태양 에너지는 태양에 의해 생성 된 모든 유형의 에너지입니다.

태양 에너지는 햇볕에 발생하는 핵 융합에 의해 만들어집니다. 융합은 수소 원자의 양성자가 태양의 코어에서 격렬하게 충돌하고 융합하여 헬륨 원자를 생성 할 때 발생합니다.

PP (양성자-프로 톤) 연쇄 반응으로 알려진이 과정은 막대한 양의 에너지를 방출합니다. 핵심에서 태양은 매 초마다 약 6 억 6 천만 톤의 수소를 융합시킵니다. PP 연쇄 반응은 우리의 태양의 크기에 관한 다른 별에서 발생하며 지속적인 에너지와 열을 제공합니다. 이 별의 온도는 켈빈 스케일에서 약 4 백만도 (약 4 백만도, 화씨 7 백만도)입니다.

태양보다 약 1.3 배 더 큰 별에서 CNO 사이클은 에너지 생성을 유발합니다. CNO 사이클은 또한 수소를 헬륨으로 전환 시키지만 탄소, 질소 및 산소 (C, N 및 O)에 의존하여 그렇게합니다. 현재 CNO주기에 의해 태양 에너지의 2 % 미만이 생성됩니다.

PP 연쇄 반응 또는 CNO 사이클에 의한 핵 융합은 파와 입자의 형태로 엄청난 양의 에너지를 방출한다. 태양 에너지는 태양과 태양계 전체에서 끊임없이 흐르고 있습니다. 태양 에너지는 지구를 따뜻하게하고 바람과 날씨를 유발하며 식물과 동물의 생명을 유지합니다.

태양으로부터의 에너지, 열 및 빛은 전자기 방사선 (EMR)의 형태로 흐릅니다.

전자기 스펙트럼은 다른 주파수와 파장의 파로 존재합니다. 파도의 주파수는 파도가 특정 시간 단위로 몇 배나 반복되는지를 나타냅니다. 파장이 매우 짧은 파도는 주어진 시간 단위로 여러 번 반복되므로 고주파입니다. 대조적으로, 저주파파는 파장이 훨씬 길다.

전자기파의 대다수는 우리에게 보이지 않습니다. 태양에 의해 방출되는 가장 고주파파는 감마선, X- 선 및 자외선 (UV 광선)입니다. 가장 유해한 UV 광선은 지구의 대기에 거의 완전히 흡수됩니다. 덜 강력한 UV 광선은 대기를 통과하여 햇볕을 유발할 수 있습니다.

태양은 또한 적외선 방사선을 방출하며, 그의 파도는 훨씬 낮은 주파수입니다. 태양의 대부분의 열은 적외선 에너지로 도착합니다.

적외선과 UV 사이에 샌드위치는 가시 스펙트럼이며, 여기에는 지구상에서 볼 수있는 모든 색상이 포함되어 있습니다. 색상 빨간색은 가장 긴 파장 (적외선에 가장 가까운 파장)과 바이올렛 (UV에 가장 가까운)이 가장 짧습니다.

자연 태양 에너지

온실 효과
지구에 도달하는 적외선, 가시적 및 UV 파도는 지구를 따뜻하게하고 삶을 가능하게하는 소위“온실 효과”입니다.

지구에 도달하는 태양 에너지의 약 30 %가 우주로 다시 반사됩니다. 나머지는 지구의 대기에 흡수됩니다. 방사선은 지구의 표면을 따뜻하게하고 표면은 적외선 파의 형태로 일부 에너지를 방출합니다. 대기를 통해 상승함에 따라 수증기 및 이산화탄소와 같은 온실 가스에 의해 차단됩니다.

온실 가스는 대기로 다시 반사되는 열을 가두립니다. 이런 식으로, 그들은 온실의 유리 벽처럼 행동합니다. 이 온실 효과는 지구를 생명을 유지하기에 충분히 따뜻하게 유지합니다.

광합성
지구상의 거의 모든 생명은 음식의 태양 에너지에 직간접 적으로 의존합니다.

생산자는 태양 에너지에 직접 의존합니다. 그들은 햇빛을 흡수하여 광합성이라는 과정을 통해 영양소로 전환합니다. 자동 영양소라고도하는 생산자에는 식물, 조류, 박테리아 및 곰팡이가 포함됩니다. Autotrophs는 식품 웹의 기초입니다.

소비자는 영양소 생산자에게 의존합니다. 초식 동물, 육식 동물, 잡식 동물 및 이물질은 간접적으로 태양 에너지에 의존합니다. 초식 동물은 식물과 다른 생산자를 먹습니다. 육식 동물과 잡식 동물은 생산자와 초식 동물을 모두 먹습니다. 미래는 식물과 동물 물질을 소비하여 분해합니다.

화석 연료
광합성은 또한 지구의 모든 화석 연료를 담당합니다. 과학자들은 약 30 억 년 전 최초의 자동 영양이 수생 환경에서 진화했다고 추정합니다. 햇빛은 식물의 생명이 번성하고 진화 할 수 있도록 허용했습니다. 자동 영역이 죽은 후, 그들은 지구, 때로는 수천 미터로 더 깊이 빠져 나갔다. 이 과정은 수백만 년 동안 계속되었습니다.

강렬한 압력과 고온 에서이 유골은 우리가 화석 연료로 알려진 것이되었습니다. 미생물은 석유, 천연 가스 및 석탄이되었습니다.

사람들은 이러한 화석 연료를 추출하고 에너지에 사용하는 과정을 개발했습니다. 그러나 화석 연료는 재생 불가능한 자원입니다. 그들은 형성하는 데 수백만 년이 걸립니다.

태양 에너지 활용

태양 에너지는 재생 가능한 자원이며, 많은 기술은 가정, 기업, 학교 및 병원에서 사용하기 위해 직접 수확 할 수 있습니다. 일부 태양 에너지 기술에는 태양 광 셀과 패널, 농축 태양 에너지 및 태양 건축이 포함됩니다.

태양 복사를 포착하여 사용 가능한 에너지로 변환하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 이 방법은 활성 태양 에너지 또는 수동 태양 에너지를 사용합니다.

활성 태양 광 기술은 전기 또는 기계 장치를 사용하여 태양 에너지를 다른 형태의 에너지, 대부분 열 또는 전기로 활발하게 변환합니다. 수동 태양 광 기술은 외부 장치를 사용하지 않습니다. 대신, 그들은 겨울에는 지역 기후를 이용하여 겨울 동안 열 구조물을 이용하고 여름에는 열을 반사합니다.

광전지

태양 광 발전은 19 세의 프랑스 물리학 자 Alexandre-Edmond Becquerel에 의해 1839 년에 발견 된 활동적인 태양 광 기술의 한 형태입니다. Becquerel은 염화은을 산성 용액에 넣고 햇빛에 노출 시켰을 때, 그에 부착 된 백금 전극이 전류를 생성했음을 발견했습니다. 태양 복사에서 직접 전기를 생산하는이 과정을 태양 광 발전 또는 태양 광이라고합니다.

오늘날 태양 광 발전은 아마도 태양 에너지를 활용하는 가장 친숙한 방법 일 것입니다. 광전지 어레이에는 일반적으로 태양 전지판, 수십 개 또는 수백 개의 태양 전지 모음이 포함됩니다.

각 태양 전지에는 일반적으로 실리콘으로 만들어진 반도체가 포함되어 있습니다. 반도체가 햇빛을 흡수하면 전자가 느슨해집니다. 전기장은이 느슨한 전자를 한 방향으로 흐르는 전류로 안내합니다. 태양 전지의 상단과 하단에서 금속 접촉은 외부 물체로 전류를 직접 지시합니다. 외부 물체는 태양열 계산기만큼 작거나 발전소만큼 클 수 있습니다.

광전지는 우주선에서 처음으로 널리 사용되었습니다. 국제 우주 정거장 (ISS)을 포함한 많은 위성은 태양 전지판의 넓고 반사 된“날개”를 특징으로합니다. ISS에는 각각 약 33,000 개의 태양 전지를 사용하는 2 개의 태양열 어레이 윙 (SAW)이 있습니다. 이 태양 광 세포는 모든 전기를 ISS에 공급하여 우주 비행사가 역을 운영하고, 한 번에 몇 달 동안 공간에 안전하게 살고, 과학 및 공학 실험을 수행 할 수있게합니다.

태양 광 발전소는 전 세계에 건설되었습니다. 가장 큰 방송국은 미국, 인도 및 중국에 있습니다. 이 발전소는 주택, 기업, 학교 및 병원을 공급하는 데 사용되는 수백 개의 메가 와트의 전기를 방출합니다.

태양 광 기술은 또한 더 작은 규모로 설치할 수 있습니다. 태양 전지판과 세포는 건물의 지붕 또는 외벽에 고정되어 구조물에 전기를 공급할 수 있습니다. 도로를 따라 가벼운 고속도로로 배치 될 수 있습니다. 태양 전지는 계산기, 주차 미터, 쓰레기 압축기 및 워터 펌프와 같은 작은 장치에 전력을 공급하기에 충분히 작습니다.

집중된 태양 에너지

또 다른 유형의 활성 태양열 기술은 농축 태양 에너지 또는 농축 태양 광 발전 (CSP)입니다. CSP 기술은 렌즈와 거울을 사용하여 넓은 지역에서 훨씬 더 작은 지역으로 햇빛을 집중 (농축)합니다. 이 강렬한 방사선 영역은 유체를 가열하여 전기를 생성하거나 다른 공정을 연료로 만듭니다.

태양 용광로는 농축 태양 광 발전의 예입니다. 태양 광 발전 타워, 포물선 트로프 및 프레스널 반사기를 포함하여 다양한 유형의 태양열 용광로가 있습니다. 동일한 일반 방법을 사용하여 에너지를 포착하고 변환합니다.

태양 광 발전 타워는 하늘을 통해 태양의 아크를 따르기 위해 변하는 평평한 거울, 헬리오스타트를 사용합니다. 거울은 중앙 "수집가 타워"주위에 배열되며 햇빛을 탑의 초점에 비추는 집중된 빛의 광선으로 반사합니다.

이전 태양 광 발전 타워의 디자인에서 농축 된 햇빛은 물 용기를 가열하여 터빈에 전원을 공급하는 증기를 생성했습니다. 보다 최근에, 일부 태양 광 발전 타워는 액체 나트륨을 사용하는데, 이는 더 높은 열 용량을 갖고 더 오랜 시간 동안 열을 유지합니다. 이것은 유체가 773 ~ 1,273k (500 ° ~ 1,000 ° C 또는 932 ° ~ 1,832 ° F)의 온도에 도달 할뿐만 아니라 태양이 빛나지 않더라도 물을 계속 끓일 수 있습니다.

포물선 트로프와 프레 넬 반사기도 CSP를 사용하지만 거울은 다르게 형성됩니다. 포물선 거울은 안장과 비슷한 모양으로 구부러져 있습니다. 프레 넬 반사기는 평평하고 얇은 거울 스트립을 사용하여 햇빛을 포착하고 액체 튜브로 안내합니다. 프레 넬 반사기는 포물선 트로프보다 표면적이 더 많으며 태양 에너지를 정상 강도의 약 30 배로 집중시킬 수 있습니다.

농축 태양 광 발전소는 1980 년대에 처음 개발되었습니다. 세계에서 가장 큰 시설은 미국 캘리포니아 주 모하비 사막의 일련의 식물입니다. 이 태양 에너지 생성 시스템 (SEGS)은 매년 650 기가 와트 시간의 전기를 생성합니다. 다른 크고 효과적인 식물은 스페인과 인도에서 개발되었습니다.

농축 태양 광 발전은 또한 더 작은 규모로 사용할 수 있습니다. 예를 들어 태양 쿠커의 열을 생성 할 수 있습니다. 전 세계 마을 사람들은 태양 쿠커를 사용하여 위생을 위해 물을 끓여 음식을 요리합니다.

태양열 쿠커는 목재 연소 스토브에 대한 많은 이점을 제공합니다. 화재 위험이 아니며 연기를 생산하지 않으며 연료가 필요하지 않으며 나무가 연료를 위해 수확되는 숲에서 서식지 손실을 줄입니다. 태양 쿠커는 또한 마을 사람들이 이전에 장작 수집에 사용 된 시간 동안 교육, 비즈니스, 건강 또는 가족을위한 시간을 추구 할 수있게 해줍니다. 태양 쿠커는 차드, 이스라엘, 인도 및 페루의 다양한 지역에서 사용됩니다.

태양 건축

하루 종일, 태양 에너지는 열 대류 과정의 일부 또는 따뜻한 공간에서 더 냉각기로 열이 이동하는 것입니다. 태양이 떠오르면 지구상의 물체와 재료를 따뜻하게하기 시작합니다. 하루 종일,이 물질은 태양 복사로부터 열을 흡수합니다. 밤에는 해가 세워지고 대기가 식 으면 재료가 열을 대기로 다시 방출합니다.

수동 태양 에너지 기술은이 천연 가열 및 냉각 공정을 활용합니다.

주택과 다른 건물은 수동 태양 에너지를 사용하여 열을 효율적이고 저렴하게 분배합니다. 건물의 "열 질량"을 계산하는 것이 그 예입니다. 건물의 열 덩어리는 하루 종일 가열되는 대부분의 재료입니다. 건물의 열 덩어리의 예는 목재, 금속, 콘크리트, 점토, 석재 또는 진흙입니다. 밤에는 열량이 방으로 열을 방출합니다. 효과적인 환기 시스템과 같은 통로, 창문 및 공기 덕트는 따뜻한 공기를 분배하고 중간 정도의 일관된 실내 온도를 유지합니다.

수동 태양 광 기술은 종종 건물 설계에 관여합니다. 예를 들어, 건축 계획 단계에서 엔지니어 또는 건축가는 건물을 태양의 일일 경로와 정렬하여 바람직한 양의 햇빛을받을 수 있습니다. 이 방법은 특정 영역의 위도, 고도 및 전형적인 구름 덮개를 고려합니다. 또한, 건물은 열 단열, 열 질량 또는 여분의 음영을 갖도록 건물을 건설하거나 개조 할 수 있습니다.

수동 태양 건축의 다른 예로는 시원한 지붕, 빛나는 장벽 및 녹색 지붕이 있습니다. 시원한 지붕은 흰색으로 칠해져 있으며 태양의 방사선을 흡수하는 대신 반사합니다. 흰색 표면은 건물의 내부에 도달하는 열량을 줄여서 건물을 식히는 데 필요한 에너지의 양을 줄입니다.

빛나는 장벽은 시원한 지붕과 유사하게 작동합니다. 그들은 알루미늄 호일과 같은 고도로 반사 된 재료로 단열재를 제공합니다. 호일은 흡수, 열을 반영하며 냉각 비용을 최대 10 % 감소시킬 수 있습니다. 지붕과 다락방 외에도 방사선 장벽은 바닥 아래에 설치 될 수 있습니다.

녹색 지붕은 식생으로 완전히 덮인 지붕입니다. 그들은 식물을지지하기 위해 토양과 관개가 필요하며 그 아래에 방수 층이 필요합니다. 녹색 지붕은 흡수되거나 잃어버린 열의 양을 줄일뿐만 아니라 식생을 제공합니다. 광합성을 통해 녹색 지붕의 식물은 이산화탄소를 흡수하고 산소를 방출합니다. 그들은 오염 물질을 빗물과 공기에서 필터링하고 그 공간에서 에너지 사용의 영향 중 일부를 상쇄합니다.

녹색 지붕은 스칸디나비아에서 수세기 동안 전통이었으며 최근 호주, 서유럽, 캐나다 및 미국에서 인기를 얻었습니다. 예를 들어, Ford Motor Company는 미시간 주 Dearborn에있는 42,000 평방 미터 (450,000 평방 피트)의 조립 공장 지붕을 식생과 함께 커버했습니다. 온실 가스 배출량을 줄이는 것 외에도 지붕은 수 센티미터의 강우량을 흡수하여 우수 유출을 줄입니다.

녹색 지붕과 시원한 지붕은 또한“도시 열 섬”효과에 대응할 수 있습니다. 바쁜 도시에서는 온도가 주변 지역보다 지속적으로 높을 수 있습니다. 많은 요인들이 이것에 기여합니다. 도시는 열을 흡수하는 아스팔트 및 콘크리트와 같은 재료로 구성됩니다. 고층 빌딩은 바람과 냉각 효과를 차단합니다. 산업, 트래픽 및 높은 인구에 의해 많은 양의 폐열이 생성됩니다. 지붕의 가용 공간을 사용하여 나무를 심거나 흰 지붕으로 열을 반사하면 도시 지역의 현지 온도 증가를 부분적으로 완화 할 수 있습니다.

태양 에너지와 사람들

햇빛은 세계 대부분의 지역에서 하루에 약 절반 동안 만 비추기 때문에 태양 에너지 기술에는 어두운 시간 동안 에너지를 저장하는 방법을 포함해야합니다.

열 질량 시스템은 파라핀 왁스 또는 다양한 형태의 소금을 사용하여 에너지를 열 형태로 저장합니다. 광전지 시스템은 과도한 전기를 로컬 파워 그리드에 보내거나 에너지를 충전식 배터리에 보관할 수 있습니다.

태양 에너지 사용에는 많은 장단점이 있습니다.

장점
태양 에너지 사용의 주요 장점은 그것이 재생 가능한 자원이라는 것입니다. 우리는 50 억 년 동안 꾸준하고 무한한 햇빛을 공급할 것입니다. 1 시간 안에 지구의 대기는 1 년 동안 지구상의 모든 인간의 전기 요구를 강화하기에 충분한 햇빛을받습니다.

태양 에너지는 깨끗합니다. 태양 광 기술 장비가 건설되고 제자리에 설치된 후에는 태양 에너지가 작동하기 위해 연료가 필요하지 않습니다. 또한 온실 가스 나 독성 물질을 방출하지 않습니다. 태양 에너지를 사용하면 환경에 미치는 영향을 크게 줄일 수 있습니다.

태양 에너지가 실용적인 위치가 있습니다. 많은 양의 햇빛과 낮은 구름 덮개가있는 지역의 주택과 건물은 태양의 풍부한 에너지를 활용할 수 있습니다.

태양 쿠커는 나무로 된 스토브를 사용하여 요리하는 데 큰 대안을 제공합니다. 태양 쿠커는 물을 소독하고 음식을 요리하는 더 깨끗하고 안전한 방법을 제공합니다.

태양 에너지는 바람이나 수력 전기 에너지와 같은 다른 재생 가능한 에너지 원을 보완합니다.

성공적인 태양 전지판을 설치하는 주택이나 사업은 실제로 과도한 전기를 생산할 수 있습니다. 이 주택 소유자 또는 비즈니스 소유자는 전기 공급자에게 에너지를 다시 판매하여 전력 요금을 줄이거 나 제거 할 수 있습니다.

단점
태양 에너지 사용의 주요 억제는 필요한 장비입니다. 태양 광 기술 장비는 비싸다. 장비를 구매하고 설치하는 데는 개별 주택의 경우 수만 달러가 소요될 수 있습니다. 정부는 종종 태양 에너지를 사용하는 사람과 기업에 세금을 줄이고 기술은 전기 요금을 제거 할 수 있지만 초기 비용은 너무 가파르므로 많은 사람들이 고려할 수 없습니다.

태양 에너지 장비도 무겁습니다. 건물 지붕에 태양 전지판을 개조하거나 설치하려면 지붕이 강하고 크며 태양의 길을 향해야합니다.

활성 및 수동 태양 광 기술 모두 기후 및 구름 덮개와 같이 통제 할 수없는 요인에 따라 다릅니다. 해당 지역에서 태양 광 발전이 효과적인지 여부를 결정하기 위해 지역을 연구해야합니다.

태양 에너지가 효율적인 선택이 되려면 햇빛이 풍부하고 일관성이 있어야합니다. 지구상의 대부분의 곳에서 Sunlight의 변동성은 유일한 에너지 원으로 구현하기가 어렵습니다.