Солнце — это звезда, где в непрерывном режиме, происходят термоядерные реакции с выделением большого количества тепла. Солнечная энергия бесплатна и легко доступна. Это идеальный источник энергии, по сравнению с ископаемым топливом, запасы которого не бесконечны. Поэтому люди пытаются воспользоваться этим ресурсом, чтобы обеспечить себя бесконечной энергией.
Расположение Земли относительно Солнца
Солнце расположено в центре Солнечной системы, а другие тела (планеты, астероиды и кометы) вращаются вокруг него. Земля является третьей планетой от Солнца и также вращается вокруг этой звезды. Полный оборот занимает 365,25 дней. Расстояние между Землей и светилом называется астрономической единицей (au), которая является единицей измерения расстояний по всей Солнечной системе.
Au в среднем составляет 149,6 миллиона километров.
Свету требуется около восьми минут, чтобы попасть на поверхность Земли, перемещаясь со скоростью 300 000 километров в секунду.
Земля не движется вокруг Солнца по идеальному кругу. Ее орбита имеет эллиптическую или овальную форму. В разное время года Земля либо приближается, либо удаляется от него. От перигелия (ближайшая к светилу точка орбиты земли) расстояние между Солнцем и Землей составляет 147 миллионов километров. Земля ближе всего к данной звезде в начале января. От афелия (дальняя к светилу точка орбиты земли) расстояние между ними составляет около 152 миллионов километров. Земля находится дальше всего от звезды в начале июля.
Что такое энергия солнца?
Энергия солнца — это самый богатый энергетический ресурс на Земле, который может быть преобразован из лучистой энергии в электрическую или тепловую. Лучистая энергия — это энергия электромагнитного и гравитационного излучения. Является формой кинетической энергии, которая создается путем изменения конфигурации электронов. Она может проходить через воздух, жидкость, стекло, пространство или любое другое вещество. Лучистая энергия движется с очень высокой скоростью по прямой линии и может передаваться, отражаться или поглощаться. Небесное светило делает больше для нашей планеты, чем просто обеспечивает светом в дневное время. Каждая частица солнечного света, называемая фотоном, содержит энергию, которую получает планета. Солнечная энергия отвечает за все наши источники энергии на Земле. Количество солнечной радиации, которое попадает на поверхность Земли каждый час достаточно для удовлетворения потребностей в энергии всей планеты в течение целого года.
Каким способом передается энергия от солнца?
Солнечная энергия образуется путем ядерного синтеза. Этот процесс высвобождает невероятное количество энергии в виде света и тепла. До того, как солнечная энергия от центра солнца достигнет поверхности планеты Земля, ей необходимо пройти путь, включающий в себя несколько этапов. Эти этапы — составляющие компоненты солнца.
Ядро
Ядро — это область, которая составляет 20–25% солнечного радиуса. (Радиус солнца составляет 696 тысяч километров). В ядре энергия производится атомами водорода (H), превращающимися в молекулы гелия (He). Это возможно благодаря экстремальному давлению (25,33 триллиона кПа) и температуре (15,7 миллионам К)
Ядро является единственной частью Солнца, которая производит значительное количество тепла посредством синтеза. Остальная часть звезды нагревается энергией, которая передается от ядра через последовательные слои, достигая солнечной фотосферы и выходя в космос.
Радиационная зона
Радиационная зона — эта зона, которая начинается у границы ядра и достигает длины до 70% солнечного радиуса.
Солнечный материал в этом слое горячий и достаточно плотный. В основном, он включает в себя ионы водорода и гелия, испускающие фотоны, а перенос энергии в этой зоне происходит благодаря излучению и поглощению фотонов.
Температура падает в этом слое, начиная примерно с 7 миллионов кельвинов ближе к ядру до 2 миллионов на границе с конвективной зоной. Плотность также падает в этом слое, переходя от 20 г/см³ ближе к ядру, до 0,2 г/см³ на верхней границе.
Конвективная зона
Конвективная зона — это внешний слой Солнца, который занимает примерно четверть радиуса. Здесь энергия переносится к поверхности восходящими потоками горячего газа. Достигнув поверхности, газ, излучая энергию, охлаждается, в результате чего его плотность увеличивается. Это заставляет его снова опускаться к основанию конвекционной зоны, где он снова нагревается и конвективный цикл продолжается.
Фотосфера
Фотосфера — видимая поверхность Солнца. Именно здесь солнечный свет и тепло, которые излучаются и конвертируются на поверхность, распространяются в космос. Температуры в слое колеблются от 4 500 до 6 000 К.
Энергия, излучаемая фотосферой, затем распространяется в пространстве и достигает атмосферы Земли. На Земле верхний слой атмосферы (озоновый слой) фильтрует большую часть ультрафиолетового излучения Солнца, но пропускает часть на поверхность. Полученная энергия затем поглощается воздухом и корой Земли, нагревая планету и обеспечивая организмы источником энергии.
Солнечная радиация
Солнечная радиация – это поток поступающей энергии, распространяющийся в виде электромагнитных волн, проходящих через атмосферу. Измеряется мощностью переносимой ею энергии на единицу площади поверхности (Ватт/м2). Около поверхности Земли можно принять среднее значение солнечной радиации равное 635 Вт/м²
Виды солнечной радиации
- Прямая радиация — это лучи, которые исходят от солнца. В зависимости от высоты расположения звезды над уровнем горизонта меняется сила этих лучей. Максимальный уровень наблюдается в 12 часов дня, минимальный – в утреннее и вечернее время. Интенсивность воздействия имеет связь с временем года: наибольшая возникает летом, наименьшая – зимой. В горах уровень радиации больше, чем на равнинных поверхностях. Загрязнения в воздухе снижают интенсивность световых лучей. Чем ниже солнце над уровнем горизонта, тем меньше ультрафиолета.
- Отраженная радиация – это излучение, которое отражается водой или поверхностью земли.
- Рассеянная радиация формируется при рассеивании светового потока. Именно от нее зависит голубая окраска неба при безоблачной погоде.
- Поглощенная радиация имеет зависимость от отражательной способности земной поверхности – альбедо.
- Суммарная радиация – это проникающие на землю прямые и рассеянные лучи. При отсутствии облачности, примерно в 12 часов дня в летнее время года она достигает своего максимума.
Спектральный состав
Спектральный состав излучения многообразен:
- видимые лучи дают освещенность и имеют большое значение в жизни растений;
- ультрафиолет — электромагнитное излучение, занимающее спектральный диапазон между видимым и рентгеновским излучениями. Длины волн УФ-излучения лежат в интервале от 100 до 400 нанометров.
- инфракрасное облучение дает ощущение тепла и воздействует на рост растительности.
Как использовать солнечную энергию?
Солнечные лучи используются для генерации фотоэлектрической энергии (PV). Солнечную энергию используют фотогальванические элементы для преобразования солнечного света в электричество. Второй способ использования энергии солнца — концентрация солнечной энергии (CSP) при помощи термодинамических солнечных электростанций.
Электростанции концентрированной солнечной энергии фокусируют тепловую энергию солнца для производства пара, который приводит в действие турбину для выработки электроэнергии и для солнечного отопления.
Способы использования солнечной энергии
Способы использования солнечной энергии следующие:
- Солнечное освещение;
- Солнечное отопление;
- Мобильные устройства, использующие энергию солнца;
- Транспорт на солнечных батареях.
Солнечное освещение
Эффективность уличного освещения может быть улучшена с помощью одного из самых простых методов — наружного солнечного освещения.
Беспроводные солнечные светильники предназначены для работы исключительно на солнечном свете, который предварительно был преобразован в электричество и аккумулирован в течении светового дня. Данные светильники не нуждаются в питании из электросети в ночное время. Эта форма освещения хорошо зарекомендовала себя в качестве экономичного и эффективного продукта, который может уменьшить счет за электроэнергию.
Солнечная энергия является эффективным, простым и доступным средством для питания уличных фонарей и другого наружного освещения, таких как ландшафтное освещение и уличные гирлянды. Этот экономичный метод освещения также снижает вероятность остаться без света из-за перебоев поставок электроэнергии, вызванных неполадками в электросетях.
Солнечное отопление
Солнечные водонагреватели и обогреватели также могут быть эффективным способом обогрева вашего дома, без установки солнечных панелей. Обогреватели поглощают солнечные лучи, преобразуя их в тепловую энергию, используя либо жидкость, либо воздух в качестве теплоносителя. Системы солнечного теплоснабжения могут быть пассивного или активного типа. Пассивные системы используют естественную циркуляцию теплоносителя за счет естественной конвекции.
В активных системах циркуляция теплоносителя осуществляется за счет насосов.
Основным преимуществом использования солнечной тепловой технологии является то, это экономичное средство для обогрева вашего дома.
Мобильные устройства, использующие энергию солнца.
Портативная электроника потребовала портативного зарядного решения для потребителей, и солнечная энергия предоставляет такое решение. Зарядные устройства на солнечных батареях могут заряжать мобильные устройства, такие как электронные книги, планшеты и мобильные телефоны, фонарики.
Транспорт на солнечных батареях
Транспорт на основе фотоэлектрической энергии — один из инновационных вариантов использования энергии солнца. Метро, автобусы, самолеты, автомобили и даже поезда — все они могут получать энергию от солнца.
К примеру, солнечные автобусы уже обеспечили себе репутацию в Китае.
Заключение
Мир отходит от ископаемого топлива, находя возобновляемые источники для повседневных электронных устройств. Солнечная энергетика только приобретет популярность в качестве энергетической альтернативы для бытовых и производственных нужд. Она является чистой, возобновляемой и надежной формой энергии. Она не выделяет никаких вредных или токсичных загрязнителей в атмосферу. Вместо этого солнечные панели преобразуют бесконечный запас энергии от солнца в нашу ежедневную потребность в электроэнергии.
Солнечная энергетика позволяет в разы сократить проблемы экологии. Установка электрической генерирующей системы на солнечных батареях является экономичным решением экологической проблемы в мире. Вы можете помочь сохранить окружающую среду, а также полностью контролировать свои расходы энергии на долгие годы. Инвестиции в солнечную энергетику — это инвестиции в будущее.
