::: Iwiedza ::: - Ty tu rządzisz!

Słońce

Słońce to najważniejsza gwiazda. Od około 5 miliardów lat nieustannie zaopatruje nas w energię, bez której nie zaistniałoby życie na naszej planecie. Energia słoneczna, to dla Ziemi pierwotne źródło energii, a wszystkie inne źródła są tylko jej pochodnymi. Słońce, według naszej współczesnej wiedzy o jego budowie, jest olbrzymią, obracającą się kulą rozgrzanego gazu. Podczas zachodzącej tam nieustannie przemiany wodoru w hel uwalniają się olbrzymie ilości energii. Z 1g wodoru powstaje nie tylko hel, ale ponad 1012 J energii. Ma to miejsce w jej środkowych partiach, w jądrze, którego temperatura sięga 15 milionów °C. Wytworzona w jądrze energia wędruje ku powierzchni gwiazdy, i tam zostaje wypromieniowana w przestrzeń. Temperatura wynosi tu już tylko 5.500°C.Średnica słońca wynosi około 1.400.000 km (czyli 100 razy większą od średnicy Ziemi); jest gwiazdą średniej wielkości.

Metoda heliotermiczna
Metoda heliotermiczna polega na przemianie promieniowania słonecznego w ciepło, doprowadzane następnie do turbiny napędzającej generator, wytwarzający energię elektryczną. Elementami w niej stosowanymi są heliostaty, czyli zwierciadła ogrzewane energią Słońca, kierujące odbite promienie na absorber. Absorber umieszczony jest centralnie na wysokiej wieży i składa się z rurek ogniskujących na sobie odbite od heliostatów promieniowanie słoneczne. Wewnątrz rurek absorbera krąży czynnik roboczy (sód, lit, azotan potasu), którego pary napędzają turbinę. Moc znamionową elektrowni słonecznych określa się w warunkach znormalizowanych, za które uznano napromieniowanie 1 kW/m2 przy temperaturze 20°C. Elektrownie słoneczne charakteryzują się wysokimi kosztami eksploatacyjnymi, co powoduje, że większe nadzieje wiąże się z wykorzystaniem energii słonecznej w małych instalacjach do produkcji gorącej wody przy pomocy kolektorów słonecznych. Są to urządzenia energetyczne, które zaabsorbowaną energię promieniowania słonecznego przetwarzają w energię cieplną, tzw. konwersja termiczna. Kolektory słoneczne umieszczone na dachu domu umożliwiają ogrzanie wody do 40°C, co wystarcza przy ogrzewaniu podłogowym. Stosowane są układy wykorzystujące współpracę dachowych kolektorów słonecznych i pompy ciepła wspomagane niekiedy ogrzewaczem elektrycznym na tanią nocną energię elektryczną. Kolektory słoneczne podgrzewające wodę do temperatury około 65°C wykorzystywane są zarówno w rolnictwie, jak i do ogrzewania basenów kąpielowych oraz do wytwarzania ciepłej wody użytkowej tam, gdzie nie ma systemów ciepłowniczych. Udział konwersji termicznej w bilansie energetycznym kraju jest na razie marginalny i nie odgrywa znaczącej roli (szacuje się go na poniżej 1%). W krajach europejskich, o klimacie zbliżonym do naszego, bardzo szybko wzrasta praktyczne zastosowanie konwersji termicznej. W Szwecji, Niemczech, Danii, Holandii i Anglii już od dawna pracują i są wytwarzane na szeroką skalę urządzenia wykorzystujące konwersję termiczną. Rozwija się tam również badania nad nowymi technologiami służącymi temu celowi

Metoda helioelektryczna
Polega ona na bezpośredniej przemianie energii promieniowania słonecznego w energię elektryczną za pomocą ogniw fotoelektrycznych. Ogniwa takie przemieniają w energię nie tylko bezpośrednie promieniowanie słońca, lecz także promieniowanie rozproszone (przy zachmurzeniu). Ogniwa fotoelektryczne są wykonane z krystalicznego krzemu, arsenku galu lub siarczku kadmu. Przodują w ich budowie USA, Japonia, Francja. Bazują one na odkrytym przez Einsteina w 1921 roku i uhonorowanym nagrodą Nobla zjawisku, polegającym na oswobodzeniu elektronów związanych w atomach krzemu pod wpływem promieniowania słonecznego (fotonów). Również w okresie zimowym promieniowanie słoneczne może być wykorzystane do tego celu. Otrzymywany w ten sposób prąd stały przekształcany jest za pomocą odpowiednich agregatów w jednofazowy prąd zmienny. Baterie fotowoltaiczne są bezgłośne, odporne na zużycie, pracują automatycznie i amortyzują się dość szybko. Energia słoneczna pozyskiwana metodą fotowoltaiczną znajduje w naszym życiu coraz to szersze zastosowanie. Na co dzień spotkać się z nią możemy korzystając chociażby z kalkulatorów kieszonkowych, lampek ogrodowych, czy sygnalizacji drogowej. Obecnie można nawet spotkać prototypy samochodów zasilanych z baterii słonecznych umieszczonych na dachu, które osiągają prędkości nawet do 130 km/h!

Fotosynteza
Oprócz metod heliotermicznej i helioelektrycznej istnieje jeszcze trzecia metoda pozyskiwania energii ze Słońca, a mianowicie fotosynteza. Polega ona na asymilacji przez rośliny, przy pomocy światła słonecznego, dwutlenku węgla z powietrza. Dzięki temu tworzy się energia biomasy, która może być później przekształcona na energię cieplną, elektryczną lub paliwa płynne (więcej na ten temat w dziale biomasa).

Przyszłość?
W przyszłości należy spodziewać się stałego rozwoju wykorzystania energii słonecznej. Świadczą o tym tak śmiałe plany jak chociażby budowa słonecznych elektrowni kosmicznych na satelitach geostacjonarnych. Plan ten opiera się na fakcie, iż promieniowanie słoneczne na orbicie takiego satelity pozwala na uzyskanie, co najmniej dziesięciokrotnie większej ilości energii niż na Ziemi. Energia ta w postaci fal ultrakrótkich byłaby przesyłana na Ziemię, gdzie za pomocą falowników zamieniano by ją na prąd przemienny. Uruchomienie takiej instalacji planuje się na około 2030 rok.

Czym jest Słońce?

Slońce

Słońce jest jedną z paruset miliardów gwiazd w Galaktyce. Znajduje się w jednym z jej ramion spiralnych, w odległości około 8,5 kiloparseka (kpc) od środka i 8 parseków (pc) od płaszczyzny równikowej Drogi Mlecznej. W otoczeniu Słońca, wewnątrz kuli o promieniu 50 pc, znajduje się około 100 gwiazd, spośród których najbliższą jest Proxima Centauri, odległa o 1,3 pc. Wraz z innymi gwiazdami Słońce obiega centrum Galaktyki. Poruszając się z prędkością 220 km/s, zatacza pełny okrąg w ciągu niespełna 250 milionów lat. Przemieszcza się również względem otaczających gwiazd, zmierzając w kierunku gwiazdozbioru Herkulesa z prędkością 20 km/s.

Słońce zajmuje centralne miejsce w Układzie Słonecznym, skupiając w sobie 99,8% jego całkowitej masy. Jest głównym Ľródłem energii docierającej do Ziemi, przede wszystkim w postaci fal elektromagnetycznych, a także najjaśniejszym i największym obiektem na niebie. Słońce jest kulą zjonizowanego gazu, składającego się głównie z wodoru i helu. W warstwach powierzchniowych wodór stanowi 72% masy, a hel około 26%. Niecałe 2% składu chemicznego Słońca to pierwiastki cięższe, wśród których najobfitszymi są: węgiel (C), azot (N), tlen (O), neon (Ne), magnez (Mg), krzem (Si), siarka (S), argon (Ar), wapń (Ca), nikiel (Ni) i żelazo (Fe). W jego atmosferze obserwowane są również śladowe ilości prostych związków chemicznych, takich jak grupa cyjanowa (CN), CH, grupa wodorotlenowa (OH) i NH.

Słońce jest kulą gazową składającą się głównie z wodoru i helu. Nawet w jego centrum, gdzie gęstość sięga 100 tysięcy kg/m3, wysoka temperatura utrzymuje materię w stanie gazowym. Wnętrze Słońca składa się z trzech koncentrycznych warstw: 1) jądra, gdzie wysoka temperatura umożliwia zachodzenie reakcji termojądrowych; 2) otoczki promienistej, w której transport energii odbywa się przez promieniowanie; obszar ten pozostaje w równowadze hydrostatycznej; 3) zewnętrznej warstwy konwekcyjnej, gdzie energia jest transportowana przez burzliwą konwekcję (wstępujące i zstępujące ruchy gorącej materii). Obszary powierzchniowe, dostępne bezpośrednim obserwacjom, tworzą atmosferę Słońca. Jej trzy charakterystyczne warstwy to: 1) fotosfera, w której pojawiają się plamy słoneczne; 2) chromosfera i 3) korona.

Jak długo będzie żyć Słońce?
Co sekundę Słońce przetwarza około 600 mln ton wodoru na około 400 mln ton helu. Porównując to z masą Słońca, możemy zapytać - jak długo będzie ono żyć, na jak długo starczy mu paliwa? Oczywiście nie będzie żyć wiecznie, bo traci przecież energię w postaci światła, ciepła i wiatru słonecznego. Ma jednak przed sobą niesłychanie długi żywot. Obecnie jest w średnim wieku. Przez około 5 mld lat zużyło połowę wodorowego paliwa. Przez następne 5 mld lat będzie stale przemieniać wodór, a jego temperatura i rozmiar stopniowo będą rosły. Gdy zużyje się cały wodór w środku, Słońce będzie trzy razy większe niż dzisiaj. Zewnętrzne warstwy gorącej atmosfery rozpościerać się będą prawie do orbity Merkurego. Na Ziemi zostaną wygotowane oceany, a skały przemienią się w roztopioną lawę. Na naszym globie nie pozostanie już nic żywego - ojczyzna ludzi stanie się jałową planetą. Głęboko w Słońcu atomy helu zaczną przemieniać się w węgiel i pierwiastki cięższe, aż w końcu zużyty zostanie cały zapas atomowego paliwa. Słońce będzie już tylko stygnąć i stanie się białym karłem.