Energi matahari adalah segala jenis energi yang dihasilkan oleh matahari.

Energi matahari dibuat oleh fusi nuklir yang terjadi di bawah sinar matahari. Fusi terjadi ketika proton atom hidrogen bertabrakan dengan keras di inti dan sekering matahari untuk membuat atom helium.

Proses ini, yang dikenal sebagai reaksi berantai PP (proton-proton), memancarkan sejumlah besar energi. Pada intinya, Sun memadukan sekitar 620 juta metrik ton hidrogen setiap detik. Reaksi rantai PP terjadi pada bintang -bintang lain yang seukuran matahari kita, dan memberi mereka energi dan panas kontinu. Suhu untuk bintang -bintang ini adalah sekitar 4 juta derajat pada skala Kelvin (sekitar 4 juta derajat Celcius, 7 juta derajat Fahrenheit).

Pada bintang -bintang yang sekitar 1,3 kali lebih besar dari matahari, siklus CNO mendorong penciptaan energi. Siklus CNO juga mengubah hidrogen menjadi helium, tetapi bergantung pada karbon, nitrogen, dan oksigen (C, N, dan O) untuk melakukannya. Saat ini, kurang dari dua persen energi matahari dibuat oleh siklus CNO.

Fusi nuklir oleh reaksi rantai PP atau siklus CNO melepaskan sejumlah besar energi dalam bentuk gelombang dan partikel. Energi matahari terus -menerus mengalir menjauh dari matahari dan di seluruh tata surya. Energi matahari menghangatkan bumi, menyebabkan angin dan cuaca, dan menopang kehidupan tanaman dan hewan.

Energi, panas, dan cahaya dari sinar matahari mengalir dalam bentuk radiasi elektromagnetik (EMR).

Spektrum elektromagnetik ada sebagai gelombang frekuensi dan panjang gelombang yang berbeda. Frekuensi gelombang mewakili berapa kali gelombang berulang dalam satuan waktu tertentu. Gelombang dengan panjang gelombang yang sangat pendek mengulangi diri mereka sendiri beberapa kali dalam satuan waktu tertentu, sehingga mereka frekuensi tinggi. Sebaliknya, gelombang frekuensi rendah memiliki panjang gelombang yang jauh lebih lama.

Sebagian besar gelombang elektromagnetik tidak terlihat oleh kita. Gelombang frekuensi tinggi yang dipancarkan oleh matahari adalah sinar gamma, sinar-X, dan radiasi ultraviolet (sinar UV). Sinar UV yang paling berbahaya hampir sepenuhnya diserap oleh atmosfer Bumi. Sinar UV yang kurang kuat melakukan perjalanan melalui atmosfer, dan dapat menyebabkan sengatan matahari.

Matahari juga memancarkan radiasi inframerah, yang gelombangnya jauh lebih rendah. Sebagian besar panas dari matahari tiba sebagai energi inframerah.

Dipertahankan antara inframerah dan UV adalah spektrum yang terlihat, yang berisi semua warna yang kita lihat di bumi. Warna merah memiliki panjang gelombang terpanjang (terdekat dengan inframerah), dan ungu (paling dekat dengan UV) terpendek.

Energi matahari alami

Efek rumah kaca
Gelombang inframerah, terlihat, dan UV yang mencapai Bumi mengambil bagian dalam proses pemanasan planet dan memungkinkan kehidupan-yang disebut "efek rumah kaca."

Sekitar 30 persen dari energi matahari yang mencapai Bumi dipantulkan kembali ke luar angkasa. Sisanya diserap ke atmosfer Bumi. Radiasi menghangatkan permukaan bumi, dan permukaan memancarkan sebagian energi kembali dalam bentuk gelombang inframerah. Ketika mereka naik melalui atmosfer, mereka dicegat oleh gas rumah kaca, seperti uap air dan karbon dioksida.

Gas rumah kaca menjebak panas yang memantul kembali ke atmosfer. Dengan cara ini, mereka bertindak seperti dinding kaca rumah kaca. Efek rumah kaca ini membuat Bumi cukup hangat untuk mempertahankan kehidupan.

Fotosintesis
Hampir semua kehidupan di bumi bergantung pada energi matahari untuk makanan, baik secara langsung maupun tidak langsung.

Produsen bergantung langsung pada energi matahari. Mereka menyerap sinar matahari dan mengubahnya menjadi nutrisi melalui proses yang disebut fotosintesis. Produsen, juga disebut autotrof, termasuk tanaman, ganggang, bakteri, dan jamur. Autotrof adalah dasar dari jaring makanan.

Konsumen mengandalkan produsen untuk nutrisi. Herbivora, karnivora, omnivora, dan detritivora mengandalkan energi matahari secara tidak langsung. Herbivora memakan tanaman dan produsen lainnya. Carnivora dan omnivora memakan produsen dan herbivora. Detritivora membusuk bahan tumbuhan dan hewan dengan mengkonsumsinya.

Bahan bakar fosil
Fotosintesis juga bertanggung jawab atas semua bahan bakar fosil di Bumi. Para ilmuwan memperkirakan bahwa sekitar tiga miliar tahun yang lalu, autotrof pertama berevolusi dalam pengaturan akuatik. Sinar matahari memungkinkan kehidupan tanaman untuk berkembang dan berevolusi. Setelah autotrof mati, mereka membusuk dan bergeser lebih dalam ke bumi, kadang -kadang ribuan meter. Proses ini berlanjut selama jutaan tahun.

Di bawah tekanan yang intens dan suhu tinggi, sisa -sisa ini menjadi apa yang kita kenal sebagai bahan bakar fosil. Mikroorganisme menjadi minyak bumi, gas alam, dan batubara.

Orang -orang telah mengembangkan proses untuk mengekstraksi bahan bakar fosil ini dan menggunakannya untuk energi. Namun, bahan bakar fosil adalah sumber daya yang tidak terbarukan. Mereka membutuhkan waktu jutaan tahun untuk terbentuk.

Memanfaatkan energi matahari

Solar Energy adalah sumber daya terbarukan, dan banyak teknologi dapat memanennya secara langsung untuk digunakan di rumah, bisnis, sekolah, dan rumah sakit. Beberapa teknologi energi matahari termasuk sel dan panel fotovoltaik, energi matahari terkonsentrasi, dan arsitektur matahari.

Ada berbagai cara untuk menangkap radiasi matahari dan mengubahnya menjadi energi yang dapat digunakan. Metode menggunakan energi matahari aktif atau energi matahari pasif.

Teknologi surya aktif menggunakan perangkat listrik atau mekanik untuk secara aktif mengubah energi matahari menjadi bentuk energi lain, paling sering panas atau listrik. Teknologi matahari pasif tidak menggunakan perangkat eksternal apa pun. Sebaliknya, mereka memanfaatkan iklim lokal untuk memanaskan struktur selama musim dingin, dan mencerminkan panas selama musim panas.

Fotovoltaik

Photovoltaics adalah bentuk teknologi surya aktif yang ditemukan pada tahun 1839 oleh fisikawan Prancis berusia 19 tahun Alexandre-Edmond Becquerel. Becquerel menemukan bahwa ketika ia menempatkan perak-klorida dalam larutan asam dan mengeksposnya ke sinar matahari, elektroda platinum yang melekat padanya menghasilkan arus listrik. Proses menghasilkan listrik ini langsung dari radiasi matahari disebut efek fotovoltaik, atau fotovoltaik.

Saat ini, fotovoltaik mungkin merupakan cara paling akrab untuk memanfaatkan energi surya. Array fotovoltaik biasanya melibatkan panel surya, kumpulan lusinan atau bahkan ratusan sel surya.

Setiap sel surya mengandung semikonduktor, biasanya terbuat dari silikon. Ketika semikonduktor menyerap sinar matahari, itu mengetuk elektron longgar. Medan listrik mengarahkan elektron -elektron longgar ini ke dalam arus listrik, mengalir dalam satu arah. Kontak logam di bagian atas dan bawah sel surya mengarahkan arus itu ke objek eksternal. Objek eksternal bisa sekecil kalkulator bertenaga surya atau sebesar pembangkit listrik.

Photovoltaics pertama kali digunakan secara luas pada pesawat ruang angkasa. Banyak satelit, termasuk Stasiun Luar Angkasa Internasional (ISS), fitur "sayap" yang luas dan reflektif dari panel surya. ISS memiliki dua sayap susunan matahari (SAW), masing -masing menggunakan sekitar 33.000 sel surya. Sel -sel fotovoltaik ini memasok semua listrik ke ISS, memungkinkan para astronot untuk mengoperasikan stasiun, hidup dengan aman di ruang angkasa selama berbulan -bulan pada suatu waktu, dan melakukan eksperimen ilmiah dan teknik.

Stasiun listrik fotovoltaik telah dibangun di seluruh dunia. Stasiun terbesar adalah di Amerika Serikat, India, dan Cina. Pembangkit listrik ini memancarkan ratusan megawatt listrik, digunakan untuk memasok rumah, bisnis, sekolah, dan rumah sakit.

Teknologi fotovoltaik juga dapat dipasang dalam skala yang lebih kecil. Panel dan sel surya dapat diperbaiki ke atap atau dinding eksterior bangunan, memasok listrik untuk struktur. Mereka dapat ditempatkan di sepanjang jalan menuju jalan raya ringan. Sel surya cukup kecil untuk memberi daya pada perangkat yang lebih kecil, seperti kalkulator, meter parkir, pemadat sampah, dan pompa air.

Energi matahari terkonsentrasi

Jenis lain dari teknologi surya aktif adalah energi matahari terkonsentrasi atau tenaga surya terkonsentrasi (CSP). Teknologi CSP menggunakan lensa dan cermin untuk memfokuskan sinar matahari (konsentrat) dari area yang luas ke area yang jauh lebih kecil. Area radiasi yang intens ini memanaskan cairan, yang pada gilirannya menghasilkan listrik atau memicu proses lain.

Tungku surya adalah contoh tenaga surya terkonsentrasi. Ada banyak jenis tungku surya, termasuk menara tenaga surya, palung parabola, dan reflektor Fresnel. Mereka menggunakan metode umum yang sama untuk menangkap dan mengonversi energi.

Menara tenaga surya menggunakan heliostat, cermin datar yang berputar untuk mengikuti busur matahari melalui langit. Cermin diatur di sekitar "menara kolektor" sentral, dan memantulkan sinar matahari menjadi sinar cahaya yang terkonsentrasi yang bersinar pada titik fokus pada menara.

Dalam desain menara tenaga surya sebelumnya, sinar matahari terkonsentrasi memanaskan wadah air, yang menghasilkan uap yang bertenaga turbin. Baru -baru ini, beberapa menara tenaga surya menggunakan natrium cair, yang memiliki kapasitas panas yang lebih tinggi dan mempertahankan panas untuk jangka waktu yang lebih lama. Ini berarti bahwa cairan tidak hanya mencapai suhu 773 hingga 1.273K (500 ° hingga 1.000 ° C atau 932 ° hingga 1.832 ° F), tetapi dapat terus merebus air dan menghasilkan tenaga bahkan ketika matahari tidak bersinar.

Palung parabola dan reflektor Fresnel juga menggunakan CSP, tetapi cerminnya berbentuk berbeda. Cermin parabola melengkung, dengan bentuk yang mirip dengan pelana. Reflektor Fresnel menggunakan potongan cermin yang datar dan tipis untuk menangkap sinar matahari dan mengarahkannya ke tabung cairan. Reflektor Fresnel memiliki luas permukaan lebih dari palung parabola dan dapat memusatkan energi matahari hingga sekitar 30 kali intensitas normalnya.

Pembangkit listrik tenaga surya terkonsentrasi pertama kali dikembangkan pada 1980 -an. Fasilitas terbesar di dunia adalah serangkaian tanaman di Gurun Mojave di negara bagian AS California. Sistem Pembangkit Energi Surya ini (SEGS) menghasilkan lebih dari 650 gigawatt-jam listrik setiap tahun. Tanaman besar dan efektif lainnya telah dikembangkan di Spanyol dan India.

Tenaga surya terkonsentrasi juga dapat digunakan pada skala yang lebih kecil. Ini dapat menghasilkan panas untuk kompor surya, misalnya. Orang -orang di desa -desa di seluruh dunia menggunakan kompor surya untuk merebus air untuk sanitasi dan memasak makanan.

Cooker surya memberikan banyak keunggulan dibandingkan kompor pembakaran kayu: mereka bukan bahaya kebakaran, tidak menghasilkan asap, tidak memerlukan bahan bakar, dan mengurangi kehilangan habitat di hutan di mana pohon akan dipanen untuk bahan bakar. Pemasak surya juga memungkinkan penduduk desa untuk mengejar waktu untuk pendidikan, bisnis, kesehatan, atau keluarga selama waktu yang sebelumnya digunakan untuk mengumpulkan kayu bakar. Cooker surya digunakan di daerah yang beragam seperti Chad, Israel, India, dan Peru.

Arsitektur Surya

Sepanjang sehari, energi matahari adalah bagian dari proses konveksi termal, atau pergerakan panas dari ruang yang lebih hangat ke yang lebih dingin. Ketika matahari terbit, itu mulai menghangatkan benda dan bahan di bumi. Sepanjang hari, bahan -bahan ini menyerap panas dari radiasi matahari. Pada malam hari, ketika matahari terbenam dan atmosfer telah mendingin, bahan melepaskan panasnya kembali ke atmosfer.

Teknik energi matahari pasif memanfaatkan proses pemanasan dan pendinginan alami ini.

Rumah dan bangunan lainnya menggunakan energi matahari pasif untuk mendistribusikan panas secara efisien dan murah. Menghitung "massa termal" bangunan adalah contoh dari ini. Massa termal bangunan adalah sebagian besar bahan yang dipanaskan sepanjang hari. Contoh massa termal bangunan adalah kayu, logam, beton, tanah liat, batu, atau lumpur. Pada malam hari, massa termal melepaskan panasnya kembali ke ruangan. Sistem ventilasi yang efektif - saluran, jendela, dan saluran udara - mendistribusikan udara hangat dan mempertahankan suhu dalam ruangan yang sedang dan konsisten.

Teknologi matahari pasif sering terlibat dalam desain bangunan. Misalnya, dalam tahap perencanaan konstruksi, insinyur atau arsitek dapat menyelaraskan bangunan dengan jalur harian matahari untuk menerima sinar matahari yang diinginkan. Metode ini memperhitungkan garis lintang, ketinggian, dan tutupan cloud khas dari area tertentu. Selain itu, bangunan dapat dibangun atau dipasang untuk memiliki isolasi termal, massa termal, atau bayangan ekstra.

Contoh lain dari arsitektur matahari pasif adalah atap dingin, penghalang berseri, dan atap hijau. Atap dingin dicat putih, dan memantulkan radiasi matahari alih -alih menyerapnya. Permukaan putih mengurangi jumlah panas yang mencapai interior bangunan, yang pada gilirannya mengurangi jumlah energi yang diperlukan untuk mendinginkan bangunan.

Penghalang radiasi bekerja sama untuk atap dingin. Mereka menyediakan isolasi dengan bahan yang sangat reflektif, seperti aluminium foil. Foil mencerminkan, alih -alih menyerap, panas, dan dapat mengurangi biaya pendinginan hingga 10 persen. Selain atap dan loteng, penghalang radiasi juga dapat dipasang di bawah lantai.

Atap hijau adalah atap yang sepenuhnya ditutupi dengan vegetasi. Mereka membutuhkan tanah dan irigasi untuk mendukung tanaman, dan lapisan tahan air di bawahnya. Atap hijau tidak hanya mengurangi jumlah panas yang diserap atau hilang, tetapi juga menyediakan vegetasi. Melalui fotosintesis, tanaman di atap hijau menyerap karbon dioksida dan memancarkan oksigen. Mereka menyaring polutan dari air hujan dan udara, dan mengimbangi beberapa efek penggunaan energi di ruang itu.

Atap hijau telah menjadi tradisi di Skandinavia selama berabad -abad, dan baru -baru ini menjadi populer di Australia, Eropa Barat, Kanada, dan Amerika Serikat. Misalnya, Ford Motor Company mencakup 42.000 meter persegi (450.000 kaki persegi) atap pabrik perakitannya di Dearborn, Michigan, dengan vegetasi. Selain mengurangi emisi gas rumah kaca, atap mengurangi limpasan air hujan dengan menyerap beberapa sentimeter curah hujan.

Atap hijau dan atap dingin juga dapat menangkal efek "pulau panas perkotaan". Di kota -kota yang sibuk, suhunya dapat secara konsisten lebih tinggi dari daerah sekitarnya. Banyak faktor yang berkontribusi pada hal ini: kota -kota dibangun dari bahan seperti aspal dan beton yang menyerap panas; bangunan tinggi memblokir angin dan efek pendinginannya; dan sejumlah besar panas limbah dihasilkan oleh industri, lalu lintas, dan populasi tinggi. Menggunakan ruang yang tersedia di atap untuk menanam pohon, atau memantulkan panas dengan atap putih, sebagian dapat mengurangi peningkatan suhu lokal di daerah perkotaan.

Energi matahari dan orang

Karena sinar matahari hanya bersinar selama sekitar setengah hari di sebagian besar dunia, teknologi energi matahari harus memasukkan metode penyimpanan energi selama jam -jam gelap.

Sistem massa termal menggunakan lilin parafin atau berbagai bentuk garam untuk menyimpan energi dalam bentuk panas. Sistem fotovoltaik dapat mengirim kelebihan listrik ke jaringan listrik lokal, atau menyimpan energi dalam baterai yang dapat diisi ulang.

Ada banyak pro dan kontra menggunakan energi matahari.

Keuntungan
Keuntungan utama untuk menggunakan energi surya adalah sumber daya terbarukan. Kami akan memiliki pasokan sinar matahari yang stabil dan tidak terbatas selama lima miliar tahun. Dalam satu jam, atmosfer Bumi menerima sinar matahari yang cukup untuk memberi daya pada kebutuhan listrik setiap manusia di Bumi selama setahun.

Energi matahari bersih. Setelah peralatan teknologi surya dibangun dan diberlakukan, energi surya tidak perlu bahan bakar untuk bekerja. Ini juga tidak memancarkan gas rumah kaca atau bahan beracun. Menggunakan energi matahari dapat secara drastis mengurangi dampak yang kita miliki pada lingkungan.

Ada lokasi di mana energi matahari praktis. Rumah dan bangunan di daerah dengan sinar matahari dalam jumlah tinggi dan tutupan awan rendah memiliki kesempatan untuk memanfaatkan energi matahari yang berlimpah.

Cooker surya memberikan alternatif yang sangat baik untuk memasak dengan kompor berbahan bakar kayu-di mana dua miliar orang masih mengandalkan. Cooker surya menyediakan cara yang lebih bersih dan lebih aman untuk membersihkan air dan memasak makanan.

Energi matahari melengkapi sumber energi terbarukan lainnya, seperti angin atau energi hidroelektrik.

Rumah atau bisnis yang memasang panel surya yang sukses sebenarnya dapat menghasilkan kelebihan listrik. Pemilik rumah atau pemilik bisnis ini dapat menjual energi kembali ke penyedia listrik, mengurangi atau bahkan menghilangkan tagihan listrik.

Kerugian
Pencegah utama menggunakan energi matahari adalah peralatan yang diperlukan. Peralatan teknologi surya mahal. Membeli dan memasang peralatan dapat menelan biaya puluhan ribu dolar untuk masing -masing rumah. Meskipun pemerintah sering menawarkan pengurangan pajak kepada orang -orang dan bisnis menggunakan energi matahari, dan teknologi dapat menghilangkan tagihan listrik, biaya awal terlalu curam untuk dipertimbangkan banyak orang.

Peralatan energi matahari juga berat. Untuk retrofit atau memasang panel surya di atap bangunan, atapnya harus kuat, besar, dan berorientasi pada jalur matahari.

Teknologi matahari yang aktif dan pasif bergantung pada faktor -faktor yang berada di luar kendali kami, seperti iklim dan tutupan awan. Area lokal harus dipelajari untuk menentukan apakah tenaga surya akan efektif di daerah itu atau tidak.

Sinar matahari harus berlimpah dan konsisten untuk energi matahari menjadi pilihan yang efisien. Di sebagian besar tempat di Bumi, variabilitas sinar matahari membuatnya sulit untuk diterapkan sebagai satu -satunya sumber energi.