Het woord "energie" betekent het vermogen om werk te doen. De behoefte aan energie in de wereld stijgt tot een zeer hoge dimensie door natuurlijke groei en het gebruik van nieuwe technologie. De bron van de brandbare brandstoffen waarvan we afhankelijk zijn, zoals steenkool, gas en olie, is eindig. De toegenomen verbranding van brandstoffen geeft aanleiding tot bezorgdheid over de opwarming van de aarde en luchtverontreiniging . Vanwege de overmatige afhankelijkheid van fossiele brandstoffen voor energie raken ze op, is het noodzakelijk om alternatieve energiebronnen te vinden, en een alternatieve bron is de zon .
Zonne-energie is stralend licht en warmte van de zon die wordt benut met behulp van een reeks steeds evoluerende technologieën zoals zonneverwarming, thermische zonne-energie, zonne-architectuur en kunstmatige fotosynthese.
Het is ook een essentiële bron van hernieuwbare energie, en de technologieën ervan worden algemeen gekarakteriseerd als passieve zonne-energie of actieve zonne-energie, afhankelijk van hoe ze zonne-energie opvangen en distribueren of omzetten in zonne-energie.
Leerdoelen
Aan het einde van deze les zou je in staat moeten zijn om:
De zon is een extreem krachtige energiebron en het zonlicht is verreweg de grootste energiebron die de aarde ontvangt. De zonnestraling of het zonlicht dat de grond bereikt, bestaat voor bijna 50 procent uit zichtbaar licht, voor 45 procent uit infraroodstraling en kleinere hoeveelheden ultraviolette en andere vormen van elektromagnetische straling. Zonne-energie is simpelweg het licht en de warmte die van de zon komen. Zonne-energie is de schoonste en meest voorkomende hernieuwbare energiebron die beschikbaar is.
Vormen van zonne-energie
Zoals hierboven geïllustreerd, is het zonnepaneel verantwoordelijk voor het opvangen van zonlicht of zonnestraling en het omzetten in elektrische energie. De zonnelaadregelaar regelt de stroomstroom van het zonnepaneel naar de accu. De controller bewaakt de spanning van de accu en reduceert de stroom wanneer de accu volledig is opgeladen. De batterij slaat energie op voor later gebruik. Een omvormer zet gelijkstroom (die door zonne-energie wordt opgewekt) om in wisselstroom (die wordt gebruikt in het elektriciteitsnet). De meter meet de hoeveelheid energie die wordt gebruikt door huishoudelijke apparaten zoals koelkasten, lampen en televisie.
Zonne-energie kan een van de volgende vormen hebben;
Zonnestraling kan worden omgezet in thermische energie of elektrische energie .
Thermische energie
De meest gebruikte apparaten om zonne-energie op te vangen en om te zetten in thermische energie zijn vlakke plaatcollectoren, die worden gebruikt voor zonneverwarmingstoepassingen. Omdat de intensiteit van de zonnestraling aan het aardoppervlak laag is, moeten deze collectoren een groot oppervlak hebben. Een collector moet bijvoorbeeld een oppervlakte hebben van ongeveer 40 vierkante meter (430 vierkante voet) om genoeg energie te verzamelen die nodig is voor één persoon.
De meest gebruikte vlakke plaatcollectoren bestaan uit een zwartgeblakerde metalen plaat, bedekt met één of twee glasplaten, die wordt verwarmd door het erop vallende zonlicht. De warmte van het zonlicht wordt vervolgens overgedragen aan lucht of water, draagvloeistoffen genoemd, die langs de achterkant van de plaat stromen. Deze warmte kan direct worden gebruikt of kan worden overgedragen naar een ander opslagmedium. De opslag van warmte voor gebruik 's nachts of op bewolkte dagen wordt bereikt door geïsoleerde tanks te gebruiken om het verwarmde water tijdens zonnige periodes op te slaan. Vlakke plaatcollectoren verwarmen doorgaans dragervloeistof tot temperaturen variërend van 66 tot 93 graden Celsius. Het rendement van dergelijke collectoren varieert van 20 tot 80 procent, afhankelijk van het ontwerp van de collector.
Een andere methode voor het omzetten van thermische energie is te vinden in zonnevijvers, dit zijn zoutwatermassa's die zijn ontworpen om zonne-energie op te vangen en op te slaan. De warmte die uit deze vijvers wordt gewonnen, maakt de productie van chemicaliën, voedsel, textiel, zwembaden en vee mogelijk. Zonnevijvers zijn vrij duur om te installeren en te onderhouden en zijn over het algemeen beperkt tot warme landelijke gebieden.
Opwekking van elektriciteit
Zonnestraling kan door zonnecellen direct worden omgezet in elektriciteit. In dergelijke cellen wordt een kleine elektrische spanning opgewekt wanneer licht de overgang tussen een metaal en een halfgeleider (zoals silicium) of de overgang tussen twee halfgeleiders treft. Het vermogen dat wordt opgewekt door een enkele fotovoltaïsche cel is ongeveer twee watt. De energie-efficiëntie van de meeste hedendaagse fotovoltaïsche cellen is slechts ongeveer 15 tot 20 procent, en aangezien de intensiteit van de zonnestraling laag is, zijn om te beginnen grote en kostbare samenstellingen van dergelijke cellen nodig om zelfs maar matige hoeveelheden stroom te produceren.
Er zijn grotere eenheden fotovoltaïsche cellen gebruikt om waterpompen en communicatiesystemen in afgelegen gebieden en communicatiesatellieten van stroom te voorzien.
Klassieke kristallijne siliciumpanelen en opkomende technologieën die gebruik maken van dunne-film zonnecellen, waaronder in gebouwen geïntegreerde fotovoltaïsche cellen, kunnen door bedrijfseigenaren en huiseigenaren op hun daken worden geïnstalleerd om de conventionele elektriciteitsvoorziening te vervangen.
Geconcentreerde zonne-energiecentrales maken gebruik van concentrerende of focusserende collectoren om zonlicht dat van een groot gebied wordt ontvangen te concentreren in een kleine zwart gemaakte ontvanger, waardoor de lichtintensiteit aanzienlijk wordt verhoogd om hogere temperaturen te produceren. De reeksen zorgvuldig uitgelijnde spiegels of lenzen kunnen voldoende zonlicht bundelen om een doeltemperatuur van 2000 graden Celsius of meer te bereiken. Deze warmte kan vervolgens worden gebruikt om een ketel aan te drijven, die op zijn beurt stoom opwekt voor een stoomturbine-elektriciteitscentrale. Voor het rechtstreeks produceren van stoom kunnen de beweegbare spiegels zo worden opgesteld dat grote hoeveelheden zonnestraling worden geconcentreerd op zwartgeblakerde buizen waardoor water wordt gecirculeerd en daardoor wordt verwarmd.
Andere applicaties
Zonne-energie wordt gebruikt om door verdamping zout uit zeewater te produceren. Ontziltingseenheden op zonne-energie zetten zout water om in drinkwater door de energie van de zon om te zetten in warmte, direct of indirect, om het ontziltingsproces te stimuleren.
Ook zonnetechnologie is in opkomst voor de schone en hernieuwbare productie van waterstof als alternatieve energiebron.
Factoren die de prestaties van een zonne-energiesysteem beïnvloeden
1. Weersverandering
Aangezien blootstelling aan hitte de dagelijkse productie van zonnecellen voortijdig kan verminderen, leiden hoge temperaturen tot een daling van de spanning en een daling van het totale vermogen. Zonnecellen presteren beter in koude dan in warme klimaten. Daarom leidt een stijging van de temperatuur boven de 25 graden Celsius tot afname van het rendement van zonnepanelen.
2. Schaduw
Wanneer de schaduw zelfs maar op een klein deel van het zonnepaneel valt, wordt de stroom door de hele string verminderd. De gearceerde cellen beïnvloeden de stroom van het hele zonne-energiesysteem.
3. Dakoriëntatie
De hellingshoek van de zonnepanelen moet actief worden aangepast aan veranderingen in seizoenen, lengte- en breedtegraad en aantal uren zonneschijn.
4. Netheid van zonnepaneel
De netheid van het oppervlak van het zonnepaneel is direct verbonden met de foto-elektrische stroomomzetting. Zandstormen, vervuilde omgevingen en regenval zijn enkele factoren die een rol kunnen spelen bij het verminderen van de efficiëntie van zonnepanelen.
Voor- en nadelen van zonne-energie
De voordelen van zonne-energie zijn;
De nadelen van zonne-energie zijn onder andere;
Samenvatting
