Từ “năng lượng” có nghĩa là khả năng làm việc. Nhu cầu năng lượng trên thế giới tăng lên rất cao do tăng trưởng tự nhiên và sử dụng công nghệ mới. Nguồn nhiên liệu dễ cháy mà chúng ta phụ thuộc vào, chẳng hạn như than đá, khí đốt và dầu mỏ, là hữu hạn. Việc đốt cháy nhiên liệu ngày càng nhiều làm dấy lên lo ngại về sự nóng lên toàn cầu và ô nhiễm không khí . Do sự phụ thuộc quá mức vào năng lượng của nhiên liệu hóa thạch , chúng đang cạn kiệt, cần phải tìm các nguồn năng lượng thay thế, và một nguồn thay thế là mặt trời .
Năng lượng mặt trời là ánh sáng bức xạ và nhiệt từ mặt trời được khai thác bằng cách sử dụng một loạt các công nghệ không ngừng phát triển như sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời, năng lượng nhiệt mặt trời, kiến trúc năng lượng mặt trời và quang hợp nhân tạo.
Nó cũng là một nguồn năng lượng tái tạo thiết yếu và các công nghệ của nó được mô tả rộng rãi là năng lượng mặt trời thụ động hoặc năng lượng mặt trời chủ động tùy thuộc vào cách chúng thu và phân phối năng lượng mặt trời hoặc chuyển đổi thành năng lượng mặt trời.
Mục tiêu học tập
Đến cuối bài học này, bạn sẽ có thể:
Mặt trời là một nguồn năng lượng cực kỳ mạnh mẽ và cho đến nay, ánh sáng mặt trời là nguồn năng lượng lớn nhất mà Trái đất nhận được. Bức xạ mặt trời hoặc ánh sáng mặt trời chiếu xuống mặt đất bao gồm gần 50 phần trăm ánh sáng nhìn thấy được, 45 phần trăm bức xạ hồng ngoại và một lượng nhỏ tia cực tím và các dạng bức xạ điện từ khác. Năng lượng mặt trời chỉ đơn giản là ánh sáng và sức nóng đến từ mặt trời. Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo sạch nhất và phong phú nhất hiện có.
Các dạng năng lượng mặt trời
Như đã minh họa ở trên, tấm pin năng lượng mặt trời có nhiệm vụ thu ánh sáng mặt trời hoặc bức xạ mặt trời và chuyển hóa thành năng lượng điện. Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời điều chỉnh dòng điện từ tấm pin mặt trời đến pin. Bộ điều khiển theo dõi điện áp của pin và giảm dòng điện khi pin được sạc đầy. Pin lưu trữ năng lượng để sử dụng sau này. Biến tần chuyển đổi dòng điện một chiều (do năng lượng mặt trời tạo ra) thành dòng điện xoay chiều (được sử dụng trong lưới điện). Đồng hồ đo lượng năng lượng được sử dụng bởi các thiết bị gia dụng như tủ lạnh, bóng đèn và tivi.
Năng lượng mặt trời có thể ở bất kỳ dạng nào sau đây;
Bức xạ mặt trời có thể được chuyển đổi thành năng lượng nhiệt hoặc năng lượng điện .
Năng lượng nhiệt
Các thiết bị phổ biến nhất được sử dụng để thu năng lượng mặt trời và chuyển đổi nó thành năng lượng nhiệt là những tấm thu nhiệt phẳng, được sử dụng cho các ứng dụng sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời. Do cường độ bức xạ mặt trời trên bề mặt Trái đất thấp, những bộ thu này phải có diện tích lớn. Chẳng hạn, một nhà sưu tập phải có diện tích bề mặt khoảng 40 mét vuông (430 feet vuông) để thu thập đủ năng lượng cần thiết cho một người.
Bộ sưu tập tấm phẳng được sử dụng rộng rãi nhất bao gồm một tấm kim loại đen, được phủ một hoặc hai tấm kính, được làm nóng bởi ánh sáng mặt trời chiếu vào nó. Nhiệt của ánh sáng mặt trời sau đó được truyền vào không khí hoặc nước, được gọi là chất lỏng mang, chảy qua mặt sau của tấm. Nhiệt này có thể được sử dụng trực tiếp hoặc có thể được chuyển sang phương tiện lưu trữ khác. Việc lưu trữ nhiệt để sử dụng vào ban đêm hoặc vào những ngày nhiều mây được thực hiện bằng cách sử dụng các bể cách nhiệt để lưu trữ nước nóng trong thời gian nắng. Bộ thu nhiệt dạng tấm phẳng thường làm nóng chất lỏng mang đến nhiệt độ từ 66 đến 93 độ C. Hiệu quả của những bộ thu như vậy nằm trong khoảng từ 20 đến 80 phần trăm, tùy thuộc vào thiết kế của bộ thu.
Một phương pháp chuyển đổi năng lượng nhiệt khác được tìm thấy trong các ao năng lượng mặt trời, là những vùng nước mặn được thiết kế để thu thập và lưu trữ năng lượng mặt trời. Nhiệt được chiết xuất từ các ao này cho phép sản xuất hóa chất, thực phẩm, dệt may, bể bơi và gia súc. Ao năng lượng mặt trời khá tốn kém để lắp đặt và bảo trì và thường chỉ giới hạn ở các vùng nông thôn ấm áp.
phát điện
Bức xạ mặt trời có thể được chuyển đổi trực tiếp thành điện năng bằng pin mặt trời. Trong các tế bào như vậy, một điện áp nhỏ được tạo ra khi ánh sáng chiếu vào điểm nối giữa kim loại và chất bán dẫn (chẳng hạn như silicon) hoặc điểm nối giữa hai chất bán dẫn. Công suất được tạo ra bởi một tế bào quang điện duy nhất là khoảng hai watt. Hiệu suất năng lượng của hầu hết các tế bào quang điện ngày nay chỉ vào khoảng 15 đến 20 phần trăm, và vì cường độ bức xạ mặt trời thấp nên ngay từ đầu, các tổ hợp lớn và tốn kém của các tế bào như vậy được yêu cầu để tạo ra lượng điện năng vừa phải.
Các đơn vị tế bào quang điện lớn hơn đã được sử dụng để cung cấp năng lượng cho máy bơm nước và hệ thống thông tin liên lạc ở vùng sâu vùng xa và các vệ tinh thông tin liên lạc.
Các tấm silicon tinh thể cổ điển và các công nghệ mới nổi sử dụng pin mặt trời màng mỏng, bao gồm cả quang điện tích hợp trong tòa nhà, có thể được chủ doanh nghiệp và chủ nhà lắp đặt trên mái nhà của họ để thay thế nguồn điện thông thường.
Các nhà máy năng lượng mặt trời tập trung sử dụng các bộ thu tập trung hoặc tập trung để tập trung ánh sáng mặt trời nhận được từ một khu vực rộng vào một bộ thu đen nhỏ, do đó làm tăng đáng kể cường độ ánh sáng để tạo ra nhiệt độ cao hơn. Các mảng gương hoặc thấu kính được căn chỉnh cẩn thận có thể hội tụ đủ ánh sáng mặt trời để làm nóng nhiệt độ mục tiêu từ 2.000 độ C trở lên. Nhiệt này sau đó có thể được sử dụng để vận hành lò hơi, từ đó tạo ra hơi nước cho nhà máy phát điện tua-bin hơi nước. Để sản xuất hơi nước trực tiếp, các gương di động có thể được bố trí sao cho tập trung một lượng lớn bức xạ mặt trời vào các đường ống bị đen mà qua đó nước được lưu thông và do đó được làm nóng.
Các ứng dụng khác
Năng lượng mặt trời được sử dụng để sản xuất muối từ nước biển bằng cách bay hơi. Các thiết bị khử muối chạy bằng năng lượng mặt trời biến nước mặn thành nước uống bằng cách chuyển đổi năng lượng của Mặt trời thành nhiệt, trực tiếp hoặc gián tiếp, để thúc đẩy quá trình khử muối.
Công nghệ năng lượng mặt trời cũng đã xuất hiện để sản xuất hydro sạch và tái tạo như một nguồn năng lượng thay thế.
Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống điện mặt trời
1. Thay đổi thời tiết
Vì việc tiếp xúc với nhiệt có thể làm suy giảm sớm khả năng sản xuất hàng ngày của pin mặt trời, nhiệt độ cao dẫn đến giảm điện áp và giảm tổng công suất. Pin mặt trời hoạt động tốt hơn trong điều kiện lạnh hơn là ở vùng khí hậu nóng. Do đó, nhiệt độ tăng trên 25 độ C dẫn đến suy giảm sản lượng của tấm pin mặt trời.
2. Bóng râm
Khi bóng đổ xuống dù chỉ một phần nhỏ của tấm pin mặt trời, dòng điện qua toàn bộ chuỗi sẽ giảm. Các ô được tô bóng ảnh hưởng đến dòng điện của toàn bộ hệ thống năng lượng mặt trời.
3. Hướng mái nhà
Góc nghiêng của các tấm pin mặt trời nên được chủ động điều chỉnh theo sự thay đổi của các mùa, kinh độ và số giờ nắng.
4. Độ sạch của tấm năng lượng mặt trời
Độ sạch của bề mặt bảng điều khiển năng lượng mặt trời được kết nối trực tiếp với quá trình chuyển đổi năng lượng quang điện. Bão cát, môi trường ô nhiễm và lượng mưa là một số yếu tố có thể làm giảm hiệu quả của các mô-đun năng lượng mặt trời.
Ưu và nhược điểm của năng lượng mặt trời
Ưu điểm của năng lượng mặt trời là;
Những bất lợi của năng lượng mặt trời bao gồm;
Bản tóm tắt
