A enerxía solar é calquera tipo de enerxía xerada polo sol.

A enerxía solar é creada pola fusión nuclear que ten lugar ao sol. A fusión prodúcese cando os protóns dos átomos de hidróxeno chocan violentamente no núcleo do sol e se fusionan para crear un átomo de helio.

Este proceso, coñecido como reacción en cadea PP (Proton-Proton), emite unha enorme cantidade de enerxía. No seu núcleo, o sol fusiona uns 620 millóns de toneladas métricas de hidróxeno cada segundo. A reacción en cadea PP prodúcese noutras estrelas que teñen o tamaño do noso sol e proporciona enerxía continua e calor. A temperatura destas estrelas rolda os 4 millóns de graos na escala de Kelvin (aproximadamente 4 millóns de graos centígrados, 7 millóns de graos Fahrenheit).

En estrelas que son aproximadamente 1,3 veces máis grandes que o sol, o ciclo CNO conduce a creación de enerxía. O ciclo CNO tamén converte o hidróxeno en helio, pero depende de carbono, nitróxeno e osíxeno (C, N e O) para facelo. Actualmente, menos do dous por cento da enerxía do sol é creada polo ciclo CNO.

A fusión nuclear pola reacción en cadea PP ou o ciclo CNO libera enormes cantidades de enerxía en forma de ondas e partículas. A enerxía solar flúe constantemente do sol e en todo o sistema solar. A enerxía solar quenta a terra, provoca vento e tempo e mantén a vida vexetal e animal.

A enerxía, a calor e a luz do sol flúen en forma de radiación electromagnética (EMR).

O espectro electromagnético existe como ondas de diferentes frecuencias e lonxitudes de onda. A frecuencia dunha onda representa cantas veces a onda repítese nunha determinada unidade de tempo. As ondas con lonxitudes de onda moi curtas repítense varias veces nunha determinada unidade de tempo, polo que son de alta frecuencia. En contraste, as ondas de baixa frecuencia teñen lonxitudes de onda moito máis longas.

A gran maioría das ondas electromagnéticas son invisibles para nós. As ondas de alta frecuencia emitidas polo sol son os raios gamma, os raios X e a radiación ultravioleta (raios UV). Os raios UV máis nocivos son case completamente absorbidos pola atmosfera da Terra. Os raios UV menos potentes viaxan pola atmosfera e poden causar queimaduras solares.

O sol tamén emite radiación infravermella, cuxas ondas son moi inferiores. A maioría da calor do sol chega como enerxía infravermella.

Entre o sandwiched entre infravermello e UV é o espectro visible, que contén todas as cores que vemos na terra. A cor vermella ten as lonxitudes de onda máis longas (máis próximas ao infravermello) e violeta (máis próxima a UV) a máis curta.

Enerxía solar natural

Efecto invernadoiro
As ondas de infravermello, visibles e UV que chegan á Terra participan nun proceso de quecemento do planeta e facendo posible a vida: o chamado "efecto invernadoiro".

Ao redor do 30 por cento da enerxía solar que chega á Terra reflíctese ao espazo. O resto é absorbido na atmosfera da Terra. A radiación quenta a superficie da Terra e a superficie irradia algo de enerxía en forma de ondas infravermellas. A medida que se levantan pola atmosfera, son interceptados por gases de efecto invernadoiro, como o vapor de auga e o dióxido de carbono.

Os gases de efecto invernadoiro atrapan a calor que se reflicte na atmosfera. Deste xeito, actúan como as paredes de vidro dun invernadoiro. Este efecto invernadoiro mantén a terra o suficientemente quente como para soster a vida.

Fotosíntese
Case toda a vida na terra depende da enerxía solar para os alimentos, directa ou indirectamente.

Os produtores dependen directamente da enerxía solar. Absorben a luz solar e convérteno en nutrientes mediante un proceso chamado fotosíntese. Os produtores, tamén chamados autótrofos, inclúen plantas, algas, bacterias e fungos. Os autótrofos son o fundamento da rede de alimentos.

Os consumidores confían en produtores para nutrientes. Os herbívoros, os carnívoros, os omnívoros e os detritívoros dependen indirectamente da enerxía solar. Os herbívoros comen plantas e outros produtores. Os carnívoros e os omnívoros comen tanto produtores como herbívoros. Os detritívoros descompoñen a materia de plantas e animais consumíndoa.

Combustibles fósiles
A fotosíntese tamén é responsable de todos os combustibles fósiles da Terra. Os científicos estiman que hai uns tres mil millóns de anos, os primeiros autótrofos evolucionaron en escenarios acuáticos. A luz solar permitiu á vida das plantas prosperar e evolucionar. Despois de que os autótrofos morren, descompoñéronse e afondáronse na terra, ás veces miles de metros. Este proceso continuou durante millóns de anos.

Baixo unha intensa presión e altas temperaturas, estes restos convertéronse no que sabemos como combustibles fósiles. Os microorganismos convertéronse en petróleo, gas natural e carbón.

A xente desenvolveu procesos para extraer estes combustibles fósiles e usalos para a enerxía. Non obstante, os combustibles fósiles son un recurso non renovable. Levan millóns de anos para formarse.

Aproveitando a enerxía solar

A enerxía solar é un recurso renovable e moitas tecnoloxías poden collelo directamente para o seu uso en casas, empresas, escolas e hospitais. Algunhas tecnoloxías de enerxía solar inclúen células e paneis fotovoltaicos, enerxía solar concentrada e arquitectura solar.

Existen diferentes xeitos de captar a radiación solar e convertela en enerxía utilizable. Os métodos usan enerxía solar activa ou enerxía solar pasiva.

As tecnoloxías solares activas usan dispositivos eléctricos ou mecánicos para converter activamente a enerxía solar noutra forma de enerxía, a maioría das veces calor ou electricidade. As tecnoloxías solares pasivas non usan dispositivos externos. Pola contra, aproveitan o clima local para as estruturas de calor durante o inverno e reflicten a calor durante o verán.

Fotovoltaica

A fotovoltaica é unha forma de tecnoloxía solar activa que foi descuberta en 1839 polo físico francés de 19 anos Alexandre-Edmond Becquerel. Becquerel descubriu que cando colocou cloruro de prata nunha solución ácida e expúxana á luz solar, os electrodos de platino unidos a ela xeraron unha corrente eléctrica. Este proceso de xeración de electricidade directamente a partir da radiación solar chámase efecto fotovoltaico ou fotovoltaica.

Hoxe, a fotovoltaica é probablemente o xeito máis familiar de aproveitar a enerxía solar. As matrices fotovoltaicas normalmente implican paneis solares, unha colección de decenas ou incluso centos de células solares.

Cada célula solar contén un semiconductor, normalmente feito de silicio. Cando o semiconductor absorbe a luz solar, golpea os electróns soltos. Un campo eléctrico dirixe estes electróns soltos nunha corrente eléctrica, que flúe nunha dirección. Contactos metálicos na parte superior e inferior dunha célula solar dirixe esa corrente a un obxecto externo. O obxecto externo pode ser tan pequeno como unha calculadora de enerxía solar ou tan grande como unha central.

A fotovoltaica foi moi utilizada na nave espacial. Moitos satélites, incluída a Estación Espacial Internacional (ISS), presentan amplas e reflectantes "ás" dos paneis solares. A ISS ten dúas ás de matriz solar (serras), cada unha usando preto de 33.000 células solares. Estas células fotovoltaicas fornecen toda a electricidade á ISS, permitindo aos astronautas operar a estación, vivir con seguridade no espazo durante meses e realizar experimentos científicos e de enxeñería.

As centrais fotovoltaicas foron construídas en todo o mundo. As estacións máis grandes están nos Estados Unidos, na India e China. Estas centrais emiten centos de megavatios de electricidade, usados ​​para abastecer casas, empresas, escolas e hospitais.

A tecnoloxía fotovoltaica tamén se pode instalar a menor escala. Os paneis solares e as células pódense fixar nos tellados ou paredes exteriores dos edificios, subministrando electricidade para a estrutura. Pódense colocar ao longo das estradas ás estradas lixeiras. As células solares son o suficientemente pequenas como para alimentar os dispositivos aínda máis pequenos, como calculadoras, contadores de estacionamento, compactadores de lixo e bombas de auga.

Enerxía solar concentrada

Outro tipo de tecnoloxía solar activa é a enerxía solar concentrada ou a enerxía solar concentrada (CSP). A tecnoloxía CSP usa lentes e espellos para concentrarse (concentrar) a luz solar desde unha gran área nunha zona moito máis pequena. Esta intensa área de radiación quenta un fluído, que á súa vez xera electricidade ou combustible outro proceso.

Os fornos solares son un exemplo de enerxía solar concentrada. Hai moitos tipos diferentes de fornos solares, incluíndo torres de enerxía solar, canalas parabólicas e reflectores de Fresnel. Usan o mesmo método xeral para capturar e converter enerxía.

As torres de enerxía solar usan heliostatos, espellos planos que se volven para seguir o arco do sol polo ceo. Os espellos están dispostos ao redor dunha "torre de colector" central e reflicten a luz solar nun raio concentrado de luz que brilla nun punto focal na torre.

En deseños anteriores de torres de enerxía solar, a luz solar concentrada quentou un recipiente de auga, que producía vapor que alimentaba unha turbina. Máis recentemente, algunhas torres de enerxía solar usan sodio líquido, que ten unha maior capacidade de calor e conserva a calor durante un período de tempo máis longo. Isto significa que o fluído non só alcanza as temperaturas de 773 a 1.273k (500 ° a 1.000 ° C ou 932 ° a 1.832 ° F), senón que pode seguir fervendo auga e xerar enerxía incluso cando o sol non brilla.

Os canalizados parabólicos e os reflectores de Fresnel tamén usan CSP, pero os seus espellos teñen forma de forma diferente. Os espellos parabólicos son curvados, cunha forma similar a unha sela. Os reflectores de Fresnel usan tiras planas e delgadas de espello para capturar a luz solar e dirixilo nun tubo de líquido. Os reflectores de Fresnel teñen máis superficie que as canalizacións parabólicas e poden concentrar a enerxía do sol ata aproximadamente 30 veces a súa intensidade normal.

As centrais solares concentradas foron desenvolvidas por primeira vez na década de 1980. A maior instalación do mundo é unha serie de plantas no deserto de Mojave no estado dos Estados Unidos de California. Este sistema de xeración de enerxía solar (SEGS) xera cada ano máis de 650 horas de electricidade gigawatts. Outras plantas grandes e eficaces desenvolvéronse en España e na India.

A enerxía solar concentrada tamén se pode usar a menor escala. Pode xerar calor para as cociñas solares, por exemplo. As persoas en aldeas de todo o mundo usan cociñas solares para ferver auga para o saneamento e cociñar alimentos.

As cociñas solares proporcionan moitas vantaxes sobre as estufas de leña: non son un perigo de incendio, non producen fume, non precisan combustible e reducen a perda de hábitat en bosques onde as árbores serían colleitadas de combustible. As cociñas solares tamén permiten aos aldeáns buscar tempo para a educación, as empresas, a saúde ou a familia durante o tempo que antes se usaba para reunir leña. As cociñas solares úsanse en zonas tan diversas como Chad, Israel, India e Perú.

Arquitectura solar

Ao longo dun día, a enerxía solar forma parte do proceso de convección térmica ou do movemento de calor desde un espazo máis cálido a un máis frío. Cando o sol sobe, comeza a quentar obxectos e material na terra. Ao longo do día, estes materiais absorben a calor da radiación solar. Pola noite, cando se pon o sol e a atmosfera arrefriouse, os materiais liberan a calor de novo na atmosfera.

As técnicas de enerxía solar pasiva aproveitan este proceso natural de calefacción e refrixeración.

As casas e outros edificios usan enerxía solar pasiva para distribuír calor de forma eficiente e barata. Calcular a "masa térmica" dun edificio é un exemplo disto. A masa térmica dun edificio é a maior parte do material quentado durante todo o día. Exemplos da masa térmica dun edificio son a madeira, o metal, o formigón, a arxila, a pedra ou o barro. Pola noite, a masa térmica libera a súa calor de volta á habitación. Sistemas de ventilación eficaces (camiños, fiestras e condutos de aire) dividen o aire quentado e manteñen unha temperatura interior moderada e consistente.

A tecnoloxía solar pasiva adoita participar no deseño dun edificio. Por exemplo, na fase de planificación da construción, o enxeñeiro ou arquitecto pode aliñar o edificio co camiño diario do sol para recibir cantidades desexables de luz solar. Este método ten en conta a latitude, a altitude e a cuberta típica da nube dunha área específica. Ademais, pódense construír ou elaborar edificios para ter illamento térmico, masa térmica ou sombreado extra.

Outros exemplos de arquitectura solar pasiva son tellados frescos, barreiras radiantes e tellados verdes. Os tellados frescos están pintados de branco e reflicten a radiación do sol en vez de absorbelo. A superficie branca reduce a cantidade de calor que chega ao interior do edificio, o que á súa vez reduce a cantidade de enerxía necesaria para arrefriar o edificio.

As barreiras radiantes funcionan de xeito similar aos tellados frescos. Proporcionan illamento con materiais altamente reflectantes, como a folla de aluminio. A folla reflicte, en lugar de absorbe, quenta e pode reducir os custos de refrixeración ata o 10 por cento. Ademais dos tellados e áticos, tamén se poden instalar barreiras radiantes debaixo dos pisos.

Os tellados verdes son tellados que están completamente cubertos de vexetación. Necesitan solo e rego para apoiar as plantas e unha capa impermeable debaixo. Os tellados verdes non só reducen a cantidade de calor absorbida ou perdida, senón que tamén proporcionan vexetación. A través da fotosíntese, as plantas de tellados verdes absorben o dióxido de carbono e emiten osíxeno. Filtran contaminantes fóra da auga da choiva e do aire e compensan algúns dos efectos do consumo de enerxía nese espazo.

Os tellados verdes foron unha tradición en Escandinavia durante séculos e popularizáronse recentemente en Australia, Europa occidental, Canadá e Estados Unidos. Por exemplo, a Ford Motor Company cubriu 42.000 metros cadrados (450.000 metros cadrados) dos seus tellados de planta de montaxe en Dearborn, Michigan, con vexetación. Ademais de reducir as emisións de gases de efecto invernadoiro, os tellados reducen a escorrentía das augas pluviais absorbendo varios centímetros de precipitacións.

Os tellados verdes e os tellados frescos tamén poden contrarrestar o efecto "illa de calor urbana". Nas cidades ocupadas, a temperatura pode ser constantemente superior ás áreas circundantes. Moitos factores contribúen a isto: as cidades están construídas en materiais como o asfalto e o formigón que absorben a calor; Os edificios altos bloquean o vento e os seus efectos de refrixeración; e as altas cantidades de calor dos residuos son xeradas pola industria, o tráfico e as altas poboacións. Usar o espazo dispoñible no tellado para plantar árbores ou reflectir a calor con tellados brancos, pode aliviar parcialmente os aumentos de temperatura locais nas zonas urbanas.

Enerxía solar e persoas

Dado que a luz solar só brilla durante aproximadamente a metade do día na maioría das partes do mundo, as tecnoloxías de enerxía solar teñen que incluír métodos para almacenar a enerxía durante horas escuras.

Os sistemas de masa térmica usan cera de parafina ou varias formas de sal para almacenar a enerxía en forma de calor. Os sistemas fotovoltaicos poden enviar exceso de electricidade á rede eléctrica local ou almacenar a enerxía en baterías recargables.

Hai moitos pros e contras para usar a enerxía solar.

Vantaxes
Unha vantaxe importante para usar a enerxía solar é que se trata dun recurso renovable. Teremos un subministro constante e ilimitado de luz solar durante outros cinco mil millóns de anos. Nunha hora, a atmosfera da Terra recibe a luz solar suficiente para alimentar as necesidades de electricidade de todo ser humano na terra durante un ano.

A enerxía solar está limpa. Despois de que o equipo de tecnoloxía solar se constrúa e se pon en marcha, a enerxía solar non precisa de combustible para funcionar. Tampouco emite gases de efecto invernadoiro nin materiais tóxicos. O uso de enerxía solar pode reducir drásticamente o impacto que temos no medio ambiente.

Hai lugares onde a enerxía solar é práctica. As casas e edificios en zonas con altas cantidades de luz solar e cuberta de nube baixa teñen a oportunidade de aproveitar a abundante enerxía do sol.

As cociñas solares proporcionan unha excelente alternativa á cociña con estufas de madeira, en que aínda dependen dous mil millóns de persoas. As cociñas solares proporcionan un xeito máis limpo e seguro de sanitar a auga e cociñar os alimentos.

A enerxía solar complementa outras fontes de enerxía renovables, como a enerxía eólica ou a enerxía hidroeléctrica.

As casas ou as empresas que instalan paneis solares exitosos poden producir un exceso de electricidade. Estes propietarios ou empresarios poden vender enerxía ao provedor eléctrico, reducindo ou incluso eliminando as facturas de enerxía.

Desvantaxes
O principal elemento disuasorio para usar a enerxía solar é o equipo requirido. Os equipos de tecnoloxía solar son caros. A compra e instalación do equipo pode custar decenas de miles de dólares para casas individuais. Aínda que o goberno adoita ofrecer impostos reducidos a persoas e empresas que usan enerxía solar e a tecnoloxía pode eliminar as facturas de electricidade, o custo inicial é demasiado abrupto para que moitos consideren.

Os equipos de enerxía solar tamén son pesados. Para adaptar ou instalar paneis solares no tellado dun edificio, o tellado debe ser forte, grande e orientado cara ao camiño do sol.

Tanto a tecnoloxía solar activa como pasiva depende de factores que están fóra do noso control, como o clima e a cobertura da nube. Debe estudarse áreas locais para determinar se a enerxía solar sería eficaz ou non nesa área.

A luz solar debe ser abundante e consistente para que a enerxía solar sexa unha elección eficiente. Na maioría dos lugares da terra, a variabilidade da luz solar dificulta a súa implementación como a única fonte de enerxía.