Pepa Fisiki i le Malosiaga Fa'afouina
Pendahuluan
O le malosi o se vaega taua faaletino i le olaga o le tagata. Toetoe lava o gaoioiga uma i aso nei—mai moli ma felauaiga i pisinisi ma fesootaiga—e faalagolago i le maua o le malosi i se tulaga e mafai ona faaaogaina. Mo le silia ma le seneturi, o manaoga o le malosi i le lalolagi atoa ua faamalieina e ala i suauu e pei o le suauu, malala, ma le kesi masani. Peitai, o le faaaogaina o suauu e mafua ai ni faafitauli tetele se lua: o le faatapulaaina o le teuina ma aafiaga i le siosiomaga, aemaise lava o kasa e mafua ai le vevela o le lalolagi e faatelevaveina ai le mafanafana o le lalolagi. O le mea lea, o le atinaeina o le malosi faafouina o se fofo taua e faatumauina ai se sapalai o le malosi e gafataulimaina ma faaitiitia ai le faaleagaina o le siosiomaga.
I le tulaga o le fisiki, e manaia le talanoaina o le malosiaga fa'afouina auā e aofia ai mataupu faavae autū eseese, e pei o le liua o le malosiaga, lelei o le fa'aogaina, galu eletise, mekanika o vai, thermodynamics, ma le manatu o le malosiaga. O lenei pepa o lo'o talanoaina ai le manatu o le malosiaga fa'afouina mai se va'aiga fa'a-fisiki, ona ituaiga, mataupu faavae o galuega a tekinolosi autū, ona lelei ma ona tapula'a, ma lu'itau o le fa'atinoina.
O le Manatu o le Malosiaga Fa'afouina i le Fisiki
O le malosiaga fa'afouina o le malosiaga lea e maua mai punaoa fa'alenatura e mafai ona fa'afouina fa'alenatura i se taimi fa'aletagata, e pei o le susulu o le la, matagi, tafega o le vai, malosiaga fa'anatura, ma le biomass. E le pei o suau'u fa'asaina, lea e fa'atupuina i le miliona o tausaga, o le malosiaga fa'afouina e maua pea pe mafai ona vave toe fa'afo'isia.
I le itu faaletino, e le mafai ona faia pe faaleagaina le malosi (o le Tulafono o le Faasaoina o le Malosiaga), ae e mafai ona suia lona foliga. O le malosi faafouina o le faagasologa lea o le faaaogaina o le malosi faalenatura ma liua i le malosi eletise po o le malosi vevela aoga. I lenei faagasologa o le liua, e taua tele le manatu o le malosi. O le malosi ua faauigaina o le fua faatatau o le suiga o le malosi i le aluga o taimi:
P = E / t
I le taimi nei, o le lelei o le faʻaaogaina o se faʻailoga o le manuia o se faiga i le liua o le malosi:
η = (Malosiaga aoga o le gaosiga / Malosiaga ulufale) × 100%
I le atinaʻeina o tekinolosi o le malosiaga faʻafouina, o le lelei o le faʻaogaina o le polokalama, le mautu o le sapalai, ma le teuina o le malosiaga o mea ia e taulaʻi i ai.
Ituaiga o Malosiaga Fa'afouina ma a Latou Mataupu Fa'aletino
1. Malosiaga o le La
E fa'aaogaina e le malosiaga o le la le ave o le eletise mai le La. E lua auala autū: photovoltaic (PV) ma le solar thermal.
a. Panela o le La (Photovoltaics)
E fa'agaoioia sela o le la e fa'avae i luga o le aafiaga o le photoelectric ma meatotino o semiconductors. A pa'i atu photons mai le susulu o le la i se mea semiconductor (e pei o le silicon), e mafai e le malosi o le photon ona fa'asa'olotoina electrons ma fausia ai ni paga o le electron-hole. O le fanua eletise i totonu i le p-n junction e fa'amalosia ai le gaoioi o moli, ma faia ai se tafe eletise. O le aofa'i o le malosi o le photon e fa'alagolago i le tele o le malamalama:
E = hf
E a'afia le lelei o le fa'aaogaina o le paneta la i le vevela, le malosi o le malamalama, le tulimanu e pa'i atu i ai, ma le lelei o meafaitino. O paneta la fa'aonaponei e masani ona i ai le lelei e tusa ma le 15–23% mo fa'aoga fa'apisinisi, e ui lava e mafai ona maualuga atu tekinolosi fou i lalo o nisi tulaga.
e. Fa'avevela o le La
E fa'aaogā e faiga fa'avevela o le la le vevela o le la e fa'avevela ai se vai (vai po'o le suāuu fa'avevela), lea e fa'aaogā sa'o pe fa'atupuina ai le ausa e fa'aliliu ai se turbine. O mataupu fa'avae o le thermodynamics ma le fesiitaiga o le vevela (conduction, convection, ma le radiation) e sili ona taatele iinei.
2. Malosiaga o le Matagi
E maua le malosi o le matagi mai le malosi fa'agaoioiga o le tafe o le ea e mafua mai i eseesega o le mamafa ma le fa'avevela o le fogaeleele e le la. E liua e turbine matagi le malosi fa'agaoioiga o le matagi i le malosi fa'amekanika fa'ata'amilomilo, lea e liua e generators i le malosi eletise e ala i le electromagnetic induction (Faraday's Law).
E mafai ona fa'atatauina le malosi fa'ateorē o le matagi e ui atu i se vaega fa'alava A e ala i le:
P = ½ ρ A v³
lea o le ρ o le mafiafia o le ea ma le v o le saoasaoa o le matagi. O lenei fua fa'atatau e fa'aalia ai o le malosiaga e matua maaleale lava i le saoasaoa o le matagi (e fai ma galuega tauave a le kupita o le saoasaoa o le matagi), ma avea ai le nofoaga o le fa'apipi'iina o le turbine ma mea taua tele.
Ae ui i lea, e le mafai ona seleseleina uma le malosiaga o le matagi. E iai se tapulaʻa faaletino e taʻua o le Betz Limit, lea e taʻu mai ai o le maualuga o le lelei o se turbine matagi lelei e tusa ma le 59,3%.
3. Malosiaga o le Vai (Eletise Fa'a-Hau)
E fa'aaogā e fale eletise vai (PLTA) le malosiaga gafatia o le kalave o le vai i nofoaga maualuluga. A o tafe ifo le vai, e liua le malosiaga gafatia i le malosiaga kinetic, ma liliu ai turbines ma generators e gaosia ai le eletise.
E mafai ona fuafuaina le malosiaga ua faʻatupuina e ala i le faʻaaogaina o:
P = ρ gh Q η
lea o le g o le fa'avavevaveina ona o le kalave, h o le ulu, Q o le tafega o le vai, ma η o le lelei o le faiga. O fale eletise vai e maualuga le lelei o le fa'aaogaina (e masani ona sili atu i le 80–90%), ma avea ai ma se tasi o punaoa sili ona lelei o le malosiaga fa'afouina. Peita'i, o galuega tetele o pa e mafai ona a'afia ai siosiomaga o vaitafe ma le soifuaga fa'aagafesootai o nu'u o lo'o siomia ai.
4. Malosiaga Fa'avevela o le Lalolagi
E maua le malosiaga geothermal mai le vevela i totonu o le Lalolagi, e mafua mai i le pala o le radioactive ma le vevela o totoe mai le fausiaina o le paneta. E fa'aogaina e fale eletise geothermal le ausa vevela po'o le vai vevela mai vaituloto i lalo o le eleele e fa'aliliu ai turbines.
I le itu tau vevela, e galulue faiga fa'avevela e pei o isi fale gaosi eletise fa'avevela: e liua e le vevela le vai i le ausa, lea e liua ai se turbine, ona toe fa'aputuina lea o le ausa. O lu'itau autu o le 'ele, le tele o minerale, ma le fa'atapula'aina o nofoaga talafeagai. O le lelei o le mafai lea e le eletise fa'avevela ona tu'uina atu se sapalai mautu (baseload) o le eletise, e tusa lava po'o a tulaga o le tau i aso ta'itasi.
5. Meaola
O le biomass e aofia ai mea fa'aola e pei o laupapa, otaota fa'ato'aga, ma otaota fa'aola e mafai ona susunuina pe fa'agasolo i le biofuel. O le malosiaga o le biomass o le malosiaga fa'akemikolo lea e teuina e ala i le photosynthesis. A susunuina pe fa'afefeteina, e fa'asa'olotoina le malosiaga fa'akemikolo o se vevela pe liua i le suau'u.
Mai se vaaiga fa'ale-siosiomaga, e masani ona manatu o le biomass o se mea e mafai ona toe fa'afouina, ae e tatau ona pulea ma le fa'aeteete ina ia 'alofia ai le fa'aumatia o vaomatua po'o le maualuga o le kasa fa'asao. O le lelei o le liua ma le lelei o le mu e fuafua ai fo'i le tele o le fa'aleagaina.
Lelei ma Tapula'a o le Malosiaga Fa'afouina
E iai ni ona itu lelei taua o le malosiaga fa'afouina, e aofia ai le fa'aitiitia o le kaponi e fa'asa'olotoina, tele o punaoa, ma le gafatia e fa'alauiloa ai le tuto'atasi mai le malosiaga. I tulaga o le fisiki ma le inisinia, o lo'o fa'aauau pea ona atina'e le tekinolosi o le malosiaga fa'afouina, ma i'u ai ina fa'ateleina le lelei i le aluga o taimi.
Peita'i, e iai ni tapula'a e mana'omia ona fo'ia. Muamua, o nisi o punaoa e le tumau, e pei o le la ma le matagi, e mana'omia ai ni faiga e teu ai le malosi (maa, pamuina o le vai, haitorosene) po'o se upega atamai. Lua, o le malosi fa'afouina e masani ona maualalo le mamafa o le malosi nai lo suau'u fa'asaina, e mana'omia ai ni nofoaga tetele e fa'apipi'i ai. Tolu, o nisi tekinolosi, e pei o le malosiaga o le vai ma le geothermal, e fa'alagolago i le nofoaga.
Luʻitau ma Auala o le Atinaʻe
O le atina'eina o le malosiaga fa'afouina e le gata o se mataupu fa'atekonolosi, ae o se mataupu fo'i e fa'atatau i le tamaoaiga, faiga fa'avae, ma atina'e tetele. Mai se va'aiga fa'a-fisiki fa'atino, o lu'itau tetele e aofia ai le fa'aleleia atili o le lelei o meafaitino (e pei o sela la fou), fa'aleleia atili o turbine matagi, fa'aitiitia o le leiloa o fesiitaiga, ma le fa'afouina o le teuina o le malosiaga e saogalemu ma taugofie. O lo'o fa'aaogaina lautele nei faiga o maa lithium-ion, ae o lo'o fa'aauau pea ona fa'alauteleina su'esu'ega i maa sodium-ion, maa solid-state, ma le teuina e fa'avae i le hydrogen.
E le gata i lea, o le tuʻufaʻatasia o le malosiaga faʻafouina e manaʻomia ai le faʻataʻitaʻiga ma le pulea o le faiga lelei. O suiga i le malosiaga o le la ma le matagi e tatau ona paleni ma le manaʻoga e ala i le vavaloina o le tau, pulega o avega, ma tekinolosi faʻaonaponei o upega.
I'uga
O le malosiaga fa'afouina o se fofo taua tele lea e fa'afetaui ai mana'oga o le malosiaga fa'aauau i le lumana'i. E ala i mataupu fa'avae o le fisiki—mai le aafiaga o le photoelectric ma le fluid mechanics i le thermodynamics—e mafai ona liua ituaiga eseese o le malosiaga fa'alenatura i le eletise ma le vevela aoga. O ituaiga ta'itasi o malosiaga fa'afouina e iai ona lava lelei ma ona tapula'a, ae e masani lava ona itiiti se a'afiaga i le si'osi'omaga nai lo suau'u fa'asaina. Faatasi ai ma le fa'aleleia atili o le lelei, fa'afouga i le teuina o le malosiaga, ma le lagolago fa'avae ma atina'e, o le malosiaga fa'afouina e mafai ona avea ma ivitū o se faiga fa'alelalolagi e sili atu ona mamā ma mautu.
Afai e te manaʻo ai, e mafai ona ou faʻaopoopoina se lisi o mataupu, faʻatulagaga o faʻafitauli, sini, ma le auala e tusitusi ai le pepa ina ia ogatasi le faatulagaga ma tulaga faatonuina o pepa a le aʻoga/kolisi.
