Ynni solar yw unrhyw fath o egni a gynhyrchir gan yr haul.

Mae ynni solar yn cael ei greu gan ymasiad niwclear sy'n digwydd yn yr haul. Mae ymasiad yn digwydd pan fydd protonau atomau hydrogen yn gwrthdaro yn dreisgar yng nghraidd a ffiws yr haul i greu atom heliwm.

Mae'r broses hon, a elwir yn adwaith cadwyn PP (proton-proton), yn allyrru llawer iawn o egni. Yn ei graidd, mae'r haul yn asio tua 620 miliwn o dunelli metrig o hydrogen bob eiliad. Mae'r adwaith cadwyn PP yn digwydd mewn sêr eraill sydd tua maint ein haul, ac yn darparu egni a gwres parhaus iddynt. Mae'r tymheredd ar gyfer y sêr hyn oddeutu 4 miliwn gradd ar raddfa Kelvin (tua 4 miliwn gradd Celsius, 7 miliwn gradd Fahrenheit).

Mewn sêr sydd tua 1.3 gwaith yn fwy na'r haul, mae'r cylch CNO yn gyrru creu egni. Mae'r cylch CNO hefyd yn trosi hydrogen i heliwm, ond mae'n dibynnu ar garbon, nitrogen ac ocsigen (C, N, ac O) i wneud hynny. Ar hyn o bryd, mae llai na dau y cant o egni'r haul yn cael ei greu gan y cylch CNO.

Mae ymasiad niwclear gan adwaith cadwyn PP neu gylch CNO yn rhyddhau symiau aruthrol o egni ar ffurf tonnau a gronynnau. Mae egni solar yn llifo i ffwrdd o'r haul yn gyson a thrwy gydol cysawd yr haul. Mae ynni solar yn cynhesu’r ddaear, yn achosi gwynt a thywydd, ac yn cynnal bywyd planhigion ac anifeiliaid.

Mae'r egni, y gwres a'r golau o'r haul yn llifo i ffwrdd ar ffurf ymbelydredd electromagnetig (EMR).

Mae'r sbectrwm electromagnetig yn bodoli fel tonnau o wahanol amleddau a thonfeddi. Mae amlder ton yn cynrychioli sawl gwaith y mae'r don yn ailadrodd ei hun mewn uned benodol o amser. Mae tonnau â thonfeddi byr iawn yn ailadrodd eu hunain sawl gwaith mewn uned benodol o amser, felly maent yn amledd uchel. Mewn cyferbyniad, mae gan donnau amledd isel donfeddi llawer hirach.

Mae'r mwyafrif helaeth o donnau electromagnetig yn anweledig i ni. Y tonnau amledd mwyaf uchel a allyrrir gan yr haul yw pelydrau gama, pelydrau-x, ac ymbelydredd uwchfioled (pelydrau UV). Mae'r pelydrau UV mwyaf niweidiol bron yn cael eu hamsugno'n llwyr gan awyrgylch y Ddaear. Mae pelydrau UV llai grymus yn teithio trwy'r awyrgylch, a gallant achosi llosg haul.

Mae'r haul hefyd yn allyrru ymbelydredd is-goch, y mae ei donnau'n amlach o lawer. Mae'r mwyafrif o wres o'r haul yn cyrraedd fel egni is -goch.

Wedi'i dywodio rhwng is -goch ac UV yw'r sbectrwm gweladwy, sy'n cynnwys yr holl liwiau a welwn ar y Ddaear. Y lliw coch sydd â'r tonfeddi hiraf (agosaf at is -goch), a fioled (agosaf at UV) y byrraf.

Ynni Solar Naturiol

Effaith Tŷ Gwydr
Mae'r tonnau is-goch, gweladwy ac UV sy'n cyrraedd y Ddaear yn cymryd rhan mewn proses o gynhesu'r blaned a gwneud bywyd yn bosibl-yr hyn a elwir yn “effaith tŷ gwydr.”

Mae tua 30 y cant o'r egni solar sy'n cyrraedd y Ddaear yn cael ei adlewyrchu yn ôl i'r gofod. Mae'r gweddill yn cael ei amsugno i awyrgylch y Ddaear. Mae'r ymbelydredd yn cynhesu wyneb y Ddaear, ac mae'r wyneb yn pelydru peth o'r egni yn ôl allan ar ffurf tonnau is -goch. Wrth iddynt godi trwy'r atmosffer, maent yn cael eu rhyng -gipio gan nwyon tŷ gwydr, fel anwedd dŵr a charbon deuocsid.

Mae nwyon tŷ gwydr yn dal y gwres sy'n adlewyrchu yn ôl i fyny i'r atmosffer. Yn y modd hwn, maen nhw'n gweithredu fel waliau gwydr tŷ gwydr. Mae'r effaith tŷ gwydr hon yn cadw'r Ddaear yn ddigon cynnes i gynnal bywyd.

Ffotosynthesis
Mae bron pob bywyd ar y Ddaear yn dibynnu ar ynni'r haul ar gyfer bwyd, naill ai'n uniongyrchol neu'n anuniongyrchol.

Mae cynhyrchwyr yn dibynnu'n uniongyrchol ar ynni'r haul. Maent yn amsugno golau haul ac yn ei droi'n faetholion trwy broses o'r enw ffotosynthesis. Mae cynhyrchwyr, a elwir hefyd yn autotroffau, yn cynnwys planhigion, algâu, bacteria, a ffyngau. Autotroffau yw sylfaen y we fwyd.

Mae defnyddwyr yn dibynnu ar gynhyrchwyr am faetholion. Mae llysysyddion, cigysyddion, omnivores, a detritivores yn dibynnu ar ynni solar yn anuniongyrchol. Mae llysysyddion yn bwyta planhigion a chynhyrchwyr eraill. Mae cigysyddion ac omnivores yn bwyta cynhyrchwyr a llysysyddion. Mae detritivores yn dadelfennu materion planhigion ac anifeiliaid trwy ei fwyta.

Tanwydd ffosil
Mae ffotosynthesis hefyd yn gyfrifol am yr holl danwydd ffosil ar y ddaear. Mae gwyddonwyr yn amcangyfrif bod yr autotroffau cyntaf wedi esblygu mewn lleoliadau dyfrol tua thair biliwn o flynyddoedd yn ôl. Roedd golau haul yn caniatáu i fywyd planhigion ffynnu ac esblygu. Ar ôl i'r autotroffau farw, fe wnaethant ddadelfennu a symud yn ddyfnach i'r ddaear, weithiau filoedd o fetrau. Parhaodd y broses hon am filiynau o flynyddoedd.

O dan bwysau dwys a thymheredd uchel, daeth yr olion hyn yr hyn yr ydym yn ei adnabod fel tanwydd ffosil. Daeth micro -organebau yn betroliwm, nwy naturiol a glo.

Mae pobl wedi datblygu prosesau ar gyfer echdynnu'r tanwydd ffosil hyn a'u defnyddio ar gyfer ynni. Fodd bynnag, mae tanwydd ffosil yn adnodd anadnewyddadwy. Maent yn cymryd miliynau o flynyddoedd i'w ffurfio.

Harneisio ynni solar

Mae ynni solar yn adnodd adnewyddadwy, a gall llawer o dechnolegau ei gynaeafu'n uniongyrchol i'w ddefnyddio mewn cartrefi, busnesau, ysgolion ac ysbytai. Mae rhai technolegau ynni solar yn cynnwys celloedd a phaneli ffotofoltäig, ynni solar crynodedig, a phensaernïaeth solar.

Mae yna wahanol ffyrdd o ddal ymbelydredd solar a'i drawsnewid yn ynni y gellir ei ddefnyddio. Mae'r dulliau'n defnyddio naill ai ynni solar gweithredol neu ynni solar goddefol.

Mae technolegau solar gweithredol yn defnyddio dyfeisiau trydanol neu fecanyddol i drosi egni solar yn weithredol yn fath arall o egni, gwres neu drydan yn amlaf. Nid yw technolegau solar goddefol yn defnyddio unrhyw ddyfeisiau allanol. Yn lle hynny, maen nhw'n manteisio ar yr hinsawdd leol i strwythurau gwres yn ystod y gaeaf, ac yn adlewyrchu gwres yn ystod yr haf.

Ffotofoltäig

Mae ffotofoltäig yn fath o dechnoleg solar weithredol a ddarganfuwyd ym 1839 gan y ffisegydd Ffrengig 19 oed Alexandre-Edmond Becquerel. Darganfu Becquerel, pan osododd clorid arian mewn toddiant asidig a'i amlygu i olau haul, roedd yr electrodau platinwm a oedd ynghlwm wrtho yn cynhyrchu cerrynt trydan. Gelwir y broses hon o gynhyrchu trydan yn uniongyrchol o ymbelydredd solar yn effaith ffotofoltäig, neu ffotofoltäig.

Heddiw, mae'n debyg mai ffotofoltäig yw'r ffordd fwyaf cyfarwydd i harneisio ynni'r haul. Mae araeau ffotofoltäig fel arfer yn cynnwys paneli solar, casgliad o ddwsinau neu hyd yn oed gannoedd o gelloedd solar.

Mae pob cell solar yn cynnwys lled -ddargludydd, fel arfer wedi'i wneud o silicon. Pan fydd y lled -ddargludyddion yn amsugno golau haul, mae'n curo electronau'n rhydd. Mae maes trydanol yn cyfeirio'r electronau rhydd hyn i gerrynt trydan, gan lifo i un cyfeiriad. Mae cysylltiadau metel ar ben a gwaelod cell solar yn cyfeirio'r cerrynt hwnnw i wrthrych allanol. Gall y gwrthrych allanol fod mor fach â chyfrifiannell sy'n cael ei bweru gan yr haul neu mor fawr â gorsaf bŵer.

Defnyddiwyd ffotofoltäig yn helaeth yn gyntaf ar long ofod. Mae llawer o loerennau, gan gynnwys yr Orsaf Ofod Ryngwladol (ISS), yn cynnwys “adenydd” myfyriol o baneli solar. Mae gan yr ISS ddwy adain arae solar (llifiau), pob un yn defnyddio tua 33,000 o gelloedd solar. Mae'r celloedd ffotofoltäig hyn yn cyflenwi'r holl drydan i'r ISS, gan ganiatáu i ofodwyr weithredu'r orsaf, byw yn ddiogel yn y gofod am fisoedd ar y tro, a chynnal arbrofion gwyddonol a pheirianneg.

Mae gorsafoedd pŵer ffotofoltäig wedi'u hadeiladu ledled y byd. Mae'r gorsafoedd mwyaf yn yr Unol Daleithiau, India a China. Mae'r gorsafoedd pŵer hyn yn allyrru cannoedd o fegawat o drydan, a ddefnyddir i gyflenwi cartrefi, busnesau, ysgolion ac ysbytai.

Gellir gosod technoleg ffotofoltäig hefyd ar raddfa lai. Gellir gosod paneli solar a chelloedd ar doeau neu waliau allanol adeiladau, gan gyflenwi trydan ar gyfer y strwythur. Gellir eu gosod ar hyd ffyrdd i briffyrdd ysgafn. Mae celloedd solar yn ddigon bach i bweru dyfeisiau llai fyth, fel cyfrifianellau, mesuryddion parcio, cywasgwyr sbwriel, a phympiau dŵr.

Ynni solar crynodedig

Math arall o dechnoleg solar weithredol yw ynni solar dwys neu bŵer solar dwys (CSP). Mae technoleg PDC yn defnyddio lensys a drychau i ganolbwyntio (canolbwyntio) golau haul o ardal fawr i ardal lawer llai. Mae'r ardal ddwys hon o ymbelydredd yn cynhesu hylif, sydd yn ei dro yn cynhyrchu trydan neu'n tanio proses arall.

Mae ffwrneisi solar yn enghraifft o bŵer solar dwys. Mae yna lawer o wahanol fathau o ffwrneisi solar, gan gynnwys tyrau pŵer solar, cafnau parabolig, a adlewyrchyddion Fresnel. Maent yn defnyddio'r un dull cyffredinol i ddal a throsi egni.

Mae tyrau pŵer solar yn defnyddio heliostats, drychau gwastad sy'n troi i ddilyn arc yr haul trwy'r awyr. Mae'r drychau yn cael eu trefnu o amgylch “twr casglwr” canolog ac yn adlewyrchu golau haul i belydr dwys o olau sy'n disgleirio ar ganolbwynt ar y twr.

Mewn dyluniadau blaenorol o dyrau pŵer solar, roedd y golau haul dwys yn cynhesu cynhwysydd dŵr, a gynhyrchodd stêm a oedd yn pweru tyrbin. Yn fwy diweddar, mae rhai tyrau pŵer solar yn defnyddio sodiwm hylif, sydd â chynhwysedd gwres uwch ac sy'n cadw gwres am gyfnod hirach o amser. Mae hyn yn golygu bod yr hylif nid yn unig yn cyrraedd tymereddau o 773 i 1,273K (500 ° i 1,000 ° C neu 932 ° i 1,832 ° F), ond gall barhau i ferwi dŵr a chynhyrchu pŵer hyd yn oed pan nad yw'r haul yn tywynnu.

Mae cafnau parabolig a adlewyrchyddion Fresnel hefyd yn defnyddio PDC, ond mae eu drychau yn cael eu siapio'n wahanol. Mae drychau parabolig yn grwm, gyda siâp tebyg i gyfrwy. Mae adlewyrchyddion Fresnel yn defnyddio stribedi gwastad, tenau o ddrych i ddal golau haul a'i gyfeirio at diwb o hylif. Mae gan adlewyrchyddion Fresnel fwy o arwynebedd na chafnau parabolig a gallant ganolbwyntio egni'r haul i tua 30 gwaith ei ddwyster arferol.

Datblygwyd gweithfeydd pŵer solar dwys gyntaf yn yr 1980au. Y cyfleuster mwyaf yn y byd yw cyfres o blanhigion yn anialwch Mojave yn nhalaith California yn yr UD. Mae'r system cynhyrchu ynni solar (SEGS) hwn yn cynhyrchu mwy na 650 o oriau gigawat o drydan bob blwyddyn. Mae planhigion mawr ac effeithiol eraill wedi'u datblygu yn Sbaen ac India.

Gellir defnyddio pŵer solar dwys hefyd ar raddfa lai. Gall gynhyrchu gwres ar gyfer poptai solar, er enghraifft. Mae pobl mewn pentrefi ledled y byd yn defnyddio poptai solar i ferwi dŵr ar gyfer glanweithdra ac i goginio bwyd.

Mae poptai solar yn darparu llawer o fanteision dros stofiau llosgi coed: nid ydynt yn berygl tân, nid ydynt yn cynhyrchu mwg, nid oes angen tanwydd arnynt, ac yn lleihau colli cynefinoedd mewn coedwigoedd lle byddai coed yn cael eu cynaeafu am danwydd. Mae poptai solar hefyd yn caniatáu i bentrefwyr ddilyn amser ar gyfer addysg, busnes, iechyd neu deulu yn ystod amser a ddefnyddiwyd o'r blaen i gasglu coed tân. Defnyddir poptai solar mewn ardaloedd mor amrywiol â Chad, Israel, India a Periw.

Pensaernïaeth Solar

Trwy gydol diwrnod, mae ynni solar yn rhan o'r broses o ddarfudiad thermol, neu symud gwres o ofod cynhesach i un oerach. Pan fydd yr haul yn codi, mae'n dechrau cynhesu gwrthrychau a deunydd ar y ddaear. Trwy gydol y dydd, mae'r deunyddiau hyn yn amsugno gwres o ymbelydredd solar. Yn y nos, pan fydd yr haul yn machlud a'r awyrgylch wedi oeri, mae'r deunyddiau'n rhyddhau eu gwres yn ôl i'r atmosffer.

Mae technegau ynni solar goddefol yn manteisio ar y broses wresogi ac oeri naturiol hon.

Mae cartrefi ac adeiladau eraill yn defnyddio ynni solar goddefol i ddosbarthu gwres yn effeithlon ac yn rhad. Mae cyfrifo “màs thermol” adeilad yn enghraifft o hyn. Màs thermol adeilad yw mwyafrif y deunydd sy'n cael ei gynhesu trwy gydol y dydd. Enghreifftiau o fàs thermol adeilad yw pren, metel, concrit, clai, carreg neu fwd. Yn y nos, mae'r màs thermol yn rhyddhau ei wres yn ôl i'r ystafell. Mae systemau awyru effeithiol - cynffyrdd, ffenestri, a dwythellau aer - yn dosbarthu'r aer wedi'i gynhesu ac yn cynnal tymheredd dan do cymedrol, cyson.

Mae technoleg solar goddefol yn aml yn ymwneud â dylunio adeilad. Er enghraifft, yng ngham cynllunio adeiladu, gall y peiriannydd neu'r pensaer alinio'r adeilad â llwybr dyddiol yr haul i dderbyn symiau dymunol o olau haul. Mae'r dull hwn yn ystyried lledred, uchder a gorchudd cwmwl nodweddiadol ardal benodol. Yn ogystal, gellir adeiladu neu ôl -ffitio adeiladau i gael inswleiddio thermol, màs thermol, neu gysgodi ychwanegol.

Enghreifftiau eraill o bensaernïaeth solar goddefol yw toeau cŵl, rhwystrau pelydrol, a thoeau gwyrdd. Mae toeau cŵl wedi'u paentio'n wyn, ac yn adlewyrchu ymbelydredd yr haul yn lle ei amsugno. Mae'r arwyneb gwyn yn lleihau faint o wres sy'n cyrraedd y tu mewn i'r adeilad, sydd yn ei dro yn lleihau faint o egni sydd ei angen i oeri'r adeilad.

Mae rhwystrau pelydrol yn gweithio yn yr un modd â thoeau cŵl. Maent yn darparu inswleiddio â deunyddiau myfyriol iawn, fel ffoil alwminiwm. Mae'r ffoil yn adlewyrchu, yn lle amsugno, gwres, a gall leihau costau oeri hyd at 10 y cant. Yn ogystal â thoeau ac atigau, gellir gosod rhwystrau pelydrol hefyd o dan loriau.

Mae toeau gwyrdd yn doeau sydd wedi'u gorchuddio'n llwyr â llystyfiant. Mae angen pridd a dyfrhau arnynt i gynnal y planhigion, a haen gwrth -ddŵr oddi tano. Mae toeau gwyrdd nid yn unig yn lleihau faint o wres sy'n cael ei amsugno neu ei golli, ond sydd hefyd yn darparu llystyfiant. Trwy ffotosynthesis, mae'r planhigion ar doeau gwyrdd yn amsugno carbon deuocsid ac yn allyrru ocsigen. Maent yn hidlo llygryddion allan o ddŵr glaw ac aer, ac yn gwrthbwyso rhai o effeithiau defnyddio ynni yn y gofod hwnnw.

Mae toeau gwyrdd wedi bod yn draddodiad yn Sgandinafia ers canrifoedd, ac yn ddiweddar maent wedi dod yn boblogaidd yn Awstralia, Gorllewin Ewrop, Canada a'r Unol Daleithiau. Er enghraifft, gorchuddiodd Cwmni Moduron Ford 42,000 metr sgwâr (450,000 troedfedd sgwâr) o'i doeau planhigion ymgynnull yn Dearborn, Michigan, gyda llystyfiant. Yn ogystal â lleihau allyriadau nwyon tŷ gwydr, mae'r toeau'n lleihau dŵr ffo storm trwy amsugno sawl centimetr o lawiad.

Gall toeau gwyrdd a thoeau cŵl hefyd wrthweithio effaith “Ynys Gwres Trefol”. Mewn dinasoedd prysur, gall y tymheredd fod yn gyson uwch na'r ardaloedd cyfagos. Mae llawer o ffactorau'n cyfrannu at hyn: mae dinasoedd wedi'u hadeiladu o ddeunyddiau fel asffalt a choncrit sy'n amsugno gwres; Mae adeiladau tal yn blocio gwynt a'i effeithiau oeri; a chynhyrchir llawer iawn o wres gwastraff gan ddiwydiant, traffig a phoblogaethau uchel. Gall defnyddio'r lle sydd ar gael ar y to i blannu coed, neu adlewyrchu gwres gyda thoeau gwyn, leddfu codiadau tymheredd lleol yn rhannol mewn ardaloedd trefol.

Ynni solar a phobl

Gan mai dim ond am oddeutu hanner y dydd y mae golau haul yn disgleirio yn y rhan fwyaf o'r byd, mae'n rhaid i dechnolegau ynni solar gynnwys dulliau o storio'r egni yn ystod oriau tywyll.

Mae systemau màs thermol yn defnyddio cwyr paraffin neu wahanol fathau o halen i storio'r egni ar ffurf gwres. Gall systemau ffotofoltäig anfon gormod o drydan i'r grid pŵer lleol, neu storio'r egni mewn batris y gellir eu hailwefru.

Mae yna lawer o fanteision ac anfanteision i ddefnyddio ynni'r haul.

Manteision
Mantais fawr i ddefnyddio ynni'r haul yw ei fod yn adnodd adnewyddadwy. Bydd gennym gyflenwad cyson, diderfyn o olau haul am bum biliwn o flynyddoedd arall. Mewn un awr, mae awyrgylch y Ddaear yn derbyn digon o olau haul i bweru anghenion trydan pob bod dynol ar y ddaear am flwyddyn.

Mae ynni solar yn lân. Ar ôl i'r offer technoleg solar gael ei adeiladu a'i roi ar waith, nid oes angen tanwydd ar ynni'r haul i weithio. Nid yw chwaith yn allyrru nwyon tŷ gwydr na deunyddiau gwenwynig. Gall defnyddio ynni solar leihau'r effaith a gawn ar yr amgylchedd yn sylweddol.

Mae yna leoliadau lle mae ynni solar yn ymarferol. Mae cartrefi ac adeiladau mewn ardaloedd sydd â llawer iawn o olau haul a gorchudd cwmwl isel yn cael cyfle i harneisio egni toreithiog yr haul.

Mae poptai solar yn darparu dewis arall rhagorol yn lle coginio gyda stofiau pren-y mae dau biliwn o bobl yn dal i ddibynnu o hyd. Mae poptai solar yn darparu ffordd lanach a mwy diogel i lanweithio dŵr a choginio bwyd.

Mae ynni solar yn ategu ffynonellau ynni adnewyddadwy eraill, megis ynni gwynt neu drydan dŵr.

Gall cartrefi neu fusnesau sy'n gosod paneli solar llwyddiannus gynhyrchu gormod o drydan mewn gwirionedd. Gall y perchnogion tai neu'r perchnogion busnes hyn werthu egni yn ôl i'r darparwr trydan, gan leihau neu hyd yn oed ddileu biliau pŵer.

Anfanteision
Y prif ataliad i ddefnyddio ynni'r haul yw'r offer gofynnol. Mae offer technoleg solar yn ddrud. Gall prynu a gosod yr offer gostio degau o filoedd o ddoleri ar gyfer cartrefi unigol. Er bod y llywodraeth yn aml yn cynnig llai o drethi i bobl a busnesau sy'n defnyddio ynni'r haul, a gall y dechnoleg ddileu biliau trydan, mae'r gost gychwynnol yn rhy serth i lawer ei hystyried.

Mae offer ynni solar hefyd yn drwm. Er mwyn ôl -ffitio neu osod paneli solar ar do adeilad, rhaid i'r to fod yn gryf, yn fawr ac yn ganolog tuag at lwybr yr haul.

Mae technoleg solar weithredol a goddefol yn dibynnu ar ffactorau sydd y tu hwnt i'n rheolaeth, megis hinsawdd a gorchudd cwmwl. Rhaid astudio ardaloedd lleol i benderfynu a fyddai pŵer solar yn effeithiol yn yr ardal honno ai peidio.

Rhaid i olau haul fod yn doreithiog ac yn gyson i ynni'r haul fod yn ddewis effeithlon. Yn y rhan fwyaf o leoedd ar y ddaear, mae amrywioldeb golau haul yn ei gwneud hi'n anodd ei weithredu fel yr unig ffynhonnell egni.