Op school leerden we dat we, naast water, ook de zon nodig hadden om op Moeder Aarde te schijnen om het leven in al zijn verschillende soorten en vormen te ondersteunen. Dit omvatte het dierlijke en plantenleven dat het bewoont, evenals het verbouwen van onze gewassen als voedsel. Maar we kunnen ook de stralingsenergie van de zon gebruiken om warmte, licht en energie in de vorm van elektriciteit te produceren door gebruik te maken van de enorme zonne-energie van de zon.
Elektromagnetische stralen in de vorm van stralingsenergie worden voortdurend door de brandende werking van de zon de ruimte in uitgezonden. Deze stralen reizen in alle richtingen door de ruimte, terwijl sommige het aardoppervlak bereiken. De stralingsenergie die door de zon wordt uitgezonden, bereikt de aarde binnen zeer korte tijd.
In feite is de hoeveelheid zonne-energie die elk uur van de dag het aardoppervlak bereikt groter dan onze totale energievraag in één heel jaar. Omdat de zon 24 uur per dag, 365 dagen per jaar fel brandt in het zonnestelsel, wordt zonne-energie in de vorm van "zonne-energie" beschouwd als een hernieuwbare energiebron, en voor alle praktische doeleinden kunnen we het overwegenZonne-energieals kracht van de zon.
De aarde ontvangt de stralingsenergie van de zon in de vorm van elektromagnetische golven. De hoeveelheid zonnestraling die daadwerkelijk op het aardoppervlak valt op een bepaalde locatie en tijd, hangt af van veel factoren, zoals het tijdstip van de dag (ochtend, middag of nacht), het tijdstip van het jaar (seizoenen) en de geografische breedtegraad op het aardoppervlak om er een paar te noemen.
De hoeveelheid stralingsenergie die beschikbaar is voor gebruik in een zonnestroomsysteem is slechts een zeer klein deel van de totale zonnestraling die de aarde boven haar atmosfeer ontvangt. Dit komt vooral doordat de wolken, de atmosfeer zelf en de grondomstandigheden het grootste deel van deze zonne-energie kunnen absorberen of terugkaatsen naar de hemel en ruimte.
De aarde is in wezen een enorme zonne-energieverzamelaar die grote hoeveelheden energie van de zon ontvangt. Deze zonne-energie kan direct als zonne-energie worden gebruikt met een fotovoltaïsch zonnepaneel, en indirect als wind-, getijden- of golfenergie. Zonne-energie is een hernieuwbare energiebron die onuitputtelijk is en lokaal beschikbaar is overal ter wereld. Maar om zonne-energie effectiever te verzamelen, hebben zonne-energie-ontvangers direct zonlicht nodig en geen weerkaatst zonlicht, waardoor ze ineffectief zijn bij bewolkte omstandigheden.
Het ruwe vermogen van onze zon dat de buitenste atmosfeer van de aarde bereikt, is ongeveer 1373 Watt per vierkante meter (1,37 kW/m²) boven de wolklaag. Deze hoeveelheid wordt vervolgens door de atmosfeer en beschermende lagen teruggebracht om rond het middaguur vanaf een wolkenloze hemel van ongeveer 1000 watt per vierkante meter (1,0 kW/m2) of iets minder aan het aardoppervlak te komen.
Dit betekent dus dat de zonnestraling die het aardoppervlak bereikt ongeveer 70% direct en ongeveer 30% uit diffuus zonlicht bestaat, omdat de atmosfeer en wolken fungeren als gigantische filters die de stralingsenergie van de zon in alle richtingen blokkeren en verstrooien.
Zo zullen gassen en kleine stofdeeltjes die in de atmosfeer zweven, een verstrooiingseffect veroorzaken op de binnenkomende zonnestraling, waardoor een deel ervan in alle richtingen wordt teruggekaatst door lucht, wolken, regen en nevel. Wolken, die bestaan uit vloeibare en bevroren waterdeeltjes, zullen de zonnestraling verstrooien en terugkaatsen de ruimte in, zoals we zien op saaie, bewolkte dagen.
Ook varieert de reflectiviteit van het aardoppervlak met de verschillende soorten materialen die het bedekken, of het nu zand, sneeuw of zee is, terwijl een deel van de stralingsenergie van de zon wordt geabsorbeerd door de verschillende gassen waaruit de atmosfeer bestaat, zoals waterdamp, kooldioxide en ozon.
Zoals hierboven beschreven, wordt zonnestraling zowel verstrooid als in alle richtingen weerkaatst wanneer deze door de atmosfeer gaat. Deze verspreiding kan tot wel 60% zijn van de totale waarde die via de ruimte de atmosfeer van de aarde bereikt. Directe zonnestraling werpt echter schaduwen, omdat deze richting direct van de zon is. De positie en locatie van de zon aan de hemel spelen ook een belangrijke rol in de efficiëntie van elkeZonne-energiesysteem.
Rond het middaguur op een heldere, zonnige, wolkenloze dag midden in de woestijn kan de beschikbare zonne-energie op grondniveau wel 1.000 watt per vierkante meter bedragen, dat wil zeggen 1.000W of 1kW per m2 oppervlakte die direct op de zon gericht is, maar voor veel locaties wereldwijd is 600 tot 800W per m2 een realistischere waarde.
Om de maximale hoeveelheid zonne-energie per m² te krijgen, moeten we compenseren voor de helling en hoek tussen de zon en de aarde en het feit dat het niet altijd middag is door een zonne-energieverzamelaar in zuidelijke richting te richten waar de zon het felst is, en misschien deze aan te passen voor verschillende seizoenen om de zon van oost naar west te volgen.
De levensvatbaarheid van zonne-energie
De locatie van The Suns
De mogelijkheid om zonnestraling van de zon te gebruiken als zonne-energiebron, hetzij om water te verwarmen, hetzij om elektriciteit op te wekken, hangt voornamelijk af van de hoeveelheid zonnestraling die op een bepaalde plek op het aardoppervlak wordt ontvangen, en dit varieert met zowel tijd als seizoenen, waarbij de aarde als geheel meer zonne-energie ontvangt in de zomermaanden van mei tot augustus.
De beschikbaarheid of afwezigheid van zonnestraling van de zon hangt sterk af van de rotatie van de aarde, aangezien er 's nachts minder zonne-energie beschikbaar is dan overdag, en ook van de baanbeweging van de aarde, die seizoenscycli veroorzaakt van zomer tot winter waarbij de zon hoger en helderder is.
De zon is daarom krachtiger aan de hemel in de zomermaanden dan in de wintermaanden. Ook speelt de geografische breedtegraad een belangrijke rol in de beschikbaarheid van voldoende zonne-energie, evenals de toestand van de atmosfeer, bewolking, enzovoort, waarbij het hoogste potentieel voor zonne-energie zich op het zuidelijk halfrond bevindt. Geconcentreerde zonne-energie helpt ons enkele van deze tekorten te overwinnen.
Dat gezegd hebbende, schijnt er in één uur genoeg zonne-energie op de aarde om een heel jaar aan al onze behoeften te voldoen, en de eerste stap om de levensvatbaarheid van elk alternatief energiesysteem te bepalen is een realistische schatting van hoeveel stroom en welk type stroom daadwerkelijk nodig is. Door hier goed over na te denken en een zonne-energiesysteem goed te plannen, zorgt dat het voltooide systeem, wanneer het operationeel is, aan de verwachte elektriciteitsbehoeften voldoet en ook kosteneffectief is.
Zonne-energiesystemen
Dus welke soortenZonne-energiesystemenzijn beschikbaar om de kracht van de zon in huis te benutten. We weten nu van bovenaf dat zonne-energietechnologieën de oneindige kracht van de zonenergie omzetten in warmte, licht en energie. Een van de beste toepassingen van zonne-energie is het gebruik van fotovoltaïsche installaties om elektriciteit op te wekken. Actieve zonne-energie verwijst naar de opwekking van elektrische energie met behulp van zonne-energie en er zijn twee verschillende manieren om dit te doen.
Er zijn tegenwoordig enorme commerciële elektriciteitscentrales in gebruik die zonne-energie gebruiken om water te verwarmen en stoom te produceren, dat vervolgens elektriciteit opwekt, net als bij fossiele kolen of kerncentrales. Een andere methode is het gebruik van grote gebieden met fotovoltaïsche cellen die met elkaar verbonden zijn om zonnepanelen te vormen die elektriciteit kunnen opwekken bij hoge spanningen en stromen.
Voor een thuis-zonne-energiesysteem is het niet nodig om grote bedragen uit te geven aan het ontwerpen van zeer uitgebreide mechanische zonne-fotovoltaïsche systemen; veel beginners beginnen met eenvoudige "zelfgemaakte" fotovoltaïsche ontwerpen om geld te besparen door de fotovoltaïsche systemen in een houten doos te plaatsen voor geconcentreerde zonne-energie.
Zonne-energie wordt gebruikt om de energie in zonlicht om te zetten in een bewaarbaar, transporteerbaar energiemedium zoals elektriciteit met behulp van fotovoltaïsche zonnepanelen. Fotovoltaïsche (of "PV") is de technologie die licht direct omzet in elektriciteit en het is het iconische zonnepaneel dat op het dak gemonteerd is dat de meeste mensen associëren met zonne-energie. Er zijn veel voor- en nadelen aan zonne-energie en in de volgende tutorial zullen we in meer detail kijken naar fotovoltaïsche werken en zien hoe ze de energie van de zon omzetten in bruikbare zonne-energie.
In de volgende tutorial van deze sectie over "zonne-energie" bekijken we zonnecellen en zien we hoe ze zonlicht in de vorm van fotonen kunnen omzetten in elektrische energie voor onze huizen.