ROLA ENERGII SŁONECZNEJ NA ZIEMII
Paliwa naturalne, takie jak węgiel i ropa naftowa, eksploatowane nadal w takim samym tempie jak obecnie wyczerpią się w przyszłym stuleciu. Elektrownie jądrowe, które wydawały się być dobrą alternatywą są dość ryzykowne, jak pokazała katastrofa w Czarnobylu w 1986 r. Ze wszystkich źródeł energii odnawialnej, energia słoneczna jest najbezpieczniejsza. Około 30% promieniowania słonecznego dochodzącego do naszej planety jest odbijane przez atmosferę, 20% jest przez nią pochłaniane, a tylko 50% energii dociera do powierzchni ziemi.
Wiele pożarów w gorących regionach Ziemi jest wywołanych przez ogniskowanie promieni słonecznych w porannej rosie. Już 400 lat p.n.e. Grecy wykorzystywali promienie słoneczne, skupione w szklanej kuli wypełnionej wodą, do rozniecania ognia. Chińczycy, 200 lat p.n.e., wykorzystywali zakrzywione zwierciadła do skupiania promieni słonecznych.
W nowoczesnych kuchenkach słonecznych skupiane promienie służą do podgrzewania żywności. Zakrzywiony koncentrator ogniskuje promienie słoneczne na produktach. Niektóre kuchenki, zamiast zakrzywionego zwierciadła wykorzystują płaskie reflektory, ustawione pod odpowiednim kątem.
Podobna technika jest stosowana w piecach przemysłowych. W Mont Louis, we Francji wielopiętrowa konstrukcja małych reflektorów, odpowiednio ustawionych, tworzy gigantyczne, zakrzywione zwierciadło. W punkcie skupienia uzyskuje się temperaturę do 3000oC - właściwą do obróbki wielu metali.
Wszystkie domy są ogrzewane przez słońce, ale tylko niektóre są skonstruowane w taki sposób, aby uzyskać jak najwięcej energii cieplnej. Umożliwia to znaczną redukcję zapotrzebowania energii. W takich domach duże okna projektuje się od strony najbardziej nasłonecznionej, a małe od przeciwnej. W niektórych rozwiązaniach stosuje się zasłony izolujące ciepło, które zamykane na noc nie pozwalają na ucieczkę ciepła nagromadzonego w dzień. Takie rozwiązanie jest tzw. systemem pasywnym.
Inne zastosowanie energii słonecznej w domu polega na podgrzewaniu wody. Promienie słoneczne podgrzewają wodę, która przepływa przez płaskie panele tworzące radiatory absorbujące ciepło. Te panele umieszcza się zazwyczaj na dachu domu, pod kątem zapewniającym największy pobór ciepła słonecznego. Zimna woda jest pompowana przez ciepło absorbowane z promieni słonecznych.
Baterie słoneczne są to urządzenia elektroniczne, które wykorzystują zjawisko fotowoltaniczne do zamiany światła na prąd elektryczny. Każde małe ogniwo wytwarza mały prąd, ale duża liczba ogniw, wzajemnie połączonych jest w stanie wytworzyć prąd o użytecznej mocy. Ogniwa są zbudowane z cienkich warstw półprzewodników, zwykle z krzemu. Czasem wykorzystuje się arszenik galu, ponieważ pozwala na pracę ogniw o wysokich temperaturach. Jest to istotne w zastosowaniach w przestrzeni kosmicznej, gdzie promieniowanie słoneczne jest dużo silniejsze. Baterii używa się również w małych kalkulatorach i zegarkach.
W 1981 r. słoneczny samolot Solar Challenger przeleciał nad kanałem La Manche wykorzystując jako źródło zasilania tylko energię słoneczną. Skrzydła tego samolotu pokryte były bateriami słonecznymi, które zasilały silnik elektryczny. Na Florydzie, w Stanach Zjednoczonych publiczne automaty telefoniczne są zasilane przez baterie słoneczne montowane na chroniącym je dachu.
W odległych rejonach baterie słoneczne są używane na co dzień w domu. Energia słoneczna służy do ładowania akumulatorów, co umożliwia korzystanie z energii elektrycznej również w nocy.
Ogniwa słoneczne są niezawodne. Raz zamontowane nie wymagają konserwacji przez wiele lat. W Wielkiej Brytanii niektóre niezamieszkane domy są zasilane energią słoneczną. Także stacje meteorologiczne korzystają z baterii słonecznych.
Ilość energii pochodząca z baterii słonecznej nie zależy od temperatury otoczenia, a od nasłonecznienia. Dlatego też jest możliwe, aby latarnia o mocy 360 kW na lądowisku samolotów pracowała na zamarzniętej Alasce.
Możliwe, że w następnym stuleciu, dzięki projektowi amerykańskiego inżyniera dr Petera Glasera będziemy korzystać z energii dostarczanej z przestrzeni kosmicznej.Ten projekt zakłada wystrzelenie na orbitę okołoziemską zestawu 40 satelitarnych elektrowni słonecznych wyposażonych w olbrzymie panele baterii słonecznych. Wytworzona elektryczność ma być zamieniana na promieniowanie mikrofalowe, transmitowane do odbiorników na Ziemi, gdzie nastąpi znowu zamiana mikrofal w prąd elektryczny. Zdaniem Europejskiej Agencji Przestrzeni Kosmicznej 40 satelitarnych elektrowni słonecznych zaspokoi jedną czwartą zapotrzebowania na energię elektryczną Zjednoczonej Europy do 2040 roku.
Niestety, mikrofalowe wiązki energii z satelitarnych elektrowni słonecznych spaliłyby wszystkie napotkane na drodze niemetalowe przedmioty oraz żywe istoty. Wielu naukowców uważa jednak, że w niedalekiej przyszłości będziemy korzystać z energii wytworzonej w przestrzeni okołoziemskiej.
Energia słoneczna umożliwia nieustanny przebieg wszystkich procesów na Ziemi. Z wyjątkiem energii przepływu i odpływu, energii cieplnej wnętrza Ziemi i energii ziemskich reakcji jądrowych, wszystkie rodzaje energii na Ziemi biorą swój początek w promieniowaniu słonecznym. Jemu zawdzięczamy ciepło i światło. Skutkiem jego działania jest energia kinetyczna wiatru (przyczyną ruchu powietrza jest niejednakowe ogrzanie różnych części powierzchni Ziemi).
Wiele pożarów w gorących regionach Ziemi jest wywołanych przez ogniskowanie promieni słonecznych w porannej rosie. Już 400 lat p.n.e. Grecy wykorzystywali promienie słoneczne, skupione w szklanej kuli wypełnionej wodą, do rozniecania ognia. Chińczycy 200 lat p.n.e., wykorzystywali zakrzywione zwierciadła do skupiania promieni słonecznych.
Promieniowanie słoneczne jest źródłem energii chemicznej. Węgiel i ropa naftowa dostarczają nam energii, która przed wielu milionami lat została pobrana w postaci energii promieniowania słonecznego.
Słońce jest również źródłem energii pokarmów. Zielone rośliny wytwarzają przy udziale chlorofilu skrobię, cukier i celulozę z wody i zawartego w powietrzu dwutlenku węgla. Proces ten, zwany fotosyntezą, zachodzi, jeśli roślina pobiera niezbędną do tego energię promieniowania. Energia ta, zmagazynowana w pokarmie, podtrzymuje następnie procesy życiowe w organizmach.
Słońce może nam wiele ofiarować. Człowiek dopiero niedawno zdał sobie z tego sprawę, że
dzieli dobę na dzień i noc, a więc wyznacza rytm życia i pracy
promienie słoneczne nagrzewają atmosferę, oraz powierzchnię Ziemi co umożliwia wegetację roślin
jest głównym twórcą klimatu.
wyznacza pory roku
ekologicznym i dawcą taniej energii (kolektory słoneczne)
dawcą niezbędnego do utrzymania wszelkiego życia roślinnego czynnika fotosyntezy
ma duży wpływ na wygląd naszej opalenizny, modę oraz zachowanie
sterylizuje powietrze, którym oddychamy
Słońce ma również wpływ negatywny na życie ziemskie
na niektórych terenach np. w Dolinie Śmierci i pustyniach uniemożliwia istnienie życia
emituje między innymi promieniowanie krótkofalowe, które jest głównym czynnikiem wywołującym liczne choroby i dolegliwości (nowotwory, oparzenia, udar słoneczny) u człowieka. W wyniku działalności człowieka w atmosferze powiększają się dziury ozonowe, które przepuszczają to promieniowanie
wywołuje samoczynne pożary na wysuszonych obszarach
jest sprawcą biedy i głodu poprzez susze jak np. w Etiopii
dłuższe promienie przechodzą przez warstwę ochronną Ziemi i stanowią zagrożenie promieniotwórcze dla kosmonautów
niebezpiecznie stale wzrasta temperatura Ziemi i powstaje tzw. efekt cieplarniany
burze słoneczne wywołują zmianę pogody na Ziemi w ciągu kilku dni. Zakłócają też fale radiowe (w 1989 w Polsce na czas około 1 godziny zostały zablokowane odbiorniki radiowe)
w Akademii Śląskiej zaobserwowano, że w czasie zmożonej aktywności Słońca notuje się więcej wypadków. Także ważne wydarzenia historyczne można z tym faktem powiązać
zdaniem wielu lekarzy, ataki serca są związane ze zjawiskami zachodzącymi na Słońcu
burze szumowe tworzone przez rozbłyski, mają wpływ na pole magnetyczne Ziemi udzi i zwierząt, jest więc nieodzownym warunkiem życia.
Ogniwa słoneczne przetwarzają światło na energię elektryczną. Ogniwo słoneczne może być produkowane z wielu różnych pierwiastków, ale najczęściej używanym jest krzem. Zwykła bateria składająca się z 30-32 ogniw ma maksymalną moc rzędu 40-45 W.
W 1981 r. słoneczny samolot Solar Challenger przeleciał nad kanałem La Manche wykorzystując jako źródło zasilania tylko energię słoneczną. Skrzydła tego samolotu pokryte były bateriami słonecznymi, które zasilały silnik elektryczny. Na Florydzie, w Stanach Zjednoczonych publiczne automaty telefoniczne są zasilane przez baterie słoneczne montowane na chroniącym je dachu.
Skupiane promieni słonecznych wykorzystuje się w piecach przemysłowych. Zakrzywiony koncentrator ogniskuje promienie słoneczne na produktach. Niektóre piece, zamiast zakrzywionego zwierciadła wykorzystują płaskie reflektory, ustawione pod odpowiednim kątem. W Mont Louis, we Francji wielopiętrowa konstrukcja małych reflektorów, odpowiednio ustawionych, tworzy gigantyczne, zakrzywione zwierciadło. W punkcie skupienia uzyskuje się temperaturę do 3000oC - właściwą do obróbki wielu metali.
Z zewnętrznych warstw korony słonecznej ciągle wypływa w przestrzeń międzyplanetarną materia w postaci tzw. wiatru słonecznego. Dotarcie do Ziemi zabiera tym cząstkom około 10 dni. Zderzenie tak silnego strumienia naładowanych cząstek z ziemską magnetosferą, powoduje różnorodne zjawiska: zmiany pola magnetycznego Ziemi, zakłócenia łączności, a nawet uszkodzenia elektroenergetyczne! Innym zjawiskiem powstającym w wyniku oddziaływania wiatru słonecznego z górnymi warstwami ziemskiej atmosfery są zorze polarne, widoczne tylko w obszarach podbiegunowych (choć czasem widać je i na niższych szerokościach geograficznych).
1