Saulės energija yra bet kokios rūšies energija, kurią sukuria saulė.

Saulės energiją sukuria branduolinė sintezė, kuri vyksta saulėje.Susiliejimas įvyksta, kai vandenilio atomų protonai žiauriai susiduria su saulės šerdimi ir susilieja, kad būtų sukurtas helio atomas.

Šis procesas, žinomas kaip PP (protonų-protono) grandininė reakcija, skleidžia milžinišką energijos kiekį.Savo šerdyje kas sekundę saulė sulydo apie 620 milijonų metrinių tonų vandenilio.PP grandinės reakcija vyksta kitose žvaigždėse, kurios yra maždaug mūsų saulės dydžio, ir suteikia jiems nuolatinę energiją ir šilumą.Šių žvaigždžių temperatūra yra apie 4 milijonai laipsnių Kelvino skalėje (apie 4 milijonus laipsnių Celsijaus, 7 milijonų laipsnių pagal Farenheitą).

Žvaigždėse, kurios yra maždaug 1,3 karto didesnės už saulę, CNO ciklas skatina energijos kūrimą.CNO ciklas taip pat konvertuoja vandenilį į helį, tačiau tai daro anglies, azoto ir deguonies (C, N ir O) anglies.Šiuo metu mažiau nei du procentus saulės energijos sukuria CNO ciklas.

Branduolinė suliejimas dėl PP grandinės reakcijos arba CNO ciklo išskiria didžiulį energijos kiekį bangų ir dalelių pavidalu.Saulės energija nuolat teka nuo saulės ir visos saulės sistemos.Saulės energija sušildo žemę, sukelia vėją ir orą, palaiko augalų ir gyvūnų gyvybę.

Saulės energija, šiluma ir šviesa teka elektromagnetinės spinduliuotės pavidalu (EMR).

Elektromagnetinis spektras egzistuoja kaip skirtingų dažnių ir bangos ilgių bangos.Bangos dažnis parodo, kiek kartų banga pasikartoja tam tikrame tam tikrame laiko vienete.Bangos su labai trumpais bangos ilgiais kelis kartus pakartokite tam tikrą laiko vienetą, todėl jos yra aukšto dažnio.Priešingai, žemo dažnio bangos turi daug ilgesnius bangos ilgius.

Didžioji dauguma elektromagnetinių bangų mums yra nematomos.Saulės skleidžiamos aukšto dažnio bangos yra gama spinduliai, rentgeno spinduliai ir ultravioletinė spinduliuotė (UV spinduliai).Žemės atmosferą beveik visiškai absorbuojami kenksmingiausi UV spinduliai.Mažiau stiprūs UV spinduliai keliauja per atmosferą ir gali sukelti saulės nudegimą.

Saulė taip pat skleidžia infraraudonųjų spindulių radiaciją, kurios bangos yra daug žemesnio dažnio.Daugiausia šilumos iš saulės būna kaip infraraudonųjų spindulių energija.

Tarp infraraudonųjų spindulių ir UV yra matomas spektras, kuriame yra visos spalvos, kurias matome Žemėje.Spalvos raudona spalva turi ilgiausius bangos ilgius (arčiausiai infraraudonųjų spindulių), o violetinė (arčiausiai UV) - trumpiausia.

Natūrali saulės energija

Šiltnamio efektas
Infraraudonosios, matomos ir UV bangos, pasiekiančios Žemę, dalyvauja planetos atšilimo procese ir įgyvendinant gyvenimą-vadinamąjį „šiltnamio efektą“.

Apie 30 procentų saulės energijos, pasiekiančios Žemę, atsispindi atgal į kosmosą.Likusi dalis įsisavinta į Žemės atmosferą.Radiacija sušildo Žemės paviršių, o paviršius spinduliuoja dalį energijos, atsirandančios infraraudonųjų spindulių bangų pavidalu.Kai jie kyla per atmosferą, jas sulaiko šiltnamio efektą sukeliančios dujos, tokios kaip vandens garai ir anglies dioksidas.

Šiltnamio efektą sukeliančios dujos sulaiko šilumą, atspindintį atmosferą.Tokiu būdu jie veikia kaip šiltnamio stiklo sienos.Šis šiltnamio efektas palaiko pakankamai šiltą, kad išlaikytų gyvenimą.

Fotosintezė
Beveik visas gyvenimas žemėje tiesiogiai ar netiesiogiai priklauso nuo saulės energijos.

Gamintojai tiesiogiai pasikliauja saulės energija.Jie sugeria saulės šviesą ir paverčia ją maistinėmis medžiagomis per procesą, vadinamą fotosinteze.Gamintojai, dar vadinami autotrofais, apima augalus, dumblius, bakterijas ir grybelius.Autotrofai yra maisto žiniatinklio pagrindas.

Vartotojai remiasi maistinių medžiagų gamintojais.Žolėdžiai, mėsėdžiai, visaėdžiai ir detritivorai netiesiogiai priklauso nuo saulės energijos.Žolėdžiai valgo augalus ir kitus gamintojus.Mėsėdžiai ir visaėdžiai valgo tiek gamintojus, tiek žolėdžius.Detritivorai jį suvartoja augalų ir gyvūnų medžiagas.

Iškastinis kuras
Fotosintezė taip pat yra atsakinga už visus iškastinį kurą žemėje.Mokslininkai mano, kad maždaug prieš tris milijardus metų pirmieji autotrofai išsivystė vandens aplinkoje.Saulės šviesa leido augalų gyvybei klestėti ir vystytis.Mirus autotrofams, jie suskaidė ir pasislinko giliau į žemę, kartais tūkstančius metrų.Šis procesas tęsėsi milijonus metų.

Esant intensyviam slėgiui ir aukštai temperatūrai, šie palaikai tapo tuo, ką mes žinome kaip iškastinį kurą.Mikroorganizmai tapo nafta, gamtinėmis dujomis ir anglis.

Žmonės sukūrė šių iškastinio kuro išgavimo procesus ir juos naudoja energijai.Tačiau iškastinis kuras yra neatsinaujinantis šaltinis.Jie suformuoti milijonus metų.

Saulės energijos panaudojimas

Saulės energija yra atsinaujinantys ištekliai, ir daugelis technologijų gali ją nuimti tiesiogiai, kad būtų galima naudoti namuose, įmonėse, mokyklose ir ligoninėse.Kai kurios saulės energijos technologijos apima fotoelektrines ląsteles ir plokštes, koncentruotą saulės energiją ir saulės architektūrą.

Yra įvairių būdų, kaip užfiksuoti saulės spinduliuotę ir paversti ją tinkama energija.Metodai naudoja aktyvią saulės energiją arba pasyvią saulės energiją.

Aktyviosios saulės technologijos naudoja elektrinius ar mechaninius prietaisus, kad aktyviai konvertuotų saulės energiją į kitą energijos formą, dažniausiai šilumą ar elektrą.Pasyviosios saulės technologijos nenaudoja jokių išorinių įrenginių.Vietoj to, jie žiemą pasinaudoja vietiniu klimatu, norėdami šilumos struktūrų, o vasarą atspindi šilumą.

Fotoelektros

Fotoelektros yra aktyvios saulės technologijos formos, kurią 1839 m. Nustatė 19-metis prancūzų fizikas Alexandre-Edmond Becquerel.Becquerelis sužinojo, kad įdėjęs sidabro chloridą į rūgštinį tirpalą ir atidengęs jį saulės spinduliais, prie jo pritvirtinti platinos elektrodai sukūrė elektros srovę.Šis elektros energijos generavimo tiesiogiai iš saulės spinduliuotės procesas vadinamas fotoelektriniu efektu arba fotoelektromis.

Šiandien fotoelektros yra turbūt labiausiai žinomas būdas panaudoti saulės energiją.Fotoelektrinės matricos paprastai apima saulės baterijas, dešimčių ar net šimtų saulės elementų kolekciją.

Kiekvienoje saulės elemente yra puslaidininkis, paprastai pagamintas iš silicio.Kai puslaidininkis sugeria saulės spindulius, jis laisvai numuša elektronus.Elektros laukas nukreipia šiuos laisvus elektronus į elektros srovę, tekančią viena kryptimi.Metaliniai kontaktai saulės elemento viršuje ir apačioje nukreipia tą srovę į išorinį objektą.Išorinis objektas gali būti toks pat mažas kaip saulės energija varoma skaičiuoklė arba tokia pat didelė kaip elektrinė.

Fotoelektros pirmiausia buvo plačiai naudojamos erdvėlaivyje.Daugybė palydovų, įskaitant Tarptautinę kosminę stotį (ISS), pasižymi plačia, atspindinčia saulės baterijų „sparnus“.ISS turi du saulės kolektorių sparnus (pjūklus), kurių kiekvienas naudoja apie 33 000 saulės elementų.Šios fotoelektrinės ląstelės tiekia visą elektrą ISS, leidžiant astronautams valdyti stotį, saugiai gyventi kosmose ištisus mėnesius vienu metu ir atlikti mokslinius ir inžinerinius eksperimentus.

Visame pasaulyje buvo pastatytos fotoelektrinės elektrinės.Didžiausios stotys yra JAV, Indijoje ir Kinijoje.Šios elektrinės skleidžia šimtus megavatų elektros energijos, naudojamų namams, įmonėms, mokykloms ir ligoninėms tiekti.

Fotoelektros technologiją taip pat galima įdiegti mažesniu mastu.Saulės baterijas ir ląsteles galima pritvirtinti prie stogų ar išorinių pastatų sienų, tiekiančios elektros energiją konstrukcijai.Jie gali būti dedami keliais į lengvus greitkelius.Saulės elementai yra pakankamai maži, kad būtų galima maitinti dar mažesnius prietaisus, tokius kaip skaičiuotuvai, stovėjimo matuokliai, šiukšlių kompaktoriai ir vandens siurbliai.

Koncentruota saulės energija

Kitas aktyvios saulės technologijos tipas yra koncentruota saulės energija arba koncentruota saulės energija (CSP).CSP technologija naudoja lęšius ir veidrodžius, kad sutelktų (koncentruotą) saulės spindulius iš didelio ploto į daug mažesnį plotą.Ši intensyvi radiacijos plotas šildo skystį, o tai savo ruožtu generuoja elektrą arba skatina kitą procesą.

Saulės krosnys yra koncentruotos saulės energijos pavyzdys.Yra daugybė skirtingų tipų saulės krosnių, įskaitant saulės energijos bokštus, parabolinius lovius ir „Fresnel“ atšvaitus.Jie naudoja tą patį bendrąjį metodą energijai fiksuoti ir konvertuoti.

Saulės energijos bokštai naudoja heliostatus, plokščius veidrodžius, kurie pasisuka sekti saulės lanku per dangų.Veidrodžiai yra išdėstyti aplink centrinį „kolekcininkų bokštą“ ir atspindi saulės spindulius į koncentruotą šviesos spindulį, kuris šviečia ant bokšto židinio taško.

Ankstesniuose saulės energijos bokštų piešiniuose koncentruotose saulės spinduliuose šildė vandens indą, kuris sukėlė garą, kuris varė turbiną.Visai neseniai kai kuriuose saulės energijos bokštuose naudojamas skystas natris, kuris turi didesnę šilumos talpą ir ilgesnį laiką išlaiko šilumą.Tai reiškia, kad skystis ne tik pasiekia nuo 773 iki 1,273 K (500 ° iki 1 000 ° C arba 932 ° iki 1,832 ° F) temperatūrą, tačiau jis gali ir toliau virti vandenį ir generuoti galią net tada, kai saulė neslopinama.

Paraboliniai loviai ir „Fresnel“ atšvaitai taip pat naudoja CSP, tačiau jų veidrodžiai formuojami skirtingai.Paraboliniai veidrodžiai yra išlenkti, su forma, panaši į balną.„Fresnel“ atšvaitai naudoja plokščias, plonas veidrodžio juosteles, kad užfiksuotų saulės spindulius ir nukreiptų ją ant skysčio vamzdžio.„Fresnel“ atšvaitai turi daugiau paviršiaus ploto nei parabolinių lovų ir gali sutelkti saulės energiją maždaug 30 kartų didesnę nei įprasta intensyvumas.

Koncentruotos saulės elektrinės pirmą kartą buvo sukurtos devintajame dešimtmetyje.Didžiausias objektas pasaulyje yra augalų serija Mojave dykumoje JAV Kalifornijos valstijoje.Ši saulės energijos generavimo sistema (SEG) kasmet sukuria daugiau nei 650 gigavatų valandų elektros energijos.Ispanijoje ir Indijoje buvo sukurti kiti dideli ir veiksmingi augalai.

Koncentruota saulės energija taip pat gali būti naudojama mažesniu mastu.Pavyzdžiui, tai gali sukelti šilumą saulės viryklėms.Viso pasaulio kaimų žmonės naudoja saulės virykles, kad virtų vandenį sanitarijai ir maistui gaminti.

Saulės viryklės suteikia daug pranašumų, palyginti su medienos deginančiomis krosnimis: jos nėra gaisro pavojus, negamina dūmų, nereikalauja degalų ir sumažina buveinių praradimą miškuose, kur medžiai būtų derliaus degalams.Saulės viryklės taip pat leidžia kaimiečiams siekti laiko švietimui, verslui, sveikatai ar šeimai per laiką, kuris anksčiau buvo naudojamas malkoms rinkti.Saulės viryklės naudojamos tokiose įvairiose vietose kaip Čadas, Izraelis, Indija ir Peru.

Saulės architektūra

Visą dieną saulės energija yra šiluminės konvekcijos proceso dalis arba šilumos judėjimas iš šiltesnės erdvės į vėsesnę.Kai saulė kyla, ji pradeda šilti daiktus ir medžiagą žemėje.Visą dieną šios medžiagos sugeria šilumą iš saulės spinduliuotės.Naktį, kai saulė leidžiasi ir atmosfera atvėsta, medžiagos paleidžia šilumą atgal į atmosferą.

Pasyvios saulės energijos metodai Pasinaudoja šiuo natūraliu šildymo ir vėsinimo procesu.

Namai ir kiti pastatai naudoja pasyvią saulės energiją, kad efektyviai ir nebrangiai paskirstytų šilumą.Pastato „šiluminė masė“ apskaičiavimas yra to pavyzdys.Pastato šiluminė masė yra didžioji dalis medžiagos, šildomos visą dieną.Pastato šiluminės masės pavyzdžiai yra mediena, metalas, betonas, molis, akmuo ar purvas.Naktį šiluminė masė išskiria savo šilumą atgal į kambarį.Veiksmingos ventiliacijos sistemos - halės, langai ir oro latakai - suskirstomi pašildytam orui ir palaiko vidutinę, pastovią patalpų temperatūrą.

Pasyvi saulės technologija dažnai dalyvauja kuriant pastatą.Pavyzdžiui, planavimo stadijoje inžinierius ar architektas gali suderinti pastatą su kasdieniu saulės keliu, kad gautų pageidaujamą kiekį saulės šviesos.Šis metodas atsižvelgia į tam tikros srities platumą, aukštį ir tipišką debesies dangą.Be to, pastatai gali būti pastatyti arba modifikuoti, kad būtų šiluminė izoliacija, šiluminė masė ar papildomas šešėliavimas.

Kiti pasyvios saulės architektūros pavyzdžiai yra vėsūs stogai, spinduliuotės barjerai ir žali stogai.Vėsūs stogai yra dažyti baltai ir atspindi saulės spinduliuotę, užuot ją sugerianti.Baltas paviršius sumažina šilumos kiekį, kuris pasiekia pastato vidų, o tai savo ruožtu sumažina energijos kiekį, reikalingą pastatui atvėsinti.

Spindulinės kliūtys veikia panašiai kaip vėsūs stogai.Jie suteikia izoliaciją labai atspindinčiomis medžiagomis, tokiomis kaip aliuminio folija.Folija atspindi, o ne sugeria, šilumą ir gali sumažinti aušinimo sąnaudas iki 10 procentų.Be stogų ir palėpių, po grindimis taip pat galima įrengti ir spindinčias užtvaras.

Žalieji stogai yra stogai, visiškai padengti augmenija.Augalams palaikyti reikia dirvožemio ir drėkinimo, o apačioje - vandeniui atsparaus sluoksnio.Žalieji stogai ne tik sumažina absorbuojamos ar prarandamos šilumos kiekį, bet ir suteikia augmeniją.Per fotosintezę augalai ant žalių stogų sugeria anglies dioksidą ir skleidžia deguonį.Jie filtruoja teršalus iš lietaus vandens ir oro ir kompensuoja kai kuriuos energijos suvartojimo poveikį toje erdvėje.

Žalieji stogai šimtmečius buvo Skandinavijos tradicija ir pastaruoju metu išpopuliarėjo Australijoje, Vakarų Europoje, Kanadoje ir JAV.Pavyzdžiui, „Ford Motor Company“ padengė 42 000 kvadratinių metrų (450 000 kvadratinių pėdų) savo surinkimo augalų stogų Dearborn mieste, Mičiganas, su augmenija.Be to, kad sumažina šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimą, stogai sumažina lietaus vandens nuotėkį, absorbuodami kelis centimetrus kritulių.

Žalieji stogai ir vėsūs stogai taip pat gali neutralizuoti „miesto šilumos salos“ efektą.Užimtuose miestuose temperatūra gali būti nuolat aukštesnė nei aplinkinėse teritorijose.Prie to prisideda daugybė veiksnių: miestai yra sukonstruoti iš tokių medžiagų kaip asfaltas ir betonas, kuris sugeria šilumą;Aukšti pastatai blokuoja vėją ir jo vėsinimo poveikį;ir didelę šilumos kiekį sukuria pramonė, eismas ir didelės populiacijos.Naudojant turimą erdvę ant stogo mediems sodinti arba atspindėti šilumą su baltais stogais, gali iš dalies palengvinti vietinės temperatūros padidėjimą miesto vietose.

Saulės energija ir žmonės

Kadangi saulės spinduliai daugumoje pasaulio vietų šviečia tik maždaug pusę dienos, saulės energijos technologijos turi apimti energijos kaupimo tamsiomis valandomis metodus.

Šiluminės masės sistemos energijai kaupia parafino vašką ar įvairias druskos formas šilumos pavidalu.Fotoelektrinės sistemos gali nusiųsti elektros energijos perteklių į vietinį elektros tinklą arba laikyti energiją įkraunamose baterijose.

Saulės energijos naudojimui yra daugybė privalumų ir trūkumų.

Privalumai
Pagrindinis saulės energijos naudojimo pranašumas yra tas, kad tai yra atsinaujinantys ištekliai.Mes turėsime pastovų ir beribį saulės spindulių tiekimą dar penkerius milijardus metų.Per vieną valandą Žemės atmosfera gauna pakankamai saulės spindulių, kad galėtų patenkinti kiekvieno žmogaus elektros poreikį žemėje.

Saulės energija švari.Po saulės technologijos įrangos sukonstravimo ir įdiegimo, saulės energijai nereikia degalų, kad jis veiktų.Tai taip pat neišskiria šiltnamio efektą sukeliančių dujų ar toksiškų medžiagų.Saulės energijos naudojimas gali drastiškai sumažinti mūsų poveikį aplinkai.

Yra vietos, kuriose saulės energija yra praktiška.Namai ir pastatai teritorijose, kuriose yra didelis saulės spindulių kiekis ir žemas debesų danga, turi galimybę panaudoti gausų saulės energiją.

Saulės viryklės yra puiki alternatyva maisto gaminimo su medienos krosnimis-nuo to, kuria du milijardai žmonių vis dar pasikliauja.Saulės viryklės yra švaresnis ir saugesnis būdas dezinfekuoti vandenį ir gaminti maistą.

Saulės energija papildo kitus atsinaujinančius energijos šaltinius, tokius kaip vėjo ar hidroelektrinė.

Namai ar įmonės, montuojančios sėkmingas saulės baterijas, iš tikrųjų gali gaminti elektros energijos perteklių.Šie būsto savininkai ar verslo savininkai gali parduoti energiją elektros tiekėjui, sumažindami ar net pašalindami energijos sąskaitas.

Trūkumai
Pagrindinis atgrasymas nuo saulės energijos naudojimo yra reikalinga įranga.Saulės technologijos įranga yra brangi.Įrangos pirkimas ir montavimas gali kainuoti dešimtis tūkstančių dolerių atskiruose namuose.Nors vyriausybė dažnai siūlo mažesnius mokesčius žmonėms ir įmonėms, naudojančioms saulės energiją, ir ši technologija gali panaikinti sąskaitas už elektrą, pradinės išlaidos yra per didelės, kad daugeliui būtų galima atsižvelgti.

Saulės energijos įranga taip pat yra sunki.Norint modifikuoti ar sumontuoti saulės baterijas ant pastato stogo, stogas turi būti stiprus, didelis ir orientuotas į Saulės kelią.

Tiek aktyvi, tiek pasyvi saulės technologija priklauso nuo veiksnių, kurie yra mūsų kontroliuojami, pavyzdžiui, klimatas ir debesų danga.Vietinės teritorijos turi būti tiriamos, kad būtų galima nustatyti, ar saulės energija bus veiksminga toje srityje, ar ne.

Saulės šviesa turi būti gausu ir nuoseklus, kad saulės energija būtų efektyvus pasirinkimas.Daugelyje Žemės vietų saulės šviesos kintamumas apsunkina vienintelį energijos šaltinį.