Định nghĩa năng lượng mặt trời với các ví dụ và cách sử dụng

Định nghĩa năng lượng mặt trời với các ví dụ và cách sử dụng
Định nghĩa năng lượng mặt trời là năng lượng đến từ Mặt trời và chúng ta có thể thu được nhờ bức xạ mặt trời.Khái niệm năng lượng mặt trời thường được dùng để chỉ năng lượng điện hoặc nhiệt thu được bằng bức xạ mặt trời.

Nguồn năng lượng này đại diện cho nguồn năng lượng chính trên Trái đất.Vì là nguồn vô tận nên được coi là năng lượng tái tạo.

Từ nguồn năng lượng này người ta còn thu được nhiều nguồn năng lượng khác như:

Năng lượng gió, khai thác sức mạnh của gió.Gió được tạo ra khi Mặt trời đốt nóng một lượng lớn không khí.
Nhiên liệu hóa thạch: chúng đến từ một quá trình phân hủy cực kỳ dài của các hạt hữu cơ.Các chất phân hủy hữu cơ phần lớn là thực vật quang hợp.
Năng lượng thủy lực, khai thác năng lượng tiềm năng của nước.Nếu không có bức xạ mặt trời, vòng tuần hoàn nước sẽ không thể thực hiện được.
Năng lượng từ sinh khối một lần nữa là kết quả của quá trình quang hợp của thực vật.
Loại năng lượng tái tạo này là giải pháp thay thế cho nhiên liệu hóa thạch không thải ra khí nhà kính như carbon dioxide.

Ví dụ về năng lượng mặt trời
Một số ví dụ về năng lượng mặt trời bao gồm:

Các tấm pin mặt trời quang điện tạo ra điện;những cơ sở này được sử dụng trong nhà, nơi trú ẩn trên núi, v.v.
Nhà máy quang điện: chúng là phần mở rộng đáng kể của các tấm PV với mục tiêu là tạo ra điện để cung cấp cho lưới điện.
Ô tô năng lượng mặt trời sử dụng tế bào PV để chuyển đổi bức xạ mặt trời thành điện năng để chạy động cơ điện.
Bếp năng lượng mặt trời: được cấu tạo theo hệ thống parabol để tập trung ánh sáng mặt trời đến một điểm nhằm tăng nhiệt độ và có thể nấu nướng.
Hệ thống sưởi ấm: với năng lượng nhiệt mặt trời, chất lỏng có thể được làm nóng để sử dụng trong mạch sưởi ấm.
Sưởi ấm bể bơi là một mạch chất lỏng đơn giản trong đó nước lưu thông dọc theo một bộ thu nhiệt mặt trời tiếp xúc với ánh nắng mặt trời.
Máy tính: Một số thiết bị điện tử có một tấm pin mặt trời nhỏ để cung cấp điện cho mạch điện.
Thông gió bằng năng lượng mặt trời là một loại năng lượng mặt trời sử dụng nhiệt của mặt trời để thông gió cho không gian.Nó thường được sử dụng trong nhà và tòa nhà để cải thiện chất lượng không khí và giảm chi phí năng lượng.Thông gió bằng năng lượng mặt trời có thể được sử dụng để thông gió cho một phòng hoặc toàn bộ tòa nhà.
Quang hợp là một cách tự nhiên mà thực vật sử dụng để chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng hóa học.
Các loại năng lượng mặt trời
Có ba loại công nghệ năng lượng mặt trời:

Năng lượng mặt trời quang điện: Các tấm pin mặt trời PV bao gồm một vật liệu mà khi bức xạ mặt trời chiếu vào sẽ giải phóng các electron và tạo ra dòng điện.
Năng lượng mặt trời nhiệt: Hệ thống này tận dụng khả năng sinh nhiệt của tia Mặt trời.Bức xạ mặt trời được chuyển thành năng lượng nhiệt để làm nóng chất lỏng có thể dùng để đun nóng nước nóng sinh hoạt.Trong các nhà máy nhiệt điện mặt trời, hơi nước được tạo ra và sau đó là điện.
Năng lượng mặt trời thụ động là nguồn tài nguyên tận dụng nhiệt lượng mặt trời mà không cần sử dụng nguồn tài nguyên bên ngoài.Ví dụ, kiến ​​trúc sư có thể định hướng ngôi nhà và quyết định nơi đặt cửa sổ, xem xét nơi sẽ nhận bức xạ mặt trời.Kỹ thuật này được gọi là kiến ​​trúc sinh khí hậu.
Năng lượng mặt trời được sản xuất như thế nào?
Từ quan điểm vật lý, năng lượng mặt trời được tạo ra trong Mặt trời thông qua một loạt các phản ứng hạt nhân.Khi năng lượng này đến với chúng ta trên Trái đất, chúng ta có thể tận dụng nó theo nhiều cách:

Các tấm pin mặt trời với các tế bào quang điện.Các tấm quang điện được làm bằng vật liệu mà khi nhận được ánh sáng sẽ trực tiếp ion hóa và giải phóng một electron.Bằng cách này, bức xạ mặt trời được chuyển thành năng lượng điện.
Sử dụng các bộ thu năng lượng mặt trời được thiết kế để chuyển đổi bức xạ mặt trời thành năng lượng nhiệt.Mục đích của nó là làm nóng chất lỏng lưu thông bên trong.Trong trường hợp này, chúng ta không có điện nhưng chúng ta có chất lỏng ở nhiệt độ cao có thể sử dụng trong nhiều ứng dụng.
Năng lượng mặt trời tập trung là hệ thống phản chiếu toàn bộ ánh sáng mặt trời đến một tiêu điểm để đạt nhiệt độ cao.Công nghệ này được sử dụng trong các nhà máy nhiệt điện để sản xuất năng lượng.
Hệ thống năng lượng mặt trời thụ động sử dụng năng lượng mặt trời mà không cần bất kỳ năng lượng đầu vào bên ngoài nào.Ví dụ, thiết kế kiến ​​trúc cho phép bức xạ mặt trời tối đa vào mùa đông và tránh nhiệt độ quá cao vào mùa hè.
Các loại tấm pin mặt trời
Thuật ngữ tấm pin mặt trời được sử dụng cho cả hai phương pháp (quang điện và nhiệt).Trong mọi trường hợp, thiết kế có sự khác biệt đáng kể tùy thuộc vào loại công nghệ năng lượng mặt trời mà nó sẽ được sử dụng cho:

Tấm nhiệt mặt trời sử dụng tia nắng mặt trời để làm nóng chất lỏng truyền nhiệt sang chất lỏng và sau đó làm nóng nước.Máy nước nóng năng lượng mặt trời được sử dụng trong các gia đình để lấy nước nóng.
Tấm quang điện khai thác các đặc tính của các phần tử bán dẫn cụ thể được đặt trong pin mặt trời.Pin mặt trời tạo ra năng lượng điện khi chịu bức xạ mặt trời.Nhờ cái gọi là hiệu ứng quang điện, việc tiếp xúc với ánh nắng mặt trời gây ra sự chuyển động của các electron trong một bộ phận (thường là silicon), tạo ra dòng điện liên tục.
Tấm pin mặt trời tập trung cũng sử dụng một loạt gương parabol có cấu trúc tuyến tính.Mục tiêu của những chiếc gương này là tập trung bức xạ mặt trời vào một tiêu điểm để đạt nhiệt độ đủ cao để tạo ra hơi nước.
Sử dụng năng lượng mặt trời

Khai thác sức mạnh của mặt trời: Hướng dẫn về quang điện
Năng lượng mặt trời có nhiều công dụng và ứng dụng có thể tóm tắt ở ba điểm:

Nước nóng sinh hoạt DHW
Nước nóng bằng năng lượng mặt trời được sử dụng để cung cấp nước nóng sinh hoạt (DHW) và sưởi ấm cho các ngôi nhà và khu phức hợp tòa nhà nhỏ.Các nhà máy điện mặt trời đã được xây dựng để sử dụng tua-bin hơi nước, chuyển nhiệt lượng dự trữ thành điện năng.

Tuy nhiên, những nguyên mẫu này chưa được sử dụng rộng rãi do hiệu suất của các nhà máy điện này thấp so với chi phí cao và nguồn cung cấp điện không đều đặn.

Phát điện
Các tấm quang điện được sử dụng trong các hệ thống năng lượng mặt trời biệt lập để cấp nguồn cho các thiết bị cách xa mạng điện (thăm dò không gian, bộ lặp điện thoại ở độ cao, v.v.).Chúng cũng được sử dụng trong các ứng dụng có nhu cầu năng lượng thấp đến mức việc kết nối với lưới điện sẽ không kinh tế (tín hiệu đèn, đồng hồ đỗ xe, v.v.).

Các thiết bị này phải được trang bị ắc quy có khả năng tích lũy lượng điện dư thừa được sản xuất trong ngày để cung cấp năng lượng cho thiết bị vào ban đêm và khi trời nhiều mây, thường là pin năng lượng mặt trời.

Chúng cũng được sử dụng trong các hệ thống nối lưới lớn, mặc dù nguồn điện có thể thay đổi theo điều kiện hàng ngày và theo mùa.Vì vậy, rất khó dự đoán và không thể lập trình được.

Sự gián đoạn này khiến việc đáp ứng nhu cầu điện bất cứ lúc nào trở nên khó khăn, ngoại trừ hoạt động sản xuất có biên độ an toàn rộng trên mức nhu cầu cao nhất hàng năm.Tuy nhiên, do đây là thời điểm cao điểm sản xuất của các nhà máy điện mặt trời vào mùa hè nên nó có thể bù đắp được nhu cầu nội bộ lớn hơn do máy điều hòa không khí.

Ưu và nhược điểm của năng lượng mặt trời là gì?
Việc sử dụng năng lượng mặt trời có những ưu và nhược điểm cụ thể.

Những lời chỉ trích hoặc nhược điểm chính là:

Chi phí đầu tư cao cho mỗi kilowatt thu được.
Nó mang lại hiệu quả rất cao.
Hiệu suất thu được phụ thuộc vào lịch mặt trời, thời tiết và lịch.Vì lý do này, thật khó để biết chúng ta có thể thu được năng lượng điện bao nhiêu tại một thời điểm nhất định.Nhược điểm này biến mất với các nguồn năng lượng khác như năng lượng hạt nhân hay hóa thạch.
Lượng năng lượng cần thiết để tạo ra một tấm pin mặt trời.Sản xuất các tấm quang điện đòi hỏi nhiều năng lượng, thường sử dụng các nguồn năng lượng không tái tạo như than đá.
Mặt khác, bạn phải xem xét lợi ích của năng lượng mặt trời:

Những người ủng hộ nó ủng hộ việc giảm chi phí và tăng hiệu quả nhờ tính kinh tế theo quy mô và cải tiến công nghệ trong các hệ mặt trời trong tương lai.
Về việc không có nguồn năng lượng này vào ban đêm, họ cũng chỉ ra rằng mức tiêu thụ điện tối đa đạt được vào ban ngày, tức là trong quá trình sản xuất năng lượng mặt trời tối đa.
Nó là một nguồn năng lượng tái tạo.Nói cách khác, nó là vô tận.
Đó là năng lượng không gây ô nhiễm: nó không tạo ra khí nhà kính và do đó không góp phần làm trầm trọng thêm vấn đề biến đổi khí hậu.
Tác giả: Oriol Planas – Kỹ sư kỹ thuật công nghiệp