Năng lượng mặt trời và ứng dụng

Năng lượng mặt trời, bức xạ ánh sáng và nhiệt từ Mặt trời, đã được khai thác bởi con người từ thời cổ đại bằng cách sử dụng một loạt các công nghệ phát triển hơn bao giờ hết. Bức xạ mặt trời, cùng với tài nguyên thứ cấp của năng lượng mặt trời như sức gió vàsức sóng, sức nước và sinh khối, làm thành hầu hết năng lượng tái tạo có sẵn trên Trái Đất. Chỉ có một phần rất nhỏ của năng lượng mặt trời có sẵn được sử dụng.

Năng lượng Mặt Trời Bài này viết về tất cả các sử dụng năng lượng mặt trời. Đối với bài về tạp chí, xem Tạp chí Năng lượng Mặt trời. Nhà máy điện mặt trời Nellis ở Hoa Kỳ, một trong những nhà máy quang điện lớn nhất ở Bắc Mỹ. N ăn g lư ợn g tái tạ o N hi ên liệ u sin h họ c Si nh kh ối Đị a nh iệt Th ủy đi ện N ăn g lư ợn g M ặt Tr ời Nă ng lư ợn g th ủy tri ều Nă ng lư ợn g só ng Nă ng lư ợn g gi ó Năng lượng mặt trời, bức xạ ánh sáng và nhiệt từ Mặt trời, đã được khai thác bởi con người từ thời cổ đại bằng cách sử dụng một loạt các công nghệ phát triển hơn bao giờ hết. Bức xạ mặt trời, cùng với tài nguyên thứ cấp của năng lượng mặt trời như sức gió vàsức sóng, sức nước và sinh khối, làm thành hầu hết năng lượng tái tạo có sẵn trên Trái Đất. Chỉ có một phần rất nhỏ của năng lượng mặt trời có sẵn được sử dụng. Điện mặt trời nghĩa là phát điện dựa trên động cơ nhiệt và pin quang điện. Sử dụng năng lượng mặt trời chỉ bị giới hạn bởi sự khéo léo của con người. Một phần danh sách các ứng dụng năng lượng mặt trời sưởi ấm không gian và làm mát thông qua kiến trúc năng lượng mặt trời, qua chưng cất nước uống và khử trùng, chiếu sáng bằng ánh sáng ban ngày, nước nóng năng lượng mặt trời, nấu ăn năng lượng mặt trời, và quá trình nhiệt độ cao nhiệt cho công nghiệp purposes. Để thu năng lượng mặt trời, cách phổ biến nhất là sử dụng tấm năng lượng mặt trời. Công nghệ năng lượng mặt trời được mô tả rộng rãi như là hoặc năng lượng mặt trời thụ động hoặc năng lượng mặt trời hoạt động tùy thuộc vào cách chúng nắm bắt, chuyển đổi và phân phối năng lượng mặt trời. Kỹ thuật năng lượng mặt trời hoạt động bao gồm việc sử dụng các tấm quang điện và năng lượng mặt trời nhiệt thu để khai thác năng lượng. Kỹ thuật năng lượng mặt trời thụ động bao gồm các định hướng một tòa nhà về phía Mặt trời, lựa chọn vật liệu có khối lượng nhiệt thuận lợi hoặc tài sản ánh sáng phân tán, và thiết kế không gian lưu thông không khí tự nhiên. Mục lục [ẩn] • 1 Năng lượng từ mặt trời o 1.1 Nhiệt mặt trời  1.1.1 Nước nóng  1.1.2 Hệ thống sưởi ấm, làm mát và thông gió  1.1.3 Xử lý nước  1.1.4 Nấu ăn  1.1.5 Nhiệt quy trình o 1.2 Điện mặt trời  1.2.1 Điện mặt trời tập trung  1.2.2 Pin quang điện o 1.3 Hóa học năng lượng mặt trời o 1.4 Xe năng lượng mặt trời • 2 Phương pháp lưu trữ năng lượng • 3 Phát triển, triển khai và kinh tế • 4 Tiêu chuẩn ISO • 5 Xem thêm • 6 Ghi chú • 7 Tham khảo • 8 Liên kết ngoài Năng lượng từ mặt trời Bài chi tiết: sự phơi nắng và Bức xạ mặt trời Khoảng một nửa số năng lượng mặt trời đến đạt đến bề mặt của Trái Đất. Trái Đất nhận được 174 petawatts (PW) của bức xạ mặt trời đến (sự phơi nắng) ở phía trên không khí. [1] Khoảng 30% được phản xạ trở lại không gian trong khi phần còn lại được hấp thụ bởi các đám mây, đại dương và vùng đất. phổ của ánh sáng năng lượng mặt trời ở bề mặt của Trái Đất là chủ yếu lây lan qua nhìn thấy được và cận hồng ngoại phạm vi với một vai nhỏ trong các cận tử ngoại [2] Bề mặt Trái Đất, biển và bầu không khí hấp thụ bức xạ mặt trời, và điều này làm tăng nhiệt độ của chúng. Không khí ấm có chứa nước bốc hơi từ các đại dương tăng lên, gây ra lưu thông khí quyển hoặc đối lưu. Khi không khí đạt đến một độ cao, nơi nhiệt độ thấp, hơi nước ngưng tụ thành mây, mưa lên trên bề mặt của Trái Đất, hoàn thành chu kỳ nước. [[Tiềm ẩn nhiệt ngưng tụ nước khuếch đại đối lưu, sản xuất các hiện tượng khí quyển như gió, cơn bão và chống cơn bão s. [3] Ánh sáng mặt trời bị hấp thụ bởi các đại dương và các vùng đất giữ bề mặt ở nhiệt độ trung bình là 14 °C. [4] Bằng cách quang hợp cây xanh chuyển đổi năng lượng mặt trời vào năng lượng hóa học, trong đó sản xuất thực phẩm, gỗ và sinh khối từ nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch [5] Ye arl y Sol ar flu xes & Hu ma n En erg y Co ns um pti on Solar Wind Biomass Primary energy use (2005) Electricity (2005) Tổng số năng lượng mặt trời được hấp thụ bởi bầu khí quyển, đại dương của Trái Đất và vùng đất là khoảng 3.850.000 exajoules (EJ) mỗi năm [6] <- - SMIL trích dẫn một thông lượng hấp thụ năng lượng mặt trời của 122 PW. Nhân con số này bằng số giây trong một năm sản lượng 3.850.000 EJ. -> Trong năm 2002, đây là năng lượng trong một giờ so với thế giới được sử dụng trong một năm. |archivedate = 2007-09-26}}</ref> Đèn năng lượng mặt trời có tính phí trong ngày và ánh sáng vào lúc hoàng hôn là một cảnh tượng phổ biến dọc theo lối đi [11] Mặc dù ánh sáng ban ngày tiết kiệm thời gian quảng cáo là một cách để sử dụng ánh sáng mặt trời để tiết kiệm năng lượng, nghiên cứu gần đây đã được hạn chế và báo cáo kết quả trái ngược nhau: một số nghiên cứu báo cáo tiết kiệm, nhưng cũng giống như nhiều cho thấy không có hiệu lực hoặc thậm chí bị lỗ, đặc biệt là khi xăng tiêu thụ được đưa vào tài khoản. Sử dụng điện bị ảnh hưởng rất nhiều bởi khí hậu, địa lý và kinh tế, làm cho nó khó có thể khái quát từ các nghiên cứu đơn lẻ [12] Nhiệt mặt trời Bài chi tiết: nhiệt năng mặt trời Công nghệ nhiệt mặt trời có thể được sử dụng cho đun nước nóng, sưởi ấm không gian, làm mát không gian và quá trình sinh nhiệt. [13] Nước nóng Bài chi tiết: nước nóng năng lượng mặt trời và năng lượng mặt trời combisystem năng lượng mặt trời đun nước nóng phải đối mặt với Sun để tối đa hóa được. Hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời sử dụng ánh sáng mặt trời để làm nóng nước. Trong vĩ độ địa lý thấp (dưới 40 độ) 60-70% sử dụng nước nóng với nhiệt độ lên đến 60 °C có thể được cung cấp bởi hệ thống sưởi ấm mặt trời. [14] Các loại phổ biến nhất của máy nước nóng năng lượng mặt trời được sơ tán thu ống (44%) và thu gom tấm kính phẳng (34%) thường được sử dụng nước nóng trong nước; và các nhà sưu tập không tráng nhựa (21%) sử dụng chủ yếu để làm nóng bể bơi. [15] Đến năm 2007, tổng công suất lắp đặt của các hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời là khoảng 154 GW [16] Trung Quốc là nhà lãnh đạo thế giới trong việc triển khai của họ với 70 GW đã được cài đặt. năm 2006 và mục tiêu dài hạn của 210 GW vào năm 2020. [17] Israel và Síp là các nhà lãnh đạo bình quân đầu người trong việc sử dụng các hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời với hơn 90% hộ gia đình sử dụng chúng [18] Tại Hoa Kỳ, Canada và Úc làm nóng bể bơi là ứng dụng ưu thế của nước nóng năng lượng mặt trời với công suất lắp đặt 18 GW vào năm 2005 [19] Hệ thống sưởi ấm, làm mát và thông gió Bài chi tiết: Sưởi ấm năng lượng mặt trời, Nhiệt khối, Ống khói năng lượng mặt trời, và Điều hòa không khí năng lượng mặt trời Ngôi nhà mặt trời # 1 của Viện Công nghệ Massachusetts tại Hoa Kỳ, được xây dựng vào năm 1939, sử dụng lưu trữ nhiệt theo mùa để sưởi ấm quanh năm. Tại Hoa Kỳ, hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí (HVAC) chiếm 30% (4,65 EJ) năng lượng được sử dụng trong các tòa nhà thương mại và gần 50% (10,1 EJ) năng lượng sử dụng trong các tòa nhà dân cư. [20] Công nghệ sưởi ấm, làm mát và thông gió năng lượng mặt trời có thể được sử dụng để bù đắp một phần năng lượng này. Nhiệt khối là vật liệu bất kỳ có thể được sử dụng để lưu trữ nhiệt nóng từ Mặt trời trong trường hợp của năng lượng mặt trời. Các vật liệu nhiệt khối phổ biến bao gồm đá, xi măng và nước. Chúng đã được sử dụng trong lịch sử ở vùng khí hậu khô hạn và khu vực ôn đới ấm để giữ mát các tòa nhà bằng cách hấp thụ năng lượng mặt trời vào ban ngày và bức xạ nhiệt đã lưu trữ để không khí mát vào ban đêm. Tuy nhiên, chúng cũng có thể được sử dụng trong khu vực ôn đới lạnh để duy trì sự ấm áp. Kích thước và vị trí của nhiệt khối phụ thuộc vào nhiều yếu tố như điều kiện khí hậu, chiếu sáng bằng ánh sáng ngày và bóng râm. Khi kết hợp đúng cách, nhiệt khối duy trì nhiệt độ không gian trong một phạm vi thoải mái và làm giảm sự cần thiết để sưởi ấm phụ trợ và thiết bị làm mát. [21] Một ống khói năng lượng mặt trời (hoặc ống khói nhiệt, trong bối cảnh này) là một hệ thống thông gió năng lượng mặt trời thụ động bao gồm một trục thẳng đứng kết nối nội thất và ngoại thất của một tòa nhà. Do sự nóng lên của ống khói, không khí bên trong được đun nóng gây ra một updraft kéo không khí thông qua tòa nhà. Hiệu suất có thể được cải thiện bằng cách sử dụng kính và vật liệu nhiệt khối [22] theo cách bắt chước nhà kính. Rụng lá cây và thực vật đã được phát huy như một phương tiện để kiểm soát năng lượng mặt trời sưởi ấm và làm mát. Khi trồng ở phía nam của một tòa nhà, lá của chúng cung cấp bóng mát trong mùa hè, trong khi các cành trụi lá cho phép ánh sáng đi trong mùa đông. [23] Kể từ trần, cây trụi lá tạo bóng râm 1/3 đến 1/2 của bức xạ mặt trời, có một sự cân bằng giữa lợi ích của bóng mát mùa hè và mất mát tương ứng của sưởi ấm mùa đông. [24] Trong khí hậu với tải làm nóng đáng kể, cây rụng lá không nên được trồng ở phía nam của một tòa nhà bởi vì chúng sẽ can thiệp với tính có sẵn năng lượng mặt trời mùa đông. Tuy nhiên, chúng có thể được sử dụng ở phía đông và phía tây để cung cấp một mức độ bóng mát mùa hè mà không làm ảnh hưởng đến tăng năng lượng mặt trời mùa đông. [25] Xử lý nước Bài chi tiết: năng lượng mặt trời vẫn, Khử trùng nước năng lượng mặt trời, Khử muối năng lượng mặt trời, và Đơn vị khử muối năng lượng mặt trời Khử trùng nước năng lượng mặt trời tạiIndonesia. Chưng cất năng lượng mặt trời có thể được sử dụng để làm cho mặn hoặc nước lợ uống được. Ví dụ đầu tiên trong số này là bởi nhà giả kim thuật thế kỷ 16 Ả Rập. [26] dự án chưng cất năng lượng mặt trời quy mô lớn lần đầu tiên được xây dựng vào năm 1872 tại thị trấn khai thác mỏ Las Salinas của Chile [27] Nhà máy, trong đó có khu vực thu năng lượng mặt trời 4.700 m 2 , có thể sản xuất lên đến 22.700 L mỗi ngày và hoạt động 40 năm. [27] Các thiết kế chưng cất cụ thể bao gồm dốc đơn, dốc đôi (hay kiểu nhà kính), thẳng đứng, hình nón, hấp thụ ngược, bấc nhiều, và nhiều ảnh hưởng. [26] Các still này có thể hoạt động trong chế độ thụ động, tích cực, hoặc lai. Still dốc đôi là kinh tế nhất cho các công dụng gia đình phi tập trung, trong khi các đơn vị đa ảnh hưởng tích cực phù hợp hơn cho các ứng dụng quy mô lớn. [26] Khử trùng nước năng lượng mặt trời (SODIS) liên quan đến việc phơi sáng các chai nhựa polyethylene terephthalate (PET) đổ đầy nước dưới ánh sáng mặt trời trong vài giờ. [28] Thời gian phơi sáng khác nhau tùy thuộc vào thời tiết và khí hậu từ tối thiểu là sáu giờ đến hai ngày trong điều kiện hoàn toàn u ám [29] Đó là khuyến cáo của Tổ chức Y tế Thế giới như là một phương pháp khả thi cho xử lý nước hộ gia đình và lưu trữ an toàn. [30] Hơn hai triệu người ở các nước đang phát triển sử dụng phương pháp này đối với nước uống hàng ngày của họ [29] Năng lượng mặt trời có thể được sử dụng trong một ao nước ổn định để điều trị nước thải mà không có hóa chất hoặc điện. Một lợi thế môi trường thêm rằng tảo phát triển trong ao như vậy và tiêu thụ carbon dioxide trong quang hợp, mặc dù tảo có thể sản xuất hóa chất độc hại làm cho các nước không sử dụng được [31][32] Nấu ăn Bài chi tiết: Bếp năng lượng mặt trời Bát năng lượng mặt trời tại Auroville, Ấn Độ, tập trung ánh sáng mặt trời trên một bộ thu lưu động để sản xuất hơi cho nấu ăn. Bếp năng lượng mặt trời sử dụng ánh sáng mặt trời để nấu nướng, làm khô và khử trùng. Chúng có thể được nhóm lại thành ba loại lớn: bếp hộp, bếp tấm và bếp phản xạ. [33] Bếp năng lượng mặt trời đơn giản nhất là bếp hộp đầu tiên được xây dựng bởi Horace de Saussure vào năm 1767. [34] Bếp hộp cơ bản bao gồm một thùng cách nhiệt có nắp đậy trong suốt. Nó có thể được sử dụng hiệu quả với bầu trời u ám một phần và thường sẽ đạt đến nhiệt độ 90-150°C. [35] Bếp tấm sử dụng một tấm phản chiếu ánh sáng mặt trời trực tiếp vào một thùng chứa cách nhiệt và đạt đến nhiệt độ so sánh với bếp hộp. Bếp phản xạ sử dụng các hình học khác nhau tập trung (đĩa, máng, gương Fresnel) để tập trung ánh sáng vào một bộ chứa nấu ăn. Các bếp này đạt đến nhiệt độ 315°C và cao hơn nhưng yêu cầu ánh sáng trực tiếp để hoạt động đúng và phải được thay đổi vị trí để theo dõi Mặt trời [36] Bát năng lượng mặt trời là một công nghệ tập trung sử dụng các bếp năng lượng mặt trời tại Auroville, Pondicherry, Ấn Độ, nơi mà một bộ phản xạ tĩnh hình cầu tập trung ánh sáng dọc theo đường thẳng vuông góc nội thất các của hình cầu bề mặt, và một hệ thống điều khiển máy tính di chuyển bộ nhận để giao nhau đường này. Hơi nước được sản xuất trong bộ nhận ở nhiệt độ đạt 150°C và sau đó được sử dụng cho quá trình nhiệt trong nhà bếp. [37] Một bộ phản xạ được phát triển bởi Wolfgang Scheffler vào năm 1986 được sử dụng nhiều trong nhà bếp năng lượng mặt trời. Bộ phản xạ Scheffler là các đĩa parabol linh hoạt kết hợp các khía cạnh của đáy và các bộ tập trung tháp năng lượng. theo dõi cực được sử dụng để theo dõi quá trình hàng ngày của mặt trời và độ cong của phản xạ được điều chỉnh cho các thay đổi theo mùa trong góc tới của ánh sáng mặt trời. Những bộ phản xạ này có thể đạt được nhiệt độ 450-650°C và có một điểm tiêu cự cố định, đơn giản hoá việc nấu ăn. [38] Hệ thống bộ phản xạ Scheffler lớn nhất thế giới tại Abu Road, Rajasthan, Ấn Độ có khả năng nấu tới 35.000 [...]... Những tế bào năng lượng mặt trời ban đầu có giá 286 USD mỗi watt và đạt hiệu suất 4,5-6%.[51] Hóa học năng lượng mặt trời Bài chi tiết: hóa học năng lượng mặt trời Quá trình hóa học năng lượng mặt trời sử dụng năng lượng mặt trời để dẫn dắt phản ứng hóa học Các quá trình này đã bù đắp năng lượng mà nếu không sẽ phải đến từ nguồn nhiên liệu hóa thạch và cũng có thể chuyển đổi năng lượng mặt trời thành... liệu, và nhiệt dư cũng có thể được sử dụng. [61] Xe năng lượng mặt trời Bài chi tiết: Xe năng lượng mặt trời, Xe sạc năng lượng mặt trời, Thuyền điện, và Bóng bay năng lượng mặt trời Úc tổ chức Thách thức Mặt trời Thế giớinơi mà những chiếc xe năng lượng mặt trời như xe đua Nuna3 thông qua một cuộc đua 3.021 km (1.877 mi) từ Darwin tới Adelaide Phát triển của một chiếc xe sử dụng năng lượng mặt trời. .. trên toàn thế giới.[40] Nhiệt quy trình Bài chi tiết: Ao năng lượng mặt trời, Ao bốc hơi muối, và Lò năng lượng mặt trời Công nghệ năng lượng mặt trời tập trung như đĩa parabol, máng và bộ phản xạ Scheffler có thể cung cấp nhiệt quá trình cho các ứng dụng thương mại và công nghiệp Hệ thống thương mại đầu tiên là Dự án Năng lượng Tổng số Mặt trời (STEP) ở Shenandoah, Georgia, Mỹ, một khu vực của 114... cho mặt trời Phương pháp lưu trữ năng lượng Bài chi tiết: Nhiệt khối, Lưu trữ nhiệt năng, Vật liệu thay đổi pha, Lưu trữ năng lượng lưới, và V2G hệ thống lưu trữ nhiệt của Solar Two tạo ra điện trong thời tiết nhiều mây và vào ban đêm Năng lượng mặt trời vào ban đêm, và lưu trữ năng lượng là một vấn đề quan trọng bởi vì các hệ thống năng lượng hiện đại thường giả định sẵn có liên tục của năng lượng. .. không hợp lệ] [62] Thách thức Mặt trời Bắc Mỹ và Thách thức Mặt trời Nam Phi là các cuộc thi so tài phản ánh sự quan tâm quốc tế về kỹ thuật và phát triển xe năng lượng mặt trời. [63][64] Một số xe sử dụng các tấm pin mặt trời năng lượng phụ trợ, chẳng hạn như cho điều hòa không khí, để giữ cho nội thất mát mẻ, do đó giảm nhiên liệu [65][66] Năm 1975, thuyền năng lượng mặt trời thực tế đầu tiên được xây... công nghệ năng lượng mặt trời trì trệ trong những năm đầu thế kỷ 20 khi đối mặt với sự sẵn có ngày càng tăng, tính kinh tế, và sự tiện dụng của than và dầu mỏ [84] Lệnh cấm vận dầu 1973 và cuộc khủng hoảng năng lượng 1979 gây ra sự tổ chức lại chính sách năng lượng trên toàn thế giới và mang lại sự chú ý đổi mới để phát triển công nghệ năng lượng mặt trời. [85][86] chiến lược triển khai tập trung vào các... được sử dụng để làm khô hạt cà phê và 1.300 m2 thu tại Coimbatore, Ấn Độ được sử dụng để làm khô cúc vạn thọ [45] Điện mặt trời Bài chi tiết: Điện mặt trời Các PS10 tập trung ánh sáng mặt trời từ cánh đồng heliostats trên một tháp trung tâm Điện mặt trời là việc chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện, hoặc trực tiếp bằng cách sử dụng quang điện (PV), hoặc gián tiếp bằng cách sử dụng điện mặt trời tập... tỉ lệ diện tích bề mặt trên tải trọng tương đối cao [74] Các buồm năng lượng mặt trời là một hình thức được đề xuất của động cơ đẩy tàu vũ trụ sử dụng gương màng lớn để khai thác áp suất bức xạ từ mặt trời Không giống như tên lửa, cánh buồm năng lượng mặt trời không cần nhiên liệu Mặc dù lực đẩy là nhỏ so với tên lửa, nó vẫn tiếp tục miễn là mặt trời chiếu vào cánh buồm triển khai và trong chân không... Nhà máy điện mặt trời Solnova(150 MW) và Nhà máy điện mặt trời Andasol (100 MW), cả hai ở Tây Ban Nha Số 97 MW Nhà máy quang điện Sarnia Canada là nhà máy quang điện lớn nhất thế giới Điện mặt trời tập trung Xem thêm: Điện mặt trời tập trung Các hệ thống điện mặt trời tập trung (CSP) sử dụng ống kính, gương và các hệ thống theo dõi để tập trung một khu vực rộng lớn của ánh sáng mặt trời vào một chùm... thủy điện [83] Phát triển, triển khai và kinh tế Bài chi tiết: Triển khai năng lượng mặt trời cho lưới điện năng Xem thêm: Giá điện năng theo nguồn Bắt đầu với việc tăng sử dụng than đi kèm với Cách mạng công nghiệp, tiêu thụ năng lượng đã dần dần chuyển từ gỗ và sinh khối về nhiên liệu hóa thạch Sự phát triển sớm của các công nghệ năng lượng mặt trời bắt đầu vào những năm 1860 được thúc đẩy bởi một