Toen we op school waren, 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, evenals om onze gewassen te laten groeien voor voedsel. Maar we kunnen ook de stralingslichtenergie van de zon gebruiken om warmte, licht en energie te produceren in de vorm van elektriciteit door gebruik te maken van de enorme zonne-energie van de zon.
Elektromagnetische stralen in de vorm van stralingsenergie worden voortdurend de ruimte ingestuurd 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 zeer korte tijd.
In feite is de hoeveelheid zonne-energie die elk uur van de dag het aardoppervlak bereikt groter dan onze totale vraag naar energie 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 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 op een bepaalde locatie en tijd 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 omdat de wolken, de atmosfeer zelf en de grondomstandigheden 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 te verzamelen, 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 op het aardoppervlak aan te komen met ongeveer 1000 watt per vierkante meter (1,0 kW / m2) of iets minder.
Dit betekent dan dat de zonnestraling die het aardoppervlak bereikt, bestaat uit ongeveer 70% direct en ongeveer 30% diffuus zonlicht omdat de atmosfeer en 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 hebben op de inkomende zonnestraling, waardoor een deel ervan in alle richtingen terug in de ruimte wordt gereflecteerd vanwege de lucht, wolken, regen en nevel. Wolken die bestaan uit vloeibare en bevroren waterdeeltjes zullen de zonnestraling verstrooien en terugkaatsen in de ruimte, zoals we zien op saaie bewolkte dagen.
Ook de reflectiviteit van het aardoppervlak varieert met de verschillende soorten materialen die het bedekken, of het nu zand, sneeuw of zee is, terwijl een deel van de stralende lichtenergie 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 gereflecteerd in alle richtingen bij het passeren van de atmosfeer. Deze verspreiding kan oplopen tot 60% van de totale waarde die de atmosfeer van de aarde door de ruimte bereikt. Directe zonnestraling werpt echter schaduwen, omdat het directioneel rechtstreeks van de zon komt. De positie en locatie van de zon aan de hemel speelt ook een belangrijke rol in de efficiëntie van elkezonne-energie systeem.
's Middags op een heldere zonnige wolkenloze dag in het midden van de woestijn, kan de zonne-energie die beschikbaar is op het maaiveld oplopen tot 1.000 watt per vierkante meter, dat is 1.000W of 1kW per m2 gebied dat direct naar de zon wijst, maar voor veel locaties over de hele wereld is 600 tot 800W per m2 een meer realistische waarde.
Om de maximale hoeveelheid zonne-energie per m2 te krijgen, moeten we compenseren voor de kanteling en hoek tussen de zon en de aarde en het feit dat het niet de hele tijd middag is door een zonne-energiecollector in zuidelijke richting te richten waar de zon op zijn helderst is en misschien aanpassen voor verschillende seizoenen om de zon van oost naar west te volgen.
De levensvatbaarheid van zonne-energie
The Suns Locatie
De levensvatbaarheid van het gebruik van de zonnestraling van de zon 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 van mei tot augustus.
De beschikbaarheid of afwezigheid van de zonnestraling van de zon hangt sterk af van de rotatie van de aarde, omdat er 's nachts minder zonne-energie beschikbaar is dan overdag, en ook de baanbeweging van de aarde die seizoenscycli van zomer tot winter produceert met de zon hoger en helderder.
De zon staat tijdens de zomermaanden dus 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 hoogste potentieel voor het opwekken van zonne-energie op het zuidelijk halfrond. Geconcentreerde zonne-energie helpt ons een aantal van deze tekorten te overwinnen.
Dat gezegd hebbende, schijnt er genoeg zonne-energie van de zon in één uur op de aarde om een volledig jaar aan al onze behoeften te voldoen en de eerste stap bij het bepalen van de levensvatbaarheid van een alternatief energiesysteem is het uitvoeren van een realistische schatting van hoeveel vermogen en welk type stroom daadwerkelijk nodig is. De tijd nemen om hierover na te denken en een zonne-energiesysteem correct te plannen, zal ervoor zorgen dat het voltooide systeem wanneer het operationeel is, aan de verwachte elektrische behoeften voldoet en ook kosteneffectief is.
Zonne-energie systemen
Dus welke soortenzonne-energie systemenzijn 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 fossiele brandstoffen voor kolen of kerncentrales. Een andere methode is door grote gebieden van fotovoltaïsche cellen te gebruiken die met elkaar zijn verbonden om zonnepanelen te vormen die elektriciteit kunnen genereren 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 cellen in een houten kist te omsluiten voor geconcentreerde zonne-energie.
Zonne-energie wordt gebruikt om de energie in zonlicht om te zetten in een op te slaan, transporteerbaar 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 cellen in meer detail bekijken en zien hoe de energie van de zon wordt omgezet in bruikbare zonne-energie.
In de volgende tutorial van deze sectie over "zonne-energie", zullen we kijken naar zonnecellen en zien hoe ze zonlicht in de vorm van fotonen kunnen omzetten in elektrische energie voor onze huizen.