Solární energie je jakýkoli druh energie generované sluncem.

Sluneční energie vzniká jadernou fúzí, která probíhá na slunci.K fúzi dochází, když se protony atomů vodíku násilně srazí v jádru Slunce a pojistky, aby se vytvořil atom helia.

Tento proces, známý jako řetězová reakce PP (proton-proton), vydává obrovské množství energie.Slunce ve svém jádru spojuje asi 620 milionů metrických tun vodíku každou sekundu.Reakce řetězu PP se vyskytuje u jiných hvězd, které jsou asi o velikosti našeho slunce, a poskytuje jim nepřetržitou energii a teplo.Teplota pro tyto hvězdy je kolem 4 milionů stupňů na stupnici Kelvin (asi 4 miliony stupňů Celsia, 7 milionů stupňů Fahrenheita).

Ve hvězdách, které jsou asi 1,3krát větší než slunce, cyklus CNO řídí vytváření energie.Cyklus CNO také přeměňuje vodík na helium, ale opírá se o uhlík, dusík a kyslík (C, N a O).V současné době je méně než dvě procenta energie Slunce vytvořena cyklem CNO.

Jaderná fúze reakce řetězu PP nebo CNO cyklus uvolňuje obrovské množství energie ve formě vln a částic.Solární energie neustále teče od slunce a po celé sluneční soustavě.Sluneční energie zahřívá Zemi, způsobuje vítr a počasí a udržuje život rostlin a zvířat.

Energie, teplo a světlo ze slunce proudí ve formě elektromagnetického záření (EMR).

Elektromagnetické spektrum existuje jako vlny různých frekvencí a vlnových délek.Frekvence vlny představuje, kolikrát se vlna opakuje v určité jednotce času.Vlny s velmi krátkými vlnovými délkami se několikrát opakují v dané jednotky času, takže jsou vysokofrekvenční.Naproti tomu nízkofrekvenční vlny mají mnohem delší vlnové délky.

Převážná většina elektromagnetických vln je pro nás neviditelná.Nejvíce vysokofrekvenční vlny emitované sluncem jsou gama paprsky, rentgenové paprsky a ultrafialové záření (UV paprsky).Nejškodlivější UV záření jsou téměř úplně absorbovány zemskou atmosférou.Méně silné UV paprsky cestují atmosférou a mohou způsobit spálení.

Slunce také vydává infračervené záření, jehož vlny jsou mnohem nižší frekvence.Většina tepla ze slunce přichází jako infračervená energie.

Sendviče mezi infračerveným a UV je viditelné spektrum, které obsahuje všechny barvy, které vidíme na Zemi.Červená barva má nejdelší vlnové délky (nejblíže k infračervenému) a fialové (nejblíže k UV) nejkratší.

Přírodní sluneční energie

Skleníkový efekt
Infračervené, viditelné a UV vlny, které dosahují Země, se účastní procesu oteplování planety a umožnění života-tzv. „Skleníkové efekt“.

Asi 30 procent sluneční energie, která dosahuje Země, se odráží zpět do vesmíru.Zbytek je absorbován do zemské atmosféry.Záření zahřívá zemský povrch a povrch vyzařuje část energie zpět ve formě infračervených vln.Když stoupají atmosférou, jsou zachyceny skleníkovými plyny, jako je vodní pára a oxid uhličitý.

Skleníkové plyny zachycují teplo, které odráží zpět do atmosféry.Tímto způsobem se chovají jako skleněné stěny skleníku.Tento skleníkový efekt udržuje Zemi dostatečně teplou, aby udržel život.

Fotosyntéza
Téměř celý život na Zemi se spoléhá na sluneční energii pro jídlo, ať už přímo nebo nepřímo.

Producenti se spoléhají přímo na sluneční energii.Absorbují sluneční světlo a přeměňují jej na živiny prostřednictvím procesu zvaného fotosyntéza.Producenti, také nazývané autotrofy, zahrnují rostliny, řasy, bakterie a houby.Autotrofy jsou základem potravinového webu.

Spotřebitelé se spoléhají na výrobce živin.Býložravci, masožravci, omnivoci a detritivoři se nepřímo spoléhají na sluneční energii.Býložravci jedí rostliny a další producenty.Masožravci a omnivoři jedí jak producenty, tak býložravců.Detritivoři rozkládají záležitost rostlin a zvířat tím, že ji konzumují.

Fosilní paliva
Fotosyntéza je také zodpovědná za všechna fosilní paliva na Zemi.Vědci odhadují, že asi před třemi miliardami let se první autotrofy vyvinuly ve vodním prostředí.Sluneční světlo umožnilo životnosti rostlin a rozvíjet se a vyvíjet se.Poté, co autotrofy zemřely, rozložili se a posunuli hlouběji do Země, někdy tisíce metrů.Tento proces pokračoval po milionech let.

Při intenzivním tlaku a vysokých teplotách se tyto zbytky staly tím, co známe jako fosilní paliva.Mikroorganismy se staly ropou, zemní plyn a uhlí.

Lidé si vyvinuli procesy pro extrakci těchto fosilních paliv a jejich využití pro energii.Fosilní paliva jsou však neobnovitelným zdrojem.Formují si miliony let.

Využití sluneční energie

Solární energie je obnovitelný zdroj a mnoho technologií ji může sklízet přímo pro použití v domácnostech, podnicích, školách a nemocnicích.Některé technologie sluneční energie zahrnují fotovoltaické buňky a panely, koncentrovanou sluneční energii a solární architektura.

Existují různé způsoby, jak zachytit sluneční záření a převést jej na využitelnou energii.Metody používají buď aktivní sluneční energii nebo pasivní sluneční energii.

Aktivní solární technologie používají elektrická nebo mechanická zařízení k aktivně přeměně sluneční energie na jinou formu energie, nejčastěji tepla nebo elektřinu.Pasivní solární technologie nepoužívají žádná externí zařízení.Místo toho využívají místní klima k tepelným strukturám během zimy a odrážejí teplo v létě.

Fotovoltaika

Fotovoltaics je forma aktivní solární technologie, kterou objevil v roce 1839 19letým francouzským fyzikem Alexandre-Edmond Becquerel.Becquerel zjistil, že když umístil chlorid stříbrný do kyselého roztoku a vystavil ho slunečnímu světlu, platinové elektrody připojené k němu vytvořily elektrický proud.Tento proces výroby elektřiny přímo ze slunečního záření se nazývá fotovoltaický efekt nebo fotovoltaiku.

Dnes je fotovoltaika pravděpodobně nejznámějším způsobem využití sluneční energie.Fotovoltaická pole obvykle zahrnují solární panely, sbírku desítek nebo dokonce stovek solárních článků.

Každá solární článek obsahuje polovodič, obvykle vyrobený z křemíku.Když polovodič absorbuje sluneční světlo, srazí elektrony uvolněné.Elektrické pole nasměruje tyto volné elektrony do elektrického proudu a teče v jednom směru.Kovové kontakty v horní a dolní části solárního článku nasměrují tento proud na externí objekt.Externí objekt může být malý jako kalkulačka na solární sílu nebo velká jako elektrárna.

Fotovoltaika byla nejprve široce používána na kosmické lodi.Mnoho satelitů, včetně Mezinárodní kosmické stanice (ISS), má široké, reflexní „křídla“ solárních panelů.ISS má dvě křídla solárního pole (pila), z nichž každá používá asi 33 000 solárních článků.Tyto fotovoltaické buňky dodávají veškerou elektřinu ISS, což umožňuje astronautům provozovat stanici, bezpečně žít ve vesmíru měsíce najednou a provádět vědecké a inženýrské experimenty.

Po celém světě byly postaveny fotovoltaické elektrárny.Největší stanice jsou ve Spojených státech, Indii a Číně.Tyto elektrárny emitují stovky megawattů elektřiny, používané k dodávání domů, podniků, škol a nemocnic.

Fotovoltaická technologie lze také nainstalovat v menším měřítku.Solární panely a buňky mohou být připevněny ke střešem nebo vnějším stěnám budov a dodávají elektřinu pro strukturu.Mohou být umístěny podél silnic na lehké dálnice.Solární články jsou dostatečně malé, aby napájely i menší zařízení, jako jsou kalkulačky, parkovací metry, odpadky a vodní čerpadla.

Koncentrovaná sluneční energie

Dalším typem aktivní solární technologie je koncentrovaná sluneční energie nebo koncentrovaná sluneční energie (CSP).Technologie CSP používá čočky a zrcadla k zaostření (koncentrátu) slunečního světla z velké oblasti do mnohem menší oblasti.Tato intenzivní oblast záření zahřívá tekutinu, která zase vytváří elektřinu nebo podporuje další proces.

Solární pece jsou příkladem koncentrované sluneční energie.Existuje mnoho různých typů solárních pecí, včetně solárních věží, parabolických žlabů a fresnelových reflektorů.Používají stejnou obecnou metodu k zachycení a přeměně energie.

Sluneční věže používají heliostaty, plochá zrcadla, která se promění tak, aby sledovaly oblouk slunce oblohou.Zrcadla jsou uspořádána kolem centrální „sběratelské věže“ a odrážejí sluneční světlo na koncentrovaný paprsek světla, který svítí na ohnisko na věži.

V předchozích návrzích solárních věží vytápěl koncentrované sluneční světlo nádobu s vodou, která produkovala páru, která poháněla turbínu.V poslední době některé sluneční věže používají kapalný sodík, který má vyšší tepelnou kapacitu a udržuje teplo po delší dobu.To znamená, že tekutina nedosahuje nejen teplot 773 až 1 273 tisíc (500 ° až 1 000 ° C nebo 932 ° až 1 832 ° F), ale může i nadále vařit vodu a generovat energii, i když slunce neskří.

Parabolické koryto a fresnelové reflektory také používají CSP, ale jejich zrcadla jsou tvarována odlišně.Parabolická zrcadla jsou zakřivená a tvar podobný sedle.Reflektory Fresnelu používají k zachycení slunečního světla ploché, tenké proužky zrcadla a nasměrují je na trubici kapaliny.Fresnelovy reflektory mají více povrchové plochy než parabolické žlaby a mohou soustředit sluneční energii na asi 30násobek její normální intenzity.

Koncentrované solární elektrárny byly poprvé vyvinuty v 80. letech.Největším zařízením na světě je řada rostlin v poušti Mojave v americkém státě Kalifornie.Tento systém vytvářející solární energii (SEGS) generuje každý rok více než 650 gigawattových hodin elektřiny.Ve Španělsku a Indii byly vyvinuty další velké a účinné rostliny.

Koncentrovaná sluneční energie může být také použita v menším měřítku.Může například generovat teplo pro solární vařiče.Lidé ve vesnicích po celém světě používají solární vařiče k vaření vody pro hygienu a vaření jídla.

Solární vařiče poskytují mnoho výhod oproti kamna na hoření dřeva: Nejedná se o nebezpečí požáru, nevyrábějí kouř, nevyžadují palivo a snižují ztrátu stanovišť v lesích, kde by se stromy sklízely pro palivo.Solární vařiče také umožňují vesničanům pokračovat v době vzdělávání, podnikání, zdraví nebo rodiny v době, kdy se dříve používal pro shromažďování palivového dříví.Solární vařiče se používají v oblastech tak rozmanitých jako Čad, Izrael, Indie a Peru.

Solární architektura

V průběhu dne je sluneční energie součástí procesu tepelné konvekce nebo pohybu tepla z teplejšího prostoru na chladnější.Když slunce vychází, začne zahřívat předměty a materiál na Zemi.Po celý den tyto materiály absorbují teplo ze slunečního záření.V noci, když slunce zapadá a atmosféra se ochladila, materiály uvolňují teplo zpět do atmosféry.

Pasivní techniky sluneční energie využívají tento proces přirozeného vytápění a chlazení.

Domy a další budovy používají pasivní sluneční energii k efektivní distribuci tepla a levně.Příkladem je výpočet „tepelné hmoty“ budovy.Tepelná hmota budovy je většina materiálu zahřívaného po celý den.Příklady tepelné hmoty budovy jsou dřevo, kov, beton, hlína, kámen nebo bláto.V noci uvolní tepelná hmota své teplo zpět do místnosti.Efektivní ventilační systémy - vnitřní dráhy, okna a vzduchové kanály - distribuují zahřátý vzduch a udržují mírnou konzistentní vnitřní teplotu.

Pasivní solární technologie je často zapojena do designu budovy.Například ve fázi plánování výstavby může inženýr nebo architekt sladit budovu s denní cestou Slunce, aby získala žádoucí množství slunečního světla.Tato metoda bere v úvahu zeměpisnou šířku, nadmořskou výšku a typickou oblačnost konkrétní oblasti.Kromě toho mohou být budovy konstruovány nebo vybaveny tak, aby měly tepelnou izolaci, tepelnou hmotu nebo další stínování.

Dalšími příklady pasivní solární architektury jsou skvělé střechy, sálavé bariéry a zelené střechy.Chladné střechy jsou natřeny bílé a odrážejí sluneční záření místo toho, aby ho absorbovaly.Bílý povrch snižuje množství tepla, které dosáhne vnitřku budovy, což zase snižuje množství energie, která je potřebná k ochlazení budovy.

Radiační bariéry fungují podobně jako chladné střechy.Poskytují izolaci vysoce reflexními materiály, jako je hliníková fólie.Fólie odráží místo absorbujícího tepla a může snížit náklady na chlazení až na 10 procent.Kromě střech a podkroví mohou být pod podlažích také instalovány zářivé bariéry.

Zelené střechy jsou střechy, které jsou zcela pokryty vegetací.Vyžadují půdu a zavlažování pro podporu rostlin a vodotěsnou vrstvu pod ní.Zelené střechy nejen snižují množství tepla, které je absorbováno nebo ztraceno, ale také poskytuje vegetaci.Prostřednictvím fotosyntézy rostliny na zelených střechách absorbují oxid uhličitý a emitují kyslík.Filtrují znečišťující látky z dešťové vody a vzduchu a kompenzují některé účinky spotřeby energie v tomto prostoru.

Zelené střechy byly ve Skandinávii po staletí tradicí a nedávno se staly populární v Austrálii, západní Evropě, Kanadě a ve Spojených státech.Například společnost Ford Motor Company pokrývala 42 000 metrů čtverečních (450 000 čtverečních stop) svých střech montážních rostlin v Dearborn v Michiganu s vegetací.Kromě snižování emisí skleníkových plynů snižují střechy odtok dešťové vody absorbováním několika centimetrů srážek.

Zelené střechy a chladné střechy mohou také působit proti efektu „Urban Heat Island“.V rušných městech může být teplota trvale vyšší než okolní oblasti.K tomu přispívá mnoho faktorů: města jsou konstruována z materiálů, jako je asfalt a beton, které absorbují teplo;Vysoké budovy blokují vítr a jeho chladicí účinky;a vysoké množství odpadního tepla je generováno průmyslem, provozem a vysokou populací.Použití dostupného prostoru na střeše pro pěstování stromů nebo odrážení tepla s bílými střechami může částečně zmírnit zvýšení místní teploty v městských oblastech.

Sluneční energie a lidé

Protože sluneční světlo svítí pouze asi polovinu dne ve většině částí světa, technologie solární energie musí zahrnovat metody ukládání energie během tmavých hodin.

Systémy tepelné hmotnosti používají parafínový vosk nebo různé formy soli k uložení energie ve formě tepla.Fotovoltaické systémy mohou odesílat přebytečnou elektřinu do místní napájecí sítě nebo uložit energii do dobíjecího baterie.

Používání sluneční energie existuje mnoho výhod a nevýhod.

Výhody
Hlavní výhodou využití sluneční energie je, že se jedná o obnovitelný zdroj.Budeme mít stabilní, neomezené zásoby slunečního světla po dobu dalších pět miliard let.Za jednu hodinu dostává atmosféra Země dostatek slunečního světla, aby po celý rok poháněla potřeby elektřiny každé lidské bytosti na Zemi.

Sluneční energie je čistá.Po zavedení a zavedení zařízení pro solární technologie a zavedení solární energie nepotřebuje, aby fungovalo palivo.Rovněž nevydává skleníkové plyny nebo toxické materiály.Použití sluneční energie může drasticky snížit dopad, který máme na životní prostředí.

Existují místa, kde je sluneční energie praktická.Domy a budovy v oblastech s velkým množstvím slunečního světla a nízkého oblačnosti mají příležitost využít hojnou energii Slunce.

Solární vařiče poskytují vynikající alternativu k vaření s kamna na dřevo-na které se dvě miliardy lidí stále spoléhají.Solární vařiče poskytují čistší a bezpečnější způsob dezinfikace vody a vaření jídla.

Solární energie doplňuje další obnovitelné zdroje energie, jako je větrná nebo vodní energie.

Domy nebo podniky, které instalují úspěšné solární panely, mohou ve skutečnosti produkovat přebytečnou elektřinu.Tito majitelé domů nebo majitelé podniků mohou prodávat energii zpět poskytovateli elektrického, snižovat nebo dokonce eliminovat účty za energii.

Nevýhody
Hlavním odrazujícím prostředkem k používání sluneční energie je požadované vybavení.Solární technologické vybavení je drahé.Nákup a instalace zařízení může stát desítky tisíc dolarů pro jednotlivé domy.Přestože vláda často nabízí snížené daně lidem a podnikům využívajícím sluneční energii a technologie může eliminovat účty za elektřinu, počáteční náklady jsou příliš strmé na to, aby mnozí zvážili.

Solární energetické vybavení je také těžké.Aby se na střechu budovy mohla regrovat nebo instalovat solární panely, musí být střecha silná, velká a orientovaná směrem k sluneční cestě.

Aktivní i pasivní solární technologie závisí na faktorech, které jsou mimo naši kontrolu, jako je klima a oblačnost.Místní oblasti musí být studovány, aby se zjistilo, zda by sluneční energie byla v této oblasti účinná.

Sluneční světlo musí být hojné a konzistentní, aby sluneční energie byla efektivní volbou.Na většině míst na Zemi je variabilita slunečního světla obtížné implementovat jako jediný zdroj energie.