Слънчевата енергия и нейната трансформация в природата

Слънчевата енергия е лъчиста енергия, генерирана от Слънцето в резултат на реакции на ядрен синтез. Тя достига до Земята, пренесена през космическото пространство посредством фотони, които взаимодействат със земната атмосфера и земната повърхност.

Силата на слънчевата енергия във външния слой на земната атмосфера, когато Земята се намира на средна стойност от цялото разстояние между планетата и Слънцето, се нарича соларна константа, средната стойност на която е 2 кал/мин/см².

Интензитетът й, обаче, не е постоянен – варира с около 0.2% за период от 30 години. Интензитетът на енергията, която в действителност се намира на земната повърхност, е по-малък от соларната константа, защото при взаимодействие на фотоните с атмосферата, част от лъчистата енергия се абсорбира или отразява. Силата на слънчевата енергия в дадена точка на земята зависи (по сложен, но предвидим начин) от годишните времена, деня и часа, надморската височина на събирателната точка. Освен това, количеството слънчева енергия, което може да бъде събрано, зависи и от ориентацията на събирателните панели спрямо Слънцето.

Събирането на слънчева енергия в природата е характерно за земната атмосфера, океаните и растителния свят. Взаимодействието между слънчевата енергия, океаните и атмосферата, например, поражда ветровете, които от векове са използвани за задвижването на вятърните мелници.

Приблизително 30% от слънчевата енергия, достигаща външния слой на атмосферата, се изразходват при водния кръговрат, при образуването на дъждовете и формирането на потенциалната енергия на водата в планинските потоци и реките. А при преминаването на тези води през специални турбини, се получава хидроелектрическа енергия. Слънчевата енергия участва и в процеса фотосинтеза и спомага за разрастването на растителния свят (биомасата). А биомасата също може да се използва за получаване на енергия – от дървения материал и изкопаемите горива (тъй като те са всъщност геологически остарели растителни видове). Дори горива като алкохола и метана могат да бъдат извлечени от биомасата.

Океаните също представляват форма на природно събрана слънчева енергия. Като резултат от абсорбирането на слънчева енергия в океаните и океанските течения възникват температурни промени, като на някои места тези вариации достигат 20˚С за разстояние от няколко стотин метра. Според принципите на термодинамиката, когато големи маси съществуват при различни температури, може да се създаде цикъл, генериращ енергия – като се отнеме енергия от високотемпературните маси и се прехвърли към по-нискотемпературните маси. Различията в тези две топлинни енергии се проявяват като механична енергия, която преобразувана от генератор може да се използва за да се произведе електричество. Системите за преобразуване на термална енергия от океана, изискват огромен обмен на топлина и зависят от много други процеси в океаните, за да се осъществи произвеждането на електричество в мегаватовия обхват.

Една от футуристичните схеми, предложени за получаване на енергия в големи мащаби, предвижда поставянето на големи соларни модули, движещи се синхронно в земната орбита, където енергията получена от слънчевата светлина да бъде преобразувана в микровълни и излъчена към антени, намиращи се на земната повърхност, след което отново да бъде преобразувана, но в електроенергия. За да се произведе толкова енергия, колкото от пет големи ядрени електроцентрали (с капацитет по 1000 мегавата всяка) няколко квадратни километра слънчеви колектори, тежащи по 4,5 хиляди тона всеки, ще трябва да бъдат наредени в земната орбита; а на Земята ще трябва да се изгради антена с диаметър 8 километра. По-малки системи биха могли да бъдат изградени за отдалечени острови, но икономиката отдава предимство на една обща голяма система.

назад ...