Zonne -energie is elk type energie dat door de zon wordt gegenereerd.

Zonne -energie wordt gecreëerd door kernfusie die plaatsvindt in de zon. Fusie treedt op wanneer protonen van waterstofatomen gewelddadig in de kern van de zon botsen en een heliumatoom smelten.

Dit proces, bekend als een PP (proton-proton) kettingreactie, zendt een enorme hoeveelheid energie uit. In zijn kern combineert de zon elke seconde ongeveer 620 miljoen ton waterstof. De PP -kettingreactie treedt op in andere sterren die ongeveer de grootte van onze zon hebben en biedt hen 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).

In sterren die ongeveer 1,3 keer groter zijn dan de zon, stimuleert de CNO -cyclus de creatie van energie. De CNO -cyclus converteert ook waterstof in helium, maar vertrouwt op koolstof, stikstof en zuurstof (C, N en O) om dit te doen. Momenteel wordt minder dan twee procent van de energie van de zon gecreëerd door de CNO -cyclus.

Nucleaire fusie door de PP -kettingreactie of CNO -cyclus geeft enorme hoeveelheden energie af in de vorm van golven en deeltjes. Zonne -energie stroomt constant weg van de zon en door het 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 vertegenwoordigt hoe vaak de golf zich in een bepaalde tijdseenheid herhaalt. Golven met zeer korte golflengten herhalen zich meerdere keren in een bepaalde tijdseenheid, dus ze zijn hoogfrequent. Laagfrequente golven hebben daarentegen veel langere golflengten.

De overgrote meerderheid van elektromagnetische golven zijn onzichtbaar voor ons. De meest hoogfrequente golven die door de zon worden uitgezonden, zijn gammastralen, röntgenfoto's 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 sfeer en kunnen zonnebrand veroorzaken.

De zon straalt ook infraroodstraling uit, wiens golven veel lager frequentie zijn. De meeste warmte van de zon komt aan als infraroodergie.

Geslokd 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 infrarood-, zichtbare en UV-golven die de aarde bereiken, nemen deel aan een proces van het opwarmen van de planeet en het leven mogelijk maken-het zogenaamde 'broeikaseffect'.

Ongeveer 30 procent van de zonne -energie die de aarde bereikt, wordt weer in de ruimte weerspiegeld. De rest wordt opgenomen in de atmosfeer van de aarde. De straling verwarmt het aardoppervlak en het oppervlak straalt een deel van de energie terug in de vorm van infraroodgolven. Terwijl ze door de atmosfeer stijgen, worden ze onderschept door broeikasgassen, zoals waterdamp en koolstofdioxide.

Breenhouse gassen vangen de warmte vast die weer in de atmosfeer weerspiegelt. Op deze manier gedragen ze zich als de glazen wanden van een kas. Dit broeikaseffect houdt de aarde warm genoeg om het leven te ondersteunen.

Fotosynthese
Bijna al het leven op aarde is gebaseerd op zonne -energie voor voedsel, direct of indirect.

Producenten vertrouwen rechtstreeks op zonne -energie. Ze absorberen zonlicht en zetten het om in voedingsstoffen door een proces dat fotosynthese wordt genoemd. Producenten, ook wel autotrofen genoemd, omvatten planten, algen, bacteriën en schimmels. Autotrofen vormen de basis van het voedselweb.

Consumenten vertrouwen op producenten voor voedingsstoffen. Herbivoren, carnivoren, omnivoren en detritivoren vertrouwen indirect op zonne -energie. Herbivoren eten planten en andere producenten. Carnivoren en omnivoren eten zowel producenten als herbivoren. Detritores ontbinden planten- en dierlijke materie door het te consumeren.

Fossiele brandstoffen
Fotosynthese is ook verantwoordelijk voor alle fossiele brandstoffen op aarde. Wetenschappers schatten dat ongeveer drie miljard jaar geleden de eerste autotrofen evolueerden in aquatische instellingen. Zonlicht stond het plantenleven toe om te gedijen en te evolueren. Nadat de autotrofen stierven, ontleedden ze zich en verschoven ze dieper in de aarde, soms duizenden meters. Dit proces duurde miljoenen jaren.

Onder intense druk en hoge temperaturen werden deze overblijfselen wat we kennen als fossiele brandstoffen. Micro -organismen werden aardolie, aardgas en steenkool.

Mensen hebben processen ontwikkeld voor het extraheren van deze fossiele brandstoffen en het gebruik ervan voor energie. Fossiele brandstoffen zijn echter een niet -hernieuwbare bron. Ze hebben miljoenen jaren nodig om te vormen.

Gebruik van zonne -energie

Zonne -energie is een hernieuwbare hulpbron en veel technologieën kunnen het rechtstreeks oogsten voor gebruik in huizen, bedrijven, scholen en ziekenhuizen. Sommige technologieën voor zonne -energie omvatten fotovoltaïsche cellen en panelen, geconcentreerde zonne -energie en zonne -architectuur.

Er zijn verschillende manieren om zonnestraling vast te leggen en om te zetten in bruikbare energie. De methoden gebruiken actieve zonne -energie of passieve zonne -energie.

Actieve zonnetechnologieën gebruiken elektrische of mechanische apparaten om zonne -energie actief om te zetten in een andere vorm van energie, meestal warmte of elektriciteit. Passieve zonnetechnologieën gebruiken geen externe apparaten. In plaats daarvan profiteren ze van het lokale klimaat om in de winter warmtestructuren te hitten en weerspiegelen ze warmte in de zomer.

Fotovoltaïsche

Fotovoltaics is een vorm van actieve zonnetechnologie die in 1839 werd ontdekt door de 19-jarige Franse fysicus Alexandre-Edmond Becquerel. Becquerel ontdekte dat toen hij zilver-chloride in een zure oplossing plaatste en deze blootstelde aan zonlicht, de aan het platina-elektroden bevestigd een elektrische stroom genereerden. Dit proces van het genereren van elektriciteit rechtstreeks door zonnestraling wordt het fotovoltaïsche effect of fotovoltaïscheën genoemd.

Tegenwoordig is fotovoltaïscheën 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. Wanneer de halfgeleider zonlicht absorbeert, slaat deze elektronen los. Een elektrisch veld leidt deze losse elektronen in een elektrische stroom, stroomt in één richting. Metaalcontacten aan de boven- en onderkant van een zonnecel leiden die stroom naar een extern object. Het externe object kan zo klein zijn als een calculator op zonne-energie of zo groot als een krachtcentrale.

Fotovoltaics werd eerst op grote schaal gebruikt op ruimtevaartuigen. Veel satellieten, waaronder het International Space Station (ISS), hebben een brede, reflecterende "vleugels" van zonnepanelen. Het ISS heeft twee zonne -arrayvleugels (zagen), die elk ongeveer 33.000 zonnecellen gebruiken. Deze fotovoltaïsche cellen leveren alle elektriciteit aan het ISS, waardoor astronauten het station kunnen bedienen, maanden achter elkaar veilig in de ruimte wonen en wetenschappelijke en technische experimenten uitvoeren.

Fotovoltaïsche krachtcentrales zijn over de hele wereld gebouwd. De grootste stations bevinden zich in de Verenigde Staten, India en China. Deze elektriciteitscentrales zetten honderden megawatt elektriciteit uit, gebruikt om huizen, bedrijven, scholen en ziekenhuizen te leveren.

Fotovoltaïsche technologie kan ook op kleinere schaal worden geïnstalleerd. Zonnepanelen en cellen kunnen worden bevestigd aan de daken of buitenwanden van gebouwen, waardoor elektriciteit voor de structuur wordt geleverd. Ze kunnen langs wegen worden geplaatst naar lichte snelwegen. Zonnecellen zijn klein genoeg om nog kleinere apparaten van stroom te voorzien, zoals rekenmachines, parkeermeters, afvalcompactoren en waterpompen.

Geconcentreerde zonne -energie

Een ander type actieve zonnetechnologie is geconcentreerde zonne -energie of geconcentreerd zonne -vermogen (CSP). CSP -technologie maakt gebruik van lenzen en spiegels om (concentraat) zonlicht te concentreren vanuit een groot gebied naar een veel kleiner gebied. Dit intense stralingsgebied verwarmt een vloeistof, die op zijn beurt elektriciteit genereert of een ander proces voedt.

Zonne -ovens zijn een voorbeeld van geconcentreerd zonne -vermogen. Er zijn veel verschillende soorten zonne -ovens, waaronder zonne -energie -torens, parabolische dalen en fresnelreflectoren. Ze gebruiken dezelfde algemene methode om energie vast te leggen en om te zetten.

Zoningenmachtige torens gebruiken heliostaten, platte spiegels die draaien om de boog van de zon door de lucht te volgen. De spiegels zijn gerangschikt rond een centrale 'collectortoren' en reflecteren zonlicht in een geconcentreerde lichtstraal die op een brandpunt op de toren schijnt.

In eerdere ontwerpen van zonne -energie -torens verwarmde het geconcentreerde zonlicht een container met water, dat stoom produceerde die een turbine voedde. Meer recent gebruiken sommige zonne -energie -torens vloeibaar natrium, dat een hogere warmtecapaciteit heeft en voor een langere periode warmte behoudt. Dit betekent dat de vloeistof niet alleen temperaturen van 773 tot 1,273K (500 ° tot 1.000 ° C of 932 ° tot 1.832 ° F) bereikt, maar het kan water blijven koken en stroom genereren, zelfs wanneer de zon niet schijnt.

Parabolische dalen 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 platte, dunne spiegelstroken om zonlicht te vangen en op een buis vloeistof te leiden. Fresnel -reflectoren hebben meer oppervlakte dan parabolische dalen en kunnen de energie van de zon concentreren op ongeveer 30 keer zijn normale intensiteit.

Geconcentreerde zonne -energiecentrales werden voor het eerst ontwikkeld in de jaren tachtig. De grootste faciliteit ter wereld is een reeks planten in Mojave Desert in de Amerikaanse staat Californië. Dit zonne-energie-generatiesysteem (SEGS) genereert elk jaar meer dan 650 gigawattuur elektriciteit. Andere grote en effectieve planten zijn ontwikkeld in Spanje en India.

Geconcentreerd zonne -vermogen kan ook op kleinere schaal worden gebruikt. Het kan bijvoorbeeld warmte genereren voor zonnekokers. Mensen in dorpen over de hele wereld gebruiken zonnekookplaatsen om water te koken voor sanitaire voorzieningen en om voedsel te koken.

Zonnevokjes bieden veel voordelen ten opzichte van houtkachels: ze zijn geen brandgevaar, produceren geen rook, vereisen geen brandstof en verminderen het verlies van habitats in bossen waar bomen zouden worden geoogst voor brandstof. Zonnevokjes stellen dorpelingen ook in staat om tijd te volgen voor onderwijs, bedrijven, gezondheid of gezin in de tijd die eerder werd gebruikt voor het verzamelen van brandhout. Zonnevokjes worden gebruikt in gebieden zo divers als Tsjaad, Israël, India en Peru.

Zonne -architectuur

Gedurende een dag maakt zonne -energie deel uit van het proces van thermische convectie, of de beweging van warmte van een warmere ruimte naar een koelere. Wanneer de zon opkomt, begint het objecten en materiaal op aarde te verwarmen. Gedurende de dag absorberen deze materialen warmte door zonnestraling. 'S Nachts, wanneer de zon ondergaat en de atmosfeer is afgekoeld, geven de materialen hun warmte terug in de atmosfeer.

Passieve technieken voor zonne -energie maken gebruik van dit natuurlijke verwarmings- en koelproces.

Huizen en andere gebouwen gebruiken passieve zonne -energie om warmte efficiënt en goedkoop te verdelen. Het berekenen van de "thermische massa" van een gebouw is hier een voorbeeld van. De thermische massa van een gebouw is het grootste deel van het materiaal dat de hele dag wordt verwarmd. Voorbeelden van de thermische massa van een gebouw zijn hout, metaal, beton, klei, steen of modder. 'S Nachts laat de thermische massa zijn warmte terug de kamer in. Effectieve ventilatiesystemen - onderweg, ramen en luchtkanalen - verdelen de verwarmde lucht en handhaven een matige, consistente binnentemperatuur.

Passieve zonnetechnologie is vaak betrokken bij het ontwerp van een gebouw. In de planningsfase van de bouw kan de ingenieur of architect het gebouw bijvoorbeeld afstemmen op het dagelijkse pad van de zon om gewenste hoeveelheden zonlicht te ontvangen. Deze methode houdt rekening met de breedtegraad, hoogte en typische wolkenbedekking van een specifiek gebied. Bovendien kunnen gebouwen worden geconstrueerd of achteraf worden aangebracht om thermische isolatie, thermische massa of extra schaduw te hebben.

Andere voorbeelden van passieve zonne -architectuur zijn koele daken, stralende barrières en groene daken. Koele daken zijn wit geverfd en weerspiegelen de straling van de zon in plaats van deze 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.

Stralende barrières werken op dezelfde manier als koele daken. Ze bieden isolatie met zeer reflecterende materialen, zoals aluminiumfolie. De folie weerspiegelt, in plaats van absorberen, verwarmd en kan de koelkosten tot 10 procent verlagen. Naast daken en zolders kunnen stralende barrières ook onder de verdiepingen worden geïnstalleerd.

Groene daken zijn daken die volledig bedekt zijn met vegetatie. Ze vereisen grond en irrigatie om de planten te ondersteunen, en een waterdichte laag eronder. Groene daken verminderen niet alleen de hoeveelheid warmte die wordt geabsorbeerd of verloren, maar ook vegetatie bieden. Door fotosynthese absorberen de planten op groene daken koolstofdioxide en stoten ze zuurstof uit. Ze filteren verontreinigende stoffen uit regenwater en lucht en compenseren enkele effecten van energieverbruik in die ruimte.

Groene daken zijn al eeuwen een traditie in Scandinavië en zijn onlangs populair geworden in Australië, West -Europa, Canada en de Verenigde Staten. De Ford Motor Company bestond bijvoorbeeld van 42.000 vierkante meter (450.000 vierkante voet) van zijn montageplanten daken in Dearborn, Michigan, met vegetatie. Naast het verminderen van de uitstoot van broeikasgassen, verminderen de daken de afvoer van regenwater door verschillende centimeters regenval te absorberen.

Groene daken en koele daken kunnen ook het "Urban Heat Island" -effect tegengaan. In drukke steden kan de temperatuur consistent hoger zijn dan de omliggende gebieden. Veel factoren dragen hieraan bij: steden zijn geconstrueerd uit materialen zoals asfalt en beton die warmte absorberen; hoge gebouwen blokkeren wind en zijn koeleffecten; en grote hoeveelheden afvalwarmte wordt gegenereerd door industrie, verkeer en hoge populaties. Het gebruik van de beschikbare ruimte op het dak om bomen te planten, of het reflecteren van warmte met witte daken, kan gedeeltelijk de lokale temperatuurstijgingen in stedelijke gebieden verlichten.

Zonne -energie en mensen

Omdat zonlicht slechts ongeveer de helft van de dag in de meeste delen van de wereld schijnt, moeten zonne -energietechnologieën methoden omvatten om de energie op te slaan tijdens donkere uren.

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 nog vijf miljard jaar een gestage, onbeperkte aanbod van zonlicht hebben. In een uur ontvangt de atmosfeer van de aarde voldoende zonlicht om de elektriciteitsbehoeften van elke mens op aarde een jaar lang aan te drijven.

Zonne -energie is schoon. Nadat de apparatuur van de zonnetechnologie is gebouwd en is ingesteld, 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 die we op het milieu hebben drastisch verminderen.

Er zijn locaties waar zonne -energie praktisch is. Huizen en gebouwen in gebieden met grote hoeveelheden zonlicht en lage wolkenkap hebben de mogelijkheid om de overvloedige energie van de zon te benutten.

Zonnevokjes bieden een uitstekend alternatief voor koken met houtgestookte kachels-op welke twee miljard mensen nog steeds vertrouwen. Zonnevokjes bieden een schonere en veiliger manier om water te ontsmetten en voedsel te koken.

Zonne -energie is een aanvulling op andere hernieuwbare energiebronnen, zoals wind of hydro -elektrische energie.

Huizen of bedrijven die succesvolle zonnepanelen installeren, kunnen daadwerkelijk overtollige elektriciteit produceren. Deze huiseigenaren of zakenigenaren kunnen energie terug verkopen aan de elektrische provider, waardoor stroomrekeningen worden verminderd of zelfs wordt geëlimineerd.

Nadelen
Het belangrijkste afschrikmiddel voor het gebruik van zonne -energie is de vereiste apparatuur. Zonnetechnologieapparatuur is duur. Het kopen en installeren van de apparatuur kan tienduizenden dollars kosten voor individuele huizen. Hoewel de overheid vaak verminderde belastingen biedt aan mensen en bedrijven die zonne -energie gebruiken, en de technologie elektriciteitsrekeningen kan elimineren, zijn de initiële kosten te steil voor velen om te overwegen.

Zonne -energieapparatuur is ook zwaar. Om zonnepanelen op het dak van een gebouw aan te nemen of te installeren, moet het dak sterk, groot en georiënteerd zijn op het pad van de zon.

Zowel actieve als passieve zonnetechnologie zijn afhankelijk van factoren die buiten onze controle zijn, zoals klimaat- en wolkenbedekking. Lokale gebieden moeten worden bestudeerd om te bepalen of zonne -energie op dat gebied effectief zou zijn.

Zonlicht moet overvloedig en consistent zijn voor zonne -energie om een ​​efficiënte keuze te zijn. Op de meeste plaatsen op aarde maakt de variabiliteit van Sunlight het moeilijk om te implementeren als de enige energiebron.