Sunčeva svjetlost.
Nešto što često uzimamo zdravo za gotovo...
Ali bez nje život na Zemlji ne bi mogao postojati.
Biljke se oslanjaju na nju za fotosintezu.
Ljudi i cijeli ekosustavi oslanjaju se na nju za toplinu.
Obnovljivi izvori energije koji koriste fotonaponski učinak za pretvaranje sunčeve svjetlosti u električnu energiju — poput sustava solarnih panela — ne mogu funkcionirati bez fotona sadržanih u sunčevim zrakama.
Pasivni solarni energetski sustavi oslanjaju se na sunce za proizvodnju topline.
Ono što doživljavamo kao sunčano vrijeme bez oblaka zapravo se sastoji od nekoliko različitih vrsta energije.
Jedan od alata koje znanstvenici koriste za mjerenje sunčevog zračenja je solarni spektar.
Što je to?
Nastavite čitati kako biste saznali.
Koje su tri glavne regije solarnog spektra?
Svjetlosna energija koju sunce proizvodi i koja dolazi do Zemlje sastoji se od elektromagnetskog zračenja tri osnovna tipa.
Svaka vrsta svjetlosti dio je solarnog spektra koji čini solarno zračenje — koje mjeri ukupnu količinu energije dostupne iz sunčeve svjetlosti.
Vjerojatno ste čuli za sve tri vrste elektromagnetskog zračenja koje čine sunčevu svjetlost...
Ali kada je riječ o solarnim panelima i fotonaponskim sustavima koji proizvode električnu energiju, jedna vrsta je daleko važnija od drugih.
Možete li pogoditi koja?
Evo traga — to je jedina koju možete vidjeti.
Vidljiva svjetlost
Dio solarnog spektra koji ljudi mogu vidjeti golim okom čini samo mali dio elektromagnetskog zračenja koje Zemlja prima kao svjetlost.
Bez sumnje ste vidjeli bijelu svjetlost prelomljenu kroz prizmu koja je razdvaja u različite boje.
Prema definiciji, sve boje koje možete vidjeti prelomljene kroz prizmu sastavljene su od vidljive svjetlosti.
U prosjeku, ljudsko oko može vidjeti samo valne duljine svjetlosti između 380 i 700 nanometara.
Ponovno, koristeći prelomljenu svjetlost kao primjer, crvena ima najširu valnu duljinu od 700 nanometara (nm), dok ljubičasta ima najužu od 380 nm.
Životinje poput ptica i pčela mogu vidjeti ultraljubičastu (UV) svjetlost.
Zmije i vampirski šišmiši mogu otkriti infracrvenu (IR) svjetlost.
Sve što ljudi mogu vidjeti sastoji se od relativno uskog raspona valnih duljina vidljive svjetlosti.
Prema Science Direct-u: „Oko 40% sunčevog zračenja koje dospijeva na Zemljinu površinu za vedrih dana je vidljivo zračenje u spektralnom rasponu 0.4 do 0.7 nm, dok je 51% infracrveno zračenje u spektralnoj regiji 0.7 do 4 nm.
Vrlo malo ultraljubičaste (UV) svjetlosti doseže površinu planeta, manje od 10%.
Ultraljubičasta (UV) svjetlost
Unatoč tome što čini manje od 10% sunčevog zračenja koje prodire kroz Zemljinu atmosferu, ultraljubičasto (UV) zračenje ima ogroman utjecaj na ljudsko zdravlje.
S jedne strane, UV svjetlost je neophodna za ljudsku proizvodnju esencijalnih hranjivih tvari poput vitamina D.
Međutim, prekomjerno UV zračenje dokazano uzrokuje rak kože, maligne i nemaligne melanome te očne bolesti poput katarakte.
Praktički svi su iskusili manje ozbiljne — ali izuzetno neugodne — posljedice prekomjernog izlaganja UV zračenju: sunčane opekline.
Osim toga, izloženost UV zračenju uzrokuje prerano starenje ljudske kože, što je još jedan dobar razlog za uvijek nošenje kreme za sunčanje.
Ultraljubičasto zračenje (UV-R) javlja se na solarnom spektru između valnih duljina od 100 nm do 400 nm.
Indeks ultraljubičastog zračenja (UVI)
Indeks ultraljubičastog zračenja (UVI) uspostavljen je kako bi zdravstvene organizacije diljem svijeta upozorile javnost na stvarnu opasnost od UV zračenja u stvarnom vremenu, budući da se razine zračenja značajno razlikuju tijekom svakog dana i ovise o atmosferskim, sezonskim i drugim uvjetima.
Znanost o tome koliko je UV zračenja korisno za ljude, a koliko rezultira negativnim posljedicama, neprestano napreduje.
Nedavno su provedene uvjerljive studije o mentalnim i fizičkim koristima gledanja niske svjetlosti Sunca pod niskim kutom tijekom izlaska i zalaska Sunca.
Jedna stvar koja je jasna jest da treba izbjegavati opekline od Sunca pod svaku cijenu.
Infracrveno zračenje
Infracrveno zračenje (IR) iz solarnog spektra ljudi su stoljećima koristili za proizvodnju i pohranu topline.
Međutim, energija se tradicionalno uhvati i pohrani kao toplina, a ne kao električna energija.
Pasivni solarni sustavi često uhvate infracrveno zračenje i pohrane ga u vodi kao toplinu, primjerice u solarnom potpomognutom toplinskom crpku.
Osim pružanja topline, infracrvena svjetlost ima brojne druge primjene u različitim područjima, uključujući:
- Termalno snimanje za uređaje poput naočala za noćno promatranje
- Sigurnosni sustavi
- Otkrivanje astronomskih objekata u dubokom svemiru
Mi ne možemo "vidjeti" infracrvenu svjetlost, ali je svakako možemo osjetiti kao toplinu.
Zašto je razumijevanje solarnog spektra važno?
Sunce je temeljno za postojanje našeg Sunčevog sustava i ključno za svaki oblik života na Zemlji.
S obzirom na sve veću potrebu za pronalaženjem obnovljivih izvora energije te razumijevanjem promjena u klimi i sustavima Zemlje, alati koji nam pomažu razumjeti kako naše Sunce "radi" postaju još važniji.
Povijest solarnog spektra datira još od 1666. godine kada je Isaac Newton otkrio da bijela svjetlost Sunca, kada se prelama kroz prizmu, razdvaja u sedam vidljivih boja.
Tijekom narednih stoljeća otkrivene su valne duljine sunčeve radijacije koje su nevidljive ljudskom oku, poput ultraljubičaste (UV) i infracrvene (IR) svjetlosti, koje se smatraju dijelom solarnog spektra.
Fotovoltaički efekt prvi je put otkriven 1839. godine i ostaje temelj solarnih panela koji pretvaraju sunčevu svjetlost u električnu energiju.
Iako su mnogi osnovni principi solarnog spektra i solarnog energetskog sustava stari stoljećima, instrumenti i tehnike korištene za mjerenje sunčeve zračenosti postali su znatno sofisticiraniji.
Sateliti i uređaji na Zemlji poput piranometara, termopila i Campbell-Stokes rekordera razlažu solarni spektar i sunčevu zračenost na mikroskopske jedinice mjerenja poput nanometara.
Korištenjem takvih uređaja, znanstvenici su u mogućnosti precizno mjeriti globalnu horizontalnu sunčevu zračenost koja je ključna za dizajniranje i industrijskih i kućnih fotovoltaičkih sustava.
Sofisticirani sustavi također ovise o ovim podacima kako bi predviđali vremenske događaje i razumjeli promjene u našoj klimi.
I sve je počelo s Newtonovom skromnom prizmom!
Koje valne duljine koriste solarni paneli?
Vidljiva svjetlost čini otprilike 40% sunčeve zračenosti koja doseže Zemljinu površinu.
No, ona pruža najkorisniju solaru energiju koju komercijalno dostupne fotovoltaične stanice pretvaraju u izravnu struju (DC).
To je jedan od glavnih razloga zašto solarni paneli ne rade noću.
Samo 4% sunčeve zračenosti koja doseže Zemljinu površinu je ultraljubičasto (UV) zračenje.
Iako neki PV paneli mogu koristiti UVR za malen dio svoje ukupne proizvodnje, UV zrake mogu biti gotovo jednako štetne za solarne panele kao i za ljude.
Prema Science Direct: "Jedan od značajnih čimbenika okolišnog stresa za degradaciju u PV modulu je izloženost UV zračenju tijekom njegovog radnog vijeka."
Bilo kakva dodatna proizvodnja električne energije iz UVR u tradicionalnim fotovoltaičnim panelima vjerojatno će biti znatno nadmašena negativnim utjecajem na njihovu dugotrajnost.
Infracrveno svjetlo čini najveći udio sunčeve elektromagnetske radijacije koja doseže Zemljinu površinu.
Međutim, fotovoltaični moduli koji su u najširoj uporabi - oni sastavljeni od monokristalnih ili polikristalnih silicijskih solarnih ćelija - ili reflektiraju IR ili dopuštaju da prođe kroz panel bez hvatanja fotona infracrvenog svjetla.
Zbog toga što infracrveno zračenje tako učinkovito prenosi toplinu, može zapravo negativno utjecati na učinkovitost solarnih panela.
Kako temperatura tradicionalnih solarnih ćelija premašuje 25°C, učinkovitost solarnog panela zapravo počinje opadati - posebno kada dosegne 35°C ili više.
Solarni farmi u područjima s mnogo sati najjačeg sunčevog svjetla - poput pustinje - često moraju instalirati sustave hlađenja kako bi se borili protiv smanjenja učinkovitosti solarnih panela koje dolazi s ekstremnim vrućinama.
Nedavne tehnološke inovacije pokazale su određeno obećanje u korištenju IR za proizvodnju i skladištenje električne energije iz topline, ali vjerojatno su godinama udaljene od komercijalne uporabe.
Često postavljana pitanja
Sunčev spektar mjeri i vidljivu svjetlost i svjetlost koja je nevidljiva ljudima poput ultraljubičastog (UV) i infracrvenog (IR) svjetla. Ove tri valne duljine čine 99% elektromagnetske radijacije Sunca koja prolazi kroz atmosferu i doseže površinu planeta. Vidljiva svjetlost i infracrvena radijacija čine oko 91% sunčeve zračenosti na Zemlji.
Vidljiva svjetlost čini otprilike 40% zračenja koje mjeri Sunčev spektar koje doseže Zemljinu površinu. Ljudi mogu vidjeti valne duljine svjetlosti između 380 i 700 nanometara (nm). Ultraljubičasto i infracrveno svjetlo mogu vidjeti neki životinje, ali ovaj dio Sunčevog spektra ljudi mogu najbolje osjetiti. Na primjer, infracrveno svjetlo se osjeća kao toplina.
Zaključak
Kada se uzme u obzir koliko je sunce bitno za naše postojanje, nevjerojatno je koliko ljudi ima tek osnovnu ideju o tome kako ono "radi".
Nadamo se da ste, razmatrajući osnovne principe poput Sunčevog spektra i različitih valnih duljina sunčeve svjetlosti, barem malo bolje razumjeli kako solarna energija funkcionira.
Ako vas zanima rješenje solarnog generatora za vaš dom, pogledajte EcoFlow ponudu.
