Tenaga solar adalah jenis tenaga yang dihasilkan oleh matahari.

Tenaga solar dicipta oleh gabungan nuklear yang berlaku di bawah sinar matahari. Fusion berlaku apabila proton atom hidrogen bertabrakan dalam teras matahari dan fius untuk membuat atom helium.

Proses ini, yang dikenali sebagai tindak balas rantai PP (proton-proton), memancarkan sejumlah besar tenaga. Secara terasinya, matahari melengkung kira -kira 620 juta tan metrik hidrogen setiap saat. Reaksi rantai PP berlaku di bintang lain yang kira -kira saiz matahari kita, dan memberikan mereka tenaga dan haba yang berterusan. Suhu untuk bintang -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 mendorong penciptaan tenaga. Kitaran CNO juga menukarkan hidrogen ke helium, tetapi bergantung pada karbon, nitrogen, dan oksigen (c, n, dan o) untuk berbuat demikian. Pada masa ini, kurang daripada dua peratus tenaga matahari dicipta oleh kitaran CNO.

Gabungan nuklear oleh tindak balas rantai PP atau kitaran CNO melepaskan sejumlah besar tenaga dalam bentuk gelombang dan zarah. Tenaga solar sentiasa mengalir dari matahari dan di seluruh sistem solar. Tenaga suria menghangatkan bumi, menyebabkan angin dan cuaca, dan mengekalkan kehidupan tumbuhan dan haiwan.

Tenaga, panas, dan cahaya dari matahari mengalir dalam bentuk radiasi elektromagnet (EMR).

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

Sebilangan besar gelombang elektromagnet tidak dapat dilihat oleh kami. Gelombang frekuensi yang paling tinggi yang dipancarkan oleh matahari adalah sinaran gamma, x-ray, dan radiasi ultraviolet (sinaran UV). Sinaran UV yang paling berbahaya hampir diserap oleh atmosfera Bumi. Sinar UV yang kurang kuat bergerak melalui atmosfera, dan boleh menyebabkan selaran matahari.

Matahari juga memancarkan radiasi inframerah, yang ombaknya jauh lebih rendah. Kebanyakan panas dari matahari tiba sebagai tenaga inframerah.

Dihidupkan antara inframerah dan UV adalah spektrum yang kelihatan, 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) yang paling singkat.

Tenaga solar semulajadi

Kesan Rumah Hijau
Gelombang inframerah, kelihatan, dan UV yang mencapai bumi mengambil bahagian dalam proses pemanasan planet ini dan menjadikan kehidupan mungkin-yang dipanggil "kesan rumah hijau."

Kira -kira 30 peratus daripada tenaga suria yang mencapai bumi dicerminkan kembali ke angkasa. Selebihnya diserap ke atmosfera Bumi. Sinaran menghangatkan permukaan bumi, dan permukaannya memancarkan beberapa tenaga yang kembali dalam bentuk gelombang inframerah. Ketika mereka naik ke atmosfera, mereka dipintas oleh gas rumah hijau, seperti wap air dan karbon dioksida.

Gas rumah hijau memerangkap haba yang mencerminkan kembali 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 pada tenaga solar untuk makanan, sama ada secara langsung atau tidak langsung.

Pengeluar bergantung secara langsung kepada tenaga solar. Mereka menyerap cahaya matahari dan mengubahnya menjadi nutrien melalui proses yang dipanggil fotosintesis. Pengeluar, juga dikenali sebagai autotrophs, termasuk tumbuhan, alga, bakteria, dan kulat. Autotrophs adalah asas web makanan.

Pengguna bergantung kepada pengeluar untuk nutrien. Herbivora, karnivor, omnivora, dan detritivor bergantung kepada tenaga solar secara tidak langsung. Herbivora makan tumbuh -tumbuhan dan pengeluar lain. Karnivor dan omnivora makan kedua -dua pengeluar dan herbivora. Detritivores menguraikan tumbuhan dan bahan haiwan dengan memakannya.

Bahan api fosil
Photosynthesis juga bertanggungjawab untuk semua bahan api fosil di Bumi. Para saintis menganggarkan bahawa kira -kira tiga bilion tahun yang lalu, autotrop pertama berkembang dalam tetapan akuatik. Cahaya matahari membenarkan kehidupan tumbuhan berkembang maju dan berkembang. Selepas autotrophs meninggal, mereka terurai dan beralih lebih jauh ke bumi, kadang -kadang beribu -ribu meter. Proses ini berterusan selama berjuta -juta tahun.

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

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

Memanfaatkan tenaga solar

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

Terdapat cara yang berbeza untuk menangkap sinaran suria dan menukarnya menjadi tenaga yang boleh digunakan. Kaedah menggunakan tenaga solar aktif atau tenaga solar pasif.

Teknologi solar aktif menggunakan peranti elektrik atau mekanikal untuk secara aktif menukar tenaga solar ke dalam bentuk tenaga yang lain, yang paling sering panas atau elektrik. Teknologi solar pasif tidak menggunakan sebarang peranti luaran. Sebaliknya, mereka mengambil kesempatan daripada iklim tempatan untuk panas struktur semasa musim sejuk, dan mencerminkan haba pada musim panas.

Photovoltaics

Photovoltaics adalah satu bentuk teknologi solar 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 dilampirkan kepadanya menghasilkan arus elektrik. Proses menjana elektrik secara langsung dari sinaran solar dipanggil kesan fotovoltaik, atau fotovoltaik.

Hari ini, fotovoltaik mungkin cara yang paling biasa untuk memanfaatkan tenaga solar. Arus fotovoltaik biasanya melibatkan panel solar, koleksi berpuluh -puluh atau beratus -ratus sel solar.

Setiap sel solar 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 ke satu arah. Hubungan logam di bahagian atas dan bawah sel solar langsung ke objek luaran. Objek luaran boleh sekecil sebagai kalkulator berkuasa solar atau sebesar stesen janakuasa.

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

Stesen kuasa fotovoltaik telah dibina di seluruh dunia. Stesen -stesen terbesar di Amerika Syarikat, India, dan China. Stesen kuasa ini memancarkan beratus -ratus megawatt elektrik, yang digunakan untuk membekalkan rumah, perniagaan, sekolah, dan hospital.

Teknologi fotovoltaik juga boleh dipasang pada skala yang lebih kecil. Panel dan sel solar boleh diperbaiki ke bumbung atau dinding luaran bangunan, membekalkan elektrik untuk struktur. Mereka boleh diletakkan di sepanjang jalan ke lebuh raya cahaya. Sel solar cukup kecil untuk menguatkan peranti yang lebih kecil, seperti kalkulator, meter letak kereta, pemadat sampah, dan pam air.

Tenaga suria yang tertumpu

Satu lagi jenis teknologi solar aktif adalah tenaga solar yang tertumpu atau kuasa solar pekat (CSP). Teknologi CSP menggunakan kanta dan cermin untuk memberi tumpuan (menumpukan) cahaya matahari dari kawasan yang besar ke kawasan yang lebih kecil. Kawasan radiasi yang sengit ini memanaskan cecair, yang seterusnya menjana elektrik atau bahan api proses lain.

Relau solar adalah contoh kuasa solar pekat. Terdapat banyak jenis relau solar, termasuk menara tenaga solar, palung parabola, dan reflektor Fresnel. Mereka menggunakan kaedah umum yang sama untuk menangkap dan menukar tenaga.

Menara kuasa solar menggunakan heliostat, cermin rata yang beralih untuk mengikuti arka matahari melalui langit. Cermin diatur di sekitar "menara pemungut" pusat, dan mencerminkan cahaya matahari ke dalam sinar cahaya pekat yang bersinar pada titik fokus pada menara.

Dalam reka bentuk menara kuasa solar sebelumnya, cahaya matahari pekat memanaskan bekas air, yang menghasilkan stim yang menguasai turbin. Baru -baru ini, beberapa menara kuasa solar menggunakan natrium cecair, yang mempunyai kapasiti haba yang lebih tinggi dan mengekalkan haba untuk jangka waktu 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 dapat terus mendidih air dan menjana kuasa walaupun matahari tidak bersinar.

Palung parabola dan reflektor Fresnel juga menggunakan CSP, tetapi cermin mereka dibentuk secara 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 banyak kawasan permukaan daripada palung parabola dan boleh menumpukan tenaga matahari hingga kira -kira 30 kali keamatan normalnya.

Loji janakuasa solar yang ditumpukan mula -mula dibangunkan pada tahun 1980 -an. Kemudahan terbesar di dunia adalah satu siri tumbuhan di padang pasir Mojave di negeri AS California. Sistem penjanaan tenaga solar (SEGS) ini menghasilkan lebih daripada 650 jam gigawatt elektrik setiap tahun. Tumbuhan lain yang besar dan berkesan telah dibangunkan di Sepanyol dan India.

Kuasa solar pekat juga boleh digunakan pada skala yang lebih kecil. Ia boleh menjana haba untuk periuk solar, misalnya. Orang di kampung di seluruh dunia menggunakan periuk solar untuk mendidih air untuk sanitasi dan memasak makanan.

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

Senibina solar

Sepanjang hari, tenaga solar adalah sebahagian daripada proses perolakan haba, atau pergerakan haba dari ruang yang lebih hangat ke yang lebih sejuk. Apabila matahari terbit, ia mula memanaskan objek dan bahan di bumi. Sepanjang hari, bahan -bahan ini menyerap haba dari sinaran solar. Pada waktu malam, ketika matahari terbenam dan atmosfera telah disejukkan, bahan -bahan melepaskan haba mereka kembali ke atmosfera.

Teknik tenaga solar pasif mengambil kesempatan daripada proses pemanasan dan penyejukan semulajadi ini.

Rumah dan bangunan lain menggunakan tenaga solar pasif untuk mengedarkan haba dengan cekap dan murah. Mengira "jisim termal" bangunan adalah contoh ini. Jisim haba bangunan adalah sebahagian besar bahan yang dipanaskan sepanjang hari. Contoh -contoh jisim haba bangunan adalah kayu, logam, konkrit, tanah liat, batu, atau lumpur. Pada waktu malam, jisim haba melepaskan panasnya kembali ke dalam bilik. Sistem pengudaraan yang berkesan -jalan, tingkap, dan saluran udara -mengedarkan udara yang hangat 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 jalan harian matahari untuk menerima jumlah cahaya matahari yang diingini. Kaedah ini mengambil kira latitud, ketinggian, dan penutup awan khas kawasan tertentu. Di samping itu, bangunan boleh dibina atau dipasang semula untuk mempunyai penebat haba, jisim terma, atau teduhan tambahan.

Contoh -contoh lain seni bina solar pasif adalah bumbung yang sejuk, halangan berseri, dan bumbung hijau. Bumbung sejuk dicat putih, dan mencerminkan sinaran matahari dan bukannya menyerapnya. Permukaan putih mengurangkan jumlah haba yang mencapai bahagian dalam bangunan, yang seterusnya mengurangkan jumlah tenaga yang diperlukan untuk menyejukkan bangunan.

Halangan berseri berfungsi sama seperti bumbung yang sejuk. Mereka menyediakan penebat dengan bahan -bahan yang sangat reflektif, seperti kerajang aluminium. Kerajang mencerminkan, bukannya menyerap, haba, dan dapat mengurangkan kos penyejukan sehingga 10 peratus. Sebagai tambahan kepada bumbung dan loteng, halangan berseri juga boleh dipasang di bawah lantai.

Bumbung hijau adalah bumbung yang sepenuhnya ditutup 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 memberikan tumbuh -tumbuhan. Melalui fotosintesis, tumbuh -tumbuhan di atas bumbung hijau menyerap karbon dioksida dan memancarkan oksigen. Mereka menapis bahan pencemar dari air hujan dan udara, dan mengimbangi beberapa kesan penggunaan tenaga di 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. Sebagai contoh, Ford Motor Company meliputi 42,000 meter persegi (450,000 kaki persegi) bumbung tumbuhan pemasangannya di Dearborn, Michigan, dengan tumbuh -tumbuhan. Di samping mengurangkan pelepasan gas rumah hijau, bumbung mengurangkan larian air hujan dengan menyerap beberapa sentimeter hujan.

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

Tenaga Suria dan Orang

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

Sistem massa termal menggunakan lilin parafin atau pelbagai bentuk garam untuk menyimpan tenaga dalam bentuk haba. Sistem fotovoltaik boleh menghantar elektrik yang berlebihan ke grid kuasa tempatan, atau menyimpan tenaga dalam bateri yang boleh dicas semula.

Terdapat banyak kebaikan dan keburukan untuk menggunakan tenaga solar.

Kelebihan
Kelebihan utama untuk menggunakan tenaga solar adalah bahawa ia adalah sumber yang boleh diperbaharui. Kami akan mempunyai bekalan cahaya matahari yang mantap dan tidak terbatas selama lima bilion tahun lagi. Dalam satu jam, atmosfera Bumi menerima cahaya matahari yang cukup untuk menggerakkan keperluan elektrik setiap manusia di bumi selama setahun.

Tenaga solar bersih. Selepas peralatan teknologi solar dibina dan diletakkan, tenaga solar tidak memerlukan bahan bakar untuk berfungsi. Ia juga tidak memancarkan gas rumah hijau atau bahan toksik. Menggunakan tenaga solar secara drastik dapat mengurangkan kesan yang kita ada terhadap alam sekitar.

Terdapat lokasi di mana tenaga solar praktikal. Rumah dan bangunan di kawasan yang mempunyai cahaya matahari yang tinggi dan penutup awan yang rendah mempunyai peluang untuk memanfaatkan tenaga yang berlimpah matahari.

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

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

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

Kekurangan
Pencegahan utama untuk menggunakan tenaga solar adalah peralatan yang diperlukan. Peralatan teknologi solar mahal. Membeli dan memasang peralatan boleh menelan belanja ribuan dolar untuk rumah individu. Walaupun kerajaan sering menawarkan cukai yang dikurangkan kepada orang dan perniagaan yang menggunakan tenaga solar, dan teknologi dapat menghapuskan bil elektrik, kos awal terlalu curam bagi banyak orang untuk dipertimbangkan.

Peralatan tenaga solar juga berat. Untuk mengubah atau memasang panel solar di atas bumbung bangunan, bumbung mesti kuat, besar, dan berorientasikan ke arah matahari.

Kedua -dua teknologi solar aktif dan pasif bergantung kepada faktor -faktor yang berada di luar kawalan kita, seperti iklim dan penutup awan. Kawasan tempatan mesti dikaji untuk menentukan sama ada kuasa solar akan berkesan di kawasan itu.

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