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

Năng lượng tái tạo

Nhiên liệu sinh học

Sinh khối

Địa nhiệt

Thủy điện

Năng lượng Mặt Trời

Năng lượng thủy triều

Năng lượng sóng

Năng lượng gió

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

nước và sinh khối, làm thành hầu hết năng lượng tái tạo có sẵn trên Trái Đất Chỉ có một phần

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

năng lượng mặt trời, nấu ăn năng lượng mặt trời, và quá trình nhiệt độ cao nhiệt cho công

mặt trời

phân phối năng lượng mặt trời Kỹ thuật năng lượng mặt trời hoạt động bao gồm việc sử dụng

lượng mặt trời thụ động bao gồm các định hướng một tòa nhà về phía Mặt trời, lựa chọn vật

thông không khí tự nhiên

Mục lục

[ẩn]

 3 Phát triển, triển khai và kinh tế

 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

khí quyển hoặc đối lưu Khi không khí đạt đến một độ cao, nơi nhiệt độ thấp, hơi nước ngưng

bão và chống cơn bão s.[3] Ánh sáng mặt trời bị hấp thụ bởi các đại dương và các vùng đất giữ

Yearly Solar fluxes & Human Energy

Consumption

Biomass 3,000 EJ[8]

Tổng số năng lượng mặt trời được hấp thụ bởi bầu khí quyển, đại dương của Trái Đất và vùng

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

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

dụng điện bị ảnh hưởng rất nhiều bởi khí hậu, địa lý và kinh tế, làm cho nó khó có thể khái quát

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

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

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

Đến năm 2007, tổng công suất lắp đặt của các hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời là

các nhà lãnh đạo bình quân đầu người trong việc sử dụng các hệ thống nước nóng năng

bể bơi là ứng dụng ưu thế của nước nóng năng lượng mặt trời với công suất lắp đặt 18 GW

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

năng lượng được sử dụng trong các tòa nhà thương mại và gần 50% (10,1 EJ) năng lượng sử

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

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

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

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

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

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

năng lượng mặt trời quy mô lớn lần đầu tiên được xây dựng vào năm 1872 tại thị trấn khai thác

thể bao gồm dốc đơn, dốc đôi (hay kiểu nhà kính), thẳng đứng, hình nón, hấp thụ ngược, bấc

hoặc lai Still dốc đôi là kinh tế nhất cho các công dụng gia đình phi tập trung, trong khi các đơn

Khử trùng nước năng lượng mặt trời (SODIS) liên quan đến việc phơi sáng các chai

không có hóa chất hoặc điện Một lợi thế môi trường thêm rằng tảo phát triển trong ao như vậy

Nấu ăn

Bài chi tiết: Bếp năng lượng mặt trời

được sử dụng hiệu quả với bầu trời u ám một phần và thường sẽ đạt đến nhiệt độ 90-150°C

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

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

trong nhà bếp năng lượng mặt trời Bộ phản xạ Scheffler là các đĩa parabol linh hoạt kết hợp

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

xuất ăn mỗi ngày.[39] Trong năm 2008, hơn 2,000 lò nấu Scheffler lớn đã được xây dựng 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

khu vực của 114 đĩa parabol cung cấp 50% của các quá trình làm nóng, điều hòa không khí và yêu cầu điện cho một nhà máy sản xuất quần áo Hệ thống này đồng phát kết nối lưới điện cung cấp 400 kW điện cộng với năng lượng nhiệt dưới dạng hơi nước 401 kW và 468 kW

bốc hơi để có được muối từ nước biển là một trong những ứng dụng lâu đời nhất của năng lượng mặt trời Sử dụng hiện đại bao gồm các giải pháp ngâm nước muối tập trung được sử

Các dòng quần áo, các clotheshorse, và giá đỡ quần áo làm khô quần áo thông qua bay hơi gió và ánh sáng mặt trời mà không có điện hoặc khí tiêu thụ Tại một số bang của Hoa Kỳ pháp luật bảo vệ "quyền khô" quần áo.[43]

Thu không tráng men lộ (UTC) đục tường phải đối mặt với ánh nắng mặt trời được sử dụng để sấy sơ bộ không khí thông gió UTCs có thể làm tăng nhiệt độ không khí đến lên đến 22 °C và

12 năm) làm cho họ một giải pháp thay thế hiệu quả chi phí hơn so với các hệ thống thu thập

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.

thống 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 nhỏ PV chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện bằng

Các nhà máy CSP thương mại được phát triển đầu tiên vào những năm 1980, và lắp đặt

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 điệnlớn 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 nhỏ Nhiệt tập trung sau đó được sử dụng như một nguồn năng lượng cho một nhà máy điện thông thường Một loạt các công nghệ tập trung tồn tại, phát triển nhất là máng parabol tập trung phản xạ tuyến tính Fresnel, đĩa Stirling và các tháp điện mặt trời Kỹ thuật khác nhau được sử dụng để theo

làm nóng bởi ánh sáng mặt trời tập trung, và sau đó được sử dụng để phát điện hoặc lưu trữ

Pin quang điện

Bài chi tiết: Pin quang điện

Công viên quang điện Lieberose 71,8 MW tại Đức

Pin mặt trời, hay tế bào quang điện (PV), tế bào năng lượng mặt trời là một thiết bị chuyển đổi

kỹ sư người Đức, tiến sĩ Bruno Lange, phát triển một tế bào hình ảnh bằng cách sử dụng

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 nhiên liệu thỏa mãn điều kiện lưu trữ và vận chuyển Năng lượng mặt trời gây ra các phản ứng hóa học có thể được chia

nhân tạo [53] Xúc tác hóa học đa điện tử liên quan trong việc đưa ra các nhiên liệu carbon

là hydrogen sản xuất từ proton, mặc dù sử dụng nước như là nguồn gốc của các điện tử (như các nhà máy) đòi hỏi phải làm chủ quá trình oxy hóa đa điện tử của hai phân tử nước ôxy phân

thị ven biển vào năm 2050 - tách nước biển cung cấp hydro để được chạy qua các nhà máy điện dùng tế bào nhiên liệu lân cận và nước tinh khiết được sản ra sẽ đi trực tiếp vào hệ thống nước đô thị.[55]

mặt trời từ những năm 1970 Ngoài điện phân điều khiển bởi các tế bào quang điện hoặc tế bào hóa nhiệt, quy trình nhiệt hóa cũng đã được khám phá Một cách như vậy sử dụng các bộ

kỳ nhiệt hóa đặc trưng bởi sự phân hủy và tái sinh của chất phản ứng trình bày một con đường

Phản ứng này ban đầu sản xuất kẽm tinh khiết, sau đó có thể phản ứng với nước để sản xuất hydro [58]

trong khí quyển thành oxy và carbon monoxide (CO) Khí carbon monoxide sau đó có thể được

sử dụng để tổng hợp các nhiên liệu thông thường chẳng hạn như methanol, xăng và nhiên liệu phản lực [59]

Một thiết bị quang điện hóa là một loại pin, trong đó các dung dịch tế bào (hoặc tương đương) tạo ra các sản phẩm hóa học trung gian giàu năng lượng khi được chiếu sáng Những sản phẩm hóa học trung gian giàu năng lượng có khả năng có thể được lưu trữ và sau đó phản ứng tại điện cực để tạo ra một điện thế Tế bào hóa học ferric-thionine là một ví dụ của công

Tế bào điện hóa hay các PEC bao gồm một chất bán dẫn, thường là titanium dioxide hoặc các titanate có liên quan, đắm mình trong điện phân Khi chất bán dẫn được chiếu sáng một điện thế được phát triển Có hai loại tế bào điện hóa: tế bào quang điện chuyển đổi ánh sáng thành

ứng điện phân [60]

Một tế bào kết hợp nhiệt/quang hóa cũng đã được đề xuất Quá trình Stanford PETE sử dụng năng lượng nhiệt mặt trời để tăng nhiệt độ của một kim loại nhiệt khoảng 800C để tăng tốc độ sản xuất của điện lực để điện giải CO2 trong khí quyển thành carbon hoặc carbon monoxide sau đó chúng có thể được sử dụng để sản xuất nhiên 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 đã được một mục tiêu kỹ thuật từ

sáu tháng, nơi các đội từ các trường đại học và doanh nghiệp đua tài trên đoạn đường 3.021

lập, tốc độ trung bình của người chiến thắng là 67 kilômét một giờ (42 mph) và vào năm 2007 tốc độ trung bình của người chiến thắng đã được cải thiện đến 90,87 kilômét một giờ

mặt trời.[63][64]

Một số xe sử dụng các tấm pin mặt trời năng lượng phụ trợ, chẳng hạn như cho điều hòa

Dương, và chiếc bè "sun21" thực hiện chuyến vượt biển năng lượng mặt trời đầu tiên qua Đại

2010 [70]

Helios UAV trong chuyến bay sử dụng năng lượng mặt trời

lượng mặt trời, hoàn toàn được kiểm soát, máy bay mang theo con người, đạt độ cao 40 foot

bay từ California đến Bắc Carolina bằng cách sử dụng năng lượng mặt trời.[71] Sự phát triển

Systems là thứ mới nhất trong dòng máy bay năng lượng mặt trời phá kỷ lục, thực hiện chuyến

Một bóng bay năng lượng mặt trời là một quả bóng màu đen được làm đầy với không khí thông thường Khi ánh sáng mặt trời tỏa sáng trên khinh khí cầu, không khí bên trong được làm nóng

bóng bay năng lượng mặt trời là đủ lớn cho chuyến bay của con người, nhưng việc sử dụng thường bị hạn chế vào thị trường đồ chơi do 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

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 tốc độ không gian

Khí cầu độ cao lớn (HAA) là một phương tiện vận tải nhẹ hơn không khí, không người lái, thời

số lợi thế cho chuyến bay năng lượng mặt trời: chúng không yêu cầu động lực để duy trì độ cao, và vỏ của khí cầu phơi bày một khu vực rộng lớn 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 nhiệt khối có thể lưu trữ năng lượng mặt trời dưới dạng nhiệt ở nhiệt độ trong nước

thấp nhu cầu cao điểm, thay đổi thời gian sử dụng về các giờ ngoài giờ cao điểm và giảm các

khác Những vật liệu này rẻ tiền, sẵn có, và có thể cung cấp nhiệt độ trong nhà hữu ích

Muối là một phương tiện lưu trữ có hiệu quả bởi vì chúng có chi phí thấp, có nhiệt dung riêng

trong mạng cung cấp cho hộ gia đình một tín dụng cho bất kỳ điện năng nào mà họ cung cấp cho lưới điện Điều này thường được xử lý một cách hợp pháp bằng cách "lăn trở lại" đồng hồ đếm điện bất cứ khi nào ngôi nhà sản xuất điện nhiều hơn so với tiêu thụ Nếu việc sử dụng điện lưới là dưới số không, công ty tiện ích được yêu cầu phải trả tiền cho thêm theo tỷ lệ

việc sử dụng hai đồng hồ đếm điện, để đếm điện tiêu thụ so với điện được sản xuất Điều này

ít phổ biến hơn do chi phí lắp đặt tăng lên của đồng hồ thứ hai

Thủy điện tích năng lưu trữ năng lượng trong các hình thức của nước bơm khi năng lượng có sẵn từ một hồ chứa độ cao thấp lên độ cao cao hơn Năng lượng bị thu hồi khi nhu cầu cao

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