Содержание
Каков процесс, который приносит энергию от Солнца на Землю?
Расстояние от Земли до Солнца составляет около 150 миллионов километров или 1 астрономическую единицу (а.е.). … Солнечному свету требуется примерно 8 минут и 18 секунд, чтобы достичь Земли.
Это ядерный синтез атомов водорода, тот же источник энергии для многих атомных бомб. Этот синтез происходит в ядре Солнца, где давление в 10 XNUMX раз больше, чем в центре Земли. …Похоже на крошку, но именно материя, оставшаяся от этого процесса слияния, превращается в свет и тепло.
Солнце питается от водорода, который плавится в тепле его ядра в результате реакции, похожей на атомный реактор. Он превращает водород в гелий. «Звезда производит 40 триллионов мегатонн энергии в секунду», — говорит астроном Аугусто Даминели из Астрономического и геофизического института Университета Сан-Паулу.
Двумя наиболее популярными видами солнечной энергии являются фотоэлектрическая солнечная энергия и солнечная тепловая энергия. Фотоэлектрическая энергия генерирует электричество непосредственно из солнечного света. Солнечная тепловая энергия (известная как «солнечный обогреватель») использует солнечное тепло для нагрева жидкостей.
Точнее, 9.460.536.207.068.016 299.792.458 365 149.597.870 8,3 XNUMX метров пройдено со скоростью XNUMX XNUMX XNUMX метров в секунду за XNUMX дней. Просто чтобы дать вам представление о том, насколько это быстро, скажем, что время, необходимое свету для прохождения XNUMX XNUMX XNUMX километров, отделяющих Землю от Солнца, составляет всего XNUMX минуты.
Энергия света, достигающая Земли[1], составляет примерно 1.400 Вт/м2. Зная это значение и расстояние от Земли до Солнца порядка 150 миллионов километров (или 15×1010 м), мы можем рассчитать полную энергию, излучаемую Солнцем. Это световая мощность, излучаемая Солнцем.
Солнечная энергия образуется в результате ядерного синтеза между атомами, образующими Солнце. 30% этой энергии возвращается обратно в космос, отражаясь от облаков, атмосферных частиц и поверхности Земли; 70% поглощается атмосферой и, в основном, Землей.
Есть два способа использовать эту энергию для производства электричества: ядерное деление, при котором атомное ядро делится на две или более частиц, и ядерный синтез, при котором два или более ядер объединяются для производства нового элемента.
Геотермальная энергия получается за счет тепла недр Земли, поэтому она возобновляема и является альтернативой ископаемому топливу для выработки электроэнергии.
Далее следует преобразование водорода в гелий, который производит 40 миллионов мегатонн энергии в секунду.
Общее количество энергии, излучаемой с поверхности Солнца, составляет примерно 63.000.000 XNUMX XNUMX Вт на квадратный метр.
Вся энергия, производимая Солнцем, исходит от процесса ядерного синтеза, возникающего в результате высоких температур его ядра (около 15 миллионов кельвинов) и его огромного давления.
Источником солнечной энергии является процесс, называемый ядерным синтезом, когда несколько более мелких частиц собираются вместе и при этом выделяют значительное количество энергии.
Солнце — звезда, а мы, живущие на Земле, — третья планета, вращающаяся вокруг нее. Он обеспечивает нас теплом и является отличным источником световой энергии, необходимой для выживания многих живых существ.
Для получения солнечной энергии необходимо установить фотоэлектрическую систему, состоящую из солнечных батарей, солнечного инвертора, струнной коробки и другого оборудования. С установленной солнечной фотоэлектрической системой энергия солнца будет преобразовываться в электричество.
Доля солнечных и ветряных источников энергии в производстве электроэнергии
Доля ветровой и солнечной энергетики в мировом энергетическом балансе стабильно растет (+1 пункта в 2021 г.). и составляет 10,7 %.
Доля ветровой и солнечной энергетики в мировом энергетическом балансе стабильно растет (+1 пункта в 2021 г.). и составляет 10,7 %.
Разбивка по странам (%)
Loading. ..
Тенденция за период 1990 — 2021 — %
Loading…
Доля ветряных и солнечных станций в производстве электричества (2021) — %
Loading…
25 %
С 2010 по 2021 г. доля солнечной и ветровой энергетики в энергетическом балансе Великобритании выросла на 22 пункта, увеличившись на 25 %.
Доля ветровой и солнечной энергетики в мировом энергетическом балансе стабильно растет (+1 пункта в 2021 г.). и составляет 10,7 %.
В 2021 г. выработка электроэнергии из возобновляемых источников продолжила устойчивыми темами расти (+16 % в ветровой и +23 % в солнечной энергетике) на фоне того, как мировое производство энергии из возобновляемых ресурсов осталось динамичным (+93 ГВт в ветровой и +133 ГВт в солнечной энергетике). В 2021 г. совокупная мощность морских ветроэнергетических установок выросла более чем в три раза (+21 ГВт) и достигла почти 56 ГВт, причем во многом благодаря Китаю (+17 ГВт). Несмотря на скачок выработки энергии из тепловых источников, особенно на угольных электростанциях, в контексте оживления мировой экономики и восстановления спроса на электричество в 2021 г. доля ветровой и солнечной энергетики в мировом энергетическом балансе снова выросла (до 10,7 %) и теперь превышает уровень 2010 г на 8,4 пункта.
Как и в предыдущие годы, большая часть новых мощностей по выработке энергии из возобновляемых ресурсов (+53 ГВт в солнечной и +14 ГВт в ветровой энергетике), а также роста ветрогенерации (+37 %) и производства электричества из энергии солнца (+29 %) приходится на долю Китая. Упомянутые типы энергетики составляют 12 % энергетического баланса этой страны (+11 пунктов с 2010 г.). Амбициозная политика в отношении возобновляемых ресурсов и снижение цен привели к увеличению как выработки электроэнергии, так и доли ветровой и солнечной энергетики в США (+16 %, теперь 13 % энергетического баланса), Австралии (+26 %, более 20 % энергетического баланса), Индии (+17 %, теперь 8 % энергетического баланса) и Японии (+14 %, теперь 12 % энергетического баланса). Неблагоприятная ветровая обстановка привела к сокращению производства электроэнергии из ветра в ЕС и низкому росту в Южной Корее, однако рост выработки солнечной энергии позволил сохранить долю ветровой и солнечной энергии в энергетическом балансе на отметке 19 % в ЕС и 5 % в Южной Корее. Доля ветровой и солнечной энергетики также стабильно увеличивается в Бразилии и Мексике (+12 пунктов с 2010 г.), но остается номинальной в странах, занимающихся крупномасштабной добычей полезных ископаемых (например, в России, Саудовской Аравии, ЮАР и Колумбии), а также в Африке.
Как Солнце производит энергию?
Жизнь существует не просто так: Земля — единственное место в Солнечной системе, где, как известно, жизнь может жить и процветать. Конечно, ученые считают, что под ледяными поверхностями Европы и Энцелада или в метановых озерах на Титане могут существовать микробные или даже водные формы жизни. Но пока Земля остается единственным известным нам местом, где есть все подходящие условия для существования жизни.
Одна из причин этого заключается в том, что Земля находится в обитаемой зоне нашего Солнца (также известной как «Зона Златовласки»). Это означает, что он находится в правильном месте (ни слишком близко, ни слишком далеко), чтобы получать обильную энергию Солнца, которая включает в себя свет и тепло, необходимые для химических реакций. Но как именно наше Солнце производит эту энергию? Какие шаги для этого необходимы и как они попадают к нам на планету Земля?
Простой ответ заключается в том, что Солнце, как и все звезды, способно создавать энергию, потому что это, по сути, массовая реакция синтеза. Ученые считают, что это началось, когда огромное облако газа и частиц (то есть туманность) рухнуло под действием силы собственной гравитации, что известно как теория туманности. Это не только создало большой шар света в центре нашей Солнечной системы, но и запустило процесс, в результате которого водород, собранный в центре, начал сливаться для создания солнечной энергии.
Технически известный как ядерный синтез, этот процесс высвобождает невероятное количество энергии в виде света и тепла. Но чтобы получить эту энергию из центра нашего Солнца на планету Земля и дальше, нужно сделать пару важных шагов. В конце концов, все сводится к слоям Солнца и той роли, которую каждый из них играет в обеспечении того, чтобы солнечная энергия попадала туда, где она может помочь создать и поддерживать жизнь.
Ядро:
Ядро Солнца — это область, простирающаяся от центра примерно на 20–25 % солнечного радиуса. Именно здесь, в ядре, энергия вырабатывается атомами водорода (H), превращающимися в молекулы гелия (He). Это возможно благодаря экстремальному давлению и температуре внутри ядра, которые, по оценкам, эквивалентны 250 миллиардам атмосфер (25,33 триллиона кПа) и 15,7 миллионам кельвинов соответственно.
Конечным результатом является слияние четырех протонов (молекул водорода) в одну альфа-частицу – два протона и два нейтрона связаны вместе в частицу, идентичную ядру гелия. В ходе этого процесса высвобождаются два позитрона, а также два нейтрино (которые превращают два протона в нейтроны) и энергия.
Ядро — единственная часть Солнца, производящая значительное количество тепла в результате синтеза. Фактически, 99% энергии, производимой Солнцем, находится в пределах 24% радиуса Солнца. К 30% радиуса синтез почти полностью прекратился. Остальная часть Солнца нагревается за счет энергии, которая передается от ядра через последовательные слои, в конечном итоге достигает солнечной фотосферы и уходит в космос в виде солнечного света или кинетической энергии частиц.
Солнце высвобождает энергию со скоростью преобразования массы в энергию 4,26 миллиона метрических тонн в секунду, что эквивалентно 38 460 септиллионам ватт (3,846×10 26 Вт) в секунду. Для сравнения, это эквивалентно примерно 9,192×10 10 мегатонн тротила в секунду или 1 820 000 000 Царь-бомба — самой мощной термоядерной бомбы из когда-либо созданных!
Внутренняя структура Солнца. Предоставлено: Wikipedia Commons/kelvinsong
Радиационная зона:
Это зона непосредственно рядом с ядром, простирающаяся примерно на 0,7 солнечного радиуса. В этом слое нет тепловой конвекции, но солнечный материал в этом слое достаточно горячий и плотный, так что тепловое излучение — это все, что нужно для передачи сильного тепла, выделяемого в ядре, наружу. По сути, это связано с испусканием фотонов ионами водорода и гелия, которые проходят небольшое расстояние, прежде чем поглощаются другими ионами.
Температура в этом слое падает примерно с 7 миллионов кельвинов ближе к ядру до 2 миллионов на границе с конвективной зоной. Плотность в этом слое также падает в сто раз от 0,25 солнечного радиуса до вершины радиационной зоны, от 20 г/см³ ближе всего к ядру до всего 0,2 г/см³ на верхней границе.
Конвективная зона:
Это внешний слой Солнца, на долю которого приходится все, что находится за пределами 70% внутреннего солнечного радиуса (или от поверхности до примерно 200 000 км ниже). Здесь температура ниже, чем в радиационной зоне, и более тяжелые атомы не полностью ионизированы. В результате лучистый перенос тепла менее эффективен, а плотность плазмы достаточно мала, чтобы могли развиваться конвективные потоки.
Из-за этого восходящие тепловые ячейки переносят большую часть тепла наружу, в фотосферу Солнца. Как только эти клетки поднимаются чуть ниже поверхности фотосферы, их материал охлаждается, что приводит к увеличению их плотности. Это вынуждает их снова опускаться к основанию конвективной зоны, где они набирают больше тепла, и конвективный цикл продолжается.
Иллюстрация строения Солнца и красного гиганта с указанием их конвективных зон. Авторы и права: ESO
На поверхности Солнца температура падает примерно до 5700 К. Турбулентная конвекция этого слоя Солнца также является причиной эффекта, создающего магнитные северный и южный полюса по всей поверхности Солнца.
Именно в этом слое появляются солнечные пятна, которые выглядят как темные пятна по сравнению с окружающей областью. Эти пятна соответствуют концентрациям в поле магнитного потока, которые препятствуют конвекции и вызывают понижение температуры областей на поверхности по сравнению с окружающим материалом.
Фотосфера:
Наконец, есть фотосфера, видимая поверхность Солнца. Именно здесь солнечный свет и тепло, излучаемые и переносимые на поверхность, распространяются в космос. Температура в слое колеблется от 4500 до 6000 К (4230–5730 °C; 7646–10346 °F). Поскольку верхняя часть фотосферы холоднее нижней, изображение Солнца кажется ярче в центре, чем на краю или краю солнечного диска, в результате явления, известного как затемнение края.
Толщина фотосферы составляет от десятков до сотен километров, а также это область Солнца, где она становится непрозрачной для видимого света. Причина этого в уменьшении количества отрицательно заряженных ионов водорода (H – ), которые легко поглощают видимый свет. И наоборот, видимый нами свет возникает, когда электроны реагируют с атомами водорода с образованием ионов H – .
Энергия, излучаемая фотосферой, затем распространяется в космосе и достигает атмосферы Земли и других планет Солнечной системы. Здесь, на Земле, верхний слой атмосферы (озоновый слой) фильтрует большую часть ультрафиолетового (УФ) излучения Солнца, но часть пропускает на поверхность. Полученная энергия затем поглощается земным воздухом и земной корой, нагревая нашу планету и обеспечивая организмы источником энергии.
Фотосфера Солнца, где видимый солнечный свет и тепло посылаются в космос. Фото: NASA/SDO/AIA)
Солнце находится в центре биологических и химических процессов здесь, на Земле. Без него завершился бы жизненный цикл растений и животных, нарушились бы циркадные ритмы всех земных существ; и со временем вся жизнь на Земле перестанет существовать. Важность Солнца была признана с доисторических времен, и многие культуры рассматривали его как божество (чаще всего как главное божество в своих пантеонах).
Но только в последние несколько столетий стали понятны процессы, приводящие в движение Солнце. Благодаря постоянным исследованиям физиков, астрономов и биологов мы теперь можем понять, как Солнце производит энергию и как оно передает ее нашей Солнечной системе. Изучение известной Вселенной с ее разнообразием звездных систем и экзопланет также помогло нам провести сравнения с другими типами звезд.
Мы написали много статей о Солнце и солнечной энергии для Universe Today. Вот какого цвета Солнце?, Как далеко Земля от Солнца?, Некоторые интересные факты о Солнце и один о характеристиках Солнца.
Для тех, кто интересуется по-настоящему спекулятивным и футуристическим, вот «Можем ли мы терраформировать Солнце?» и «Получение солнечной энергии из космоса».
Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с Руководством НАСА по исследованию Солнечной системы на Солнце, а вот ссылка на домашнюю страницу миссии SOHO, на которой размещены последние изображения Солнца.
Astronomy Cast также имеет несколько интересных эпизодов о Солнце. Послушайте, Эпизод 30: Солнце, пятна и все такое и Эпизод 320: Слои Солнца.
Нравится:
Нравится Загрузка…
Вот сколько потенциальной солнечной энергии
Солнце с Земли. Такой сильный!
НАСА/Рейтер
Есть один простой факт, который может изменить ваше отношение к возобновляемым источникам энергии.
За один час количество солнечной энергии, падающей на Землю, больше, чем весь мир потребляет за год.
Чтобы представить это в цифрах, от Министерства энергетики США:
Каждый час 430 квинтиллионов джоулей солнечной энергии попадает на Землю . Это 430 с 18 нулями после него!
Для сравнения, общее количество энергии, которое все людей используют в год, составляет 410 квинтиллионов джоулей .
Для сравнения, средний американский дом использовал 39миллиардов джоулей электроэнергии в 2013 году.
Очевидно, у нас есть источник практически неограниченной (солнце не погаснет еще 5 миллиардов лет или около того) чистой энергии в виде солнечной энергии — мы просто не улавливаем ее .
Потребление энергии в США.
ОВОС США
По данным Управления энергетической информации США, в прошлом году солнечная энергия обеспечивала только 0,39% энергии, используемой в США.
Возобновляемые источники энергии, включая солнечную, ветровую, гидроэнергию, биомассу и геотермальную энергию, составляют 13% от общего количества.
По понятным причинам существует большой спрос на возобновляемые источники энергии. Они не увеличивают наш углеродный след и не усугубляют глобальное потепление, как сжигание ископаемого топлива.
Мы не можем и не должны вечно продолжать использовать нефть и уголь — это, как сказал Илон Маск, «самый глупый эксперимент в истории», потому что мы меняем атмосферу Земли, не зная о последствиях9.0003
Итак, если солнечная энергия такая мощная, почему мы до сих пор используем ее так мало?
Будущее за солнечными батареями?
Роберт Никельсберг / Getty Images
Большая часть проблемы сводится к аккумуляторам. Мы не разработали аккумуляторы, которые могут достаточно эффективно хранить достаточное количество энергии, вырабатываемой солнечной энергией, чтобы обеспечить надежное питание.
Добавить комментарий