Are viata, dar nu poate cuvanta, caldura ii strapunge fiecare particula a corpului, insa el nu poate iubi, desi noi il adoram; in gigantitatea sa pare atat de mic cand il privim, dar fara el, noi, oamenii nu am exista.
O porunca si s-a facut lumina; mii de sageti luminoase au strapuns pamantul umed si rece . dintr-o data o lume noua se nastea; atata miscare, atata energie, piloni de aburi se inaltau spre cer din sufletul amortit al oceanelor, o agitatie continua inunda peisajul care sub privirile "ocrotitorului" prindea sens si forma.
Oare noi ne-am nascut din haos sau din dragoste? In fiecare zi privim cerul fara sa ne minunam de frumusetea acestuia si oare nu simtim ca exista ceva suprem ce trezeste in inimile noastre pofta de viata? Soarele este raspunsul la o intrebare esentiala:"Fara ce nu am putea trai?"
Cu miliarde de ani in urma infinitul scria o poveste: cea a dorintei de a exista! Elemente ale inexistentului s-au contopit pentru a crea, la inceput era o nebuloasa care mai apoi a devenit o sfera incandescenta ce se tot marea. Au mai aparut fiii si fiicele acestui gigant care nu inceta in a lua proportii si din iubire sau nestiinta a aparut lumea.
Nu am stiut sa mentinem echilibrul in natura, deoarece acum din cauza zgomotelor produse de utilaje si a rutinei nu mai putem auzi strigatul disperat al pamantului care cere o schimbare. Am utilizat la maxim resursele de subsol ale Terrei, reprezentate de combustibilii fosili, care se regenereaza mult prea greu.
Daca am sti intr-adevar cum sa folosim energia solara nu ar mai fi nevoie sa ne ranim cea de-a doua "mama", Pamantul. Cu fiecare extractie de petrol, carbuni etc oamenii ranesc fiinta prin ale carei vene curge apa si in al carei suflet focul se inalta mistuitor, dar pasnic; ne-ar putea distruge cu o suflare, dar in schimb ne protejeaza si ne hraneste,Terra.
Este timpul sa invatam ce inseamna respectul, pamantul are nevoie de ajutorul nostru, doar noi am putea sa-i indepartam suferinta indreptandu-ne atentia spre Soare si calculand avantajele existente in cazul in care s-ar utiliza energia solara pe un post primordial.
Energia solara este o modalitate ieftina si nepoluanta de a supravietui.
In aceasta lucrare am incercat prin propriile forte sa ne lamurim semnele de intrebare asupra energiei solare si speram ca ea sa permita si altor cititori sa inteleaga importanta acestui permanent factor ce influenteaza viata oamenilor.
Cap.I Soarele-mituri si legende
1.1.Opinia umanitatii asupra Soarelui
In fiecare zi, o sfera galbena, orbitoare si familiara, Soarele, strabate bolta cereasca, daruindu-ne caldura, lumina si viata. Il blestemam vara, cand razele sale sunt prea fierbinti, iarna, in schimb, ii dorim prezenta. In ciuda acestor nemultumiri, ii recunoastem statornicia si suntem obisnuiti cu ritmul zilelor, al noptilor si al anotimpurilor pe care el ni-l impune.
Dar dincolo de perceptia curenta, ce stim noi oare despre steaua noastra?
Cum functioneaza Soarele ? Care este viitorul sau? Ce enigme ascunde inca fata de astrofizicieni?
In dansul orbital al Lunii in jurul Pamantului si al acestuia in jurul Soarelui, eclipsele sunt exact momentele in care cele trei corpuri ceresti sunt aliniate. In aceste clipe, atat de deosebite, Luna sau Soarele capata aspectul insolit si inspaimantator care a dat nastere multor mituri si legende de-a lungul istoriei omenirii, insa din antichitate Soarele este considerat ca fiind protectorul umanitatii.
1.2.O manifestare divina
In toate civilizatiile stravechi, Soarele a constituit primul ceasornic, ritmand activitatea cotidiana prin alternanta zilelor si a noptilor, in vreme de Luna, cu ciclul fazelor ei, a slujit drept baza pentru stabilirea celor dintai calendare. Pretudindeni, cei doi astri,venerati ca niste divinitati puternice, au fost obiectul unor observatii atente. Eclipsele lor nu puteau trece neremarcate. Socotite drept semne trimise oamenilor de catre zei, eclipsele se numara printre primele fenomene ceresti care au atras atentia, fiind mult timp un motiv de infricosare.
Doar aceste eclipse, care desi sunt spectaculoase au infricosat omenirea, ar putea sa intrerupa furnizarea de energie solara, insa din fericire ele sunt rare si de scurta durata.
In mitologia hindusa, expusa in Mahabharata, eclipsele sunt provocate de un demon-balaur Rahu. Acesta a furat si a inghitit ambrozia, bautura nemuritorilor, rezerva zeilor, insa a fost zarit de Soare si de Luna, care l-au parat lui Vishnu. Furios la culme, Vishnu i-a taiat decat capul lui Rahu, azvarlindu-i-l in cer. De atunci, capul acesta, devenit nemuritor, ii urmareste fara ragaz pe cei doi astri paraciosi, pentru a-i devora. Insa orbitele ceresti le ingaduie mereu Soarelui si Lunii sa iasa din gura demonului si sa-si recapete splendoarea. Intalnim aceeasi poveste in Vishnupurana, de la acest mit venind cuvintele care desemneaza eclipsa in sanscrita, cum ar fi rahugraha sau rahusansparaca, care inseamna "atacul","lupta lui Rahu". In varianta indoneziana a acestui mit, demonul se numeste Kala Rau.
1.3.Ra, zeul Soare, protectorul egiptenilor
Divinitatea cea mai importanta inca din epoca Regatului Vechi era zeul Soarelui, Ra, care strabate cerul ziua in "barca diminetii", noaptea in "barca serii". Ra era reprezentat cu cap de erete (Horus), purtand discul solar si capul sarpelui Uraeus (in egipteana, Uraios), straveche divinitate zoomorfa solara. Thot (reprezentat cu cap de pasare Ibis), zeul Lunii si loctiitorul lui Ra, inventatorul "cuvintelor divine", al heroglifelor, deci parintele intelepciunii, al stiintelor si al artelor.
Dupa invatatura teologilor din Memfis, la inceput a fost oceanul intunecat , haosul, numit Nun; in care salasluiau doar Atum, primul zeu, cel care va crea lumea, iesind din adancuri in chip de soare si devenind astfel Ra, zeul supreme (intr-o versiune el a aparut in chip de copil dintr-o floare de lotus; intr-o alta dintr-un ou aflat pe o stanca iesita din ape). Atum-Ra a creat patru zei si patru zeite. In legatura cu acesti zei s-au format o multime de mituri si legende.
Cap.al II-lea Radiatia solara
2.1.Emisia de raze X
Primele inregistrari de radiatie X solara s-au facut la 6 august 1948, la bordul unei rachete V-2 ce s-a ridicat la peste 100km. Mai mult de 10 ani Laboratorul National de Cercetari al Statelor Unite (NRL) ramane singurul implicat in astfel de cercetari. Rezultatele acestor masuratori cu rachetele au stabilit doua lucruri importante : ca Soarele este o sursa puternica de radiatie X si ca intensitatea emisiei X solare este legata de activitatea solara.Prima confirmare directa a localizarii surselor de radiatie X in coroana solara, deasupra regiunilor active, a fost obtinuta in timpul eclipsei totale de Soare din octombrie 1958.
In 1960, o data cu obtinerea primei imagini a Soarelui in radiatie X cu regiunile active solare. Lucrarile teoretice ale lui Elwert din anii 1950 prezinta in paralel cu observatiile, uneori anticipand chiar, caracteristicile emisiei X a coroanei neperturbate si a condensarilor coronale mai dense si mai fierbinti. Inregistrarea unor perturbatii bruste in ionosfera terestra, concomitente cu eruptiile solare puternice, a indreptat atentia cercetatorilor asupra emisiilor X asociate eruptiilor solare. S-a gasit ca radiatia X dura creste in timpul eruptiilor de cateva ori, rezultat confirmat , ulterior, de masuratorile facute cu satelitii artificiali.
A urmat apoi deceniul 7, cu primele imagini in radiatie X obtinute cu telescoape cu incidenta razanta. Instrumentele pentru detectie s-au perfectionatcontinuu, s-au masurat liniile spectrale X, polarizarea radiatiei. Misiuni spatiale lansate ulterior pentru studii ale radiatiei electro-magnetice solare (Skylab, in 1973-1974 si Misiunea Soarelui Maxim, in 1979-1980) au adus un bogat material si in domeniul radiatiei X.
Soarele este cea mai puternica sursa observata de radiatie X intre 0,5-10keV, cu cel putin trei ordine de marime mai stralucitoare decat Sco X-1.
Studiul radiatiei X solare prezinta interes pentru astronomia in radiatie X din mai multe motive. In primul rand, fiind steaua cea mai apropiata de Pamant, Soarele permite studiul detaliat al fenomenelor din atmosfera sa, in scopul elucidarii naturii proceselor fizice nestationare ce au loc aici. Pentru Soare sunt posibile observatii concomitente in radiatie X, in UV, in lumina integrala, in domeniul radio precum si inregistrari de campuri magnetice solare si particule solare in spatiul interplanetar. Un material atat de bogat este imposibil de obtinut pentru o alta sursa cosmica de radiatie X.
Datele observationale solare obtinute in radiatie X au revolutionat complet cunostiintele asupra coroanei solare si coroanelor stelare in general. Daca pana nu demult, coroana solara era considerata o structura spatiala relativ omogena, incalzita prin disiparea undelor acustice din zona convectiva, astazi se stie ca in coroana sunt prezente o serie de structuri bine definite (bucle, arce) de temperaturi si presiuni diferite ce pot coexista, campul magnetic constituind "izolatorul"necesar si probabil contribuind la incalzirea plasmei coronale. Soarele este singura sursa de radiatie X pentru care au fost masurate liniile spectrale de origine termica intr-un larg domeniu de conditii astro-fizice : densitati electronice de 10 la puterea a VIII-a pana la 10 la puterea a XII-a /cm cubi si temperaturi de 10 la puterea a VI-a pana la 10 la puterea a VII-a K.
2.2.Atmosfera Soarelui
Soarele este o stea din secventa principala, de tip G2, de varsta medie aproximativ 4,5 miliarde de ani. Este una dintre stelele reprezentative pentru astrofizica si se evalueaza ca va ramane in starea actuala inca vreo 5 miliarde de ani. Energia solara provine din reactiile termonucleare ce au loc in nucleul sau, unde la temperaturi de ordinul a 15x10 la puterea a VI-a K patru nuclee de hidrogen fuzioneaza pentru a produce un nucleu de heliu cu eliberarea unei energii de 25MeV=4x10 la puterea minus 12J. Comparand aceasta energie cu luminozitatea Soarelui, 4x10 la puterea 26W, deducem ca pe secunda au loc 10 la puterea 38 astfel de fuziuni ceea ce inseamna ca 6,4x10 la puterea 11kg de hidrogen se transforma in heliu in fiecare secunda. In fiecare reactie, 0,7% din masa de repaus devine energie, deci 4,5 milioane tone de materie solara se transforma in energie in fiecare secunda. Transportul catre suprafata a acestei energii se produce prin fotoni care sufera in drumul lor o serie de absorbtii, reemisii, difuzii, pierzand continuu din energia lor initiala. Astfel fluxul de fotoni emisi din nucleul solar ca radiatie gama se transforma pe parcurs in radiatie X, apoi in radiatie ultravioleta (UV) si in final, in lumina vizibila emanata la suprafata astrului.
La 0,8-0,9 R, temperatura plasmei descreste destul de mult si electronii incep sa se recombine cu protonii si particulele alfa formand atomi de hidrogen si heliu. Aceasta face ca opacitatea sa creasca brusc si transportul radiativ sa cedeze locul convectiei. O dovada a existentei zonei convective de sub fotosfera o constituie granulatia si super-granulatia, observate in fotosfera. Turbulenta din zona convectiva joaca un rol deosebit in fizica solara; ea genereaza unde acustice, care se propaga prin fotosfera spre straturile superioare, asigurand echilibrul de presiune si energie al straturilor, iar interactiunea dintre miscarea turbulenta si campul magnetic este una dintre cauzele care provoaca activitatea solara.
2.3.Soarele, steaua noastra
Soarele este steaua in jurul careia se roteste Pamantul si care intretine viata pe planeta noastra, prin lumina si caldura pe care le degaja. Nu este decat una din sutele de miliarde de stele obisnuite care populeaza galaxia noastra. Soarele este o sursa de lumina si de caldura intretinuta prin reactii de fuziune nucleara, care se produc in regiunea sa centrala.
2.3.1.O bula de gaze
Situat la numai 150 de milioane de kilometri distanta de Pamant, Soarele este de 270000 de ori mai aproape decat celelalte stele (Proxima, vizibila in constelatia Centaur). Aceasta apropiere fizica relativa explica importanta sa pe cer :de aceea Soarele nu apare ca un simplu punct luminos, ci ca o sfera orbitoare, la suprafata careia astronomii izbutesc sa discearna niste detalii, folosindu-se de instrumente adecvate.
La fel ca si celelalte stele, Soarele este o enorma bula de gaze, in adancul careia se produc reactii de fuziune nucleara. Energia lui provine din fuziunea hidrogenului in heliu. In fiecare secunda, in interiorul astrului, 600 de milioane de tone de hidrogen sunt transformate in heliu, acest proces fiind insotit de o importanta degajare de energie. Sunt aproximativ 5 miliarde de ani de cand Soarele "functioneaza" in acest fel, iar rezervele de hidrogen pe care le are ii mai asigura o durata de viata de acelasi ordin.
2.3.2.Suprafata solara
Lumina pe care noi o primim de la Soare provine dintr-un strat cu o grosime de numai 200km. El este cel care ii confera Soarelui aspectul unui disc cu marginea foarte clara. Astronomii folosesc denumirea de fotosfera pentru acest strat. Ea formeaza ceea ce se numeste "suprafata solara". In anumite perioade, suprafata solara se acopera de pete intunecate. Soarele este o masa de materie gazoasa si fierbinte care emite radiatii la o temperatura efectiva de aproximativ 6000oC si care degaja cantitati enorme de energie la suprafata lui. O mica fractiune din aceasta energie se intercepteaza cu Pamantul si este stocata timp de secole, de plante prin procesul de fotosinteza. Rata de interceptie a Pamantului cu radiatia solara este necesarul de energie al omului. Spre exemplu, in Statele Unite, in fiecare an, energia solara care poate fi captata este de 1500 de ori mai mare decat necesarul de energie al omenirii.
2.4. Constanta solara
Intensitatea medie de radiatie solara pe care am masura-o in exteriorul atmosferei Pamantului si la un unghi corect care sa fie acelasi cu directia radiatiei, este de 1.94 cal/cm2. Aceasta caracteristica se numeste constanta solara si este echivalenta cu 1.1 kw/yd.
2.5. Factorii care cauzeaza variatia radiatiei solare
Radiatia solara este consumata prin absorbtia ei de unele gaze din atmosfera, de nori si de factori geometrici care trebuie luati in considerare cand suprafata pe care cade radiatia solara nu este aceeasi cu suprafata incidenta. Media de radiatie solara care ajunge la suprafata pamantului poate varia de la 90% sau mai mult in zilele senine. Totusi, in timp ce totalul de radiatie solara este imens, zona in care poate fi captata aceasta energie solara este vasta, energia este difuza, iar o masina solara ar trebui sa aiba suprafete intinse de panouri solare pentru colectarea energiei solare daca se doreste energie electrica. Desi energia solara este "gratuita", ea nu este este folosita pe scara larga deoarece echipamentele pentru colectare, stocare, sunt foarte costisitoare.
Cap.al III-lea Importanta energiei solare
3.1.Utilizari ale energiei solare
Cele mai timpurii dovezi despre utilizarea energiei solare au fost atribuite lui Arhimede. Potrivit legendei, el a folosit mai multe oglinzi pentru a concentra energia soarelui asupra corabiilor romane care atacau Syracusa, dandu-le foc. Experimentele ulterioare implicau oglinzi care sa concentreze radiatia solara, astfel incat metalele erau topite. Si alte experimente similare au avut loc.
Posibilitatiile de folosire a energiei solare se clasifica in trei categorii : procesul termic, procesul fotochimic si procesul fotoelectric. In procesul termic, energia radianta este absorbita drept caldura de un receptor sau o substanta de recetionare care apoi este succedata de o crestere de temperatura, vaporizare, sau alte procese care implica absorbtia caldurii. Procesele fotochimice sunt acele procese in care energia luminoasa cauzeaza un proces chimic, iar cel fotoelectric implica o conversie directa a radiatiei solare in energie electrica. Cel mai utilizat proces de folosire a energiei solare este procesul termic. Acesta implica incalzirea caselor, refrigerare, gatire, incalzirea apei si folosirea furnalelor solare pentru diferite studii experimentale.
3.1.1.Cladiri incalzite de Soare
Intr-o oarecare masura orice casa este incalzita de soare, dar unele dintre ele sunt proiectate pentru a folosi cat mai bine aceasta sursa de energie gratuita. Aceste case au ferestre mai mari pe partea unde cad razele soarelui la amiaza, si pe partea mai racoroasa, mai mici. In multe locuri se monteaza obloane sau jaluzele.
In multe gospodarii, energia solara se foloseste pentru incalzirea apei. Lumina soarelui incalzeste apa rece care curge prin panourile plate si inchise, numite colectoare. De obicei se monteaza pe acoperisul caselor, sub un unghi care sa permita absorbirea unei cantitati cat mai mari de energie.
3.1.2.Distilarea apei sarate
Distilarea apei sarate cu scopul de a produce apa potabila a fost scopul multor cercetari. S-a descoperit o instalatie cu menirea de a separa sarea de apa in 1872, in Chile, pentru a potoli setea animalelor.
3.1.3.Furnalele solare
In privinta radiatiei solare, se poate spune ca atmosfera reflecta aproximativ 30% si absoarbe aproximativ 20% din radiatia solara;astfel, printr-un calcul simplu observam ca la suprafata solului ajunge doar 50% din radiatia solara, dar chiar si asa energia este de 700 de megawati pe minut adica mai mult decat poate produce o centrala obisnuita.
Energia solara de asemenea este si daunatoare. Astfel, in zonele tropicale, radiatia solara provoaca arderea tufisurilor, focul izbucnind datorita focalizarii razelor solare prin picaturile de roua, care se comporta ca niste lentile optice. Grecii au inteles acest fenomen si au utilizat energia solara inca din 400 I.Hr. pentru aprinderea focului, folosind globuri de sticla pline cu apa. Astfel apa din aceste sticle actiona ca o lentila optica. In scurt timp, in jurul anului 200 I.Hr. exista dovezi ca si chinezii foloseau oglinzi concave in acest scop, deci se observa o oarecare evolutie in captarea energiei solare, evolutie care astazi a atins cote maxime, insa energia solara nu poate fi valorificata deoarece echipamentele sunt foarte scumpe.
In zilele noastre, oamenii au construit furnale pentru topirea diferitelor metale care utilizeaza energia solara si oglinzi concave, adica acele oglinzi care capteaza lumina intr-un singur punct. In cuptorul solar modern, radiatia solara este folosita pentru a gati, o oglinda concava focalizeaza razele solare pe mancare sau pe vas. In cateva astfel de cuptoare se folosesc oglinzi plate pentru a redirectiona razele soarelui pe alimente.
Astfel, inginerii s-au gandit ca pot construi si furnale care se bazeaza pe captarea energiei solare. In Mont Luis, Franta s-a construit o cladire cu mai multe niveluri, cu o latura acoperita de oglinzi astfel ca totalitatea lor sa formeze o uriasa oglinda concava si sa redirectioneze razele solare in focarul ei, unde temperatura ajunge pana la 3000oC, care este temperatura de topire a majoritatii metalelor.
3.1.4.Bateriile solare
Radiatia solara mai are numeroase utilitati. Astfel, pe langa rolul foarte important pe care l-am amintit mai sus, acela de a incalzi apa sau de a topi metalele, energia solara mai poate fi folosita si pentru producerea de energie. Aparatele care convertesc energia solara in energie electrica se numesc panouri solare. Pe aceste panouri solare se afla niste baterii solare sau fotocelule. Bateriile solare sunt niste instrumente electronice care utilizeaza fenomenul fotoelectric pentru producerea energiei electrice. Intr-o fotocelula se genereaza o tensiune mica, de aceea trebuie legate mai multe astfel de celule in serie, pentru ca bateria solara sa se poata folosi ca sursa de energie. Fotocelulele sunt niste placi subtiri din materiale semiconductoare, de obicei siliciu. Unele sunt facute din galiu, arseniu, care sunt tot semiconductoare. Astfel de celule au randamentul mai scazut, dar sunt functionale si la temperaturi ridicate si au avantajul ca sunt mai ieftine. De aceea se folosesc pentru alimentarea cu energie a satelitiilor, mai expusi radiatiei solare deoarece in spatiul cosmic nu exista strat de ozon care sa reduca cantitatea de radiatie solara, asa cum se intampla pe Pamant. Cei mai multi sateliti artificiali functioneaza cu ajutorul panourilor solare, asemenea calculatoarelor si a majoritatii ceasurilor cu quartz.
Energia solara poate fi folosita de masini, ca o alternativa la combustibilii fosili, deoarece energia solara este o sursa de energie relativ ieftina, in comparatie cu combustibilii fosili, si pe deasupra are avantajul ca este si mai putin poluanta, astfel se evita distrugerea stratului de ozon.
Drept urmare, englezii au facut si ei un experiment. Avionul Solar Challenger a zburat peste Canalul Manecii avand o singura sursa de energie si anume radiatia solara. Panourile solare care ii acopereau aripile generau suficient curent electric pentru a roti elicea cu turatie corespunzatoare.
Avantajele energiei solare sunt nenumarate, spre deosebire de dezavantaje, care sunt costurile panourilor solare si mai precis a pilelor fotoelectrice.
Astfel, in locurile mai greu accesibile, se utilizeaza pilele fotoelectrice pentru furnizarea curentului electric in gospodarii. O parte din energia solara captata in timpul zilei este incarcata in niste acumulatori, astfel ca energia electrica nu se intrerupe odata cu lasarea serii, cand razele solare nu mai ajung pe pamant datorita alternantei zi-noapte.
Bateriile soalare mai au avantajul ca ofera o siguranta mare. Odata ce sunt montate, ele nu prea necesita revizie tehnica deoarece nu exista nimic mecanic in componenta lor, si astfel nu exista nici forte de frecare care sa uzeze metalele. In Marea Britanie si in alte parti ale lumii se utilizeaza bateriile solare pentru farurile fara personal. Aceste faruri folosesc acelasi principiu si sunt de incredere.
Inca din anii 60' satelitii artificiali care graviteaza in jurul pamantului sunt alimentati de panouri solare.
Incalzirea cu ajutorul radiatiei solare este primul pas in utilizarea energiei solare pe scara larga. Urmatorul pas este proiectul inginerului american Peter Glaser. Acesta consta in utilizarea unor panouri
solare in spatiu pentru captarea energei solare iar curentul electric sa fie trimis pe Pamant cu ajutorul microundelor. Avantajul acestui sistem este ca aceste panouri ar folosi toata radiatia solara furnizata de soare iar dezavantajul ar fi ca microundele care transporta energia eletrica pe Pamant ar ucide orice fiinta vie care s-ar intersecta cu raza de microunde.
Atat timp cat mai exista combustibilii fosili, folosirea energiei solare este limitata deoarece panourile solare necesare captarii energiei solare ocupa un spatiu destul de intins in comparatie cu echipamentele care folosesc energie electrica furnizata de combustibilii fosili.
3.2.Un viitor mai bun
Daca oamenii ar invata cum sa utilizeze avantajele oferite de natura, progresul s-ar inregistra pe toata linia, iar rata de viata a unei persoane ar creste semnificativ. Se afirma ca oamenii de la sate traiesc mai mult, iar eu sustin acest punct de vedere deoarece in colturile mai necercetate ale planetei, poluarea scade intr-un procentaj favorizant. Speram ca tehnologia sa avanseze insa intr-o directie constructiva, pasnica si omenirea sa tina cont de faptul ca planeta noastra simte, iar distrugerile care i le producem ne afecteaza in mod direct pe noi, locuitorii Terrei.
Ar trebui ca in locul mijloacelor de distrugere in masa sa se studieze metodele prin care am putea sa ne salvam planeta. O importanta modalitate de a trai in armonie cu natura este aceea in care noi am plasa-o pe post de mentor, deoarece avem multe de invatat de la aceasta.
Energia solara este poarta catre o noua era si un remediu necesar plantei noastre.
