Aurinkoenergia on minkä tahansa tyyppistä energiaa, jonka aurinko tuottaa.

Aurinkoenergia syntyy auringossa tapahtuvan ydinfuusion avulla.Fuusio tapahtuu, kun vetyatomien protonit törmäävät väkivaltaisesti auringon ytimeen ja sulautuvat helium -atomin luomiseksi.

Tämä prosessi, joka tunnetaan nimellä PP (protoniprotoninen) ketjureaktio, emittoi valtavan määrän energiaa.Ytimessä aurinko sulautuu noin 620 miljoonaa tonnia vetyä sekunnin välein.PP -ketjureaktio esiintyy muissa tähtiissä, jotka ovat suunnilleen auringomme kokoisia, ja tarjoaa heille jatkuvaa energiaa ja lämpöä.Näiden tähtien lämpötila on noin 4 miljoonaa astetta Kelvin -asteikolla (noin 4 miljoonaa celsiusastetta, 7 miljoonaa Fahrenheit -astetta).

Tähteissä, jotka ovat noin 1,3 kertaa suurempia kuin aurinko, CNO -sykli ajaa energian luomista.CNO -sykli muuntaa vedyn myös heliumiksi, mutta se riippuu hiilen, typen ja hapen (C, N ja O) tekemisestä.Tällä hetkellä CNO -sykli luo alle kaksi prosenttia auringon energiasta.

Ydinfuusio PP -ketjureaktion tai CNO -syklin avulla vapauttaa valtavia määriä energiaa aaltojen ja hiukkasten muodossa.Aurinkoenergia virtaa jatkuvasti pois auringosta ja koko aurinkojärjestelmästä.Aurinkoenergia lämmittää maata, aiheuttaa tuulta ja säätä ja ylläpitää kasvien ja eläinten elämää.

Auringon energia, lämpö ja valo virtaavat sähkömagneettisen säteilyn (EMR) muodossa.

Sähkömagneettinen spektri esiintyy eri taajuuksien ja aallonpituuksien aaltoina.Aallon taajuus edustaa kuinka monta kertaa aalto toistuu tietyssä aikayksikössä.Hyvin lyhyillä aallonpituuksilla olevat aallot toistuvat useita kertoja tietyssä aikayksikössä, joten ne ovat korkeataajuus.Sitä vastoin matalataajuisilla aaltoilla on paljon pidempiä aallonpituuksia.

Suurin osa sähkömagneettisista aaltoista on meille näkymättömiä.Auringon lähettämät korkean taajuuden aallot ovat gammasäteet, röntgenkuvat ja ultraviolettisäteily (UV-säteet).Haitallisimmat UV -säteet ovat melkein täysin imeytyneet maan ilmakehään.Vähemmän voimakkaat UV -säteet kulkevat ilmakehän läpi ja voivat aiheuttaa auringonpolttamaa.

Aurinko säteilee myös infrapunasäteilyä, jonka aallot ovat paljon pienemmät.Suurin osa auringosta saapuu infrapunaenergiana.

Infrapuna- ja UV: n välinen kerros on näkyvä spektri, joka sisältää kaikki värit, joita näemme maan päällä.Punaisella värillä on pisin aallonpituudet (lähinnä infrapuna) ja violetti (lähinnä UV: tä) lyhin.

Luonnollinen aurinkoenergia

Kasvihuoneilmiö
Infrapuna-, näkyvät ja UV-aallot, jotka saavuttavat maan, osallistuvat planeetan lämmittämiseen ja elämän mahdolliseksi-ns. Kasvihuonevaikutukseen.

Noin 30 prosenttia maan saavuttaneesta aurinkoenergiasta heijastuu takaisin avaruuteen.Loput imeytyy maan ilmakehään.Säteily lämmittää maan pintaa, ja pinta säteilee osan energiasta takaisin infrapunaaltojen muodossa.Kun ne nousevat ilmakehän läpi, ne sieppaavat kasvihuonekaasut, kuten vesihöyry ja hiilidioksidi.

Kasvihuonekaasu vangitsee lämmön, joka heijastaa takaisin ilmakehään.Tällä tavalla ne toimivat kuin kasvihuoneen lasiseinät.Tämä kasvihuonevaikutus pitää maapallon tarpeeksi lämpimänä elämän ylläpitämiseksi.

Fotosynteesi
Lähes kaikki maapallon elämä luottaa ruoan aurinkoenergiaan joko suoraan tai epäsuorasti.

Tuottajat luottavat suoraan aurinkoenergiaan.Ne imevät auringonvaloa ja muuntavat sen ravinteiksi prosessin avulla, jota kutsutaan fotosynteesiksi.Tuottajia, joita kutsutaan myös autotrofeiksi, sisältävät kasvit, levät, bakteerit ja sienet.Autotrofit ovat ruokaverkon perusta.

Kuluttajat luottavat ravinteiden tuottajiin.Kasvissyöjät, lihansyöjät, kaikkennet ja irijat luottavat epäsuorasti aurinkoenergiaan.Kasvissyöjät syövät kasveja ja muita tuottajia.Lihansyöjät ja kaikkinnot syövät sekä tuottajia että kasvissyöjiä.Detritivors hajottaa kasvi- ja eläinasiat kuluttamalla sitä.

Fossiiliset polttoaineet
Fotosynteesi vastaa myös kaikista maan fossiilisista polttoaineista.Tutkijoiden mukaan noin kolme miljardia vuotta sitten ensimmäiset autotrofit kehittyivät vesiympäristössä.Auringonvalo antoi kasvien elämän menestyä ja kehittyä.Autotrofien kuoleman jälkeen ne hajoavat ja siirtyivät syvemmälle maahan, joskus tuhansien metrien.Tämä prosessi jatkui miljoonien vuosien ajan.

Voimassa paineessa ja korkeissa lämpötiloissa näistä jäännöksistä tuli mitä tunnemme fossiilisiksi polttoaineiksi.Mikro -organismeista tuli öljy, maakaasu ja hiili.

Ihmiset ovat kehittäneet prosesseja näiden fossiilisten polttoaineiden purkamiseksi ja niiden käyttämiseksi energiaan.Fossiiliset polttoaineet ovat kuitenkin uusiutumaton resurssi.Niiden muodostaminen vie miljoonia vuosia.

Aurinkoenergian valjastaminen

Aurinkoenergia on uusiutuva resurssi, ja monet tekniikat voivat korjata sen suoraan käytettäväksi kodeissa, yrityksissä, kouluissa ja sairaaloissa.Jotkut aurinkoenergiateknologiat sisältävät aurinkosähkön solut ja paneelit, tiivistetty aurinkoenergia ja aurinkoarkkitehtuuri.

Auringonsäteilyn sieppaamiseen ja sen muuttamiseen käytettäväksi energiaksi on olemassa erilaisia ​​tapoja.Menetelmät käyttävät joko aktiivista aurinkoenergiaa tai passiivista aurinkoenergiaa.

Aktiiviset aurinkotekniikat käyttävät sähköisiä tai mekaanisia laitteita muuttamaan aurinkoenergiaa aktiivisesti toiseen energiamuotoon, useimmiten lämmön tai sähköksi.Passiiviset aurinkoteknologiot eivät käytä ulkoisia laitteita.Sen sijaan he hyödyntävät paikallista ilmastoa lämpörakenteisiin talvella ja heijastavat lämpöä kesällä.

Aurinkosähkö

Photoholtaics on muoto aktiivisesta aurinkoteknologiasta, jonka 19-vuotias ranskalainen fyysikko Alexandre-Edmond Becquerel löysi vuonna 1839.Becquerel huomasi, että kun hän asetti hopeakloridin happamaan liuokseen ja paljasti sen auringonvaloon, siihen kiinnitetyt platinaelektrodit tuottivat sähkövirran.Tätä sähkön tuottamisprosessia suoraan aurinkosäteilystä kutsutaan aurinkosähkövaikutukseksi tai aurinkosähköksi.

Nykyään aurinkosähkö on luultavasti tutuin tapa valjastaa aurinkoenergiaa.Aurinkosähköjärjestelmiin sisältyy yleensä aurinkopaneeleja, kymmeniä tai jopa satoja aurinkokennoja.

Jokainen aurinkokenno sisältää puolijohteen, joka on yleensä valmistettu piistä.Kun puolijohde absorboi auringonvaloa, se koputtaa elektronit irti.Sähkökenttä ohjaa nämä löysät elektronit sähkövirtaan, joka virtaa yhteen suuntaan.Metallikoskettimet aurinkokennon ylä- ja alaosassa ohjaavat virtaa ulkoiseen objektiin.Ulkoinen objekti voi olla yhtä pieni kuin aurinkoenergiakäyttöinen laskin tai niin suuri kuin voimalaitos.

Photovoltia käytettiin ensin laajasti avaruusaluksissa.Monissa satelliiteissa, mukaan lukien kansainvälinen avaruusasema (ISS), on laaja, heijastava aurinkopaneelien "siipi".ISS: llä on kaksi aurinkoaryhmää (SAW), joista kukin käyttävät noin 33 000 aurinkokennoa.Nämä aurinkosähkökennot toimittavat kaiken sähkön ISS: lle, jolloin astronautit voivat käyttää asemaa, asuu turvallisesti avaruudessa kuukausia kerrallaan ja suorittaa tieteellisiä ja tekniikkakokeita.

Photosholec -voimalaitokset on rakennettu ympäri maailmaa.Suurimmat asemat ovat Yhdysvalloissa, Intiassa ja Kiinassa.Nämä voimalaitokset lähettävät satoja megawatteja sähköä, jota käytetään toimittamaan koteja, yrityksiä, kouluja ja sairaaloita.

Photosholtic -tekniikkaa voidaan myös asentaa pienemmässä mittakaavassa.Aurinkopaneelit ja solut voidaan kiinnittää rakennusten kattoihin tai ulkoseiniin, mikä tarjoaa sähkön rakenteelle.Ne voidaan sijoittaa teitä pitkin moottoriteille.Aurinkokennot ovat riittävän pieniä, jotta voidaan käyttää jopa pienempiä laitteita, kuten laskimia, pysäköintimittareita, roskakorin ja vesipumppuja.

Keskittynyt aurinkoenergia

Toinen tyyppi aktiivista aurinkoenergiateknologiaa on keskittynyt aurinkoenergiaa tai tiivistetty aurinkoenergia (CSP).CSP -tekniikka käyttää linssejä ja peilejä keskittymään (keskittymään) auringonvalon suurelta alueelta paljon pienemmälle alueelle.Tämä voimakas säteilyalue lämmittää nestettä, joka puolestaan ​​tuottaa sähköä tai polttaa toista prosessia.

Aurinkouunit ovat esimerkki keskittyneestä aurinkovoimasta.Aurinkouuneja on monia erityyppisiä, mukaan lukien aurinkovoiman tornit, paraboliset kourut ja Fresnel -heijastimet.He käyttävät samaa yleistä menetelmää energian sieppaamiseen ja muuntamiseen.

Aurinkoenergiarnit käyttävät heliastatteja, litteitä peilejä, jotka kääntyvät seuraamaan auringon kaaria taivaan läpi.Peilit on järjestetty keskustan ”keräilijätornin” ympärille ja heijastavat auringonvaloa keskittyneeksi valonsäteelle, joka loistaa tornin keskipisteeseen.

Aikaisemmissa aurinkovoimalaitoksen malleissa tiivistetty auringonvalo lämmitti vesisäiliön, joka tuotti höyryä, joka käytti turbiinia.Viime aikoina jotkut aurinkovoimalaitokset käyttävät nestemäistä natriumia, jolla on korkeampi lämpökapasiteetti ja joka säilyttää lämpöä pidemmän ajan.Tämä tarkoittaa, että neste ei vain saavuta lämpötiloja 773 - 1 273 000 (500 ° - 1 000 ° C tai 932 ° - 1 832 ° F), mutta se voi jatkaa veden keittämistä ja tuottaa voimaa, vaikka aurinko ei paista.

Paraboliset kourut ja Fresnel -heijastimet käyttävät myös CSP: tä, mutta niiden peilit ovat muotoiltu eri tavalla.Paraboliset peilit ovat kaarevia, ja muoto on samanlainen kuin satula.Fresnel -heijastimet käyttävät litteitä, ohuita peilinauhoja auringonvalon sieppaamiseen ja ohjaamiseen nesteputkeen.Fresnel -heijastimilla on enemmän pinta -alaa kuin parabolisilla kouruilla ja ne voivat keskittää auringon energian noin 30 -kertaiseen sen normaaliin voimakkuuteen.

Keskittyneet aurinkovoimalaitokset kehitettiin ensimmäisen kerran 1980 -luvulla.Maailman suurin laitos on sarja kasveja Mojaven autiomaassa Yhdysvaltain Kalifornian osavaltiossa.Tämä aurinkoenergian tuotantojärjestelmä (SEGS) tuottaa vuosittain yli 650 gigawattituntia sähköä.Espanjassa ja Intiassa on kehitetty muita suuria ja tehokkaita kasveja.

Keskitettyä aurinkoenergiaa voidaan käyttää myös pienemmässä mittakaavassa.Se voi tuottaa lämpöä esimerkiksi aurinkokeittimille.Kylien ihmiset ympäri maailmaa käyttävät aurinkopaidan keittimiä veden keittämiseen sanitaatioon ja ruoan keittämiseen.

Aurinkokeittimet tarjoavat monia etuja puulämmitteisiin uuneja verrattuna: ne eivät ole palovaaraa, eivät tuota savua, eivät vaadi polttoainetta ja vähennävät elinympäristön menetyksiä metsissä, joissa puut korjataan polttoaineen vuoksi.Aurinkokeittimet sallivat myös kyläläisten jatkaa aikaa koulutukseen, liiketoimintaan, terveyteen tai perheeseen, jota aikaisemmin käytettiin polttopuun keräämiseen.Aurinkokeittimiä käytetään niin monimuotoisilla alueilla kuin Chad, Israel, Intia ja Peru.

Aurinkoarkkitehtuuri

Koko päivän aikana aurinkoenergia on osa lämpökonvektioprosessia tai lämmön liikkumista lämpimämmästä tilasta viileämpään.Kun aurinko nousee, se alkaa lämmittää esineitä ja materiaalia maan päällä.Koko päivän ajan nämä materiaalit imevät lämpöä aurinkosäteilystä.Yöllä, kun aurinko laskee ja ilmapiiri on jäähtynyt, materiaalit vapauttavat lämmön takaisin ilmakehään.

Passiiviset aurinkoenergiatekniikat hyödyntävät tätä luonnollista lämmitys- ja jäähdytysprosessia.

Kodit ja muut rakennukset käyttävät passiivista aurinkoenergiaa ja levittääkseen lämpöä tehokkaasti ja edullisesti.Rakennuksen "lämpömassa" laskeminen on esimerkki tästä.Rakennuksen lämpömassa on suurin osa materiaalista, joka on lämmitetty koko päivän.Esimerkkejä rakennuksen lämpömassa on puu, metalli, betoni, savi, kivi tai muta.Yöllä lämpömassa vapauttaa lämmön takaisin huoneeseen.Tehokkaat tuuletusjärjestelmät - käyvät, ikkunat ja ilmakanavat - jakavat lämmitetyn ilmaa ja ylläpitävät maltillista, tasaista sisälämpötilaa.

Passiivinen aurinkotekniikka on usein mukana rakennuksen suunnittelussa.Esimerkiksi rakennusvaiheessa insinööri tai arkkitehti voi kohdistaa rakennuksen auringon päivittäiseen polkuun saadakseen toivotut määrät auringonvaloa.Tämä menetelmä ottaa huomioon tietyn alueen leveysaste, korkeus ja tyypillinen pilvipeite.Lisäksi rakennukset voidaan rakentaa tai jälkiasentaa lämpöeristys, lämpömassa tai ylimääräinen varjostus.

Muita esimerkkejä passiivisesta aurinkoarkkitehtuurista ovat viileät katot, säteilevät esteet ja vihreät katot.Viileät katot on maalattu valkoiseksi ja heijastavat auringon säteilyä sen sijaan, että absorboivat sitä.Valkoinen pinta vähentää rakennuksen sisäpuolelle saavuttavan lämmön määrää, mikä puolestaan ​​vähentää rakennuksen jäähdyttämiseen tarvittavaa energian määrää.

Säteilyesteet toimivat samalla tavalla kuin viileät katot.Ne tarjoavat eristyksen erittäin heijastavilla materiaaleilla, kuten alumiinifoliolla.Kalvo heijastaa sen sijaan, että imeytyy, ja se voi vähentää jäähdytyskustannuksia jopa 10 prosenttiin.Kattojen ja ullakoiden lisäksi säteilyesteet voidaan asentaa myös lattioiden alle.

Vihreät katot ovat kattoja, jotka on täysin kasvillisuus peitetty.Ne vaativat maaperää ja kastelua kasvien tukemiseksi ja alla olevan vedenpitävän kerroksen.Vihreät katot eivät vain vähennä imeytyneen tai kadonneen lämmön määrää, vaan myös kasvillisuutta.Fotosynteesin avulla vihreiden kattojen kasvit imevät hiilidioksidia ja lähettävät happea.Ne suodattavat epäpuhtauksia sadevedestä ja ilmasta ja korvaavat joitain energiankäytön vaikutuksia siinä tilassa.

Vihreät katot ovat olleet perinne Skandinaviassa vuosisatojen ajan, ja niistä on tullut äskettäin suosittuja Australiassa, Länsi -Euroopassa, Kanadassa ja Yhdysvalloissa.Esimerkiksi Ford Motor Company kattoi 45 000 neliömetriä (450 000 neliömetriä) kokoonpanolaitoksen katostaan ​​Dearbornissa, Michiganissa, kasvillisuudella.Kasvihuonekaasupäästöjen vähentämisen lisäksi katot vähentävät sadeveden valumista absorboimalla useita senttimetriä sateita.

Vihreät katot ja viileät katot voivat myös torjua ”Urban Heat Island” -vaikutusta.Kiireisissä kaupungeissa lämpötila voi olla jatkuvasti korkeampi kuin ympäröivät alueet.Monet tekijät vaikuttavat tähän: Kaupungit on rakennettu materiaaleista, kuten asfaltista ja betonista, jotka absorboivat lämpöä;Korkeat rakennukset estävät tuulen ja sen jäähdytysvaikutukset;ja suuria määriä jätelämpöä syntyy teollisuus, liikenne ja korkea väestö.Katolla käytettävissä olevan tilan käyttäminen puiden istuttamiseen tai heijastaen lämpöä valkoisilla kattoilla voi osittain lievittää paikallista lämpötilan nousua kaupunkialueilla.

Aurinkoenergia ja ihmiset

Koska auringonvalo paistaa vain noin puolet päivästä suurimmassa osassa maailmaa, aurinkoenergiateknologioiden on sisällytettävä menetelmät energian säilyttämiseksi pimeinä aikoina.

Lämpömassajärjestelmät käyttävät parafiinitahaa tai erilaisia ​​suolamuotoja energian varastoimiseksi lämmön muodossa.Photosholtic Systems voi lähettää ylimääräistä sähköä paikalliselle sähköverkkoon tai säilyttää energian ladattavissa paristoissa.

Aurinkoenergian käyttämisessä on monia etuja ja haittoja.

Edut
Suurin etu aurinkoenergian käytön kannalta on, että se on uusiutuva resurssi.Meillä on vakaa, rajaton auringonvalon tarjonta vielä viisi miljardia vuotta.Yhdessä tunnissa Maan ilmapiiri saa tarpeeksi auringonvaloa jokaisen ihmisen sähkön tarpeita maan päällä vuoden ajan.

Aurinkoenergia on puhdasta.Kun aurinkoteknologialaitteet on rakennettu ja asetettu, aurinkoenergia ei tarvitse polttoainetta toimimaan.Se ei myöskään pääse kasvihuonekaasuihin tai myrkyllisiin materiaaleihin.Aurinkoenergian käyttäminen voi vähentää huomattavasti ympäristöämme olevia vaikutuksia.

On paikkoja, joissa aurinkoenergia on käytännöllistä.Kodit ja rakennukset alueilla, joilla on suuri määrä auringonvaloa ja matalaa pilvipeittoa, on mahdollisuus valjastaa auringon runsaasti energiaa.

Aurinkokeittimet tarjoavat erinomaisen vaihtoehdon ruoanlaittoon puulämmitteisillä uuneilla-johon kaksi miljardia ihmistä edelleen luottaa.Aurinkokeittimet tarjoavat puhtaamman ja turvallisemman tavan puhdistaa vettä ja keittää ruokaa.

Aurinkoenergia täydentää muita uusiutuvia energialähteitä, kuten tuuli- tai vesivoimaenergiaa.

Kotit tai yritykset, jotka asentavat menestyneet aurinkopaneelit, voivat tosiasiallisesti tuottaa ylimääräistä sähköä.Nämä asunnonomistajat tai yrityksen omistajat voivat myydä energiaa takaisin sähköpalvelujen tarjoajalle vähentämällä tai jopa poistamalla energialaskuja.

Haitat
Tärkein pelotte aurinkoenergian käytölle on vaadittavat laitteet.Aurinkotekniikan laitteet ovat kalliita.Laitteiden ostaminen ja asentaminen voi maksaa kymmeniä tuhansia dollareita yksittäisille koteille.Vaikka hallitus tarjoaa usein vähentyneitä veroja ihmisille ja yrityksille, jotka käyttävät aurinkoenergiaa, ja tekniikka voi poistaa sähkölaskut, alkuperäiset kustannukset ovat liian jyrkkiä, jotta monet otetaan huomioon.

Aurinkoenergialaitteet ovat myös raskaita.Aurinkopaneelien jälkiasentamiseksi tai asentamiseksi rakennuksen katolle katon on oltava vahva, suuri ja suunnattu kohti auringon polkua.

Sekä aktiivinen että passiivinen aurinkotekniikka riippuvat tekijöistä, jotka eivät ole hallinnassa, kuten ilmasto ja pilvipeitteet.Paikallisia alueita on tutkittava sen määrittämiseksi, olisiko aurinkoenergia tehokas tällä alueella.

Auringonvaloa on oltava runsaasti ja yhdenmukainen, jotta aurinkoenergia on tehokas valinta.Useimmissa maapallon paikoissa auringonvalon vaihtelu vaikeuttaa sen, että toteutetaan ainoana energian lähteenä.