Güneş enerjisi

    Güneş enerjisi, Güneş'ten gelen radyasyon, ısı üretebilir, kimyasal reaksiyonlara neden olabilir veya elektrik üretebilir. Dünyada meydana gelen toplam güneş enerjisi miktarı, dünyanın mevcut ve beklenen enerji gereksinimlerinin büyük ölçüde üzerindedir. Uygun şekilde kullanılırsa, bu yüksek dağınık kaynak, gelecekteki tüm enerji ihtiyaçlarını karşılama potansiyeline sahiptir. 21. yüzyılda, sonlu fosil yakıtlar olan kömür, petrol ve doğal gazın tam aksine, tükenmez arz ve kirletmeyen karakteri nedeniyle, güneş enerjisinin yenilenebilir bir enerji kaynağı olarak giderek daha çekici hale gelmesi bekleniyor.

    Güneş son derece güçlü bir enerji kaynağıdır ve güneş ışığı , en büyük enerji kaynağıdır. Ancak Dünya yüzeyindeki yoğunluğu aslında oldukça düşüktür. Bu, esasen uzak Güneş'ten radyasyonun muazzam radyal yayılmasından kaynaklanıyor. Nispeten küçük bir ek kayıp, gelen güneş ışığının yüzde 54'ünü emen veya dağıtan Dünya'nın atmosferi ve bulutlarından kaynaklanıyor. Yere ulaşan güneş ışığı yaklaşık yüzde 50 görünür ışık, yüzde 45 kızılötesi radyasyon ve daha az miktarda ultraviyole ve diğer elektromanyetik radyasyon türlerinden oluşur.

    Güneş enerjisi potansiyeli muazzamdır, çünkü dünyanın toplam günlük elektrik üretim kapasitesinin yaklaşık 200.000 katı Dünya tarafından her gün güneş enerjisi şeklinde alınır. Ne yazık ki, güneş enerjisinin kendisi ücretsiz olmasına rağmen, toplama, dönüştürme ve depolamanın yüksek maliyeti hala bir çok yerde kullanımını sınırlamaktadır. Güneş radyasyonu ya dönüştürülebilir termal enerji ( ısı ) veya elektrik enerjisine dönüşür, ancak ilkini gerçekleştirmek daha kolaydır.

Termal Enerji

    Güneş enerjisini yakalamak ve onu termal enerjiye dönüştürmek için kullanılan en yaygın cihazlar arasında güneş enerjisi ile ısıtma uygulamaları için kullanılan düz plakalı kollektörler. Dünya yüzeyindeki güneş radyasyonunun yoğunluğu çok düşük olduğundan, bu kollektörlerin alan olarak geniş olması gerekir. Örneğin dünyanın ılıman bölgelerinin güneşli bölgelerinde bile, bir kollektörün bir kişinin enerji ihtiyacını karşılamaya yetecek kadar enerji toplamak için yaklaşık 40 metrekare ( 430 fit kare ) yüzey alanına sahip olması gerekir.

    En yaygın kullanılan düz plaka kollektörler, üzerine düşen güneş ışığı ile ısıtılan, bir veya iki cam levha ile kaplanmış siyah bir metal plakadan oluşur. Bu ısı daha sonra plakanın arkasından akan taşıyıcı sıvılar adı verilen hava veya suya aktarılır . Isı doğrudan kullanılabilir veya depolama için başka bir ortama aktarılabilir. Düz plaka kollektörler genellikle güneş enerjili su ısıtıcıları ve ev ısıtması için kullanılır. Geceleri veya bulutlu günlerde kullanılmak üzere ısının depolanması, genellikle güneşli dönemlerde ısıtılan suyu depolamak için yalıtımlı tanklar kullanılarak gerçekleştirilir. Böyle bir sistem, bir eve depolama tankından çekilen sıcak suyla veya zemin ve tavanlardaki borulardan akan ılık su ile alan ısıtması sağlayabilir. Düz plaka toplayıcılar tipik olarak taşıyıcı sıvıları 66 ila 93 ° C ( 150 ila 200 ° F ) arasında değişen sıcaklıklara ısıtır. Bu tür toplayıcıların verimliliği ( yani, kullanılabilir enerjiye dönüştürdükleri alınan enerjinin oranı ), kollektörün tasarımına bağlı olarak yüzde 20 ile 80 arasında değişmektedir.

Elektrik Üretimi

    Güneş radyasyonu, güneş pilleri tarafından doğrudan elektriğe dönüştürülebilir ( fotovoltaik hücreler ). Bu tür hücrelerde, ışık bir metal ile yarı iletken ( silikon gibi ) arasındaki bağlantı noktasına veya iki farklı yarı iletken arasındaki bağlantı noktasına çarptığında küçük bir elektrik voltajı üretilir. Tek bir fotovoltaik hücre tarafından üretilen güç tipik olarak sadece yaklaşık iki watt'tır. Bununla birlikte, güneş paneli dizilerinde olduğu gibi, çok sayıda ayrı hücreyi birbirine bağlayarak , bir güneş enerjisi santralinde veya büyük bir ev dizisinde yüzlerce veya hatta binlerce kilovat elektrik gücü üretilebilir. Günümüz fotovoltaik hücrelerinin çoğunun enerji verimliliği sadece yüzde 20 - 15 civarında olduğundan ve düşük güneş radyasyonu ile başladığından, orta miktarda güç üretmek için bile bu hücrelerin büyük ve maliyetli montajları gerekmektedir.

    Güneş ışığı veya yapay ışıkla çalışan küçük fotovoltaik hücreler, örneğin hesap makineleri ve saatler için güç kaynakları olarak düşük güçlü uygulamalarda büyük kullanım alanı bulmuştur. Uzak bölgelerdeki su pompaları ve iletişim sistemlerine ve hava durumu ve iletişim uydularına güç sağlamak için daha büyük birimler kullanılmıştır . Klasik kristaller. 

    Yoğunlaştırılmış güneş enerjisi santralleri, geniş bir alandan gelen güneş ışığını karartılmış küçük bir alıcı üzerine yoğunlaştırmak veya odaklamak için kolektörler kullanır ve böylece yüksek sıcaklıklar üretmek için ışığın yoğunluğunu önemli ölçüde artırır. Dikkatlice hizalanmış aynalar veya lensler, bir hedefi 2.000 ° C ( 3.600 ° F ) veya daha yüksek sıcaklıklara ısıtmak için yeterli güneş ışığını odaklayabilir. Bu ısı daha sonra bir buhar türbini elektrik jeneratörü enerji santrali için buhar üreten bir kazanı çalıştırmak için kullanılabilir. Doğrudan buhar üretmek için, hareketli aynalar, büyük miktarlarda güneş ışınımını, içinden suyun sirküle edildiği ve böylece ısıtıldığı kararmış borular üzerinde yoğunlaştıracak şekilde düzenlenebilir.