Toen we op school zaten, 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 in stand te houden. Dit omvatte het dieren- en plantenleven dat het bewoont, maar ook om onze gewassen te verbouwen voor voedsel. Maar we kunnen ook de stralingslichtenergie 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 de ruimte in uitgezonden door de brandende werking van de zon. 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 een 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 een 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" geclassificeerd als een hernieuwbare energiebron, en voor alle praktische doeleinden kunnen we overwegen Zonne-energie als kracht van de zon.
De aarde ontvangt de stralingsenergie van de zon in de vorm van elektromagnetische golven. De hoeveelheid zonnestraling die daadwerkelijk op een bepaalde locatie en tijd op het aardoppervlak valt, hangt af van vele factoren, zoals het tijdstip van de dag (ochtend, middag of nacht), de tijd van het jaar (seizoenen) en de geografische breedtegraad op het aardoppervlak, om er maar een paar te noemen.
De hoeveelheid stralingsenergie die beschikbaar is voor gebruik in een zonne-energiesysteem is slechts een zeer kleine hoeveelheid van de totale zonnestraling die de aarde boven haar atmosfeer ontvangt. Dit komt vooral door de wolken, de atmosfeer zelf en de bodemgesteldheid die het grootste deel van deze zonne-energie kunnen absorberen of terugkaatsen in de lucht en de ruimte.
De aarde is in wezen een enorme zonne-energiecollector die grote hoeveelheden energie van de zon ontvangt. Deze zonne-energie kan direct worden gebruikt als zonne-energie met behulp van een fotovoltaïsch zonnepaneel, en indirect als wind-, getijden- of golfenergie. Zonne-energie is een hernieuwbare energiebron die onuitputtelijk is en overal op aarde lokaal beschikbaar is. Maar om zonne-energie effectiever op te vangen, hebben zonne-energieontvangers direct zonlicht nodig en geen gereflecteerd zonlicht, waardoor ze niet effectief zijn in bewolkte omstandigheden.
De ruwe kracht van onze zon die de buitenste atmosfeer van de aarde bereikt, is ongeveer 1373 watt per vierkante meter (1,37 kW/m2) boven de wolkenlaag. Deze hoeveelheid wordt vervolgens verminderd door de atmosfeer en beschermende lagen om 's middags vanuit een wolkenloze hemel aan het aardoppervlak aan te komen met ongeveer 1000 watt per vierkante meter (1,0 kW/m2) of iets minder.
Dit betekent dus dat de zonnestraling die het aardoppervlak bereikt, voor ongeveer 70% uit direct en voor ongeveer 30% uit diffuus zonlicht bestaat, omdat de atmosfeer en de wolken zich gedragen als gigantische filters die de stralingsenergie van de zon in alle richtingen blokkeren en verstrooien.
Gassen en kleine stofdeeltjes die in de atmosfeer zweven, zullen bijvoorbeeld een verstrooiend effect veroorzaken op de inkomende zonnestraling, waardoor een deel ervan in alle richtingen wordt teruggekaatst naar de ruimte als gevolg van de lucht, wolken, regen en nevel. Wolken die bestaan uit vloeibare en bevroren waterdeeltjes zullen zich verspreiden en de zonnestraling terugkaatsen in de ruimte, 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 stralingslichtenergie van de zon wordt geabsorbeerd door de verschillende gassen waaruit de atmosfeer bestaat, zoals waterdamp, koolstofdioxide en ozon.
Zoals hierboven beschreven, wordt zonnestraling zowel verstrooid als in alle richtingen gereflecteerd wanneer deze door de atmosfeer gaat. Deze spreiding kan oplopen tot 60% van de totale waarde die de atmosfeer van de aarde via de ruimte bereikt. Directe zonnestraling werpt echter schaduwen, omdat het gericht is en rechtstreeks van de zon komt. De positie en locatie van de zon aan de hemel speelt ook een belangrijke rol in de efficiëntie van elke zonne-energiesysteem.
'S Middags op een heldere, zonnige wolkenloze dag midden in de woestijn, kan de beschikbare zonne-energie op de begane grond maar liefst 1.000 watt per vierkante meter zijn, dat is 1.000 W of 1 kW per m2 gebied dat direct op de zon is gericht, maar voor veel locaties over de hele wereld is 600 tot 800 W per m2 een meer realistische waarde.
Om de maximale hoeveelheid zonne-energie per m2 te krijgen, moeten we de kanteling en hoek tussen de zon en de aarde en het feit dat het niet de hele tijd middag is, compenseren door een zonne-energiecollector in zuidelijke richting te richten waar de zon op zijn felst is en deze misschien aan te passen voor verschillende seizoenen om de zon van oost naar west te volgen.
De levensvatbaarheid van zonne-energie
De locatie van de zon
De levensvatbaarheid van het gebruik van de zonnestraling als zonne-energiebron, hetzij om water te verwarmen of om elektriciteit te produceren, hangt voornamelijk af van de hoeveelheid zonnestraling die op een bepaalde locatie op het aardoppervlak wordt ontvangen en dit zal variëren met zowel de tijd als de seizoenen, waarbij de aarde als geheel meer zonne-energie ontvangt in de zomermaanden mei tot augustus.
De beschikbaarheid of afwezigheid van de 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 orbitale beweging van de aarde die seizoensgebonden cycli produceert van zomer tot winter waarbij de zon hoger en helderder is.
De zon staat daarom in de zomermaanden krachtiger aan de hemel 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, enz., met het grootste potentieel voor het opwekken van zonne-energie op het zuidelijk halfrond. Geconcentreerde zonne-energie helpt ons een aantal van deze tekortkomingen te overwinnen.
Dat gezegd hebbende, schijnt er in één uur genoeg zonne-energie van de zon op de aarde om een heel jaar aan al onze behoeften te voldoen en de eerste stap bij het bepalen van de levensvatbaarheid van elk alternatief energiesysteem is het uitvoeren van een realistische schatting van hoeveel stroom en welk type stroom daadwerkelijk nodig is. Door de tijd te nemen om hierover na te denken en een zonne-energiesysteem correct te plannen, zorgt u ervoor dat het voltooide systeem, wanneer het operationeel is, voldoet aan de verwachte elektrische behoeften en ook kosteneffectief is.
Zonne-energiesystemen
Dus welke soorten zonne-energiesystemen zijn beschikbaar voor het benutten van de kracht van de zon in huis. Welnu, we weten nu van bovenaf dat zonnetechnologieën de oneindige kracht van de energie van de zon omzetten in warmte, licht en kracht. Een van de beste toepassingen van zonne-energie is het gebruik van fotovoltaïsche energie om elektriciteit op te wekken. Actieve zonne-energie verwijst naar het opwekken 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 om stoom te produceren, die vervolgens wordt gebruikt om elektriciteit op te wekken, net als in kolen- of kerncentrales op fossiele brandstoffen. Een andere methode is door grote gebieden met fotovoltaïsche cellen te gebruiken die met elkaar zijn verbonden om zonnepanelen te vormen die elektriciteit kunnen opwekken bij hoge spanningen en stromen.
Voor een thuisgebaseerd zonne-energiesysteem is het niet nodig om grote sommen geld uit te geven aan het ontwerpen van zeer uitgebreide mechanische fotovoltaïsche zonne-energiesystemen, veel beginners beginnen met slechts eenvoudige "zelfgemaakte" fotovoltaïsche ontwerpen om geld te besparen door de fotovoltaïsche energie in een houten kist te sluiten voor geconcentreerde zonne-energie.
Zonne-energie wordt gebruikt om de energie in zonlicht om te zetten in een opslagbaar, verplaatsbaar energiemedium zoals elektriciteit met behulp van fotovoltaïsche zonnepanelen. Fotovoltaïsche energie (of "PV") is de technologie die licht direct omzet in elektriciteit en het is het iconische op het dak gemonteerde zonnepaneel dat de meeste mensen associëren met zonne-energie. Er zijn veel voor- en nadelen van zonne-energie en in de volgende tutorial zullen we fotovoltaïsche energie in meer detail bekijken en zien hoe de zet de energie van de zon om in bruikbare zonne-energie.
In de volgende tutorial van dit gedeelte over "zonne-energie" zullen we kijken naar zonnecellen en zien hoe ze zonlicht in de vorm van fotonen kunnen omzetten in elektrische stroom voor onze huizen.