De kracht van de zon
Ongeveer 150 miljoen kilometer van de aarde vandaan bevind zich een enorme energie bron, de zon. De zon is de energiecentrale van de aarde en de bron van alle energie op onze planeet.
Zo gebruiken de bomen bijvoorbeeld de energie van de zon om te groeien, wanneer ze dood gaan word het hout verbrand en op die manier wordt deze energie omgezet in warmte.
Mensen halen hun energie uit landbouwproducten, die allemaal zonlicht nodig hebben om te groeien. De zon houd ons niet alleen warm en laat ons voedsel groeien, maar heeft op allerlei manieren invloed op de wereld.
De zon is de stuwkracht achter onze klimaten. De warme stralen van de zon zorgen ervoor dat het water uit de zee verdampt. Hierdoor vormen zich wolken, die hun vocht in de vorm van regen laten vallen. Zonder de zon zouden de oceanen tot de bodem bevriezen en zou het land zo koud zijn, dat er geen leven mogelijk zou zijn. Als de hoeveelheid energie die de zon naar de aarde laat stromen toe zou nemen zouden er ook problemen ontstaan. Het ijs bij de Noordpool en Zuidpool zou dan gaan smelten en het waterniveau zou hoger worden. Daardoor zouden grote stukken land overstromen.
De zon is meer dan 100 maal zo groot als de aarde. Hij is zo ver weg, dat het licht ervan 8 min nodig heeft om de aarde te bereiken. Als de zon een voetbal is, dan zou de aarde een erwt zijn, ong. 30 meter van de bal af.
De zon bestaat uit 2 gassen, waterstof en helium. Waterstof verandert altijd in helium tijdens een enorme explosie waardoor een grote hoeveelheid energie vrijkomt. Elke sec. word er 564 miljoen ton waterstof omgezet in 560 miljoen ton helium. De overige 4 miljoen ton komt vrij in de vorm van energie. Dit proces vind plaats in de kern van de zon waar de temperatuur ong. 16 miljoen ºC is.
Wanneer de zonnestralen in de dampkring komen, word ong. 30% van hun energie meteen weer terug in de ruimte weerkaatst. De overige 70% bereikt het aardoppervlak in de vorm van warmte en licht. De zonnestralen zijn niet echt heet, maar ze maken warm wat ze aanraken door het in beweging brengen van hele kleine deeltjes, atomen, waaruit alle dingen zijn opgebouwd. Daardoor gaan atomen sneller bewegen en dat veroorzaakt warmte. Donkere voorwerpen nemen meer zonne-energie in zich op dan lichte voorwerpen, die de zonnestralen terugkaatsen.
Gebruikmaken van zonne-energie
De mens heeft al duizenden jaren gebruik gemaakt van zonne-energie. De eerste mensen kozen grotten uit,die naar de zon toegekeerd waren om in te wonen, omdat deze tijdens de koude wintermaanden door de zon werden verwarmd. Ze hingen ook kleren en dierhuiden op rekken in de zon te drogen.
Meer dan 3000 jaar geleden werd het paleis van een koning in Turkije verwarmd met water dat door de zon werd verwarmd. In ong. 100 na Christus verbeterden de Romeinen het ontwerp van hun gebouwen. Ze hadden donkere, dikke vloeren om de zonnewarmte die overdag door de ramen naar binnen kwam, te absorberen en vast te houden.
De eerste zonne-oven werd in 1714 in frankrijk gebouwd. Kort daarop bouwde de Zwitserse geleerde Saussure het eerst warmwaterapparaat ter wereld. Dat was gewoon een houten kistje, met een glazen deksel en een zwarte bodem. Het water kon zo een temperatuur van 88ºC bereiken. In 1774 richtte de Franse natuurkundige Lavoisier het zonlicht via een reeks lenzen om warmte te produceren. In 1878 werd eveneens in Frankrijk, een schotelvormige spiegel gebruikt om de zonnewarmte op een boiler te richten, die stroom leverde om een drukpers aan te drijven. De eerste zonnecellen, die zonlicht in elektriciteit konden omzetten, werden tussen 1880 en 1890 ontwikkeld, juist aan het begin van de tijdperk van de elektrische machines.
De eerste zonnebatterijen werden pas na 1953 verbeterd. Toen maakte 2 Amerikaanse wetenschappers zonnecellen die prima werkte, maar ook heel duur waren. De Amerikaanse organisatie NASA beschouwde zonnecellen als de beste manier om in de ruimte elektriciteit te maken. De Vanguard One, de eerste satelliet die op zonne-energie werkte, werd in 1959 gelanceerd.
In de jaren 70 leidde een energiecrisis tot een toename van onderzoeken naar de mogelijkheid om elektriciteit aan de zon te onttrekken. De kosten van de zonnecellen gingen met 90% omlaag. Ze werden zo gemaakt, dat ze beter werken. Tegenwoordig worden ze in alledaagse voorwerpen gebruikt.
Elk jaar geeft de zon ons 10 keer zoveel energie als over de hele wereld is opgeslagen in alle reservevoorraden steenkool en olie. Wanneer de fossiele brandstoffen uitgeput raken, gaat zonne-energie een belangrijke rol spelen in de vervanging ervan. Maar er moeten nog veel problemen opgelost worden. Er is wel volop zonneschijn , maar hij komt heel erg verspreid op de aarde en het is moeilijk om hem in een bruikbare vorm te verzamelen. Op het ogenblik zou een grote stad om genoeg energie te krijgen zonnecollectoren nodig hebben die net zoveel plaats innemen als de stad zelf. De energie van de zon is gratis en apparaten om hem te verzamelen verbruiken geen brandstof, veroorzaken geen vervuiling en zijn gemakkelijk te onderhouden. Maar ze leveren wel problemen op voor het milieu.
Centrales voor zonne-energie nemen een grote hoeveelheid land in beslag en zijn niet aantrekkelijk om te zien. Er zijn grote hoeveelheden energie nodig voor het produceren van de materialen, zoals metaal, glas en plastic, die nodig zijn om deze energiecentrales te bouwen. Het afgraven van zand om silicium te maken, dat gebruikt wordt in zonnecellen, kan hele gebieden verwoesten en de plaatselijke omgeving ernstig aantasten.
Elektriciteit die door zonne-energie wordt opgewekt is nog heel duur, maar zal goedkoper worden omdat fossiele brandstoffen opraken en duurder worden. Zonne-energie maakt nu maar 1% uit van de elektriciteitsproductie inde hele wereld. Tegen het midden van de volgende eeuw is dit cijfer waarschijnlijk gestegen tot 30%.
Een van de ideeën voor de toekomst is het bouwen van zonneschoorstenen. Deze weken door gebruik te maken van de zonnestalen om de lucht onder een doorzichtig dak te verwarmen. De hete lucht stijgt op en een schoorsteen in het midden en drijft een turbine aan die elektriciteit produceert. Planten doen het heel goed in de warme lucht onder het dak, net als in een broeikas.
Op het ogenblik zijn zonnetorens echter niet erg doelmatig en zolang ze niet verbeterd worden, zullen ze niet meer dan een experiment blijven.
Zonnecollectoren
In landen met een koud klimaat worden de huizen meestal met hun voorkant naar de zon toe gebouwd. Op die manier voorziet de zon in meer dan 1/5 van alle behoeften aan warmte. Men kan verhinderen dat deze warmte ontsnapt door de muren en het dak te isoleren en ramen met dubbel glas te gebruiken. Een met glas bedekt oppervlak dat naar de zon toegekeerd staat, kan nog meer warmte van de zon insluiten.
Sommige zonnewarmtesystemen maken gebruik van collectoren om warmte van de zon op te vangen en een vloeistof, bijvoorbeeld water of olie, om de warmte weg te voeren en op te slaan om hem op een later tijdstip te kunnen gebruiken. De meeste bekende soort collector is het zonnepaneel, dat vaak op een dak wordt gezet waar veel zon komt. Het paneel werkt als een verwarmingsradiator maar dan net andersom; het neemt warmte op in plaats van hem af te geven. Het is gemaakt van een zwarte, metalen, absorberende plaat met een rij buizen eraan vast. Deze zitten in ene plat, geïsoleerd kitje met een glazen deksel. De zonnestralen gaan door het glas heen en verhitten de absorberende plaat. Het water in de buizen wordt hierdoor verwarmd en wordt naar een voorraadtank geleid, die met isolatiemateriaal is bekleed om te voorkomen dat de warmte kan ontsnappen. Door een andere buis stroomt koud water naar binnen om in de zonnecollector verwarmd te worden. Deze zonnecollectoren kunnen geen erg hoge temperatuur bereiken, maar in warme landen kunnen ze in de grootste huishoudelijk behoeften aan water voorzien en de brandstofkosten drukken.
Een zonnecollector met een vacuüm buis werkt nog beter; deze levert temperaturen op tot 300ºC. een warmteabsorberende vloeistof wordt door een buis heen geleid die zich in een metalen zonnecollector bevindt. De zonnecollector zit in een afgesloten glazen buis waar geen lucht in zit. Lucht geleidt warmte en omdat er geen lucht in de zonnecollector zit, kan de warmte niet teruggaan via het glas.
Andere zonnecollectoren trekken de energie van de zon naar zich toe door de stralen ervan op een klein oppervlak te richten. Met dit soort zonnecollectoren worden de hoogste temperaturen bereikt. Sommige hebben gebogen reflectoren die de stralen op buizen met water richten die de warmte absorberen en andere hebben platte spiegels.
Centrale ontvangstations gebruiken honderden of zelfs duizenden platte spiegels om de zonnestralen over een groot gebied op te vangen. De spiegels richten de stralen naar de bovenkant van een hoofdtoren. Een vloeistof als water, olie of gesmolten metaal wordt door de toren heen gestuwd en transporteert de warmte naar een generator. Daar wordt hij gebruikt om stoom te maken waarmee turbines worden aangedreven. Deze grote ontvangstations, die ook wel energietorens worden genoemd, kunnen hoge temperaturen ontwikkelen. In Europa, Japan en de Verenigde staten worden al energietorens gebruikt om elektriciteit te produceren.
Zonlicht omgezet in elektriciteit
Zowel het licht als de warmte van de zon kunnen als energiebron gebruikt worden. Zonnecellen zetten licht rechtstreeks om in elektriciteit. De meeste zonnecellen worden van silicium gemaakt, dat ontrokken wordt aan zand of kwarts. Zonnecellen bestaan uit 2 afzonderlijke lagen, elk met een elektrische lading. Als het licht op de cel valt, beginnen deze lading tussen de 2 lagen te bewegen. Dat levert een heel kleine hoeveelheid energie op.
Omdat elke cel weinig elektriciteit produceert, heeft men voor de meeste doeleinden een heleboel zonnecellen nodig. Op een zonnige dag kunnen zonnepanelen per vierkante meter ongeveer 100 W elektriciteit produceren.
In 1981 vloog een licht plastic vliegtuigje in 5 uur van Parijs naar Engeland, het werd aangedreven door 16.000 zonnecellen op de vleugels en de staart. In 1986 is men met een auto van Athene naar Lissabon gereden met een snelheid van 30 kilometer per uur, deze auto werd aangedreven door 300 zonnecellen.
Zonnepanelen met zonnecellen hebben weinig onderhoud nodig en zijn bruikbaar voor de energievoorziening op afgelegen plaatsen die geen regelmatige aanvoer van elektriciteit van een energiestation hebben. In sommige delen van de wereld schijnt de zon vele uren lang. In deze landen zijn huizen en zelfs hele dorpen die voor hun elektriciteit afhankelijk zijn van zonnecellen.
Aan zonnecellen in de ruimte heb je nog veel meer dan op de aarde, omdat de zonnestralen buiten de dampkring veel sterker zijn. In de ruimtevaartindustrie heeft men altijd zonnecellen gebruikt om satellieten en ruimtestations van energie te voorzien. Het is denkbaar dat er ooit een enorme zonne-energiecentrale in een baan om de aarde wordt gebouwd. Er zouden miljoenen zonnecellen op aangebracht moeten worden. Het licht van de zon zou omgezet worden in krachtige energiestralen (microgolven), en terug naar de aarde worden gestuurd. Enorme energie opvangcentrales zouden deze energie dan omzetten in elektriciteit op het moment dat hij weer terug zou komen op aarde. In de toekomst zou het mogelijk kunnen zijn.
Ongeveer 150 miljoen kilometer van de aarde vandaan bevind zich een enorme energie bron, de zon. De zon is de energiecentrale van de aarde en de bron van alle energie op onze planeet.
Zo gebruiken de bomen bijvoorbeeld de energie van de zon om te groeien, wanneer ze dood gaan word het hout verbrand en op die manier wordt deze energie omgezet in warmte.
Mensen halen hun energie uit landbouwproducten, die allemaal zonlicht nodig hebben om te groeien. De zon houd ons niet alleen warm en laat ons voedsel groeien, maar heeft op allerlei manieren invloed op de wereld.
De zon is de stuwkracht achter onze klimaten. De warme stralen van de zon zorgen ervoor dat het water uit de zee verdampt. Hierdoor vormen zich wolken, die hun vocht in de vorm van regen laten vallen. Zonder de zon zouden de oceanen tot de bodem bevriezen en zou het land zo koud zijn, dat er geen leven mogelijk zou zijn. Als de hoeveelheid energie die de zon naar de aarde laat stromen toe zou nemen zouden er ook problemen ontstaan. Het ijs bij de Noordpool en Zuidpool zou dan gaan smelten en het waterniveau zou hoger worden. Daardoor zouden grote stukken land overstromen.
De zon bestaat uit 2 gassen, waterstof en helium. Waterstof verandert altijd in helium tijdens een enorme explosie waardoor een grote hoeveelheid energie vrijkomt. Elke sec. word er 564 miljoen ton waterstof omgezet in 560 miljoen ton helium. De overige 4 miljoen ton komt vrij in de vorm van energie. Dit proces vind plaats in de kern van de zon waar de temperatuur ong. 16 miljoen ºC is.
Wanneer de zonnestralen in de dampkring komen, word ong. 30% van hun energie meteen weer terug in de ruimte weerkaatst. De overige 70% bereikt het aardoppervlak in de vorm van warmte en licht. De zonnestralen zijn niet echt heet, maar ze maken warm wat ze aanraken door het in beweging brengen van hele kleine deeltjes, atomen, waaruit alle dingen zijn opgebouwd. Daardoor gaan atomen sneller bewegen en dat veroorzaakt warmte. Donkere voorwerpen nemen meer zonne-energie in zich op dan lichte voorwerpen, die de zonnestralen terugkaatsen.
Gebruikmaken van zonne-energie
De mens heeft al duizenden jaren gebruik gemaakt van zonne-energie. De eerste mensen kozen grotten uit,die naar de zon toegekeerd waren om in te wonen, omdat deze tijdens de koude wintermaanden door de zon werden verwarmd. Ze hingen ook kleren en dierhuiden op rekken in de zon te drogen.
Meer dan 3000 jaar geleden werd het paleis van een koning in Turkije verwarmd met water dat door de zon werd verwarmd. In ong. 100 na Christus verbeterden de Romeinen het ontwerp van hun gebouwen. Ze hadden donkere, dikke vloeren om de zonnewarmte die overdag door de ramen naar binnen kwam, te absorberen en vast te houden.
De eerste zonne-oven werd in 1714 in frankrijk gebouwd. Kort daarop bouwde de Zwitserse geleerde Saussure het eerst warmwaterapparaat ter wereld. Dat was gewoon een houten kistje, met een glazen deksel en een zwarte bodem. Het water kon zo een temperatuur van 88ºC bereiken. In 1774 richtte de Franse natuurkundige Lavoisier het zonlicht via een reeks lenzen om warmte te produceren. In 1878 werd eveneens in Frankrijk, een schotelvormige spiegel gebruikt om de zonnewarmte op een boiler te richten, die stroom leverde om een drukpers aan te drijven. De eerste zonnecellen, die zonlicht in elektriciteit konden omzetten, werden tussen 1880 en 1890 ontwikkeld, juist aan het begin van de tijdperk van de elektrische machines.
De eerste zonnebatterijen werden pas na 1953 verbeterd. Toen maakte 2 Amerikaanse wetenschappers zonnecellen die prima werkte, maar ook heel duur waren. De Amerikaanse organisatie NASA beschouwde zonnecellen als de beste manier om in de ruimte elektriciteit te maken. De Vanguard One, de eerste satelliet die op zonne-energie werkte, werd in 1959 gelanceerd.
In de jaren 70 leidde een energiecrisis tot een toename van onderzoeken naar de mogelijkheid om elektriciteit aan de zon te onttrekken. De kosten van de zonnecellen gingen met 90% omlaag. Ze werden zo gemaakt, dat ze beter werken. Tegenwoordig worden ze in alledaagse voorwerpen gebruikt.
Elk jaar geeft de zon ons 10 keer zoveel energie als over de hele wereld is opgeslagen in alle reservevoorraden steenkool en olie. Wanneer de fossiele brandstoffen uitgeput raken, gaat zonne-energie een belangrijke rol spelen in de vervanging ervan. Maar er moeten nog veel problemen opgelost worden. Er is wel volop zonneschijn , maar hij komt heel erg verspreid op de aarde en het is moeilijk om hem in een bruikbare vorm te verzamelen. Op het ogenblik zou een grote stad om genoeg energie te krijgen zonnecollectoren nodig hebben die net zoveel plaats innemen als de stad zelf. De energie van de zon is gratis en apparaten om hem te verzamelen verbruiken geen brandstof, veroorzaken geen vervuiling en zijn gemakkelijk te onderhouden. Maar ze leveren wel problemen op voor het milieu.
Elektriciteit die door zonne-energie wordt opgewekt is nog heel duur, maar zal goedkoper worden omdat fossiele brandstoffen opraken en duurder worden. Zonne-energie maakt nu maar 1% uit van de elektriciteitsproductie inde hele wereld. Tegen het midden van de volgende eeuw is dit cijfer waarschijnlijk gestegen tot 30%.
Een van de ideeën voor de toekomst is het bouwen van zonneschoorstenen. Deze weken door gebruik te maken van de zonnestalen om de lucht onder een doorzichtig dak te verwarmen. De hete lucht stijgt op en een schoorsteen in het midden en drijft een turbine aan die elektriciteit produceert. Planten doen het heel goed in de warme lucht onder het dak, net als in een broeikas.
Op het ogenblik zijn zonnetorens echter niet erg doelmatig en zolang ze niet verbeterd worden, zullen ze niet meer dan een experiment blijven.
Zonnecollectoren
In landen met een koud klimaat worden de huizen meestal met hun voorkant naar de zon toe gebouwd. Op die manier voorziet de zon in meer dan 1/5 van alle behoeften aan warmte. Men kan verhinderen dat deze warmte ontsnapt door de muren en het dak te isoleren en ramen met dubbel glas te gebruiken. Een met glas bedekt oppervlak dat naar de zon toegekeerd staat, kan nog meer warmte van de zon insluiten.
Sommige zonnewarmtesystemen maken gebruik van collectoren om warmte van de zon op te vangen en een vloeistof, bijvoorbeeld water of olie, om de warmte weg te voeren en op te slaan om hem op een later tijdstip te kunnen gebruiken. De meeste bekende soort collector is het zonnepaneel, dat vaak op een dak wordt gezet waar veel zon komt. Het paneel werkt als een verwarmingsradiator maar dan net andersom; het neemt warmte op in plaats van hem af te geven. Het is gemaakt van een zwarte, metalen, absorberende plaat met een rij buizen eraan vast. Deze zitten in ene plat, geïsoleerd kitje met een glazen deksel. De zonnestralen gaan door het glas heen en verhitten de absorberende plaat. Het water in de buizen wordt hierdoor verwarmd en wordt naar een voorraadtank geleid, die met isolatiemateriaal is bekleed om te voorkomen dat de warmte kan ontsnappen. Door een andere buis stroomt koud water naar binnen om in de zonnecollector verwarmd te worden. Deze zonnecollectoren kunnen geen erg hoge temperatuur bereiken, maar in warme landen kunnen ze in de grootste huishoudelijk behoeften aan water voorzien en de brandstofkosten drukken.
Een zonnecollector met een vacuüm buis werkt nog beter; deze levert temperaturen op tot 300ºC. een warmteabsorberende vloeistof wordt door een buis heen geleid die zich in een metalen zonnecollector bevindt. De zonnecollector zit in een afgesloten glazen buis waar geen lucht in zit. Lucht geleidt warmte en omdat er geen lucht in de zonnecollector zit, kan de warmte niet teruggaan via het glas.
Andere zonnecollectoren trekken de energie van de zon naar zich toe door de stralen ervan op een klein oppervlak te richten. Met dit soort zonnecollectoren worden de hoogste temperaturen bereikt. Sommige hebben gebogen reflectoren die de stralen op buizen met water richten die de warmte absorberen en andere hebben platte spiegels.
Centrale ontvangstations gebruiken honderden of zelfs duizenden platte spiegels om de zonnestralen over een groot gebied op te vangen. De spiegels richten de stralen naar de bovenkant van een hoofdtoren. Een vloeistof als water, olie of gesmolten metaal wordt door de toren heen gestuwd en transporteert de warmte naar een generator. Daar wordt hij gebruikt om stoom te maken waarmee turbines worden aangedreven. Deze grote ontvangstations, die ook wel energietorens worden genoemd, kunnen hoge temperaturen ontwikkelen. In Europa, Japan en de Verenigde staten worden al energietorens gebruikt om elektriciteit te produceren.
Zowel het licht als de warmte van de zon kunnen als energiebron gebruikt worden. Zonnecellen zetten licht rechtstreeks om in elektriciteit. De meeste zonnecellen worden van silicium gemaakt, dat ontrokken wordt aan zand of kwarts. Zonnecellen bestaan uit 2 afzonderlijke lagen, elk met een elektrische lading. Als het licht op de cel valt, beginnen deze lading tussen de 2 lagen te bewegen. Dat levert een heel kleine hoeveelheid energie op.
Omdat elke cel weinig elektriciteit produceert, heeft men voor de meeste doeleinden een heleboel zonnecellen nodig. Op een zonnige dag kunnen zonnepanelen per vierkante meter ongeveer 100 W elektriciteit produceren.
In 1981 vloog een licht plastic vliegtuigje in 5 uur van Parijs naar Engeland, het werd aangedreven door 16.000 zonnecellen op de vleugels en de staart. In 1986 is men met een auto van Athene naar Lissabon gereden met een snelheid van 30 kilometer per uur, deze auto werd aangedreven door 300 zonnecellen.
Zonnepanelen met zonnecellen hebben weinig onderhoud nodig en zijn bruikbaar voor de energievoorziening op afgelegen plaatsen die geen regelmatige aanvoer van elektriciteit van een energiestation hebben. In sommige delen van de wereld schijnt de zon vele uren lang. In deze landen zijn huizen en zelfs hele dorpen die voor hun elektriciteit afhankelijk zijn van zonnecellen.
Aan zonnecellen in de ruimte heb je nog veel meer dan op de aarde, omdat de zonnestralen buiten de dampkring veel sterker zijn. In de ruimtevaartindustrie heeft men altijd zonnecellen gebruikt om satellieten en ruimtestations van energie te voorzien. Het is denkbaar dat er ooit een enorme zonne-energiecentrale in een baan om de aarde wordt gebouwd. Er zouden miljoenen zonnecellen op aangebracht moeten worden. Het licht van de zon zou omgezet worden in krachtige energiestralen (microgolven), en terug naar de aarde worden gestuurd. Enorme energie opvangcentrales zouden deze energie dan omzetten in elektriciteit op het moment dat hij weer terug zou komen op aarde. In de toekomst zou het mogelijk kunnen zijn.
REACTIES
:name
:name
:comment
1 seconde geleden