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

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

Este proceso, coñecido como reacción en cadea PP (protón-protón), 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 do PP prodúcese noutras estrelas que teñen aproximadamente o tamaño do noso sol, e proporciónalles enerxía e calor continuas.A temperatura destas estrelas é duns 4 millóns de graos na escala Kelvin (uns 4 millóns de graos Celsius, 7 millóns de graos Fahrenheit).

Nas estrelas que son aproximadamente 1,3 veces máis grandes que o sol, o ciclo CNO impulsa a creación de enerxía.O ciclo do 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 do PP ou ciclo CNO libera enormes cantidades de enerxía en forma de ondas e partículas.A enerxía solar flúe constantemente lonxe do sol e por todo o sistema solar.A enerxía solar quenta a Terra, provoca vento e tempo e sostén 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 se repite a onda 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.Pola contra, 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 máis alta frecuencia emitidas polo sol son os raios gamma, os raios X e a radiación ultravioleta (raios UV).Os raios UV máis nocivos son absorbidos case por completo pola atmosfera terrestre.Os raios UV menos potentes viaxan pola atmosfera e poden causar queimaduras solares.

O sol tamén emite radiación infravermella, cuxas ondas son de frecuencia moi baixa.A maior parte da calor do sol chega como enerxía infravermella.

Entre os infravermellos e os UV está o espectro visible, que contén todas as cores que vemos na Terra.A cor vermella ten as lonxitudes de onda máis longas (a máis próxima ao infravermello) e a violeta (a máis próxima ao UV) a máis curta.

Enerxía solar natural

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

Cerca do 30 por cento da enerxía solar que chega á Terra reflíctese de volta ao espazo.O resto é absorbido pola atmosfera terrestre.A radiación quenta a superficie terrestre e a superficie irradia parte da enerxía en forma de ondas infravermellas.A medida que ascenden pola atmosfera, son interceptados polos 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 cristal dun invernadoiro.Este efecto invernadoiro mantén a Terra o suficientemente quente como para manter a vida.

Fotosíntese
Case toda a vida na Terra depende da enerxía solar para alimentarse, directa ou indirectamente.

Os produtores dependen directamente da enerxía solar.Absorben a luz solar e convértena en nutrientes mediante un proceso chamado fotosíntese.Os produtores, tamén chamados autótrofos, inclúen plantas, algas, bacterias e fungos.Os autótrofos son a base da rede trófica.

Os consumidores dependen dos produtores para obter nutrientes.Os herbívoros, carnívoros, omnívoros e detritívoros dependen da enerxía solar indirectamente.Os herbívoros comen plantas e outros produtores.Os carnívoros e os omnívoros comen tanto produtores como herbívoros.Os detritívoros descompoñen a materia vexetal e animal consumíndoa.

Combustíbeis 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 ambientes acuáticos.A luz solar permitiu que a vida vexetal prosperase e evolucionase.Despois da morte dos autótrofos, descompuxéronse e afondáronse na Terra, ás veces a miles de metros.Este proceso continuou durante millóns de anos.

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

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

Aproveitamento da Enerxía Solar

A enerxía solar é un recurso renovable e moitas tecnoloxías poden collela directamente para usala en fogares, empresas, escolas e hospitais.Algunhas tecnoloxías de enerxía solar inclúen células e paneis fotovoltaicos, enerxía solar concentrada e arquitectura solar.

Existen diferentes formas de captar a radiación solar e convertela en enerxía utilizable.Os métodos empregan 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 ningún dispositivo externo.Pola contra, aproveitan o clima local para quentar estruturas durante o inverno e reflectir a calor durante o verán.

Fotovoltaica

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

Hoxe, a fotovoltaica é probablemente a forma máis familiar de aproveitar a enerxía solar.As matrices fotovoltaicas normalmente inclúen paneis solares, unha colección de decenas ou mesmo centos de células solares.

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

A fotovoltaica foi moi utilizada por primeira vez nas naves espaciais.Moitos satélites, incluída a Estación Espacial Internacional (ISS), presentan "ás" anchas e reflectantes de paneis solares.A ISS ten dúas ás de matriz solar (SAW), cada unha empregando unhas 33.000 células solares.Estas células fotovoltaicas fornecen toda a electricidade á ISS, o que permite aos astronautas operar a estación, vivir con seguridade no espazo durante meses e realizar experimentos científicos e de enxeñería.

Construíronse centrais fotovoltaicas en todo o mundo.As estacións máis grandes están nos Estados Unidos, na India e en China.Estas centrais emiten centos de megavatios de electricidade, utilizados para abastecer a vivendas, 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 nas paredes exteriores dos edificios, proporcionando electricidade á estrutura.Pódense colocar ao longo de estradas para iluminar estradas.As células solares son o suficientemente pequenas como para alimentar dispositivos aínda máis pequenos, como calculadoras, parquímetros, compactadores de lixo e bombas de auga.

Enerxía solar concentrada

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

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

As torres de enerxía solar usan heliostatos, espellos planos que xiran para seguir o arco do sol polo ceo.Os espellos están dispostos arredor dunha "torre colectora" central e reflicten a luz solar nun raio de luz concentrado que brilla nun punto focal da torre.

Nos deseños anteriores de torres de enerxía solar, a luz solar concentrada quentaba un recipiente de auga, que producía vapor que accionaba unha turbina.Máis recentemente, algunhas torres de enerxía solar usan sodio líquido, que ten unha maior capacidade de calor e retén a calor durante un período máis longo de tempo.Isto significa que o fluído non só alcanza temperaturas de 773 a 1.273 K (500 ° a 1.000 ° C ou 932 ° a 1.832 ° F), senón que pode continuar a ferver auga e xerar enerxía mesmo cando non brilla o sol.

Os canales parabólicos e os reflectores Fresnel tamén usan CSP, pero os seus espellos teñen unha forma diferente.Os espellos parabólicos son curvos, cunha forma semellante a unha sela.Os reflectores Fresnel usan tiras planas e finas de espello para captar a luz solar e dirixila cara a un tubo de líquido.Os reflectores Fresnel teñen máis superficie que os canales parabólicos e poden concentrar a enerxía do sol ata unhas 30 veces a súa intensidade normal.

As centrais de enerxía solar concentrada 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 estadounidense de California.Este sistema de xeración de enerxía solar (SEGS) xera máis de 650 gigavatios-hora de electricidade ao ano.En España e na India desenvolvéronse outras plantas grandes e eficaces.

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

As cociñas solares ofrecen moitas vantaxes sobre as cociñas de leña: non son un perigo de incendio, non producen fume, non requiren combustible e reducen a perda de hábitat nos bosques nos que se collerían árbores como combustible.As cociñas solares tamén permiten aos veciños dedicarse á educación, aos negocios, á saúde ou á familia durante o tempo que antes se usaba para recoller leña.As cociñas solares úsanse en áreas 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 movemento de calor dun espazo máis cálido a outro máis frío.Cando sae o sol, comeza a quentar os obxectos e os materiais da 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 súa calor de novo á atmosfera.

As técnicas de enerxía solar pasiva aproveitan este proceso natural de quecemento e arrefriamento.

As vivendas e outros edificios utilizan enerxía solar pasiva para distribuír a calor de forma eficiente e económica.O cálculo da "masa térmica" dun edificio é un exemplo diso.A masa térmica dun edificio é a maior parte do material quentado ao longo do día.Exemplos de masa térmica dun edificio son madeira, metal, formigón, arxila, pedra ou barro.Pola noite, a masa térmica libera a súa calor de novo na habitación.Os sistemas de ventilación eficaces (corredores, ventás e condutos de aire) distribúen o aire quente e manteñen unha temperatura interior moderada e constante.

A tecnoloxía solar pasiva adoita estar implicada 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 nubosidade típica dunha área específica.Ademais, os edificios poden ser construídos ou adaptados para ter illamento térmico, masa térmica ou sombreamento adicional.

Outros exemplos de arquitectura solar pasiva son tellados frescos, barreiras radiantes e tellados verdes.Os tellados fríos están pintados de branco e reflicten a radiación solar en lugar de absorbela.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 fríos.Proporcionan illamento con materiais altamente reflectantes, como a folla de aluminio.A folla reflicte, en lugar de absorber, a calor e pode reducir os custos de refrixeración ata un 10 por cento.Ademais de tellados e faiados, tamén se poden instalar barreiras radiantes debaixo dos pisos.

As cubertas verdes son cubertas totalmente cubertas de vexetación.Necesitan terra e rego para soportar as plantas, e unha capa impermeable debaixo.Os tellados verdes non só reducen a cantidade de calor que se absorbe ou se perde, senón que tamén proporcionan vexetación.A través da fotosíntese, as plantas dos tellados verdes absorben dióxido de carbono e emiten osíxeno.Filtran os contaminantes da auga da choiva e do aire, e compensan algúns dos efectos do uso da enerxía nese espazo.

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

Os tellados verdes e os tellados frescos tamén poden contrarrestar o efecto "illa de calor urbana".Nas cidades transitadas, a temperatura pode ser constantemente máis alta que as áreas circundantes.Moitos factores contribúen a iso: As cidades están construídas con materiais como asfalto e formigón que absorben calor;edificios altos bloquean o vento e os seus efectos de arrefriamento;e grandes cantidades de calor residual é xerada 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 o aumento da temperatura local 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 as 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 o exceso de electricidade á rede eléctrica local ou almacenar a enerxía en baterías recargables.

Hai moitos pros e contras de usar a enerxía solar.

Vantaxes
Unha vantaxe importante do uso da enerxía solar é que é un recurso renovable.Teremos un subministro constante e ilimitado de luz solar durante outros cinco mil millóns de anos.Nunha hora, a atmosfera terrestre recibe suficiente luz solar para alimentar as necesidades de electricidade de todos os seres humanos da Terra durante un ano.

A enerxía solar é limpa.Despois de construír e poñer en marcha o equipo de tecnoloxía solar, a enerxía solar non necesita combustible para funcionar.Tampouco emite gases de efecto invernadoiro nin materiais tóxicos.O uso da enerxía solar pode reducir drasticamente o impacto que temos no medio ambiente.

Hai lugares onde a enerxía solar é práctica.As vivendas e edificios en zonas con gran cantidade de luz solar e nubosidade baixa teñen a oportunidade de aproveitar a abundante enerxía solar.

As cociñas solares ofrecen unha excelente alternativa para cociñar con cociñas de leña, das que aínda dependen dous mil millóns de persoas.As cociñas solares proporcionan un xeito máis limpo e seguro de desinfectar a auga e cociñar alimentos.

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

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

Desvantaxes
O principal impedimento para o uso da enerxía solar son os equipos necesarios.Os equipos de tecnoloxía solar son caros.A compra e instalación do equipo pode custar decenas de miles de dólares para vivendas individuais.Aínda que o goberno adoita ofrecer impostos reducidos ás persoas e empresas que usan enerxía solar, e a tecnoloxía pode eliminar as facturas da electricidade, o custo inicial é demasiado elevado para que moitos o consideren.

Os equipos de enerxía solar tamén son pesados.Para modernizar 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 a pasiva dependen de factores que están fóra do noso control, como o clima e a nubosidade.As áreas locais deben ser estudadas para determinar se a enerxía solar sería efectiva ou non nesa zona.

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