godzina...

.
S³oñce



S³oñce to najwa¿niejsza gwiazda. Od oko³o 5 miliardów lat nieustannie zaopatruje nas w energiê, bez której nie zaistnia³oby ¿ycie na naszej planecie. Energia s³oneczna, to dla Ziemi pierwotne ¼ród³o energii, a wszystkie inne ¼ród³a s± tylko jej pochodnymi. S³oñce, wed³ug naszej wspó³czesnej wiedzy o jego budowie, jest olbrzymi±, obracaj±c± siê kul± rozgrzanego gazu. Podczas zachodz±cej tam nieustannie przemiany wodoru w hel uwalniaj± siê olbrzymie ilo¶ci energii. Z 1g wodoru powstaje nie tylko hel, ale ponad 1012 J energii. Ma to miejsce w jej ¶rodkowych partiach, w j±drze, którego temperatura siêga 15 milionów °C. Wytworzona w j±drze energia wêdruje ku powierzchni gwiazdy, i tam zostaje wypromieniowana w przestrzeñ. Temperatura wynosi tu ju¿ tylko 5.500°C.¦rednica s³oñca wynosi oko³o 1.400.000 km (czyli 100 razy wiêksz± od ¶rednicy Ziemi); jest gwiazd± ¶redniej wielko¶ci.



Metoda heliotermiczna

Metoda heliotermiczna polega na przemianie promieniowania s³onecznego w ciep³o, doprowadzane nastêpnie do turbiny napêdzaj±cej generator, wytwarzaj±cy energiê elektryczn±. Elementami w niej stosowanymi s± heliostaty, czyli zwierciad³a ogrzewane energi± S³oñca, kieruj±ce odbite promienie na absorber. Absorber umieszczony jest centralnie na wysokiej wie¿y i sk³ada siê z rurek ogniskuj±cych na sobie odbite od heliostatów promieniowanie s³oneczne. Wewn±trz rurek absorbera kr±¿y czynnik roboczy (sód, lit, azotan potasu), którego pary napêdzaj± turbinê. Moc znamionow± elektrowni s³onecznych okre¶la siê w warunkach znormalizowanych, za które uznano napromieniowanie 1 kW/m2 przy temperaturze 20°C. Elektrownie s³oneczne charakteryzuj± siê wysokimi kosztami eksploatacyjnymi, co powoduje, ¿e wiêksze nadzieje wi±¿e siê z wykorzystaniem energii s³onecznej w ma³ych instalacjach do produkcji gor±cej wody przy pomocy kolektorów s³onecznych. S± to urz±dzenia energetyczne, które zaabsorbowan± energiê promieniowania s³onecznego przetwarzaj± w energiê ciepln±, tzw. konwersja termiczna. Kolektory s³oneczne umieszczone na dachu domu umo¿liwiaj± ogrzanie wody do 40°C, co wystarcza przy ogrzewaniu pod³ogowym. Stosowane s± uk³ady wykorzystuj±ce wspó³pracê dachowych kolektorów s³onecznych i pompy ciep³a wspomagane niekiedy ogrzewaczem elektrycznym na tani± nocn± energiê elektryczn±. Kolektory s³oneczne podgrzewaj±ce wodê do temperatury oko³o 65°C wykorzystywane s± zarówno w rolnictwie, jak i do ogrzewania basenów k±pielowych oraz do wytwarzania ciep³ej wody u¿ytkowej tam, gdzie nie ma systemów ciep³owniczych. Udzia³ konwersji termicznej w bilansie energetycznym kraju jest na razie marginalny i nie odgrywa znacz±cej roli (szacuje siê go na poni¿ej 1%). W krajach europejskich, o klimacie zbli¿onym do naszego, bardzo szybko wzrasta praktyczne zastosowanie konwersji termicznej. W Szwecji, Niemczech, Danii, Holandii i Anglii ju¿ od dawna pracuj± i s± wytwarzane na szerok± skalê urz±dzenia wykorzystuj±ce konwersjê termiczn±. Rozwija siê tam równie¿ badania nad nowymi technologiami s³u¿±cymi temu celowi

Metoda helioelektryczna

Polega ona na bezpo¶redniej przemianie energii promieniowania s³onecznego w energiê elektryczn± za pomoc± ogniw fotoelektrycznych. Ogniwa takie przemieniaj± w energiê nie tylko bezpo¶rednie promieniowanie s³oñca, lecz tak¿e promieniowanie rozproszone (przy zachmurzeniu). Ogniwa fotoelektryczne s± wykonane z krystalicznego krzemu, arsenku galu lub siarczku kadmu. Przoduj± w ich budowie USA, Japonia, Francja. Bazuj± one na odkrytym przez Einsteina w 1921 roku i uhonorowanym nagrod± Nobla zjawisku, polegaj±cym na oswobodzeniu elektronów zwi±zanych w atomach krzemu pod wp³ywem promieniowania s³onecznego (fotonów). Równie¿ w okresie zimowym promieniowanie s³oneczne mo¿e byæ wykorzystane do tego celu. Otrzymywany w ten sposób pr±d sta³y przekszta³cany jest za pomoc± odpowiednich agregatów w jednofazowy pr±d zmienny. Baterie fotowoltaiczne s± bezg³o¶ne, odporne na zu¿ycie, pracuj± automatycznie i amortyzuj± siê do¶æ szybko. Energia s³oneczna pozyskiwana metod± fotowoltaiczn± znajduje w naszym ¿yciu coraz to szersze zastosowanie. Na co dzieñ spotkaæ siê z ni± mo¿emy korzystaj±c chocia¿by z kalkulatorów kieszonkowych, lampek ogrodowych, czy sygnalizacji drogowej. Obecnie mo¿na nawet spotkaæ prototypy samochodów zasilanych z baterii s³onecznych umieszczonych na dachu, które osi±gaj± prêdko¶ci nawet do 130 km/h!

Fotosynteza

Oprócz metod heliotermicznej i helioelektrycznej istnieje jeszcze trzecia metoda pozyskiwania energii ze S³oñca, a mianowicie fotosynteza. Polega ona na asymilacji przez ro¶liny, przy pomocy ¶wiat³a s³onecznego, dwutlenku wêgla z powietrza. Dziêki temu tworzy siê energia biomasy, która mo¿e byæ pó¼niej przekszta³cona na energiê ciepln±, elektryczn± lub paliwa p³ynne (wiêcej na ten temat w dziale biomasa).

Przysz³o¶æ?

W przysz³o¶ci nale¿y spodziewaæ siê sta³ego rozwoju wykorzystania energii s³onecznej. ¦wiadcz± o tym tak ¶mia³e plany jak chocia¿by budowa s³onecznych elektrowni kosmicznych na satelitach geostacjonarnych. Plan ten opiera siê na fakcie, i¿ promieniowanie s³oneczne na orbicie takiego satelity pozwala na uzyskanie, co najmniej dziesiêciokrotnie wiêkszej ilo¶ci energii ni¿ na Ziemi. Energia ta w postaci fal ultrakrótkich by³aby przesy³ana na Ziemiê, gdzie za pomoc± falowników zamieniano by j± na pr±d przemienny. Uruchomienie takiej instalacji planuje siê na oko³o 2030 rok.


Czym jest S³oñce?

Sloñce

S³oñce jest jedn± z paruset miliardów gwiazd w Galaktyce. Znajduje siê w jednym z jej ramion spiralnych, w odleg³o¶ci oko³o 8,5 kiloparseka (kpc) od ¶rodka i 8 parseków (pc) od p³aszczyzny równikowej Drogi Mlecznej. W otoczeniu S³oñca, wewn±trz kuli o promieniu 50 pc, znajduje siê oko³o 100 gwiazd, spo¶ród których najbli¿sz± jest Proxima Centauri, odleg³a o 1,3 pc. Wraz z innymi gwiazdami S³oñce obiega centrum Galaktyki. Poruszaj±c siê z prêdko¶ci± 220 km/s, zatacza pe³ny okr±g w ci±gu niespe³na 250 milionów lat. Przemieszcza siê równie¿ wzglêdem otaczaj±cych gwiazd, zmierzaj±c w kierunku gwiazdozbioru Herkulesa z prêdko¶ci± 20 km/s.

S³oñce zajmuje centralne miejsce w Uk³adzie S³onecznym, skupiaj±c w sobie 99,8% jego ca³kowitej masy. Jest g³ównym ¥ród³em energii docieraj±cej do Ziemi, przede wszystkim w postaci fal elektromagnetycznych, a tak¿e najja¶niejszym i najwiêkszym obiektem na niebie.

S³oñce jest kul± zjonizowanego gazu, sk³adaj±cego siê g³ównie z wodoru i helu. W warstwach powierzchniowych wodór stanowi 72% masy, a hel oko³o 26%. Nieca³e 2% sk³adu chemicznego S³oñca to pierwiastki ciê¿sze, w¶ród których najobfitszymi s±: wêgiel (C), azot (N), tlen (O), neon (Ne), magnez (Mg), krzem (Si), siarka (S), argon (Ar), wapñ (Ca), nikiel (Ni) i ¿elazo (Fe). W jego atmosferze obserwowane s± równie¿ ¶ladowe ilo¶ci prostych zwi±zków chemicznych, takich jak grupa cyjanowa (CN), CH, grupa wodorotlenowa (OH) i NH.

Budowa S³oñca

S³oñce jest kul± gazow± sk³adaj±c± siê g³ównie z wodoru i helu. Nawet w jego centrum, gdzie gêsto¶æ siêga 100 tysiêcy kg/m3, wysoka temperatura utrzymuje materiê w stanie gazowym. Wnêtrze S³oñca sk³ada siê z trzech koncentrycznych warstw: 1) j±dra, gdzie wysoka temperatura umo¿liwia zachodzenie reakcji termoj±drowych; 2) otoczki promienistej, w której transport energii odbywa siê przez promieniowanie; obszar ten pozostaje w równowadze hydrostatycznej; 3) zewnêtrznej warstwy konwekcyjnej, gdzie energia jest transportowana przez burzliw± konwekcjê (wstêpuj±ce i zstêpuj±ce ruchy gor±cej materii). Obszary powierzchniowe, dostêpne bezpo¶rednim obserwacjom, tworz± atmosferê S³oñca. Jej trzy charakterystyczne warstwy to: 1) fotosfera, w której pojawiaj± siê plamy s³oneczne; 2) chromosfera i 3) korona.

Jak d³ugo bêdzie ¿yæ S³oñce?
Co sekundê S³oñce przetwarza oko³o 600 mln ton wodoru na oko³o 400 mln ton helu. Porównuj±c to z mas± S³oñca, mo¿emy zapytaæ - jak d³ugo bêdzie ono ¿yæ, na jak d³ugo starczy mu paliwa? Oczywi¶cie nie bêdzie ¿yæ wiecznie, bo traci przecie¿ energiê w postaci ¶wiat³a, ciep³a i wiatru s³onecznego. Ma jednak przed sob± nies³ychanie d³ugi ¿ywot. Obecnie jest w ¶rednim wieku. Przez oko³o 5 mld lat zu¿y³o po³owê wodorowego paliwa. Przez nastêpne 5 mld lat bêdzie stale przemieniaæ wodór, a jego temperatura i rozmiar stopniowo bêd± ros³y. Gdy zu¿yje siê ca³y wodór w ¶rodku, S³oñce bêdzie trzy razy wiêksze ni¿ dzisiaj. Zewnêtrzne warstwy gor±cej atmosfery rozpo¶cieraæ siê bêd± prawie do orbity Merkurego. Na Ziemi zostan± wygotowane oceany, a ska³y przemieni± siê w roztopion± lawê. Na naszym globie nie pozostanie ju¿ nic ¿ywego - ojczyzna ludzi stanie siê ja³ow± planet±. G³êboko w S³oñcu atomy helu zaczn± przemieniaæ siê w wêgiel i pierwiastki ciê¿sze, a¿ w koñcu zu¿yty zostanie ca³y zapas atomowego paliwa. S³oñce bêdzie ju¿ tylko stygn±æ i stanie siê bia³ym kar³em.



 

2006 iwiedza