Khi các nguồn nguyên liệu không thể tái tạo được ngày càng cạn kiệt, như dầu mỏ, than đá… Thì các nguồn năng lượng tái tạo ngày càng được con người nghiên cứu sử dụng nhiều hơn. Một trong số đó là năng lượng mặt trời, nguồn năng lượng gần như vô tận. Nhưng con người mới nghiên cứu, ứng dụng được một phần nhỏ của năng lượng mặt trời.
Sau đây Hệ Thống Cơ Điện sẽ giới thiệu tới các bạn top 9 ứng dụng của năng lượng mặt trời phổ biển nhất hiện nay.
Khi mà nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng cao. Thì việc nghiên cứu sản xuất ra điện từ năng lượng mặt trời là một thành tựu to lớn. Nhu cầu năng lượng sạch rất lớn nên việc sản xuất pin mặt trời cũng phát triển nhanh.
Điện mặt trời còn gọi là quang điện hay quang năng là biến đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng nhờ tấm pin mặt trời. Các tấm pin mặt trời ghép lại với nhau thành các modun. Ánh nắng mặt trời chiếu vào các modun chuyển thành điện năng trực tiếp. Do các hạt photon đập vào electron làm tăng năng lượng electron. Electron di chuyển nhanh đến mức tạo thành dòng điện một chiều.
Thời kỳ đầu việc nghiên cứu ra sử dung điện năng từ năng lượng mặt trời chủ yếu cho vệ tinh nhân tạo hay phi thuyên. Nhưng ngày nay, khi mà lượng tiêu thụ điện ngày càng lớn thì việc sử dụng điện mặt trời cho gia đình ngày càng phát triền. Vì đã có bộ chuyển đổi từ dòng điện một chiều sang dòng điện xoay chiều.
Năng lượng mặt trời lý thuyết và ứng dụng
Các tấm pin được bảo vệ bởi một lớp gương để ngăn tác động xáu từ môi trường. Các tấm pin càng được ghép thành diện tích lớn thì sản lượng điện càng cao. Hiện giờ các nước đang khuyến khích phát triển điện mặt trời. Các chính phủ đều có chính sách ưu đãi như mua lại điện dư thừa được sản xuất ra từ năng lượng mặt trời. Chính phủ Việt Nam cũng đang có chính sách khuyến khích phát triển điện mặt trời.
Sấy khô các sản phẩm nông nghiệp
Việt Nam là nước thuần nông nghiệp, số lượng thu hoạch các sản phẩm nông nghiệp cũng rất lớn. Vì thế nhu cầu sấy khô nhanh các sản phẩm từ nông nghiệp rất cấp thiết. Nhưng các nguồn năng lượng truyền thống ngày càng khan hiếm. Vì vậy nhiều loại thiết bị sấy bằng năng lượng mặt trời đã và đang được nghiên cứu phát triển. Tuy nhiên các máy sấy còn hạn chế ở quy mô, thiết bị hiệu suất cao thì chi phí cũng cao. Vì thế không có mấy hộ nông dân có thế sở hữu máy sấy năng lượng mặt trời.
Ứng dụng của năng lượng mặt trờ trong sấy khôi
Các thiết bị sấy bằng năng lượng mặt trời có nguyên lý hoạt động giống như hiệu ứng nhà kính. Nguồn nhiệt từ mặt trời bên trong hệ thống sấy cao hơn rất nhiều so với nhiệt độ bện ngoài. Vì thế, nông sản được đưa vào máy sấy sẽ nhanh khô hơn.
Các thiết bị sấy tuy có quy mô khác nhau nhưng vẫn là có 4 bộ phận. Gồm buồng sấy, bộ phận thông gió và tải ẩm, bộ phận cấp liệu và lấy sản phẩm, bộ phận cấp nhiệt. Dù là thiết bị sấy năng lượng mặt trời thì cũng cần lắp thêm thiết bị hỗ trợ. Thiết bị này sẽ hoạt động khi không có nắng để đảm bảo độ sấy luôn đồng đều.
Tại các nước ôn đới, thì các tòa nhà cần hệ thống sưởi ấm, làm mát và thông gió. Hệ thống này này chiếm một nguồn năng lượng rất lớn. Ứng dụng năng lượng mặt trời được phát triên giúp tiết kiệm được rất nhiều năng lượng sử dụng cho hệ thống này.
Ứng dụng năng lượng mặt trời trong sưởi ấm, làm mát
Các tòa nhà được lắp cửa sổ bằng kính rất lớn hướng về mặt trời. Hệ thống sưởi ấm bằng cách thu nhiệt trực tiếp từ ánh nắng mặt trời vào tòa nhà. Một bộ phận thu năng lượng mặt trời để làm nóng nước hoặc lưu trữ nhiệt lại. Khi tòa nhà cần nhiệt các bộ phận thu hoặc lưu trữ nhiệt sẽ truyền nhiệt đi. Qua các thiết bị được phân bố khắp tòa nhà như quạt, ống dẫn không khí, bộ tản nhiệt…
Các tòa nhà còn có ống khói năng lượng mặt trời là hệ thống thông thụ động. Ống khói bao gồm một trục thẳng đứng kết nối nội thất và ngoại thất tòa nhà. Khi ống khói nóng lên, không khí bên trong được đun nóng gây ra hiệu ứng updraft kéo không khí thông qua tòa nhà.
Bếp năng lượng mặt trời là một ứng dụng rất phổ biến lại dễ làm của năng lượng mặt trời. Bếp năng lượng mặt trời có ba loại chính là bếp hộp, bếp tấm, bếp parabol. Bếp năng lượng mặt trời đầu tiên là bếp hộp được nghĩ ra bởi Horace de Saussure vào năm 1767. Bếp hộp là bếp tận dụng thùng các tông có nắp đậy trong suốt. Bên trong bếp hộp được sơn đen, bếp có thể đạt nhiệt độ lên đến 150 độ C. Chi phí làm bếp hộp rất rẻ, được ứng dụng rộng rãi ở những khu dân cư còn nhiều khó khăn.
Ứng dụng của năng lượng mặt trời trong làm bếp
Bếp tấm sử dụng một tấm như gương phản chiếu ánh nắng mặt trời trực tiếp vào một điểm. Vật để nấu được để trong thùng chứa cách nhiệt và bếp tấm cũng đạt được nhiệt độ 150 độ C. Bếp parabol là bếp hình chảo, dụng cụ để nấu ăn được lắp bên trong lòng chảo. Bếp parabol thường có đường kính lớn, nhiệt có thể đạt đến 380 độ C. Thức ăn nấu chín rất nhanh, phù hợp nấu cho nhiều người ăn.
Bếp năng lượng mặt trời không có lửa nên không đốt cháy ô xi, cũng không tạo ra khí CO2. Bếp được coi là sản phẩm thân thiện bảo vệ môi trường. Nhờ có bếp năng lượng mặt trời người sử dụng cũng tiết kiệm được nhiên liệu như gas, điện. Cũng không phải đi kiếm củi, chất đốt… đỡ tốn sức lao động lại bảo vệ rừng. Nhược điểm lớn nhất của bếp năng lượng mặt trời là không thể nấu ăn vào những ngày mưa hay ban đêm.
Dùng năng lượng mặt trời để làm nóng nước là hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời. Sản phẩm phổ biến nhất ứng dụng làm nóng nước bằng cách này là máy nước nóng năng lượng mặt trời ( bình nước nóng thái dương năng). Máy nước nóng năng lượng mặt trời có 2 bộ phận chính là bình bảo ôn và ống thủy tinh hấp thu nhiệt mặt trời.
Máy nước nóng sử dụng năng lượng mặt trời
Những ống thủy tinh khi được nắng mặt trời chiếu vào sẽ hấp thụ bức xạ mặt trời. Sau đó chuyển hóa thành nhiệt năng làm nóng nước. Với nguyên lý tỷ trọng nước nóng nhỏ hơn nước lạnh hình thành nên vòng tuần hoàn. Vòng tuần hoàn liên tục chuyển động làm nóng nước, cho đến khi cân bằng được nhiệt độ nước. Hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời còn có bình trữ nước nóng. Như thế, những lúc không có ánh nắng mặt trời vẫn có sẵn nước nóng để sử dụng.
Lắp máy nước nóng năng lượng mặt trời cần đáp ứng được các điều kiện: Máy phái được lắp đúng hướng mặt trời chiếu vào nhiều nhất. Và cần có nguồn cấp nước ổn định. Đảm bảo lúc nào cũng có nước để hệ thống làm nóng nước. Không nên để máy không có nước, vì như thế sẽ nhanh hỏng.
Với những ngôi nhà có hệ thống sân vườn rộng lớn, hay hệ thống đèn giao thông, đèn tín hiệu… thì đều tiêu thụ điện rất lớn. Vì thế hệ thống đèn sử dụng năng lượng mặt trời sẽ giúp các gia đình hay quốc gia tiết kiệm được nguồn điện lớn.
Cấu tạo của đèn sử dụng năng lượng mặt trời
Đèn chiếu sáng năng lượng mặt trời gồm các bộ phận sau. Tấm pin mặt trời để hấp thụ bức xạ nhiệt từ mặt trời, chuyển đổi thành điện. Đèn có cảm biến ánh sáng để nhận biết trời sáng tối, phát tín hiệu bật tắt đèn. Bộ phận pin sạc để lưu trữ lại lượng điện được chuyển hóa tứ năng lượng mặt trời. Mạch điều khiển dòng điện không chạy ngược từ pin sạc vào tấm pin mặt trời. Và cuối cùng là bóng đèn LED là nơi phát ra ánh sáng.
Hệ thống đèn tín hiệu giao thông cần thắp sáng liên tục để đảm bảo an toàn giao thông. Sử dụng đèn tín hiệu giao thông năng lượng mặt trời khi mất điện đèn vẫn tiếp tục hoạt động. Đèn được thiết kế với bóng đền LED thân thiện môi trường và tiết kiệm điện.
Các phương tiện giao thông như xe máy, ô tô hay thậm chí là máy bay đã được ứng dụng năng lượng mặt trời trong nhiều năm trở lại đây.
Máy bay sử dụng năng lượng mặt trời vẫn cần được tiếp nhiên liệu bên ngoài. Nhưng tập đoàn sản xuất máy bay Airbus đã sản xuất ra máy bay Zephyr. Zephyr thực hiện chuyến bay bằng năng lượng mặt trời trong vòng 25 tiếng mà không cần tiếp thêm nhiên liệu. Zephyr rất nhẹ chỉ khoảng 75 kg vì được làm tự sợi Carbon. Zephyr được lắp hệ thống tấm pin mặt trời trên 2 sải cánh dài đến 25 m. Nhờ vậy máy bay được cấp năng lượng liên tục khi bay, kéo dài hành trình chuyến bay trên tâng bình lưu.
Máy bay sử dụng năng lượng mặt trời để hoạt động
Ô tô chạy bằng năng lượng mặt trời được trang bị những tấm pin mặt trời lắp trên mui xe. Những tấm pin này sẽ hấp thu nhiệt từ mặt trời chuyển thánh điện năng để chạy cho ô tô. Siêu xe ô tô chạy bằng năng lượng mặt trời đầu tiên là Lightyear one. Xe có thể tăng tốc lên 100 km trong 10s. Khi xe được sạc đầy thì sẽ di chuyển được quãng đường 725 km. Với mỗi giờ sạc dưới ánh mặt trời sẽ giúp xe đi thêm được 12km.
Dựa vào vị trí mặt trời nên con người đã phát minh ra đồng hồ mặt trời từ cổ xưa. Đồng hồ mặt trời có 2 dạng là đồng hồ mặt trời ngang và mặt trời đổ bóng kim. Bằng việc khắc các đường chỉ thời gian lên mặt phẳng. Khi mặt trời di chuyển thì các tia nắng mặt trời hay bóng của kim sẽ di chuyển theo. Việc ché tạo đồng hồ mặt trời đòi hỏi độ chính xác cao. Như kim phải thẳng hàng với trục quay trái đất, góc của kim với đường ngang phải bằng vĩ độ của chiếc đồng hồ. Vì thế những chiếc đồng hồ mặt trời thường chỉ mang tính chất trưng bày, không chỉ được thời gian chính xác.
Đồng hồ mặt trời cổ xưa
Nhưng ngày nay, con người đã phát minh ra đồng hộ sử dụng năng lượng mặt trời. Đồng hồ năng lượng mặt trời kiểu dáng cũng như đồng hồ thông thường. Nhưng được trang bị thêm tấm pin mặt trời ở mặt trên đồng hồ. Đồng hồ có thể tổng hợp điện cả khi ở trong nhà. Đồng hồ được sạc đầy sau một giờ tiếp xúc ánh sàng.
Lợi dụng việc nước có thể được khử trùng khi đạt 65 độ C và được phơi dưới ánh nắng mặt trời. Việc xử lý nước bằng năng lượng mặt trời được áp dụng ở các nước đang phát triển. Nước phải được đựng trong các chai nhựa PET sau đó phơi sáng dưới ánh nắng mặt trời. Thời gian phơi nước phụ thuộc vào thời tiết tồi thiểu là 6 tiếng đến 2 ngày.
Xử lý nước bằng năng lượng mặt trời
Ngoài ra, nước bay hơi nhanh khi ở dưới ánh nắng mặt trời. Chúng ta có thể chưng cất nước làm cho nước mặt hay nước lợ có thể uống được. Nước mặn được để trong bồn kính thủy tinh kín dốc về một phía. Dưới sức nóng của mặt trời, nước sẽ bốc hơi sau đó gặp tấm kính sẽ ngưng tụ lại thành nước. Nước sẽ chảy về bình chứa, đây là nước tinh khiết có thể uống được
Việt Nam là nước nhiệt đới, vì thế năng lượng mặt trời cũng rất dồi dào. Có những vùng ở Việt Nam còn có nắng quanh năm. Chúng ta đã biết tận dụng lợi thế này để áp dụng các ứng dụng năng lượng mặt trời tại Việt Nam. Qua đó giúp đất nước tiết kiệm nhiên liệu và còn bảo vệ môi trường. Một số ứng dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam.
Nguyễn vũ lâm