CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN SẤY NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1. Lý thuyết về năng lượng mặt trời 1.1 Định nghĩa mặt trời Mặt Trời, hay còn gọi là Thái Dương hoặc Nhật, là ngôi sao ở trung tâm Hệ Mặt Trời, chiếm khoảng 99,8% khối lượng của hệ này. Trái Đất và các thiên thể khác như các hành tinh, tiểu hành tinh, thiên thạch, sao chổi, và bụi quay quanh Mặt Trời. Mặt Trời có những đặc điểm sau: • Là một quả cầu plasma khổng lồ: Mặt Trời được cấu tạo chủ yếu từ hydro và heli, ở trạng thái plasma (khí nóng, điện tích).
Nó có đường kính khoảng 1.000 km, gấp 109 lần Trái Đất. • Tỏa sáng nhờ phản ứng tổng hợp hạt nhân: Tại lõi Mặt Trời, diễn ra phản ứng tổng hợp hạt nhân, chuyển đổi hydro thành heli, giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ dưới dạng ánh sáng và nhiệt. • Có lực hấp dẫn mạnh mẽ: Lực hấp dẫn của Mặt Trời giữ cho các hành tinh và các vật thể khác trong Hệ Mặt Trời quay quanh nó. • Có từ trường: Mặt Trời có một từ trường mạnh mẽ, tạo ra gió Mặt Trời - dòng hạt tích điện di chuyển ra ngoài không gian liên sao.
• Ảnh hưởng đến Trái Đất: Ánh sáng và nhiệt từ Mặt Trời là nguồn năng lượng chính cho sự sống trên Trái Đất. Mặt Trời cũng ảnh hưởng đến khí hậu, thời tiết và các hiện tượng tự nhiên khác trên Trái Đất. Cấu tạo của mặt trời Cốt lõi: nó là khu vực trung tâm của mặt trời mà từ đó tất cả các phản ứng hạt nhân bắt đầu. Kích thước của nó bằng 0,20-0,25 lần bán kính toàn bộ mặt trời.
Trong khu vực này, tất cả năng lượng được bức xạ bởi nhiệt độ cao được tạo ra. Trong một số trường hợp, nhiệt độ đã lên tới 15 triệu độ C. Hơn nữa, áp suất cao trong lõi của mặt trời khiến nó trở thành lõi tương đương với một lò phản ứng tổng hợp hạt nhân. 1 Vùng phóng xạ: Năng lượng từ hạt nhân truyền theo cơ chế bức xạ.
Trong trường này, tất cả các chất hiện có đều ở trạng thái plasma. Nhiệt độ ở đây không cao bằng lõi trái đất, nhưng nó đã đạt khoảng 5 triệu Kelvin. Năng lượng được chuyển đổi thành các photon, được truyền đi và tái hấp thụ nhiều lần bởi các phần tử tạo nên plasma. Vùng đối lưu: nó là một khu vực có sự truyền năng lượng xảy ra bằng đối lưu.
Vật chất không bị ion hóa, mà có một khu vực nơi các photon chạm tới khu vực bức xạ và nhiệt độ vào khoảng 2 triệu kelvins. Sự truyền năng lượng được thúc đẩy bởi sự đối lưu và xảy ra các chuyển động xoáy khí khác nhau. Photosphere: Nó là phần mà chúng ta nhìn thấy bằng mắt thường. Nó có thể được nhìn thấy qua kính thiên văn nhưng bạn phải có một bộ lọc để nó không ảnh hưởng đến tầm nhìn của bạn.
Chromosphere: Nó là lớp ngoài cùng, sẽ là bầu khí quyển của nó. Độ sáng của chúng đỏ hơn và chúng có độ dày thay đổi. Vương miện: Nó là một lớp bất thường kéo dài trên nhiều bán kính mặt trời. Nhiệt độ của nó là hai triệu kelvin.
Bức xạ mặt trời Bức xạ mặt trời là năng lượng được giải phóng từ mặt trời dưới dạng ánh sáng và nhiệt. Nó là nguồn năng lượng chính cho Trái Đất và chịu trách nhiệm cho nhiều hiện tượng tự nhiên, chẳng hạn như khí hậu, thời tiết và sự sống trên Trái Đất. Bức xạ mặt trời có thể được chia thành hai loại chính: • Ánh sáng khả kiến:Đây là loại ánh sáng mà chúng ta có thể nhìn thấy. Nó chiếm khoảng 48% bức xạ mặt trời mà Trái Đất nhận được.
Ánh sáng khả kiến là quan trọng cho sự quang hợp và điều chỉnh tầm nhìn của con người. • Bức xạ không nhìn thấy: Đây là loại ánh sáng mà chúng ta không thể nhìn thấy. Nó bao gồm tia cực tím, tia hồng ngoại và sóng vô tuyến. Bức xạ không nhìn thấy chiếm khoảng 52% bức xạ mặt trời mà Trái Đất nhận được.
Tia cực tím có thể gây hại cho da 2 và mắt con người, trong khi tia hồng ngoại có thể làm ấm Trái Đất. Sóng vô tuyến được sử dụng cho truyền thông và các mục đích khác. Bức xạ mặt trời đi đến Trái Đất dưới dạng sóng điện từ. Sóng điện từ là những gợn sóng dao động của các trường điện và từ.
Khi sóng điện từ từ Mặt Trời đến Trái Đất, chúng tương tác với bầu khí quyển của Trái Đất. Một số bức xạ được hấp thụ bởi bầu khí quyển, trong khi một số khác thì đi qua. Lượng bức xạ mặt trời đến được bề mặt Trái Đất phụ thuộc vào một số yếu tố, bao gồm vị trí của Trái Đất trên quỹ đạo của nó xung quanh Mặt Trời, thời gian trong ngày và lượng mây trong bầu khí quyển. Bức xạ mặt trời đóng vai trò quan trọng trong hệ sinh thái của Trái Đất.
Nó cung cấp năng lượng cho thực vật phát triển, giúp điều chỉnh khí hậu và hỗ trợ nhiều quá trình tự nhiên khác. Tuy nhiên, việc tiếp xúc quá nhiều với bức xạ mặt trời cũng có thể gây hại. Tia cực tím có thể gây ung thư da, đục thủy tinh thể và các vấn đề sức khỏe khác. Điều quan trọng là phải bảo vệ bản thân khỏi tác hại của bức xạ mặt trời bằng cách sử dụng kem chống nắng, đội mũ và mặc quần áo bảo vệ.
Hiệu ứng nhà kính Theo cách hiểu thông thường, hiệu ứng nhà kính được xem như bẫy nhiệt, nhiệt lượng có thể được cho đi vào dễ dàng nhưng khi đi ra thì bị ngăn chặn dáng kể. Đây là biện pháp được dùng để làm gia tăng khả năng hấp thụ nhiệt.Hiệu ứng nhà kính là một hiện tượng quan trọng, nhưng hoạt động của con người đang đẩy nó đi quá xa so với mức cân bằng tự nhiên. Cần có sự chung tay góp sức của mỗi cá nhân, tổ chức và quốc gia để giảm thiểu tác động tiêu cực của biến đổi khí hậu và bảo vệ môi trường sống cho thế hệ tương lai. Trong kĩ thuật, nhất là kĩ thuật năng lượng mặt trời, hiệu ứng nhà kính được áp dụng rất rộng rãi.
Quan sát collector mặt trời dùng để cung cấp nước nóng, thông thường ta thấy trên bề mặt hấp thụ nhiệt luôn luôn có lắp đặt tấm trong suốt bằng mica hay bằng kính. Đặc điểm chung của các tấm trong suốt này là có khả năng ngăn cản sự xuyên qua của các tia bức xạ sóng dài, nhưng lại cho di qua dễ dàng đối với các tia bức 3 xạ sóng ngắn. Như đã biết, bước sóng của các tia bức xạ phát ra từ một vật nào đó phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ của vật đó. Nếu nhiệt độ của vật càng cao thì mật độ của các tia bức xạ có bước sóng ngắn càng lớn.
Ngược lại, nếu nhiệt độ của vật càng thấp thì hầu hết các tia bức xạ phát ra tử vật này có bước sóng dài. Như vậy, các tia bức xạ mặt trời có thể đi qua tấm trong suốt lắp trên collector mặt trời một cách dễ dàng vì các tia này có bước sóng rất ngắn (320 đến 400 nm). Sở dĩ các tia này hầu hết có bước sóng ngắn vì nguồn phát là mặt trời có nhiệt độ rất cao. Hiệu ứng này được ứng dụng vào để tăng nhiệt độ không khí bên trong bộ thu collector.
Khi các sóng bức xạ ngắn của mặt trời xuyên qua tấm kính nó sẽ được hấp thụ bởi tấm hấp thụ và phân tán lại thành nhiệt lượng vào không gian bên trong giữa tấm kính và tấm hấp thụ làm cho không khí trong đó nóng lên. Ưu nhược điểm của việc sử dụng năng lượng mặt trời 1.1 Ưu điểm • Năng lượng tái tạo và dồi dào: Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo, có nghĩa là nó có thể được sử dụng liên tục và không bị cạn kiệt. Mặt trời là nguồn cung cấp năng lượng dồi dào, với lượng năng lượng chiếu sáng đến Trái đất mỗi ngày gấp nhiều lần nhu cầu năng lượng toàn cầu. • Thân thiện với môi trường: Năng lượng mặt trời không thải ra khí thải nhà kính hoặc các chất gây ô nhiễm khác, góp phần bảo vệ môi trường và chống lại biến đổi khí hậu.
• Tiết kiệm chi phí: Việc sử dụng năng lượng mặt trời có thể giúp bạn tiết kiệm chi phí tiền điện trong thời gian dài. Sau khi đầu tư ban đầu cho hệ thống, bạn có thể tự cung cấp điện cho mình và giảm phụ thuộc vào lưới điện quốc gia. • An toàn và tin cậy: Hệ thống năng lượng mặt trời được thiết kế để hoạt động an toàn và tin cậy với ít yêu cầu bảo trì. Chúng có thể hoạt động hiệu quả trong nhiều điều kiện thời tiết khác nhau.
• Tăng giá trị nhà đất: Việc lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời có thể làm tăng giá trị nhà đất của bạn. 4 • Ưu đãi chính sách: Nhiều quốc gia và địa phương có các chính sách ưu đãi khuyến khích sử dụng năng lượng mặt trời, bao gồm trợ cấp, giảm thuế và quy trình cấp phép đơn giản. • Đa dạng ứng dụng: Năng lượng mặt trời có thể được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, bao gồm: - Sản xuất điện: Hệ thống năng lượng mặt trời có thể được sử dụng để cung cấp điện cho nhà ở, doanh nghiệp và các cơ sở khác. - Nước nóng: Năng lượng mặt trời có thể được sử dụng để làm nóng nước cho nhà ở và doanh nghiệp.
- Giao thông vận tải: Năng lượng mặt trời có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho xe điện và các phương tiện giao thông khác. - Nông nghiệp: Năng lượng mặt trời có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho hệ thống bơm nước, tưới tiêu và bảo quản thực phẩm. • Giảm thiểu phụ thuộc vào nguồn năng lượng truyền thống: Sử dụng năng lượng mặt trời giúp giảm thiểu phụ thuộc vào các nguồn năng lượng truyền thống như than đá, dầu mỏ và khí đốt tự nhiên, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia. • Tạo việc làm: Ngành công nghiệp năng lượng mặt trời đang phát triển nhanh chóng, tạo ra nhiều việc làm trong lĩnh vực sản xuất, lắp đặt, vận hành và bảo trì hệ thống năng lượng mặt trời.
• Góp phần phát triển bền vững: Sử dụng năng lượng mặt trời là một cách để góp phần phát triển bền vững và bảo vệ môi trường cho thế hệ tương lai. Nhìn chung, việc sử dụng năng lượng mặt trời mang lại nhiều lợi ích cho cá nhân, doanh nghiệp và cộng đồng.