Năng lượng mặt trời là gì và những điều bạn cần quan tâm

Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch, to lớn và có ở khắp nơi. Nó được áp dụng rất nhiều vào trong cuộc sống con người. Những năm gần đây, đã có những nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời, giúp tiết kiệm chi phí, bảo vệ môi trường.

Tìm hiểu về năng lượng bức xạ mặt trời ? 

Trong toàn bộ bức xạ của mặt trời, bức xạ liên quan trực tiếp đến các phản ứng hạt nhân xảy ra trong nhân mặt trời không quá 3%. Khi bức xạ y đi qua chiều dày của lớp vật chất mặt trời, bị biến đổi mạnh. Tất cả các dạng của bức xạ điện từ đều có bản chất sóng và chúng khác nhau ở bước sóng. Bức xạ y là sóng ngắn nhất trong các sóng đó.

Từ tâm mặt trời, khi di chuyển do sự va chạm hoặc tán xạ mà năng lượng của chúng giảm dần và trở thành bức xạ Rơngen có bước sóng dài hơn. Khi nó gần đến bề mặt mặt trời (Tại đây nhiệt độ đủ thấp để nó có thể tồn tại ở dạng vật chất trong trạng thái nguyên tử) và các cơ chế khác bắt đầu xảy ra. 

 

 
Các chùm tia bức xạ khi truyền qua lớp khí quyển bao bọc trái đất,  sẽ bị hấp thụ và tán xạ bởi: tầng ôzôn, hơi nước và bụi. Chỉ một phần năng lượng được truyền trực tiếp đến trái đất. Cũng trong quá trình này, khi đi qua khí quyển, bức xạ tử ngoại biến đổi thành bức xạ với năng lượng nhỏ hơn. 
 
Đồng nghĩa với việc khi càng lên cao, bức xạ mặt trời càng mạnh, ở độ cao khoảng 600km, nhiệt độ lên đến 1000 độ C. Càng lên cao, khí quyển càng mỏng và không có một ranh giới rõ ràng phân biệt giữa khí quyển của trái đất và không gian. Người ta cũng thống nhất rằng khí quyển chuẩn của trái đất có độ cao 800 km. 

Tham khảo nhanh về lịch sử phát triển của ngành năng lượng mặt trời 

Từ lâu, con người đã biết sử dụng năng lượng mặt trời vào các hoạt động thường ngày. Tuy nhiên, đến cuối thế kỷ 18 mới có thể ứng dụng năng lượng mặt trời vào sản xuất. 
 
Năm 1839 – Nhà vật lý người Pháp Alexandre- Edmund Becquerel đã phát minh ra được bộ thu năng lượng (PV Array)- đây là máy phát điện mặt trời thông qua hiệu ứng quang điện.

Hiệu ứng quang điện mô tả cách thức mà các tế bào PV tạo ra điện từ năng lượng nằm trong photon, được chuyển thành một electron trong vật liệu bán dẫn. Với năng lượng từ photo, electron có thể thoát ly ra khỏi vị trí thông thường của nó trong nguyên tử bán dẫn, sau đó trở thành một phần của dòng điện trong mạch điện.

 
 
 
Hầu hết các tế bào PV thuộc Silicon tinh thể hoặc màng mỏng (Thin film). Để sử dụng năng lượng từ PV Array, cần phải có bộ phận phụ trợ khác như bộ biến tần, bộ điều khiển sạc và pin lưu trữ, từ đó tạo nên hệ thống năng lượng mặt trời. 
 
Sau cuộc khủng hoảng ngành năng lượng từ 1968 – 1973, năng lượng mặt trời mới thực sự được chú ý và phát triển. Từ đó đến nay, ngành công nghệ năng lượng đã phát triển vượt bậc với các ứng dụng và thiết bị hiện đại. 

Hai ứng dụng chính của năng lượng mặt trời 

Hai ứng dụng chính của năng lượng mặt trời là năng lượng nhiệt mặt trời và điện năng lượng mặt trời. 
 
Năng lượng nhiệt mặt trời là việc chuyển đội bức xạ mặt trời thành nhiệt năng. Sử dụng cho các hệ thống sưởi hoặc đun nước để tạo hơi quay cho tubin điện. 
 
Năng lượng điện mặt trời là việc chuyển đội năng lượng bức xạ mặt trời thành điện năng sử dụng cho sinh hoạt và sản xuất. 
 

Bài viết liên quan: 6 lợi ích tuyệt vời của năng lượng mặt trời

Điểm qua các loại thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời 

Các ứng dụng năng lượng mặt trời phổ biến gồm các lĩnh vực sau: 
 
Pin mặt trời:  đây là phương pháp sản xuất điện trực tiếp từ năng lượng mặt trời thông qua thiết bị biến đổi quang điện. Thế mạnh là gọn nhẹ, có thể lắp bất kỳ đâu có ánh sáng mặt trời, đặc biệt là trong lĩnh vực tàu vũ trụ. Ứng dụng năng lượng dưới dạng này phát triển với tốc độ cực nhanh, nhất là ở các nước đang phát triển. Tuy nhiên giá thành vẫn còn khá cao, nên vẫn chưa được sử dụng phổ biến. 
 
Nhà máy nhiệt điện sử dụng năng lượng mặt trời: điện năng còn có thể tạo ra từ năng lượng mặt trời dựa trên nguyên tác tạo ra nhiệt độ cao. Bằng cách sử dụng hệ thống gương phản chiếu và hội tụ để gia nhiệt cho môi chất làm việc truyền động cho máy phát điện. 
 
Thiết bị sấy khô dùng năng lượng mặt trời: hiện nay, năng lượng mặt trời được ứng dụng khá phổ biến trong lĩnh vực nông nghiệp để sấy các sản phẩm như ngũ cốc, thực phẩm,… Ứng dụng này giúp làm giảm tỷ lệ hao hụt và tăng chất lượng sản phẩm hiệu quả. Năng lượng mặt trời còn được dùng để sấy các vật liệu như gỗ. 
 
Bếp nấu dùng năng lượng mặt trời: được ứng dụng rất rộng rãi ở các nước nhiều năng lượng mặt trời như Châu Phi. Ở Việt Nam, các bếp năng lượng mặt trời được sử dụng phổ biến từ năm 2000, trung tâm nghiên cứu thiết bị áp lực và năng lượng mới – Đại học Đà Nẵng để phối hợp tổ chức từ thiện Hà Lan, triển khai dự án (30.000 USD) – đưa bếp năng lượng mặt trời – bếp tiện lợi vào sử dụng ở các vùng nông thôn tỉnh Quảng Nam, Quảng Ngãi. 
 
Thiết bị chưng cất dùng năng lượng mặt trời: được chia làm 2 loại chính, loại nắp kính phẳng có giá khá  cao, tuổi thọ sử dụng lên đến 30 năm và loại Plastic có chi phí rẻ, hiệu quả chưng cất kém hơn. Ở Việt Nam, có đề tài nghiên cứu triển khai ứng dụng thiết bị chưng cất nước năng lượng mặt trời, dùng để chưng cất nước ngọt từ nước biển và cung cấp trong sinh hoạt. 
 
Động cơ Stirling chạy bằng năng lượng mặt trời: được ứng dụng để chạy các động cơ nhiệt – Động cơ Stirling ngàng càng được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi. Ứng dụng có thể bơm nước sinh hoạt hoặc tưới cây ở các nông trại. Ở Việt Nam, động cơ Stirling chạy bằng năng lượng mặt trời đã được nghiên cứu và chế tạo để ứng dụng vào thực tế. 
 

 
Thiết bị đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời: các hệ thống nước nóng dùng năng lượng mặt trời đã được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới. Hệ thống này giúp tiết kiệm cho người sử dụng một lượng đáng kể về năng lượng, góp phần rất lớn trong việc thực hiện chương trình tiết kiệm năng lượng của nước ta. 
 
Thiết bị làm lạnh và điều hòa không khí dùng năng lượng mặt trời:  trong số những ứng dụng của năng lượng mặt trời thì làm lạnh và điều hòa không khí là đúng nhu cầu nhất. Vì nơi nào có khí hậu nóng nhất thì nơi đó có nhu cầu về làm lạnh nhất. Đặc biệt là những vùng xa xôi, hẻo lánh thuộc các nước đang phát triển không có lưới điện quốc gia. 

Bài viết liên quan: 6 ứng dụng năng lượng mặt trời phổ biến trong cuộc sống
 
Không chỉ là nguồn năng lượng vô tận và miễn phí, việc sử dụng năng lượng mặt trời dần trở nên thiết yếu, giúp bảo vệ môi trường và tiết kiệm chi phí sinh hoạt. Trong tương lai, nguồn năng lượng này sẽ được ứng dụng nhiều hơn, phục vụ nhiều hơn trong cuộc sống hằng ngày.