solenergi är någon typ av energi som genereras av solen.
solenergi skapas av kärnfusion som äger rum i solen. Fusion uppstår när protoner av väteatomer kolliderar våldsamt i solens kärna och smälter samman 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 förekommer i andra stjärnor som är ungefär lika stora som 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 cirka 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 2% av solens energi av CNO-cykeln.
kärnfusion genom PP – kedjereaktionen eller CNO-cykeln frigör enorma mängder energi i form av vågor och partiklar. Solenergi strömmar ständigt bort från solen och genom 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 existerar 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 under en given tidsenhet, så de är högfrekventa. Däremot har lågfrekventa vågor mycket längre våglängder.
de allra flesta elektromagnetiska vågor är osynliga för oss. De mest högfrekventa vågorna som emitteras 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 färdas genom atmosfären och kan orsaka solbränna.
solen avger också infraröd strålning, vars vågor är mycket lägre frekvens. Mest värme från solen kommer som infraröd energi.
inklämt mellan infraröd och UV är det synliga spektrumet, som innehåller alla färger vi ser på jorden. Färgen röd har de längsta våglängderna (närmast infraröd) och violett (närmast UV) den kortaste.
naturlig solenergi
växthuseffekten
de infraröda, synliga och UV-vågorna som når jorden deltar i en process för att värma planeten och göra livet möjligt—den så kallade ”växthuseffekten.”
cirka 30% av solenergin som når jorden reflekteras tillbaka i rymden. Resten absorberas i jordens atmosfär. Strålningen värmer jordens yta, och ytan utstrålar en del av energin tillbaka i form av infraröda vågor. När de stiger genom atmosfären avlyssnas de av växthusgaser, såsom vattenånga och koldioxid.
växthusgaser fångar värmen som reflekterar tillbaka upp i atmosfären. På detta sätt fungerar de som glasväggarna i ett växthus. Denna växthuseffekt håller jorden varm nog för att upprätthålla livet.
fotosyntes
nästan allt liv på jorden är beroende av solenergi för mat, antingen direkt eller indirekt.
producenter är direkt beroende av 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 livsmedelsnätet.
konsumenterna är beroende av producenter för näringsämnen. Växtätare, köttätare, omnivorer och detritivorer förlitar sig indirekt på solenergi. Växtätare äter växter och andra producenter. Köttätare och omnivorer äter både producenter och växtätare. Detritivores sönderdelar växt-och djurmaterial genom att konsumera det.
fossila bränslen
fotosyntes är också ansvarig för alla fossila bränslen på jorden. Forskare uppskattar att för cirka 3 miljarder år sedan utvecklades de första autotroferna i vattenmiljöer. Solljus tillät växtlivet att trivas och utvecklas. Efter att autotroferna dog, sönderdelades de och skiftades djupare in i jorden, ibland tusentals meter. Denna process fortsatte i miljontals år.
Under intensivt tryck och höga temperaturer blev dessa rester vad vi känner som fossila bränslen. Mikroorganismer blev petroleum, naturgas och kol.
människor har utvecklat processer för att utvinna dessa fossila bränslen och använda dem för energi. Fossila bränslen är dock en icke-förnybar resurs. De tar miljontals år att bilda.
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.
aktiv solteknik använder elektriska eller mekaniska anordningar för att aktivt omvandla solenergi till en annan form av energi, oftast värme eller el. Passiv solteknik använder inga externa enheter. Istället utnyttjar de det lokala klimatet för att värma strukturer under vintern och reflektera värme under sommaren.
fotovoltaik
fotovoltaik är en form av aktiv solteknik som upptäcktes 1839 av den 19-årige franska fysikern Alexandre-Edmond Becquerel. Becquerel upptäckte att när han placerade silverklorid i en sur lösning och utsatte den för solljus, genererade platinelektroderna som var 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 kända sättet att utnyttja solenergi. Fotovoltaiska arrayer involverar vanligtvis solpaneler, en samling av dussintals eller till och med hundratals solceller.
varje solcell innehåller en halvledare, vanligtvis tillverkad av kisel. När halvledaren absorberar solljus, slår den elektroner lös. Ett elektriskt fält leder dessa lösa elektroner till en elektrisk ström som strömmar i en riktning. Metallkontakter på toppen och botten av en solcell riktar den strömmen till ett externt objekt. Det externa objektet kan vara så litet som en soldriven kalkylator eller så stor som ett kraftverk.
fotovoltaik användes först i stor utsträckning på rymdfarkoster. Många satelliter, inklusive den internationella rymdstationen, har breda, reflekterande” vingar ” av solpaneler. ISS har två solar array wings (sågar), var och en med cirka 33 000 solceller. Dessa fotovoltaiska celler levererar all el till ISS, så att astronauterna kan driva stationen, leva säkert i rymden i flera månader i taget och genomföra vetenskapliga och tekniska experiment.
fotovoltaiska kraftverk har byggts över hela världen. De största stationerna finns i USA, Indien och Kina. Dessa kraftverk 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 fästas på tak eller ytterväggar i byggnader och leverera el till strukturen. De kan placeras längs vägar till lätta motorvägar. Solceller är tillräckligt små för att driva ännu mindre enheter, såsom miniräknare, parkeringsmätare, sopkomprimatorer och vattenpumpar.
koncentrerad solenergi
en annan typ av aktiv solteknik är koncentrerad solenergi eller koncentrerad solenergi (CSP). CSP-tekniken 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 bränner en annan process.
solugnar är ett exempel på koncentrerad solenergi. Det finns många olika typer av sol ugnar, inklusive solenergi torn, paraboliska tråg, och Fresnel reflektorer. De använder samma allmänna metod för att fånga och konvertera energi.
Solkraftstorn använder heliostater, plana speglar som vänder sig för att följa solens båge genom himlen. Speglarna är ordnade runt ett centralt ”samlartorn” och reflekterar solljus i en koncentrerad ljusstråle som lyser på en kontaktpunkt på tornet.
i tidigare konstruktioner av solkraftstorn värmde det koncentrerade solljuset en behållare med vatten, som producerade ånga som drev en turbin. På senare tid använder vissa solkraftstorn flytande natrium, som har högre värmekapacitet och behåller värme under en längre tid. Detta innebär att vätskan inte bara når temperaturer på 773 till 1,273 K (500 till 1,000 C eller 932 till 1,832 C), men det kan fortsätta att koka vatten och generera kraft även när solen inte skiner.
paraboliska tråg och Fresnelreflektorer använder också CSP, men deras speglar är formade annorlunda. Paraboliska speglar är böjda, med en form som liknar en sadel. Fresnel-reflektorer använder platta, tunna spegelremsor för att fånga solljus och rikta det på ett rör med vätska. Fresnel-reflektorer har mer yta 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 Kaliforniens Mojaveöknen. Detta Solenergigenereringssystem (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 laga mat.
solkokare ger många fördelar jämfört med vedeldade spisar: de är inte brandfarliga, producerar inte rök, kräver inte bränsle och minskar livsmiljöförlusten i skogar där träd skulle skördas för bränsle. Solkokare tillåter också bybor att bedriva tid för utbildning, företag, hälsa eller familj under tid 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 med termisk konvektion, eller rörelsen av värme från ett varmare utrymme till en svalare. När solen stiger 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 utnyttjar denna naturliga uppvärmnings-och kylprocess.
bostäder och andra byggnader använder passiv solenergi för att distribuera värme effektivt och billigt. Att beräkna en byggnads ”termiska massa” är ett exempel på detta. En byggnads termiska massa är huvuddelen av materialet uppvärmt hela dagen. Exempel på en byggnads termiska massa är trä, metall, betong, lera, sten eller lera. På natten släpper den termiska massan sin värme tillbaka in i rummet. Effektiva ventilationssystem-hallar, fönster och luftkanaler—fördelar den uppvärmda luften och upprätthåller en måttlig, jämn inomhustemperatur.
passiv solteknik är ofta involverad i utformningen av en byggnad. Till exempel, i planeringsstadiet av konstruktion, ingenjören eller arkitekten kan anpassa byggnaden med solens dagliga väg för att ta emot önskvärda mängder solljus. Denna metod tar hänsyn till latitud, höjd och typiskt Molntäcke i ett visst område. Dessutom kan byggnader byggas eller eftermonteras för att ha värmeisolering, termisk massa eller extra skuggning.
andra exempel på passiv solarkitektur är svala tak, strålningsbarriärer och gröna tak. Coola tak är målade vita och reflekterar 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.
strålningsbarriärer fungerar på samma sätt som svala tak. De ger isolering med mycket reflekterande material, såsom aluminiumfolie. Folien reflekterar, istället för absorberar, värme och kan minska kylkostnaderna upp till 10%. 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 lager under. Gröna tak minskar inte bara mängden värme som absorberas eller förloras, men 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 energianvändningen 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 dess monteringsanläggningstak i Dearborn, Michigan, med vegetation. Förutom att minska utsläppen av växthusgaser minskar taken dagvattenavrinningen genom att absorbera flera centimeter nederbörd.
gröna tak och svala tak kan också motverka” urban heat island ” – effekten. 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 kylningseffekter; och stora mängder spillvärme 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 solljuset 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 överflödig el till det lokala elnätet eller lagra energin i uppladdningsbara batterier.
det finns många fördelar 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 tillgång till solljus i ytterligare 5 miljarder år. På en timme får jordens atmosfär tillräckligt med solljus för att driva elbehovet hos varje människa på jorden i ett år.
solenergi är ren. Efter att solteknikutrustningen har konstruerats och införts behöver solenergi inte bränsle för att fungera. Det avger inte heller växthusgaser eller giftiga material. Att använda solenergi kan drastiskt minska den påverkan vi har på miljön.
det finns platser där solenergi är praktisk. Bostäder och byggnader i områden med stora mängder solljus och lågt Molntäcke har möjlighet att utnyttja solens rikliga energi.
solkokare är ett utmärkt alternativ till matlagning med vedeldade spisar-som 2 miljarder människor fortfarande litar på. 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
den främsta avskräckningen för att använda solenergi är den nödvändiga utrustningen. Solteknikutrustning är dyr. Inköp och installation av utrustningen kan kosta tiotusentals dollar för enskilda hem. Även om regeringen ofta erbjuder reducerade skatter till människor och företag som använder solenergi, och tekniken kan eliminera elräkningar, är initialkostnaden för brant för många att överväga.
solenergi utrustning är också tung. För att eftermontera eller installera solpaneler på taket på en byggnad måste taket vara starkt, stort och orienterat mot solens väg.
både aktiv och passiv solteknik beror på faktorer som är utanför vår kontroll, såsom klimat och Molntäcke. Lokala områden måste studeras för att avgöra om solenergi skulle vara effektiv i det området.
solljus måste vara rikligt och konsekvent för att solenergi ska vara ett effektivt val. På de flesta ställen på jorden gör solljusets variation det svårt att implementera som den enda energikällan.