit betekent dat de vloeistof niet alleen temperaturen bereikt van 773 tot 1.273 K (500 tot 1.000° C of 932 tot 1.832° F), maar het kan ook water blijven koken en energie opwekken, zelfs als de zon niet schijnt.
Parabolische troggen en Fresnelreflectoren gebruiken ook CSP, maar hun spiegels zijn anders gevormd. Parabolische spiegels zijn gebogen, met een vorm vergelijkbaar met een zadel. Fresnel-Reflectoren gebruiken vlakke, dunne stroken spiegel om zonlicht op te vangen en te richten op een buis met vloeistof. Fresnel-Reflectoren hebben meer oppervlakte dan parabolische troggen en kunnen de energie van de zon concentreren tot ongeveer 30 keer de normale intensiteit.
geconcentreerde zonne-energiecentrales werden voor het eerst ontwikkeld in de jaren ‘ 80. de grootste installatie ter wereld is een reeks installaties in de Mojavewoestijn van Californië. Dit zonne-energie genererende systeem (SEGS) genereert meer dan 650 gigawatt-uur elektriciteit per jaar. Andere grote en effectieve planten zijn ontwikkeld in Spanje en India.

geconcentreerde zonne-energie kan ook op kleinere schaal worden gebruikt. Het kan warmte genereren voor zonne-fornuizen, bijvoorbeeld. Mensen in dorpen over de hele wereld gebruiken zonnekokers om water te koken voor sanitaire voorzieningen en om voedsel te koken.Zonnekokers bieden veel voordelen ten opzichte van houtkachels: ze vormen geen brandgevaar, produceren geen rook, hebben geen brandstof nodig en verminderen het verlies van habitats in bossen waar bomen als brandstof zouden worden geoogst. Solar fornuizen ook toestaan dorpelingen om tijd voor onderwijs, zaken, gezondheid, of familie na te streven tijdens de tijd die eerder werd gebruikt voor het verzamelen van brandhout. Zonne-fornuizen worden gebruikt in gebieden zo divers als Tsjaad, Israël, India en Peru.
Zonnearchitectuur
gedurende een dag maakt zonne-energie deel uit van het proces van thermische convectie, of de beweging van warmte van een warmere naar een koelere ruimte. Wanneer de zon opkomt, begint het objecten en materiaal op aarde te verwarmen. Gedurende de dag absorberen deze materialen warmte van zonnestraling. ‘S nachts, als de zon ondergaat en de atmosfeer is afgekoeld, geven de materialen hun warmte terug in de atmosfeer.
passieve zonne-energietechnieken maken gebruik van dit natuurlijke verwarmings-en koelproces.
woningen en andere gebouwen maken gebruik van passieve zonne-energie om warmte efficiënt en goedkoop te verdelen. Het berekenen van de “thermische massa” van een gebouw is hiervan een voorbeeld. De thermische massa van een gebouw is het grootste deel van het materiaal dat gedurende de dag wordt verwarmd. Voorbeelden van de thermische massa van een gebouw zijn hout, metaal, beton, klei, steen of modder. ‘S nachts geeft de thermische massa zijn warmte terug in de kamer. Effectieve ventilatiesystemen-gangen, ramen en luchtkanalen—verdelen de verwarmde lucht en handhaven een gematigde, consistente binnentemperatuur.
passieve zonnetechnologie is vaak betrokken bij het ontwerp van een gebouw. Bijvoorbeeld, in de planningsfase van de bouw, de ingenieur of architect kan het gebouw af te stemmen op de dagelijkse weg van de zon om gewenste hoeveelheden zonlicht te ontvangen. Deze methode houdt rekening met de breedtegraad, hoogte en typische bewolking van een specifiek gebied. Daarnaast kunnen gebouwen worden gebouwd of achteraf worden geïnstalleerd om thermische isolatie, thermische massa of extra schaduw te hebben.
andere voorbeelden van passieve zonnearchitectuur zijn koele daken, stralingsschermen en groene daken. Koele daken zijn wit geschilderd en reflecteren de straling van de zon in plaats van het te absorberen. Het witte oppervlak vermindert de hoeveelheid warmte die het interieur van het gebouw bereikt, wat op zijn beurt de hoeveelheid energie vermindert die nodig is om het gebouw te koelen.
Stralingsschermen werken op dezelfde manier als koele daken. Ze bieden isolatie met zeer reflecterende materialen, zoals aluminiumfolie. De folie reflecteert, in plaats van absorbeert, warmte en kan de koelkosten tot 10% verlagen. Naast daken en zolders kunnen ook stralingsschermen onder vloeren worden geïnstalleerd.
groene daken zijn daken die volledig bedekt zijn met vegetatie. Ze hebben bodem en irrigatie nodig om de planten te ondersteunen, en een waterdichte laag eronder. Groene daken verminderen niet alleen de hoeveelheid warmte die wordt geabsorbeerd of verloren, maar zorgen ook voor vegetatie. Door fotosynthese absorberen de planten op groene daken kooldioxide en stoten ze zuurstof uit. Ze filteren verontreinigende stoffen uit regenwater en lucht, en compenseren sommige effecten van het energieverbruik in die ruimte.
groene daken zijn al eeuwenlang een traditie in Scandinavië en zijn recentelijk populair geworden in Australië, West-Europa, Canada en de Verenigde Staten. Bijvoorbeeld, de Ford Motor Company bedekte 42.000 vierkante meter (450.000 vierkante voet) van zijn assemblagefabriek daken in Dearborn, Michigan, met vegetatie. Naast het verminderen van de uitstoot van broeikasgassen, verminderen de daken het afvloeien van regenwater door enkele centimeters regen te absorberen.

Groene Daken en koele daken kunnen ook het “urban heat island” – effect tegengaan. In drukke steden kan de temperatuur constant hoger zijn dan de omliggende gebieden. Veel factoren dragen hieraan bij: steden zijn opgebouwd uit materialen zoals asfalt en beton die warmte absorberen; hoge gebouwen blokkeren wind en de koeleffecten ervan; en grote hoeveelheden afvalwarmte worden gegenereerd door de industrie, het verkeer en de hoge bevolking. Het gebruik van de beschikbare ruimte op het dak om bomen te planten, of het reflecteren van warmte met witte daken, kan de lokale temperatuurstijgingen in stedelijke gebieden gedeeltelijk verlichten.
zonne-energie en mensen
aangezien zonlicht in de meeste delen van de wereld slechts ongeveer de helft van de dag schijnt, moeten technologieën voor zonne-energie methoden omvatten om de energie tijdens donkere uren op te slaan.
thermische massasystemen gebruiken paraffinewas of verschillende vormen van zout om de energie in de vorm van warmte op te slaan. Fotovoltaïsche systemen kunnen overtollige elektriciteit naar het lokale elektriciteitsnet sturen of de energie opslaan in oplaadbare batterijen.
er zijn veel voor-en nadelen aan het gebruik van zonne-energie.
voordelen
een groot voordeel van het gebruik van zonne-energie is dat het een hernieuwbare hulpbron is. We zullen een constante, onbeperkte hoeveelheid zonlicht hebben voor nog eens 5 miljard jaar. Binnen een uur ontvangt de atmosfeer van de aarde genoeg zonlicht om de elektriciteitsbehoeften van ieder mens op aarde een jaar lang te voeden.
zonne-energie is schoon. Nadat de apparatuur voor zonne-energie is gebouwd en geïnstalleerd, heeft zonne-energie geen brandstof nodig om te werken. Het stoot ook geen broeikasgassen of giftige materialen uit. Het gebruik van zonne-energie kan de impact op het milieu drastisch verminderen.
er zijn locaties waar Zonne-energie praktisch is. Huizen en gebouwen in gebieden met veel zonlicht en lage bewolking hebben de mogelijkheid om de overvloedige energie van de zon te benutten.
zonnekokers bieden een uitstekend alternatief voor koken met houtkachels—waar nog steeds 2 miljard mensen op vertrouwen. Solar fornuizen bieden een schonere en veiligere manier om water te zuiveren en voedsel te koken.
zonne-energie vormt een aanvulling op andere hernieuwbare energiebronnen, zoals wind-of hydro-elektrische energie.
huizen of bedrijven die succesvolle zonnepanelen installeren, kunnen zelfs overtollige elektriciteit produceren. Deze huiseigenaren of bedrijfseigenaren kunnen energie terug te verkopen aan de elektrische provider, het verminderen of zelfs elimineren van energierekeningen.
nadelen
het belangrijkste afschrikmiddel voor het gebruik van zonne-energie is de vereiste apparatuur. Zonne-technologie apparatuur is duur. De aankoop en installatie van de apparatuur kan tienduizenden dollars kosten voor individuele woningen. Hoewel de overheid vaak lagere belastingen biedt aan mensen en bedrijven die zonne-energie gebruiken, en de technologie elektriciteitsrekeningen kan elimineren, zijn de initiële kosten te hoog voor velen om te overwegen.
zonne – energieapparatuur is ook zwaar. Om zonnepanelen achteraf op het dak van een gebouw te installeren, moet het dak sterk, groot en gericht zijn op het pad van de zon.
zowel actieve als passieve zonnetechnologie is afhankelijk van factoren die buiten onze controle liggen, zoals klimaat en bewolking. Lokale gebieden moeten worden bestudeerd om te bepalen of zonne-energie in dat gebied al dan niet effectief zou zijn.
zonlicht moet overvloedig en consistent zijn, wil zonne-energie een efficiënte keuze zijn. Op de meeste plaatsen op aarde, maakt de variabiliteit van zonlicht het moeilijk te implementeren als de enige energiebron.