Qual è il processo che converte la luce solare in energia?
doc-2393
Lo studio delle piante è vitale perché sono alla base di quasi tutta la vita animale sulla Terra, generando una gran parte dell' ossigeno e del cibo che forniscono agli esseri umani e ad altri organismi la respirazione aerobica con l' energia chimica di cui hanno bisogno per esistere. Piante, alghe e cianobatteri sono i principali gruppi di organismi che realizzano la fotosintesi, un processo che sfrutta l' energia della luce solare per convertire acqua e anidride carbonica in zuccheri utilizzabili sia come fonte di energia chimica che di molecole organiche utilizzate nei componenti strutturali delle cellule. Come sottoprodotto della fotosintesi, le piante rilasciano ossigeno nell' atmosfera, un gas necessario a quasi tutti gli esseri viventi per la respirazione cellulare. Inoltre, sono influenti nei cicli globali del carbonio e dell' acqua e le radici delle piante legano e stabilizzano i suoli, prevenendo l' erosione del suolo. Le piante sono cruciali per il futuro della società umana in quanto forniscono cibo, ossigeno, medicine e prodotti per le persone, oltre a creare e preservare il suolo.
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doc-14792
L' energia solare è la conversione della luce solare in elettricità, sia direttamente con il fotovoltaico (PV), sia indirettamente con l' energia solare concentrata (CSP). I sistemi CSP utilizzano lenti o specchi e sistemi di tracciamento per focalizzare un' ampia area di luce solare in un piccolo fascio luminoso. FV converte la luce in corrente elettrica utilizzando l' effetto fotoelettrico.
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doc-912
La maggior parte degli animali utilizza indirettamente l' energia della luce solare mangiando piante o animali che si nutrono di piante. La maggior parte delle piante usa la luce per convertire le molecole inorganiche nel loro ambiente in carboidrati, grassi, proteine e altre biomolecole, tipicamente contenenti carbonio ridotto sotto forma di legami carbonio-idrogeno. Partendo dall' anidride carbonica (CO2) e dall' acqua (H2O), la fotosintesi converte l' energia della luce solare in energia chimica sotto forma di zuccheri semplici (ad es. glucosio) con il rilascio di ossigeno molecolare. Questi zuccheri vengono poi utilizzati come elementi di base per la crescita delle piante, compresa la produzione di altre biomolecole. Quando un animale mangia le piante (o mangia altri animali che hanno mangiato le piante), i composti a ridotto tenore di carbonio negli alimenti diventano una fonte di energia e materiali da costruzione per l' animale.
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doc-14789
La geografia influenza il potenziale di energia solare perché le aree più vicine all' equatore hanno una maggiore quantità di radiazione solare. Tuttavia, l' uso del fotovoltaico che può seguire la posizione del sole può aumentare significativamente il potenziale di energia solare in aree più distanti dall' equatore. La variazione di tempo influenza il potenziale dell' energia solare perché durante la notte c' è poca radiazione solare sulla superficie della Terra per i pannelli solari da assorbire. Questo limita la quantità di energia che i pannelli solari possono assorbire in un giorno. La copertura nuvolosa può influenzare il potenziale dei pannelli solari perché le nuvole bloccano la luce in ingresso dal sole e riducono la luce disponibile per le celle solari.
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doc-14772
I sistemi a concentrazione di energia solare (CSP) utilizzano lenti o specchi e sistemi di inseguimento per focalizzare un' ampia area di luce solare in un piccolo fascio luminoso. Il calore concentrato viene quindi utilizzato come fonte di calore per una centrale elettrica convenzionale. Esiste un' ampia gamma di tecnologie di concentrazione; i più sviluppati sono il canale parabolico, il riflettore di fresnel lineare concentrante, la parabola Stirling e la torre di energia solare. Varie tecniche sono utilizzate per tracciare il Sole e la luce di messa a fuoco. In tutti questi sistemi un fluido di lavoro viene riscaldato dalla luce solare concentrata e quindi utilizzato per la produzione di energia o l' accumulo di energia.
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doc-14771
Negli ultimi due decenni, il fotovoltaico (PV), noto anche come solare fotovoltaico, si è evoluto da un mercato di pura nicchia di applicazioni su piccola scala fino a diventare una fonte elettrica tradizionale. Una cella solare è un dispositivo che converte la luce direttamente in elettricità utilizzando l' effetto fotoelettrico. La prima cella solare fu costruita da Charles Fritts nel 1880. Nel 1931 un ingegnere tedesco, il dottor Bruno Lange, sviluppò una fotocellula utilizzando seleniuro d' argento al posto dell' ossido di rame. Anche se il prototipo di celle al selenio ha convertito meno dell' 1% della luce incidente in elettricità, sia Ernst Werner von Siemens che James Clerk Maxwell hanno riconosciuto l' importanza di questa scoperta. Dopo il lavoro di Russell Ohl negli anni' 40, nel 1954 i ricercatori Gerald Pearson, Calvin Fuller e Daryl Chapin crearono la cella solare al silicio cristallino. Queste celle solari iniziali costano 286 USD/watt e hanno raggiunto un' efficienza del 4,5-6%. Entro il 2012 le efficienze disponibili superano il 20% e la massima efficienza del fotovoltaico di ricerca supera il 40%.
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doc-14775
Agricoltura e orticoltura cercano di ottimizzare la cattura dell' energia solare per ottimizzare la produttività delle piante. Tecniche quali i cicli di semina temporizzati, l' orientamento personalizzato delle file, le altezze scaglionate tra le file e la miscelazione di varietà vegetali possono migliorare le rese delle colture. Mentre la luce solare è generalmente considerata una risorsa abbondante, le eccezioni sottolineano l' importanza dell' energia solare per l' agricoltura. Durante le brevi stagioni vegetative della Piccola Era Glaciale, i contadini francesi e inglesi lavorarono muri di frutta per massimizzare la raccolta di energia solare. Queste pareti fungevano da masse termiche e acceleravano la maturazione mantenendo le piante calde. I primi muri di frutta sono stati costruiti perpendicolarmente al terreno e rivolti a sud, ma nel corso del tempo, pareti inclinate sono stati sviluppati per fare un uso migliore della luce solare. Nel 1699, Nicolas Fatio de Duillier suggerì addirittura di usare un meccanismo di inseguimento che potesse ruotare per seguire il Sole. Le applicazioni dell' energia solare in agricoltura oltre alle colture agricole includono il pompaggio dell' acqua, l' essiccazione delle colture, l' essiccazione dei pulcini da nidificazione e l' essiccazione del letame di pollo. Più di recente la tecnologia è stata abbracciata dagli vinificatori, che utilizzano l' energia generata dai pannelli solari per alimentare i torchi d' uva.
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doc-14754
Le tecnologie solari sono ampiamente caratterizzate come passive o attive a seconda del modo in cui catturano, convertono e distribuiscono la luce solare e permettono di sfruttare l' energia solare a diversi livelli in tutto il mondo, soprattutto a seconda della distanza dall' equatore. Anche se l' energia solare si riferisce principalmente all' uso della radiazione solare per scopi pratici, tutte le energie rinnovabili, diverse dalla geotermia e dalle maree, derivano la loro energia dal Sole in modo diretto o indiretto.
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doc-14750
L' energia solare è la luce radiante e il calore proveniente dal sole sfruttato utilizzando una serie di tecnologie in continua evoluzione come il riscaldamento solare, fotovoltaico, energia solare termica, architettura solare e fotosintesi artificiale.
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doc-14755
Le tecniche solari attive utilizzano fotovoltaico, energia solare concentrata, collettori solari termici, pompe e ventilatori per convertire la luce solare in output utili. Le tecniche solari passive includono la selezione di materiali con proprietà termiche favorevoli, la progettazione di spazi che circolano naturalmente nell' aria e il riferimento alla posizione di un edificio rispetto al Sole. Le tecnologie solari attive aumentano l' offerta di energia e sono considerate tecnologie lato offerta, mentre le tecnologie solari passive riducono la necessità di risorse alternative e sono generalmente considerate tecnologie lato domanda.
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doc-5284
La luce solare può essere immagazzinata come energia potenziale gravitazionale dopo che colpisce la Terra, in quanto (ad esempio) l' acqua evapora dagli oceani e si deposita sulle montagne (dove, dopo essere stata rilasciata in una diga idroelettrica, può essere utilizzata per azionare turbine o generatori per produrre elettricità). La luce solare guida anche molti fenomeni meteorologici, ad eccezione di quelli generati da eventi vulcanici. Un esempio di evento meteorologico solare-mediato è un uragano, che si verifica quando grandi aree instabili di oceano caldo, riscaldate nel corso dei mesi, rinunciano improvvisamente ad una parte della loro energia termica per alimentare alcuni giorni di violenti movimenti d' aria.
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doc-14765
Tecnologie di concentrazione solare come paraboliche, catarifrangenti e riflettori Scheffler possono fornire calore di processo per applicazioni commerciali e industriali. Il primo sistema commerciale è stato il Solar Total Energy Project (STEP) a Shenandoah, Georgia, USA, dove un campo di 114 stoviglie paraboliche forniva il 50% del riscaldamento di processo, dell' aria condizionata e del fabbisogno elettrico di una fabbrica di abbigliamento. Questo sistema di cogenerazione, collegato alla rete elettrica, forniva 400 kW di elettricità più energia termica sotto forma di vapore da 401 kW e acqua refrigerata da 468 kW, ed aveva un accumulo termico di un' ora di carico massimo. I bacini di evaporazione sono piscine poco profonde che concentrano i solidi disciolti attraverso l' evaporazione. L' utilizzo di stagni evaporativi per ottenere sale dall' acqua di mare è una delle più antiche applicazioni dell' energia solare. Gli usi moderni comprendono la concentrazione di soluzioni saline utilizzate nell' estrazione di percolato e la rimozione dei solidi disciolti dai flussi di rifiuti. Le linee di abbigliamento, gli indumenti e le rastrelliere asciugano i capi attraverso l' evaporazione del vento e della luce solare senza consumare elettricità o gas. In alcuni stati della legislazione statunitense protegge il "diritto di asciugare" i vestiti. I collettori traspiranti non smaltati (UTC) sono pareti forate rivolte verso il sole utilizzate per preriscaldare l' aria di ventilazione. Gli UTC possono aumentare la temperatura dell' aria in ingresso fino a 22 °C (40 °F) e fornire temperature di uscita di 45-60 °C (113-140 °F). Il breve periodo di ammortamento dei collettori traspiranti (da 3 a 12 anni) li rende un' alternativa più economica rispetto ai sistemi di raccolta vetrati. Nel 2003 sono stati installati in tutto il mondo oltre 80 sistemi con una superficie collettori combinata di 35.000 metri quadrati (380.000 piedi quadrati), tra cui un collettore di 860 m2 (9.300 piedi quadrati) in Costa Rica utilizzato per l' essiccazione dei chicchi di caffè e un collettore di 1.300 m2 (14.000 piedi quadrati) a Coimbatore, India, utilizzato per l' essiccazione delle calze.
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