Nishati ya jua ni aina yoyote ya nishati inayotokana na jua.

Nishati ya jua hutengenezwa na muunganisho wa nyuklia unaofanyika kwenye jua.Mchanganyiko hutokea wakati protoni za atomi za hidrojeni zinapogongana kwa nguvu kwenye kiini cha jua na kuungana ili kuunda atomu ya heliamu.

Mchakato huu, unaojulikana kama mmenyuko wa mnyororo wa PP (proton-proton), hutoa kiasi kikubwa cha nishati.Katika kiini chake, jua huunganisha takriban tani milioni 620 za hidrojeni kila sekunde.Mmenyuko wa mnyororo wa PP hutokea katika nyota nyingine ambazo ni sawa na ukubwa wa jua letu, na huwapa nishati na joto endelevu.Halijoto ya nyota hizi ni karibu nyuzi joto milioni 4 kwenye kipimo cha Kelvin (karibu nyuzi joto milioni 4, nyuzi joto milioni 7 Selsiasi).

Katika nyota ambazo ni kubwa mara 1.3 kuliko jua, mzunguko wa CNO huendesha uundaji wa nishati.Mzunguko wa CNO pia hubadilisha hidrojeni kuwa heliamu, lakini hutegemea kaboni, nitrojeni, na oksijeni (C, N, na O) kufanya hivyo.Hivi sasa, chini ya asilimia mbili ya nishati ya jua huundwa na mzunguko wa CNO.

Muunganisho wa nyuklia na mmenyuko wa mnyororo wa PP au mzunguko wa CNO hutoa kiasi kikubwa cha nishati katika mfumo wa mawimbi na chembe.Nishati ya jua inatiririka kila wakati mbali na jua na katika mfumo mzima wa jua.Nishati ya jua hupasha joto Dunia, husababisha upepo na hali ya hewa, na kudumisha maisha ya mimea na wanyama.

Nishati, joto, na mwanga kutoka kwa jua hutiririka kwa njia ya mionzi ya sumakuumeme (EMR).

Wigo wa sumakuumeme upo kama mawimbi ya masafa na urefu tofauti wa mawimbi.Mzunguko wa wimbi huwakilisha mara ngapi wimbi linajirudia katika kitengo fulani cha wakati.Mawimbi yenye urefu wa mawimbi mafupi sana yanajirudia mara kadhaa katika kitengo fulani cha wakati, kwa hiyo ni ya juu-frequency.Kinyume chake, mawimbi ya masafa ya chini yana urefu mrefu zaidi wa mawimbi.

Idadi kubwa ya mawimbi ya sumakuumeme hayaonekani kwetu.Mawimbi ya masafa ya juu zaidi yanayotolewa na jua ni miale ya gamma, X-rays, na mionzi ya urujuanimno (UV rays).Miale hatari zaidi ya UV inakaribia kufyonzwa kabisa na angahewa la Dunia.Mionzi ya UV yenye nguvu kidogo husafiri katika angahewa, na inaweza kusababisha kuchomwa na jua.

Jua pia hutoa mionzi ya infrared, ambayo mawimbi yake ni ya chini sana.Joto nyingi kutoka kwa jua huja kama nishati ya infrared.

Iliyowekwa sandwich kati ya infrared na UV ni wigo unaoonekana, ambao una rangi zote tunazoona duniani.Rangi nyekundu ina urefu mrefu zaidi wa wavelengths (karibu na infrared), na violet (karibu na UV) mfupi zaidi.

Nishati ya asili ya jua

Athari ya Greenhouse
Mawimbi ya infrared, yanayoonekana, na UV yanayofika Duniani hushiriki katika mchakato wa kuongeza joto kwenye sayari na kufanya uhai uwezekane—ile inayoitwa “athari ya chafu.”

Takriban asilimia 30 ya nishati ya jua inayofika Duniani huonyeshwa tena angani.Sehemu iliyobaki inaingizwa ndani ya angahewa ya Dunia.Mionzi hiyo hupasha joto uso wa Dunia, na uso huo huangazia baadhi ya nishati hiyo kwa njia ya mawimbi ya infrared.Wanapoinuka kupitia angahewa, huingiliwa na gesi zinazochafua mazingira, kama vile mvuke wa maji na kaboni dioksidi.

Gesi za chafu hunasa joto ambalo huakisi tena angani.Kwa njia hii, wanafanya kama kuta za glasi za chafu.Athari hii ya chafu huiweka Dunia joto la kutosha ili kuendeleza maisha.

Usanisinuru
Takriban viumbe vyote Duniani vinategemea nishati ya jua kwa chakula, moja kwa moja au kwa njia isiyo ya moja kwa moja.

Wazalishaji wanategemea moja kwa moja nishati ya jua.Wanafyonza mwanga wa jua na kuugeuza kuwa virutubisho kupitia mchakato unaoitwa photosynthesis.Wazalishaji, pia huitwa autotrophs, ni pamoja na mimea, mwani, bakteria, na kuvu.Autotrophs ni msingi wa mtandao wa chakula.

Wateja hutegemea wazalishaji kwa virutubisho.Wanyama, wanyama walao nyama, omnivores na wanyama waharibifu hutegemea nishati ya jua kwa njia isiyo ya moja kwa moja.Herbivores hula mimea na wazalishaji wengine.Wanyama wanaokula nyama na omnivores hula wazalishaji na wanyama wanaokula mimea.Detritivores huoza mimea na wanyama kwa kuteketeza.

Mafuta ya Kisukuku
Photosynthesis pia inawajibika kwa nishati zote za kisukuku Duniani.Wanasayansi wanakadiria kwamba karibu miaka bilioni tatu iliyopita, autotrophs za kwanza zilibadilika katika mazingira ya majini.Mwangaza wa jua uliruhusu maisha ya mimea kusitawi na kubadilika.Baada ya autotrophs kufa, zilitengana na kuhamia zaidi kwenye Dunia, wakati mwingine maelfu ya mita.Utaratibu huu uliendelea kwa mamilioni ya miaka.

Chini ya shinikizo kubwa na joto la juu, mabaki haya yakawa kile tunachojua kama nishati ya mafuta.Viumbe vidogo vilikuwa petroli, gesi asilia, na makaa ya mawe.

Watu wameanzisha michakato ya kuchimba nishati hizi za kisukuku na kuzitumia kwa nishati.Hata hivyo, nishati ya mafuta ni rasilimali isiyoweza kurejeshwa.Wanachukua mamilioni ya miaka kuunda.

Kutumia Nishati ya jua

Nishati ya jua ni rasilimali inayoweza kurejeshwa, na teknolojia nyingi zinaweza kuvuna moja kwa moja kwa matumizi ya nyumbani, biashara, shule na hospitali.Baadhi ya teknolojia za nishati ya jua ni pamoja na seli na paneli za photovoltaic, nishati ya jua iliyokolea, na usanifu wa jua.

Kuna njia tofauti za kunasa mionzi ya jua na kuibadilisha kuwa nishati inayoweza kutumika.Mbinu hizo hutumia nishati amilifu ya jua au nishati ya jua tulivu.

Teknolojia amilifu za jua hutumia vifaa vya umeme au mitambo kubadilisha kikamilifu nishati ya jua kuwa aina nyingine ya nishati, mara nyingi joto au umeme.Teknolojia za jua zisizo na nguvu hazitumii vifaa vyovyote vya nje.Badala yake, hutumia hali ya hewa ya ndani kwa miundo ya joto wakati wa majira ya baridi, na kutafakari joto wakati wa majira ya joto.

Picha za voltai

Photovoltaics ni aina ya teknolojia hai ya jua ambayo iligunduliwa mnamo 1839 na mwanafizikia wa Ufaransa mwenye umri wa miaka 19 Alexandre-Edmond Becquerel.Becquerel aligundua kwamba alipoweka kloridi-fedha katika myeyusho wa asidi na kuiweka kwenye mwanga wa jua, elektroni za platinamu zilizounganishwa nayo zilitokeza mkondo wa umeme.Utaratibu huu wa kuzalisha umeme moja kwa moja kutoka kwa mionzi ya jua inaitwa athari ya photovoltaic, au photovoltaics.

Leo, photovoltais labda ndiyo njia inayojulikana zaidi ya kutumia nishati ya jua.Mipangilio ya Photovoltaic kawaida huhusisha paneli za jua, mkusanyiko wa kadhaa au hata mamia ya seli za jua.

Kila seli ya jua ina semiconductor, kawaida hutengenezwa kwa silicon.Wakati semiconductor inachukua mwanga wa jua, inagonga elektroni huru.Sehemu ya umeme inaelekeza elektroni hizi zilizolegea kwenye mkondo wa umeme, unapita katika mwelekeo mmoja.Majina ya metali yaliyo juu na chini ya seli ya jua huelekeza mkondo huo kwa kitu cha nje.Kitu cha nje kinaweza kuwa kidogo kama kikokotoo kinachotumia nishati ya jua au kikubwa kama kituo cha nguvu.

Photovoltaiki ilitumiwa sana kwenye vyombo vya anga.Setilaiti nyingi, ikiwa ni pamoja na Kituo cha Kimataifa cha Anga za Juu (ISS), huangazia “mbawa” pana za paneli za jua.ISS ina mbawa mbili za safu ya jua (SAWs), kila moja ikitumia takriban seli 33,000 za jua.Seli hizi za photovoltaic hutoa umeme wote kwa ISS, kuruhusu wanaanga kuendesha kituo, kuishi kwa usalama angani kwa miezi kadhaa, na kufanya majaribio ya kisayansi na uhandisi.

Vituo vya umeme vya Photovoltaic vimejengwa kote ulimwenguni.Stesheni kubwa zaidi ziko Marekani, India, na Uchina.Vituo hivi vya umeme hutoa mamia ya megawati za umeme, zinazotumiwa kusambaza nyumba, biashara, shule na hospitali.

Teknolojia ya Photovoltaic pia inaweza kusanikishwa kwa kiwango kidogo.Paneli za jua na seli zinaweza kudumu kwenye paa au kuta za nje za majengo, kusambaza umeme kwa muundo.Wanaweza kuwekwa kando ya barabara kwenye barabara kuu za mwanga.Seli za miale ya jua ni ndogo vya kutosha kuwasha vifaa hata vidogo zaidi, kama vile vikokotoo, mita za maegesho, kompakta za takataka na pampu za maji.

Nishati ya Jua iliyokolea

Aina nyingine ya teknolojia hai ya jua ni nishati ya jua iliyokolea au nguvu ya jua iliyokolea (CSP).Teknolojia ya CSP hutumia lenzi na vioo kulenga (kuzingatia) mwanga wa jua kutoka eneo kubwa hadi eneo dogo zaidi.Eneo hili kali la mionzi hupasha maji maji, ambayo kwa upande wake hutoa umeme au kuchochea mchakato mwingine.

Tanuri za jua ni mfano wa nguvu za jua zilizojilimbikizia.Kuna aina nyingi tofauti za tanuru za jua, ikiwa ni pamoja na minara ya nishati ya jua, mabwawa ya kimfano, na viakisi vya Fresnel.Wanatumia njia sawa ya jumla kukamata na kubadilisha nishati.

Minara ya nishati ya jua hutumia heliostati, vioo bapa ambavyo hugeuka kufuata safu ya jua angani.Vioo vimepangwa kuzunguka "mnara wa mtoza," na huakisi mwanga wa jua ndani ya miale iliyokolea ya mwanga ambayo huangaza kwenye sehemu kuu kwenye mnara.

Katika miundo ya awali ya minara ya nishati ya jua, mwanga wa jua uliokolea ulipasha moto chombo cha maji, ambacho kilitoa mvuke unaoendesha turbine.Hivi majuzi, baadhi ya minara ya nishati ya jua hutumia sodiamu kioevu, ambayo ina uwezo wa juu wa joto na huhifadhi joto kwa muda mrefu.Hii ina maana kwamba umajimaji huo haufikii tu viwango vya joto vya 773 hadi 1,273K (500° hadi 1,000° C au 932° hadi 1,832° F), lakini unaweza kuendelea kuchemsha maji na kutoa nguvu hata wakati jua haliwaka.

Mabwawa ya parabolic na viakisi vya Fresnel pia hutumia CSP, lakini vioo vyao vina umbo tofauti.Vioo vya kimfano vimejipinda, na umbo sawa na tandiko.Viakisi vya Fresnel hutumia vibanzi bapa na vyembamba vya kioo ili kunasa mwanga wa jua na kuuelekeza kwenye mirija ya kioevu.Viakisi vya Fresnel vina eneo la uso zaidi kuliko mifereji ya kimfano na vinaweza kuelekeza nishati ya jua hadi takriban mara 30 nguvu yake ya kawaida.

Mitambo ya nishati ya jua iliyokolea ilitengenezwa kwa mara ya kwanza katika miaka ya 1980.Kituo kikubwa zaidi duniani ni mfululizo wa mimea katika Jangwa la Mojave katika jimbo la California la Marekani.Mfumo huu wa Kuzalisha Nishati ya Jua (SEGS) huzalisha zaidi ya saa 650 za gigawati za umeme kila mwaka.Mimea mingine mikubwa na yenye ufanisi imetengenezwa nchini Hispania na India.

Nguvu ya jua iliyokolea pia inaweza kutumika kwa kiwango kidogo.Inaweza kutoa joto kwa jiko la jua, kwa mfano.Watu katika vijiji kote ulimwenguni hutumia jiko la jua kuchemsha maji kwa ajili ya usafi wa mazingira na kupika chakula.

Vijiko vinavyotumia miale ya jua vina faida nyingi zaidi ya majiko ya kuni: Si hatari ya moto, hazitoi moshi, hazihitaji kuni, na hupunguza upotevu wa makazi katika misitu ambapo miti ingevunwa kwa ajili ya kuni.Vijiko vya miale ya jua pia huruhusu wanakijiji kutafuta wakati wa elimu, biashara, afya, au familia wakati ambao hapo awali ulitumiwa kukusanya kuni.Vijiko vya jua vinatumika katika maeneo tofauti kama Chad, Israel, India, na Peru.

Usanifu wa jua

Kwa muda wa siku, nishati ya jua ni sehemu ya mchakato wa convection ya joto, au harakati ya joto kutoka nafasi ya joto hadi moja ya baridi.Jua linapochomoza, huanza kuwasha vitu na nyenzo duniani.Siku nzima, nyenzo hizi huchukua joto kutoka kwa mionzi ya jua.Usiku, jua linapotua na angahewa imepoa, vifaa hivyo hurudisha joto lake kwenye angahewa.

Mbinu tulivu za nishati ya jua huchukua fursa ya mchakato huu wa asili wa kupokanzwa na kupoeza.

Nyumba na majengo mengine hutumia nishati ya jua tulivu kusambaza joto kwa ufanisi na kwa gharama nafuu.Kuhesabu "misa ya joto" ya jengo ni mfano wa hii.Uzito wa joto wa jengo ni wingi wa nyenzo zinazopashwa joto siku nzima.Mfano wa uzito wa joto wa jengo ni mbao, chuma, zege, udongo, mawe au matope.Usiku, molekuli ya joto hutoa joto lake tena ndani ya chumba.Mifumo ifaayo ya uingizaji hewa—barabara za ukumbi, madirisha, na mifereji ya hewa—husambaza hewa yenye joto na kudumisha halijoto ya wastani na thabiti ya ndani.

Teknolojia ya jua ya passiv mara nyingi inahusika katika muundo wa jengo.Kwa mfano, katika hatua ya kupanga ya ujenzi, mhandisi au mbunifu anaweza kuunganisha jengo na njia ya kila siku ya jua ili kupokea kiasi cha kuhitajika cha jua.Njia hii inazingatia latitudo, urefu, na kifuniko cha kawaida cha wingu cha eneo maalum.Kwa kuongeza, majengo yanaweza kujengwa au kubadilishwa ili kuwa na insulation ya mafuta, molekuli ya joto, au kivuli cha ziada.

Mifano mingine ya usanifu wa jua tulivu ni paa baridi, vizuizi vya kung'aa, na paa za kijani kibichi.Paa za baridi hupakwa rangi nyeupe, na huakisi mionzi ya jua badala ya kuinyonya.Uso mweupe hupunguza kiasi cha joto kinachofikia mambo ya ndani ya jengo, ambayo hupunguza kiasi cha nishati kinachohitajika ili kupoza jengo.

Vikwazo vya radiant hufanya kazi sawa na paa za baridi.Wao hutoa insulation na vifaa vya kuakisi sana, kama vile karatasi ya alumini.Foil huonyesha, badala ya inachukua, joto, na inaweza kupunguza gharama za baridi hadi asilimia 10.Mbali na paa na attics, vikwazo vya radiant pia vinaweza kuwekwa chini ya sakafu.

Paa za kijani ni paa ambazo zimefunikwa kabisa na mimea.Wanahitaji udongo na umwagiliaji ili kusaidia mimea, na safu ya kuzuia maji ya maji chini.Paa za kijani sio tu kupunguza kiasi cha joto kinachoingizwa au kupotea, lakini pia hutoa mimea.Kupitia usanisinuru, mimea iliyo kwenye paa za kijani kibichi huchukua kaboni dioksidi na kutoa oksijeni.Wao huchuja uchafuzi kutoka kwa maji ya mvua na hewa, na kukabiliana na baadhi ya athari za matumizi ya nishati katika nafasi hiyo.

Paa za kijani zimekuwa mila huko Scandinavia kwa karne nyingi, na hivi karibuni zimekuwa maarufu huko Australia, Ulaya Magharibi, Kanada, na Marekani.Kwa mfano, Kampuni ya Ford Motor ilifunika mita za mraba 42,000 (futi za mraba 450,000) za paa zake za kiwanda cha kuunganisha huko Dearborn, Michigan, kwa mimea.Mbali na kupunguza utoaji wa gesi chafuzi, paa hizo hupunguza mtiririko wa maji ya dhoruba kwa kufyonza sentimeta kadhaa za mvua.

Paa za kijani na paa za baridi pia zinaweza kukabiliana na athari ya "kisiwa cha joto cha mijini".Katika miji yenye shughuli nyingi, halijoto inaweza kuwa juu mara kwa mara kuliko maeneo ya jirani.Sababu nyingi huchangia hili: Miji imejengwa kwa nyenzo kama vile lami na saruji ambayo inachukua joto;majengo marefu huzuia upepo na athari zake za baridi;na kiasi kikubwa cha joto la taka huzalishwa na viwanda, trafiki, na idadi kubwa ya watu.Kutumia nafasi iliyopo juu ya paa kupanda miti, au kuonyesha joto na paa nyeupe, kunaweza kupunguza kwa kiasi ongezeko la joto la ndani katika maeneo ya mijini.

Nishati ya jua na Watu

Kwa kuwa mwanga wa jua huangaza kwa takriban nusu ya siku tu katika sehemu nyingi za dunia, teknolojia ya nishati ya jua lazima ijumuishe mbinu za kuhifadhi nishati hiyo nyakati za giza.

Mifumo ya molekuli ya joto hutumia nta ya parafini au aina mbalimbali za chumvi ili kuhifadhi nishati kwa namna ya joto.Mifumo ya Photovoltaic inaweza kutuma umeme wa ziada kwenye gridi ya nishati ya ndani, au kuhifadhi nishati katika betri zinazoweza kuchajiwa tena.

Kuna faida na hasara nyingi za kutumia nishati ya jua.

Faida
Faida kuu ya kutumia nishati ya jua ni kwamba ni rasilimali inayoweza kurejeshwa.Tutakuwa na ugavi thabiti, usio na kikomo wa mwanga wa jua kwa miaka nyingine bilioni tano.Kwa muda wa saa moja, angahewa la dunia hupokea mwanga wa jua wa kutosha ili kuwasha mahitaji ya umeme ya kila mwanadamu Duniani kwa mwaka mmoja.

Nishati ya jua ni safi.Baada ya vifaa vya teknolojia ya jua kujengwa na kuwekwa, nishati ya jua haihitaji mafuta kufanya kazi.Pia haitoi gesi chafu au nyenzo zenye sumu.Kutumia nishati ya jua kunaweza kupunguza kwa kiasi kikubwa athari tuliyo nayo kwa mazingira.

Kuna maeneo ambayo nishati ya jua ni ya vitendo.Nyumba na majengo katika maeneo yenye kiasi kikubwa cha mwanga wa jua na mawingu ya chini yana fursa ya kutumia nishati nyingi za jua.

Vijiko vya nishati ya jua hutoa njia mbadala bora ya kupika kwa kutumia majiko ya kuni—ambayo watu bilioni mbili bado wanategemea.Vijiko vya nishati ya jua hutoa njia safi na salama ya kusafisha maji na kupika chakula.

Nishati ya jua hukamilisha vyanzo vingine vya nishati mbadala, kama vile upepo au nishati ya maji.

Nyumba au biashara zinazoweka paneli za jua zenye mafanikio zinaweza kuzalisha umeme wa ziada.Wamiliki hawa wa nyumba au wafanyabiashara wanaweza kuuza nishati kwa mtoa huduma wa umeme, kupunguza au hata kuondoa bili za nguvu.

Hasara
Kizuizi kikuu cha kutumia nishati ya jua ni vifaa vinavyohitajika.Vifaa vya teknolojia ya jua ni ghali.Kununua na kusakinisha vifaa kunaweza kugharimu makumi ya maelfu ya dola kwa nyumba za watu binafsi.Ingawa mara nyingi serikali hutoa kodi iliyopunguzwa kwa watu na wafanyabiashara wanaotumia nishati ya jua, na teknolojia inaweza kuondoa bili za umeme, gharama ya awali ni kubwa sana kwa wengi kufikiria.

Vifaa vya nishati ya jua pia ni nzito.Ili kurekebisha au kufunga paneli za jua kwenye paa la jengo, paa lazima iwe na nguvu, kubwa, na ielekezwe kwenye njia ya jua.

Teknolojia ya jua inayotumika na tulivu hutegemea mambo ambayo hatuwezi kuyadhibiti, kama vile hali ya hewa na ufunikaji wa wingu.Maeneo ya ndani lazima yachunguzwe ili kubaini kama nishati ya jua itafanya kazi katika eneo hilo au la.

Mwangaza wa jua lazima uwe mwingi na thabiti ili nishati ya jua iwe chaguo bora.Katika maeneo mengi duniani, kutofautiana kwa mwanga wa jua hufanya iwe vigumu kutekeleza kama chanzo pekee cha nishati.