Tenaga suria ialah sebarang jenis tenaga yang dihasilkan oleh matahari.

Tenaga suria dicipta oleh pelakuran nuklear yang berlaku di matahari.Pelauran berlaku apabila proton atom hidrogen berlanggar dengan kuat dalam teras matahari dan bercantum untuk mencipta atom helium.

Proses ini, yang dikenali sebagai tindak balas rantai PP (proton-proton), mengeluarkan sejumlah besar tenaga.Dalam terasnya, matahari menggabungkan kira-kira 620 juta tan metrik hidrogen setiap saat.Tindak balas rantai PP berlaku pada bintang lain yang kira-kira saiz matahari kita, dan memberikan mereka tenaga dan haba berterusan.Suhu untuk bintang ini adalah sekitar 4 juta darjah pada skala Kelvin (kira-kira 4 juta darjah Celsius, 7 juta darjah Fahrenheit).

Dalam bintang yang kira-kira 1.3 kali lebih besar daripada matahari, kitaran CNO memacu penciptaan tenaga.Kitaran CNO juga menukar hidrogen kepada helium, tetapi bergantung kepada karbon, nitrogen, dan oksigen (C, N, dan O) untuk berbuat demikian.Pada masa ini, kurang daripada dua peratus tenaga matahari dicipta oleh kitaran CNO.

Pelaburan nuklear oleh tindak balas rantai PP atau kitaran CNO membebaskan sejumlah besar tenaga dalam bentuk gelombang dan zarah.Tenaga suria sentiasa mengalir menjauhi matahari dan ke seluruh sistem suria.Tenaga suria memanaskan Bumi, menyebabkan angin dan cuaca, serta mengekalkan kehidupan tumbuhan dan haiwan.

Tenaga, haba dan cahaya matahari mengalir keluar dalam bentuk sinaran elektromagnet (EMR).

Spektrum elektromagnet wujud sebagai gelombang frekuensi dan panjang gelombang yang berbeza.Kekerapan gelombang mewakili berapa kali gelombang itu berulang dalam unit masa tertentu.Gelombang dengan panjang gelombang yang sangat pendek berulang beberapa kali dalam unit masa tertentu, jadi ia adalah frekuensi tinggi.Sebaliknya, gelombang frekuensi rendah mempunyai panjang gelombang yang lebih panjang.

Sebahagian besar gelombang elektromagnet tidak dapat dilihat oleh kita.Gelombang frekuensi tinggi yang paling banyak dipancarkan oleh matahari ialah sinar gamma, sinar-X, dan sinaran ultraungu (sinar UV).Sinaran UV yang paling berbahaya hampir diserap sepenuhnya oleh atmosfera Bumi.Sinaran UV yang kurang kuat bergerak melalui atmosfera, dan boleh menyebabkan selaran matahari.

Matahari juga memancarkan sinaran inframerah, yang gelombangnya jauh lebih rendah frekuensinya.Kebanyakan haba dari matahari datang sebagai tenaga inframerah.

Tersepit antara inframerah dan UV ialah spektrum yang boleh dilihat, yang mengandungi semua warna yang kita lihat di Bumi.Warna merah mempunyai panjang gelombang terpanjang (paling dekat dengan inframerah), dan ungu (paling dekat dengan UV) paling pendek.

Tenaga Suria Semulajadi

Kesan rumah hijau
Gelombang inframerah, kelihatan dan UV yang sampai ke Bumi mengambil bahagian dalam proses memanaskan planet dan menjadikan kehidupan mungkin—yang dipanggil "kesan rumah hijau."

Kira-kira 30 peratus tenaga suria yang sampai ke Bumi dipantulkan kembali ke angkasa.Selebihnya diserap ke atmosfera Bumi.Sinaran memanaskan permukaan Bumi, dan permukaan memancarkan kembali sebahagian tenaga dalam bentuk gelombang inframerah.Apabila mereka naik melalui atmosfera, mereka dipintas oleh gas rumah hijau, seperti wap air dan karbon dioksida.

Gas rumah hijau memerangkap haba yang dipantulkan semula ke atmosfera.Dengan cara ini, mereka bertindak seperti dinding kaca rumah hijau.Kesan rumah hijau ini menjadikan Bumi cukup panas untuk mengekalkan kehidupan.

Fotosintesis
Hampir semua kehidupan di Bumi bergantung kepada tenaga suria untuk makanan, sama ada secara langsung atau tidak langsung.

Pengeluar bergantung secara langsung kepada tenaga suria.Mereka menyerap cahaya matahari dan menukarnya kepada nutrien melalui proses yang dipanggil fotosintesis.Pengeluar, juga dipanggil autotrof, termasuk tumbuhan, alga, bakteria, dan kulat.Autotrof adalah asas kepada siratan makanan.

Pengguna bergantung kepada pengeluar untuk nutrien.Herbivor, karnivor, omnivor dan detritivor bergantung kepada tenaga suria secara tidak langsung.Herbivor memakan tumbuhan dan pengeluar lain.Karnivor dan omnivor memakan kedua-dua pengeluar dan herbivor.Detritivor mengurai bahan tumbuhan dan haiwan dengan memakannya.

Bahan Api Fosil
Fotosintesis juga bertanggungjawab untuk semua bahan api fosil di Bumi.Para saintis menganggarkan bahawa kira-kira tiga bilion tahun yang lalu, autotrof pertama berkembang dalam persekitaran akuatik.Cahaya matahari membolehkan hidupan tumbuhan berkembang maju dan berkembang.Selepas autotrof mati, mereka reput dan beralih lebih dalam ke dalam Bumi, kadang-kadang beribu-ribu meter.Proses ini berterusan selama berjuta-juta tahun.

Di bawah tekanan yang kuat dan suhu tinggi, sisa-sisa ini menjadi apa yang kita kenali sebagai bahan api fosil.Mikroorganisma menjadi petroleum, gas asli, dan arang batu.

Orang ramai telah membangunkan proses untuk mengekstrak bahan api fosil ini dan menggunakannya untuk tenaga.Walau bagaimanapun, bahan api fosil adalah sumber yang tidak boleh diperbaharui.Mereka mengambil masa berjuta-juta tahun untuk terbentuk.

Memanfaatkan Tenaga Suria

Tenaga suria ialah sumber yang boleh diperbaharui, dan banyak teknologi boleh menuainya secara langsung untuk digunakan di rumah, perniagaan, sekolah dan hospital.Sesetengah teknologi tenaga suria termasuk sel dan panel fotovoltaik, tenaga suria pekat dan seni bina suria.

Terdapat pelbagai cara untuk menangkap sinaran suria dan menukarkannya kepada tenaga yang boleh digunakan.Kaedah menggunakan sama ada tenaga suria aktif atau tenaga suria pasif.

Teknologi suria aktif menggunakan peranti elektrik atau mekanikal untuk menukar tenaga suria secara aktif kepada bentuk tenaga lain, selalunya haba atau elektrik.Teknologi solar pasif tidak menggunakan sebarang peranti luaran.Sebaliknya, mereka mengambil kesempatan daripada iklim tempatan untuk memanaskan struktur semasa musim sejuk, dan memantulkan haba semasa musim panas.

Fotovoltaik

Photovoltaics ialah satu bentuk teknologi suria aktif yang ditemui pada tahun 1839 oleh ahli fizik Perancis berusia 19 tahun Alexandre-Edmond Becquerel.Becquerel mendapati bahawa apabila dia meletakkan perak-klorida dalam larutan berasid dan mendedahkannya kepada cahaya matahari, elektrod platinum yang melekat padanya menghasilkan arus elektrik.Proses penjanaan elektrik terus daripada sinaran suria ini dipanggil kesan fotovoltaik, atau fotovoltaik.

Hari ini, fotovoltaik mungkin merupakan cara yang paling biasa untuk memanfaatkan tenaga suria.Tatasusunan fotovoltaik biasanya melibatkan panel solar, koleksi berpuluh-puluh atau bahkan ratusan sel solar.

Setiap sel suria mengandungi semikonduktor, biasanya diperbuat daripada silikon.Apabila semikonduktor menyerap cahaya matahari, ia mengetuk elektron longgar.Medan elektrik mengarahkan elektron longgar ini ke dalam arus elektrik, mengalir dalam satu arah.Sentuhan logam di bahagian atas dan bawah sel suria mengarahkan arus itu ke objek luar.Objek luaran boleh sekecil kalkulator berkuasa solar atau sebesar stesen janakuasa.

Fotovoltaik pertama kali digunakan secara meluas pada kapal angkasa.Banyak satelit, termasuk Stesen Angkasa Antarabangsa (ISS), menampilkan "sayap" panel solar yang luas dan reflektif.ISS mempunyai dua sayap tatasusunan suria (SAW), setiap satu menggunakan kira-kira 33,000 sel suria.Sel fotovoltaik ini membekalkan semua elektrik ke ISS, membolehkan angkasawan mengendalikan stesen, selamat tinggal di angkasa selama berbulan-bulan pada satu masa, dan menjalankan eksperimen saintifik dan kejuruteraan.

Stesen janakuasa fotovoltaik telah dibina di seluruh dunia.Stesen terbesar adalah di Amerika Syarikat, India, dan China.Stesen janakuasa ini mengeluarkan ratusan megawatt elektrik, digunakan untuk membekalkan rumah, perniagaan, sekolah dan hospital.

Teknologi fotovoltaik juga boleh dipasang pada skala yang lebih kecil.Panel solar dan sel boleh dipasang pada bumbung atau dinding luar bangunan, membekalkan elektrik untuk struktur.Ia boleh diletakkan di sepanjang jalan ke lebuh raya ringan.Sel suria cukup kecil untuk menggerakkan peranti yang lebih kecil, seperti kalkulator, meter tempat letak kereta, pemadat sampah dan pam air.

Tenaga Suria Pekat

Satu lagi jenis teknologi solar aktif ialah tenaga solar pekat atau kuasa solar pekat (CSP).Teknologi CSP menggunakan kanta dan cermin untuk memfokus (menumpu) cahaya matahari dari kawasan yang besar ke kawasan yang lebih kecil.Kawasan sinaran yang sengit ini memanaskan bendalir, yang seterusnya menjana elektrik atau memacu proses lain.

Relau suria adalah contoh tenaga suria pekat.Terdapat pelbagai jenis relau suria, termasuk menara tenaga suria, palung parabola dan pemantul Fresnel.Mereka menggunakan kaedah umum yang sama untuk menangkap dan menukar tenaga.

Menara tenaga suria menggunakan heliostat, cermin rata yang berpusing mengikuti arka matahari melalui langit.Cermin-cermin itu disusun mengelilingi "menara pengumpul" pusat dan memantulkan cahaya matahari menjadi sinar cahaya pekat yang bersinar pada titik fokus pada menara.

Dalam reka bentuk menara tenaga solar sebelum ini, cahaya matahari pekat memanaskan bekas air, yang menghasilkan wap yang menggerakkan turbin.Baru-baru ini, beberapa menara tenaga suria menggunakan natrium cecair, yang mempunyai kapasiti haba yang lebih tinggi dan mengekalkan haba untuk jangka masa yang lebih lama.Ini bermakna cecair bukan sahaja mencapai suhu 773 hingga 1,273K (500° hingga 1,000° C atau 932° hingga 1,832° F), tetapi ia boleh terus mendidih air dan menjana kuasa walaupun matahari tidak bersinar.

Palung parabola dan pemantul Fresnel juga menggunakan CSP, tetapi cerminnya berbentuk berbeza.Cermin parabola melengkung, dengan bentuk yang serupa dengan pelana.Reflektor Fresnel menggunakan jalur cermin yang rata dan nipis untuk menangkap cahaya matahari dan mengarahkannya ke tiub cecair.Reflektor fresnel mempunyai lebih luas permukaan berbanding palung parabola dan boleh menumpukan tenaga matahari kepada kira-kira 30 kali ganda keamatan biasa.

Loji tenaga solar pekat mula dibangunkan pada tahun 1980-an.Kemudahan terbesar di dunia ialah siri tumbuhan di Gurun Mojave di negeri California AS.Sistem Penjanaan Tenaga Suria (SEGS) ini menjana lebih daripada 650 gigawatt-jam elektrik setiap tahun.Tumbuhan besar dan berkesan lain telah dibangunkan di Sepanyol dan India.

Tenaga suria pekat juga boleh digunakan pada skala yang lebih kecil.Ia boleh menjana haba untuk periuk solar, contohnya.Penduduk di kampung di seluruh dunia menggunakan periuk solar untuk memasak air untuk sanitasi dan memasak makanan.

Pemasak solar memberikan banyak kelebihan berbanding dapur yang membakar kayu: Ia bukan bahaya kebakaran, tidak menghasilkan asap, tidak memerlukan bahan api, dan mengurangkan kehilangan habitat di hutan di mana pokok-pokok akan dituai untuk bahan bakar.Periuk solar juga membolehkan penduduk kampung mengejar masa untuk pendidikan, perniagaan, kesihatan, atau keluarga pada masa yang sebelum ini digunakan untuk mengumpul kayu api.Pemasak solar digunakan di kawasan yang pelbagai seperti Chad, Israel, India, dan Peru.

Senibina Suria

Sepanjang hari, tenaga suria adalah sebahagian daripada proses perolakan terma, atau pergerakan haba dari ruang yang lebih panas kepada yang lebih sejuk.Apabila matahari terbit, ia mula memanaskan objek dan bahan di Bumi.Sepanjang hari, bahan-bahan ini menyerap haba daripada sinaran suria.Pada waktu malam, apabila matahari terbenam dan atmosfera telah menjadi sejuk, bahan-bahan tersebut melepaskan habanya semula ke atmosfera.

Teknik tenaga suria pasif memanfaatkan proses pemanasan dan penyejukan semula jadi ini.

Rumah dan bangunan lain menggunakan tenaga suria pasif untuk mengagihkan haba dengan cekap dan murah.Mengira "jisim terma" bangunan ialah contoh perkara ini.Jisim terma bangunan ialah sebahagian besar bahan yang dipanaskan sepanjang hari.Contoh jisim haba bangunan ialah kayu, logam, konkrit, tanah liat, batu atau lumpur.Pada waktu malam, jisim terma membebaskan habanya semula ke dalam bilik.Sistem pengudaraan yang berkesan—lorong, tingkap dan saluran udara—mengedarkan udara yang dipanaskan dan mengekalkan suhu dalaman yang sederhana dan konsisten.

Teknologi solar pasif sering terlibat dalam reka bentuk bangunan.Sebagai contoh, dalam peringkat perancangan pembinaan, jurutera atau arkitek boleh menyelaraskan bangunan dengan laluan harian matahari untuk menerima jumlah cahaya matahari yang diingini.Kaedah ini mengambil kira latitud, ketinggian dan litupan awan biasa bagi kawasan tertentu.Di samping itu, bangunan boleh dibina atau dipasang semula untuk mempunyai penebat haba, jisim haba atau teduhan tambahan.

Contoh lain seni bina suria pasif ialah bumbung sejuk, penghadang berseri dan bumbung hijau.Bumbung sejuk dicat putih, dan memantulkan sinaran matahari dan bukannya menyerapnya.Permukaan putih mengurangkan jumlah haba yang sampai ke bahagian dalam bangunan, yang seterusnya mengurangkan jumlah tenaga yang diperlukan untuk menyejukkan bangunan.

Penghalang sinaran berfungsi sama seperti bumbung sejuk.Mereka menyediakan penebat dengan bahan yang sangat reflektif, seperti kerajang aluminium.Kerajang mencerminkan, bukannya menyerap, memanaskan, dan boleh mengurangkan kos penyejukan sehingga 10 peratus.Selain bumbung dan loteng, penghadang berseri juga boleh dipasang di bawah lantai.

Bumbung hijau ialah bumbung yang ditutupi sepenuhnya dengan tumbuh-tumbuhan.Mereka memerlukan tanah dan pengairan untuk menyokong tumbuhan, dan lapisan kalis air di bawahnya.Bumbung hijau bukan sahaja mengurangkan jumlah haba yang diserap atau hilang, tetapi juga menyediakan tumbuh-tumbuhan.Melalui fotosintesis, tumbuhan di atas bumbung hijau menyerap karbon dioksida dan mengeluarkan oksigen.Mereka menapis bahan pencemar daripada air hujan dan udara, dan mengimbangi beberapa kesan penggunaan tenaga dalam ruang itu.

Bumbung hijau telah menjadi tradisi di Scandinavia selama berabad-abad, dan baru-baru ini menjadi popular di Australia, Eropah Barat, Kanada, dan Amerika Syarikat.Contohnya, Syarikat Ford Motor meliputi 42,000 meter persegi (450,000 kaki persegi) bumbung kilang pemasangannya di Dearborn, Michigan, dengan tumbuh-tumbuhan.Selain mengurangkan pelepasan gas rumah hijau, bumbung mengurangkan larian air ribut dengan menyerap beberapa sentimeter hujan.

Bumbung hijau dan bumbung sejuk juga boleh mengatasi kesan "pulau haba bandar".Di bandar yang sibuk, suhu boleh secara konsisten lebih tinggi daripada kawasan sekitarnya.Banyak faktor menyumbang kepada ini: Bandar dibina daripada bahan seperti asfalt dan konkrit yang menyerap haba;bangunan tinggi menghalang angin dan kesan penyejukannya;dan jumlah haba buangan yang tinggi dijana oleh industri, lalu lintas dan populasi yang tinggi.Menggunakan ruang yang ada di atas bumbung untuk menanam pokok, atau memantulkan haba dengan bumbung putih, sebahagiannya boleh mengurangkan peningkatan suhu tempatan di kawasan bandar.

Tenaga Suria dan Rakyat

Memandangkan cahaya matahari hanya bersinar selama kira-kira separuh hari di kebanyakan bahagian dunia, teknologi tenaga suria perlu memasukkan kaedah menyimpan tenaga semasa waktu gelap.

Sistem jisim terma menggunakan lilin parafin atau pelbagai bentuk garam untuk menyimpan tenaga dalam bentuk haba.Sistem fotovoltaik boleh menghantar lebihan elektrik ke grid kuasa tempatan, atau menyimpan tenaga dalam bateri boleh dicas semula.

Terdapat banyak kebaikan dan keburukan menggunakan tenaga solar.

Kelebihan
Kelebihan utama menggunakan tenaga suria ialah ia merupakan sumber yang boleh diperbaharui.Kita akan mempunyai bekalan cahaya matahari yang stabil dan tanpa had untuk lima bilion tahun lagi.Dalam satu jam, atmosfera Bumi menerima cahaya matahari yang mencukupi untuk menjana keperluan elektrik setiap manusia di Bumi selama setahun.

Tenaga suria adalah bersih.Selepas peralatan teknologi solar dibina dan dipasang, tenaga solar tidak memerlukan bahan api untuk berfungsi.Ia juga tidak mengeluarkan gas rumah hijau atau bahan toksik.Menggunakan tenaga suria secara drastik boleh mengurangkan kesan yang kita ada pada alam sekitar.

Terdapat lokasi di mana tenaga solar adalah praktikal.Rumah dan bangunan di kawasan yang mempunyai jumlah cahaya matahari yang tinggi dan litupan awan yang rendah mempunyai peluang untuk memanfaatkan tenaga matahari yang banyak.

Pemasak solar menyediakan alternatif yang sangat baik untuk memasak dengan dapur kayu-di mana dua bilion orang masih bergantung.Periuk solar menyediakan cara yang lebih bersih dan selamat untuk membersihkan air dan memasak makanan.

Tenaga suria melengkapkan sumber tenaga boleh diperbaharui yang lain, seperti tenaga angin atau hidroelektrik.

Rumah atau perniagaan yang memasang panel solar yang berjaya sebenarnya boleh menghasilkan lebihan elektrik.Pemilik rumah atau pemilik perniagaan ini boleh menjual semula tenaga kepada pembekal elektrik, mengurangkan atau bahkan menghapuskan bil kuasa.

Keburukan
Penghalang utama untuk menggunakan tenaga solar adalah peralatan yang diperlukan.Peralatan teknologi solar mahal.Membeli dan memasang peralatan boleh menelan belanja puluhan ribu dolar untuk rumah individu.Walaupun kerajaan sering menawarkan cukai yang dikurangkan kepada orang ramai dan perniagaan yang menggunakan tenaga solar, dan teknologi itu boleh menghapuskan bil elektrik, kos permulaan adalah terlalu tinggi untuk dipertimbangkan oleh ramai orang.

Peralatan tenaga solar juga berat.Untuk memasang semula atau memasang panel solar pada bumbung bangunan, bumbung mestilah kuat, besar dan berorientasikan ke arah laluan matahari.

Kedua-dua teknologi suria aktif dan pasif bergantung pada faktor yang berada di luar kawalan kami, seperti iklim dan litupan awan.Kawasan tempatan mesti dikaji untuk menentukan sama ada kuasa solar akan berkesan atau tidak di kawasan itu.

Cahaya matahari mesti banyak dan konsisten untuk tenaga suria menjadi pilihan yang cekap.Di kebanyakan tempat di Bumi, kebolehubahan cahaya matahari menjadikannya sukar untuk dilaksanakan sebagai satu-satunya sumber tenaga.