A napenergia bármilyen típusú energia, amelyet a nap generál.

A napenergiát a Napban végbemenő magfúzió hozza létre.A fúzió akkor fordul elő, amikor a hidrogénatomok protonjai erőszakosan ütköznek a nap magjában, és összeolvadnak, hogy héliumatomot hozzanak létre.

Ez a folyamat, amelyet PP (Proton-Proton) láncreakciónak neveznek, óriási mennyiségű energiát bocsátanak ki.A nap magában a nap másodpercenként mintegy 620 millió tonna hidrogént biztosít.A PP láncreakció más csillagokban fordul elő, amelyek körülbelül a napunk méretűek, és folyamatos energiát és hőt biztosítanak számukra.Ezeknek a csillagoknak a hőmérséklete körülbelül 4 millió fok a Kelvin -skálán (kb. 4 millió Celsius fok, 7 millió Fahrenheit fok).

Azokban a csillagokban, amelyek körülbelül 1,3 -szor nagyobbak, mint a Nap, a CNO -ciklus az energia létrehozását vezeti.A CNO ciklus a hidrogént héliummá is átalakítja, de a szénre, a nitrogénre és az oxigénre (C, N és O) támaszkodik erre.Jelenleg a Nap energiájának kevesebb mint két százalékát a CNO ciklus hozza létre.

A PP láncreakció vagy a CNO ciklus általi nukleáris fúzió óriási energiát bocsát ki hullámok és részecskék formájában.A napenergia folyamatosan elmúlik a naptól és az egész naprendszertől.A napenergia felmelegíti a Földet, szél és időjárást okoz, és fenntartja a növényi és állati életet.

Az energia, a hő és a nap a naptól az elektromágneses sugárzás (EMR) formájában folyik.

Az elektromágneses spektrum különböző frekvenciák és hullámhosszú hullámokként létezik.A hullám gyakorisága azt jelenti, hogy a hullám hányszor megismétlődik egy bizonyos időegységben.A nagyon rövid hullámhosszú hullámok egy adott időtartam alatt többször megismételik magukat, tehát nagyfrekvenciás.Ezzel szemben az alacsony frekvenciájú hullámok sokkal hosszabb hullámhosszúak.

Az elektromágneses hullámok túlnyomó többsége láthatatlan számunkra.A nap által kibocsátott legmagasabb frekvenciájú hullámok a gamma-sugarak, a röntgen és az ultraibolya sugárzás (UV-sugarak).A legkárosabb UV -sugarakat szinte teljesen elnyeli a Föld légköre.A kevésbé erős UV -sugarak áthaladnak a légkörben, és napégést okozhatnak.

A nap infravörös sugárzást is bocsát ki, amelynek hullámai sokkal alacsonyabb frekvenciájúak.A legtöbb hő a napból infravörös energiaként érkezik.

Az infravörös és az UV között szendvics a látható spektrum, amely tartalmazza az összes színt, amelyet a Földön látunk.A vörös színnek a leghosszabb hullámhossza van (az infravöröshöz legközelebbi), és az ibolya (az UV -hez legközelebbi) a legrövidebb.

Természetes napenergia

Üvegházhatás
Az infravörös, látható és UV-hullámok, amelyek elérik a Földet, részt vesznek a bolygó felmelegedésének és az élet lehetővé tételének-az úgynevezett „üvegházhatásnak”.

A Földet elérő napenergia kb. 30 % -a visszatükröződik az űrbe.A többi felszívódik a Föld légkörébe.A sugárzás melegíti a Föld felületét, és a felület infravörös hullámok formájában sugárzik az energia egy részét.Ahogyan a légkörben emelkednek, az üvegházhatású gázok, például a vízgőz és a szén -dioxid elfogják őket.

Az üvegházhatású gázok csapdába ejtik a hőt, amely tükrözi a légkörbe.Ilyen módon úgy viselkednek, mint az üvegház üvegfalai.Ez az üvegházhatás elég melegen tartja a Földet az élet fenntartásához.

Fotoszintézis
Szinte egész élet a földön az élelmiszer napenergiájára támaszkodik, akár közvetlenül, akár közvetve.

A termelők közvetlenül a napenergiára támaszkodnak.Felszívják a napfényt, és a fotoszintézisnek nevezett folyamat révén tápanyagokká alakítják.A termelők, más néven autotrófok, növényeket, algákat, baktériumokat és gombákat tartalmaznak.Az autotrófok az élelmiszerháló alapja.

A fogyasztók a tápanyagok termelőire támaszkodnak.A növényevők, a húsevők, az omniverők és a detritivorok közvetetten támaszkodnak a napenergiára.A növényevők növényeket és más termelőket esznek.A húsevők és mindenevők mind termelőket, mind növényevőket esznek.A detritivors a fogyasztás révén bomlik a növényt és az állati anyagokat.

Fosszilis tüzelőanyagok
A fotoszintézis felelős a Föld összes fosszilis tüzelőanyagáért is.A tudósok becslése szerint körülbelül három milliárd évvel ezelőtt az első autotrófok a vízi körülmények között alakultak ki.A napfény lehetővé tette a növényi élet fejlődését és fejlődését.Az autotrófok halála után bomlottak és mélyebben a földbe tolódtak, néha ezer méterre.Ez a folyamat millió évig folytatódott.

Intenzív nyomás és magas hőmérséklet mellett ezek a maradványok olyansá váltak, amelyet fosszilis tüzelőanyagoknak nevezünk.A mikroorganizmusok kőolaj, földgáz és szénré váltak.

Az emberek kifejlesztették azokat a folyamatokat, amelyek célja ezeknek a fosszilis tüzelőanyagoknak a kinyerése és az energia felhasználása.A fosszilis tüzelőanyagok azonban nem megújítható erőforrás.Milliók évig tartanak.

A napenergia kiaknázása

A napenergia megújuló erőforrás, és számos technológia közvetlenül betakaríthatja azt otthonok, vállalkozások, iskolák és kórházak felhasználására.Néhány napenergia -technológia közé tartozik a fotovoltaikus sejtek és panelek, a koncentrált napenergia és a napenergia -architektúra.

A napsugárzás rögzítésének és felhasználható energiává alakításának különböző módjai vannak.A módszerek aktív napenergiát vagy passzív napenergiát használnak.

Az aktív napenergia -technológiák elektromos vagy mechanikus eszközöket használnak a napenergia aktív átalakításához egy másik energia formájává, leggyakrabban a hő vagy az elektromosság.A passzív napenergia -technológiák nem használnak külső eszközöket.Ehelyett kihasználják a helyi éghajlatot a téli hőszerkezetekig, és tükrözik a hőt a nyár folyamán.

Fotovoltaika

A Photovoltaics az aktív napenergia-technológia egyik formája, amelyet 1839-ben fedeztek fel a 19 éves francia fizikus, Alexandre-Edmond Becquerel.Becquerel rájött, hogy amikor ezüst-kloridot savas oldatba helyezte, és napfénynek tette ki, a hozzá rögzített platina-elektródok elektromos áramot generáltak.A villamosenergia előállításának ezt a napsugárzásból történő előállításának ezt a folyamatát fotovoltaikus hatásnak vagy fotovoltaikusnak nevezzük.

Manapság a fotovoltaika valószínűleg a legismertebb módszer a napenergia felhasználására.A fotovoltaikus tömbök általában napelemeket, tucatnyi vagy akár több száz sejtgyűjteményt foglalnak magukban.

Minden napelem félvezető, általában szilíciumból készül.Amikor a félvezető elnyeli a napfényt, akkor az elektronok lazán kopogtatnak.Egy elektromos mező ezeket a laza elektronokat elektromos áramba irányítja, egy irányba áramolva.A napelem felső és alján fémkontaktusok az áramot egy külső objektumhoz irányítják.A külső objektum lehet olyan kicsi, mint egy napenergiával működő számológép, vagy olyan nagy, mint egy erőmű.

A fotovoltaikumokat először széles körben használták az űrhajókon.Számos műhold, köztük a Nemzetközi Űrállomás (ISS), széles, fényvisszaverő „szárnyakkal” rendelkezik a napelemekből.Az ISS -nek két napelemes szárnya (SAW) van, mindegyik körülbelül 33 000 napelemet használ.Ezek a fotovoltaikus cellák az összes villamos energiát az ISS -hez szállítják, lehetővé téve az űrhajósok számára az állomás működtetését, biztonságosan az űrben hónapokig, és tudományos és mérnöki kísérleteket végeznek.

A világ minden tájáról fotovoltaikus erőműveket építettek.A legnagyobb állomások az Egyesült Államokban, Indiában és Kínában vannak.Ezek az erőművek több száz megawatt villamos energiát bocsátanak ki, amelyeket otthonok, vállalkozások, iskolák és kórházak ellátására használnak.

A fotovoltaikus technológia kisebb léptékben is telepíthető.A napelemeket és a cellákat rögzíthetik az épületek tetejére vagy külső falaira, amelyek villamos energiát szolgáltatnak a szerkezethez.Az utak mentén elhelyezhetők a könnyű autópályákig.A napelemek elég kicsik ahhoz, hogy még kisebb eszközöket, például számológépeket, parkolómérőket, szemetes tömörítőket és vízszivattyúkat táplálkozzanak.

Koncentrált napenergia

Egy másik típusú aktív napenergia -technológia a koncentrált napenergia vagy a koncentrált napenergia (CSP).A CSP technológia lencséket és tükröket használ a napfény fókuszálására egy nagy területről egy sokkal kisebb területre.Ez az intenzív sugárzási terület melegíti a folyadékot, amely viszont villamos energiát generál, vagy újabb folyamatot táplál.

A napenergia -kemencék a koncentrált napenergia példája.Sokféle napenergia -kemence létezik, beleértve a napenergia -tornyokat, a parabolikus vályúkat és a Fresnel reflektorokat.Ugyanazt az általános módszert használják az energia elfogására és átalakítására.

A napenergia -tornyok heliosztátokat, lapos tükröket használnak, amelyek fordulnak, hogy kövessék a nap ívét az égen.A tükrök egy központi „gyűjtőtorony” körül vannak elrendezve, és a napfényt egy koncentrált fénysugárba tükrözik, amely a torony fókuszpontján ragyog.

A napenergia -tornyok korábbi mintáiban a koncentrált napfény melegített egy víztartályt, amely egy turbinát tápláló gőzt termelt.A közelmúltban néhány napenergia -tornyos folyékony nátriumot használ, amelynek nagyobb hőkapacitása van, és hosszabb ideig megtartja a hőt.Ez azt jelenti, hogy a folyadék nemcsak eléri a 773–1273k (500 ° - 1000 ° C vagy 932 ° - 1832 ° F hőmérsékletet), hanem a vizet továbbra is forralhatja, és még akkor is, ha a nap nem süt.

A parabolikus vályúk és a Fresnel reflektorok szintén CSP -t használnak, de a tükrök eltérően vannak formálva.A parabolikus tükrök íveltek, a nyereghez hasonló formával.A Fresnel reflektorok lapos, vékony tükörcsíkokat használnak a napfény rögzítéséhez, és egy folyadékcsövetre irányítva.A Fresnel reflektorok több felülete van, mint a parabolikus vályúk, és normál intenzitásának kb. 30 -szorosára képes koncentrálni a nap energiáját.

A koncentrált napenergia -növényeket először az 1980 -as években fejlesztették ki.A világ legnagyobb létesítménye a Mojave -sivatagi növények sorozata az Egyesült Államok Kaliforniában.Ez a napenergia-generáló rendszer (SEG) évente több mint 650 gigawatt-órát generál.Más nagy és hatékony növényeket fejlesztettek ki Spanyolországban és Indiában.

A koncentrált napenergia kisebb léptékben is felhasználható.Például hőt generálhat a napenergia -főzők számára.A világ minden falvában lévő emberek napenergia -főzőlapokat használnak a víz forralására a szennyvízkezeléshez és az ételek főzéséhez.

A napenergia-főzők számos előnyt biztosítanak a fatüzelésű kályhákkal szemben: nem tűzveszélyesek, nem termelnek füstöt, nem igényelnek üzemanyagot, és csökkentik az élőhelyek veszteségét az erdőkben, ahol a fákat üzemanyagból betakarítják.A napenergia -főzők lehetővé teszik a falusiak számára, hogy időt töltsenek az oktatás, az üzleti, az egészség vagy a család számára az idő alatt, amelyet korábban a tűzifa összegyűjtésére használtak.A napenergia -főzőket olyan változatos területeken használják, mint Csád, Izrael, India és Peru.

Napenergia -építészet

Egy nap folyamán a napenergia a termikus konvekció folyamatának vagy a hő mozgásának a melegebb térről a hűvösebbre történő mozgásának része.Amikor a nap felkel, elkezdi melegíteni tárgyakat és anyagokat a földön.A nap folyamán ezek az anyagok felszívják a hőt a napsugárzásból.Éjszaka, amikor a nap és a légkör lehűlt, az anyagok visszahúzzák a hőt a légkörbe.

A passzív napenergia -technikák kihasználják ezt a természetes fűtési és hűtési folyamatot.

Az otthonok és más épületek passzív napenergiát használnak fel a hő hatékony és olcsó eloszlására.Erre példa az épület „termikus tömegének” kiszámítása.Az épület termikus tömege a nap folyamán melegített anyagok nagy része.Példák az épület termikus tömegére: fa, fém, beton, agyag, kő vagy iszap.Éjszaka a termikus tömeg elengedi a hőt a szobába.Hatékony szellőztető rendszerek - halászok, ablakok és légcsatornák - terjesztik a melegített levegőt, és tartsák fenn a mérsékelt, következetes beltéri hőmérsékletet.

A passzív napenergia -technológia gyakran részt vesz egy épület tervezésében.Például az építési tervezési szakaszban a mérnök vagy az építész igazíthatja az épületet a Sun napi útjával, hogy kívánatos mennyiségű napfényt kapjon.Ez a módszer figyelembe veszi egy adott terület szélességét, magasságát és tipikus felhőtakaróját.Ezenkívül az épületek felépíthetők vagy utólag felszerelhetők, hogy termikus szigetelést, termikus tömeget vagy extra árnyékolást kapjanak.

A passzív napenergia -építészet további példái a hűvös tetők, a sugárzó akadályok és a zöld tetők.A hűvös tetők fehérre festenek, és ahelyett, hogy felszívnák.A fehér felület csökkenti az épület belsejét elérő hőmennyiséget, amely viszont csökkenti az épület hűtéséhez szükséges energiamennyiséget.

A sugárzó akadályok hasonlóan működnek a hűvös tetőkhöz.Szigetelést biztosítanak nagyon fényvisszaverő anyagokkal, például alumíniumfóliával.A fólia az abszorpció helyett a hőt tükrözi, és akár 10 százalékig csökkentheti a hűtési költségeket.A tetők és a tetőtér mellett a sugárzó akadályokat a padló alá is be lehet szerelni.

A zöld tetők olyan tetők, amelyeket teljesen borítanak vegetációval.A növények támogatásához talajra és öntözésre van szükség, és egy vízálló réteg alatt.A zöld tetők nemcsak csökkentik a felszívódott vagy elveszett hőmennyiséget, hanem növényzetet is biztosítanak.A fotoszintézis révén a zöld tetőkön lévő növények felszívják a szén -dioxidot és oxigént bocsátanak ki.Szűrik ki a szennyező anyagokat az esővízből és a levegőből, és ellensúlyozzák az energiafelhasználás néhány hatását ebben a térben.

A zöld tetők évszázadok óta hagyományt jelentenek Skandináviában, és nemrégiben népszerűvé váltak Ausztráliában, Nyugat -Európában, Kanadában és az Egyesült Államokban.Például a Ford Motor Company 42 000 négyzetméter (450 000 négyzetláb) összeszerelő növényi tetőit fedezte a Michigan -i Dearbornban, növényzettel.Az üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentése mellett a tetők több centiméteres csapadék felszívásával csökkentik a csapadékvíz lefolyását.

A zöld tetők és a hűvös tetők szintén ellensúlyozhatják a „városi hősziget” hatást.A forgalmas városokban a hőmérséklet következetesen magasabb lehet, mint a környező területek.Számos tényező hozzájárul ehhez: a városok olyan anyagokból készülnek, mint például aszfalt és beton, amelyek elnyelik a hőt;A magas épületek blokkolják a szél és annak hűtési hatásait;és az ipar, a forgalom és a magas populációk nagy mennyiségű hulladékhőt generálnak.A tetőn lévő rendelkezésre álló hely felhasználása fák ültetéséhez vagy a hőt tükrözi a fehér tetőkkel, részben enyhítheti a helyi hőmérséklet növekedését a városi területeken.

Napenergia és emberek

Mivel a napfény a nap nagy részében csak a nap felét ragyog, a napenergia -technológiáknak tartalmazniuk kell az energia sötét órákban történő tárolására szolgáló módszereket.

A termikus tömegrendszerek paraffinviaszt vagy különféle sót használnak az energia hő formájában történő tárolására.A fotovoltaikus rendszerek felesleges villamos energiát küldhetnek a helyi villamosenergia -hálózatra, vagy tárolhatják az energiát újratölthető akkumulátorokban.

Számos előnye és hátránya van a napenergia használatának.

Előnyök
A napenergia használatának egyik fő előnye, hogy megújuló erőforrás.További öt milliárd évig állandó, korlátlan napfényt fogunk biztosítani.Egy órán belül a Föld légköre elegendő napfényt kap ahhoz, hogy egy éven át minden ember villamosenergia -igényeit kielégítse.

A napenergia tiszta.Miután a napenergia -technológiai berendezést felépítették és beépítették, a napenergiának nincs szüksége üzemanyagra a működéshez.Nem bocsát ki üvegházhatású gázokat vagy mérgező anyagokat.A napenergia használata drasztikusan csökkentheti a környezetre gyakorolt ​​hatást.

Vannak olyan helyek, ahol a napenergia praktikus.A nagy mennyiségű és alacsony felhő borítóval rendelkező területeken és épületeknek lehetősége van arra, hogy kihasználják a nap bőséges energiáját.

A napenergia-főzők kiváló alternatívát kínálnak a fatüzelésű kályhákkal történő főzéshez-amelyben két milliárd ember továbbra is támaszkodik.A napenergia -főzők tisztább és biztonságosabb módszert biztosítanak a víz fertőtlenítésére és az ételek főzésére.

A napenergia kiegészíti az egyéb megújuló energiaforrásokat, mint például a szél vagy a vízenergia.

A sikeres napelemeket telepítő házak vagy vállalkozások valójában felesleges villamos energiát termelhetnek.Ezek a háztulajdonosok vagy üzleti tulajdonosok visszaadhatják az energiát az elektromos szolgáltatónak, csökkentve vagy akár kiküszöbölhetik az energiaszámlákat.

Hátrányok
A napenergia felhasználásának fő visszatartó ereje a szükséges berendezés.A napenergia -technológiai berendezések drágák.A berendezés megvásárlása és telepítése több tízezer dollárt fizethet az egyes házak számára.Noha a kormány gyakran csökkenti az adókat az embereknek és a vállalkozásoknak a napenergia felhasználásával, és a technológia kiküszöböli a villamosenergia -számlákat, a kezdeti költségek túlságosan meredek ahhoz, hogy sokan megfontolják.

A napenergia -berendezés szintén nehéz.A napelemek utólagos felszerelésének vagy beszereléséhez az épület tetejére a tetőnek erősnek, nagynak és a Nap útjára kell irányulnia.

Mind az aktív, mind a passzív napenergia -technológia a kontrollunkon kívüli tényezőktől függ, mint például az éghajlati és felhőfedél.Meg kell vizsgálni a helyi területeket annak meghatározására, hogy a napenergia hatékony -e ezen a területen.

A napfénynek bőségesnek és következetesnek kell lennie ahhoz, hogy a napenergia hatékony választás legyen.A Föld legtöbb helyén a Sunlight variabilitása megnehezíti az egyetlen energiaforrás megvalósítását.