Tiểu luận nhiệt mặt trời

Tiểu luận nhiệt mặt trời

Tiểu luận Nhiệt mặt trời

MỤC LỤC:

LỜI MỞ ĐẦU

PHẦN 1 : TỔNG QUAN VỀ NHIỆT MẶT TRỜI

PHẦN 2 : CÁC ỨNG DỤNG THỰC TIỄN CỦA NHIỆT MẶT TRỜI

1 ỨNG DỤNG TRONG ĐUN NƯỚC NÓNG

2 ỨNG DỤNG TRONG ĐUN NẤU

3 ỨNG DỤNG TRONG SẤY, SƯỞI

4 ỨNG DỤNG TRONG CHƯNG CẤT NƯỚC

PHẦN 3 : KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

LỜI MỞ ĐẦU

Từ thời xa xưa người cổ đại đã biết sử dụng các loại năng lượng tái tạo có sẵn trên mặt đất như sức gió,sức nước….với trình độ thô sơ và còn nhiều hạn chế để phục

vụ cho nhu cầu sinh hoạt hằng ngày

Hiện nay với trình độ khoa học công nghệ tiến tiến hiện đại con người ngày càng làm chủ được thiên nhiên , nhận thức rõ ràng hơn về nó.Việc các nguồn năng

lượng hóa thạch đang ngày cạn kiệt(năng lượng hữu hạn)ko những thế việc sử dụng nguồn năng lượng hữu hạn này cũng để lại hậu quả tác động vào môi trường

vô cùng lớn càng ngày càng phá hủy môi trường dẫn đến các tác động xấu tới con người Chính vì vậy chúng ta cần những nguồn năng lượng mới có thể sử dụng lâu dài an toàn hơn để thay thế(năng lượng vô hạn)

Trước thực trạng này con người đã và đang nghiên cứu và sử dụng các nguồn năng lượng sạch năng lượng tái tạo như năng lượng gió năng lượng mặt trời năng lượng nước năng lượng thủy triều , năng lượng địa nhiệt…… đó đều là những nguồn năng lượng sạch vô tận

Bên cạnh đó có thể nói tới nguồn nhiệt mặt trời ở nhiệt độ thấp đang được đưa vào

sử dụng rộng rãi trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng

PHẦN 1 : TỔNG QUAN VỀ NHIỆT MẶT TRỜI :

Năng lượng Mặt Trời là năng lượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ Mặt Trời, cộng với một phần nhỏ năng lượng của các hạt hạ nguyên tử khác phóng ra từ ngôi sao này

Như chúng ta đã biết thì mặt trời chính là một lò phản ứng nhiệt hạch biến hidro thành heli và giải phóng ra năng lượng rất lớn.sau đó nguồn năng lượng này sẽ đc phát xạ dưới dạng song điện từ lan truyền vào vũ trụ (truyền tới trái đất của chúng ta).Khoảng một nửa số năng lượng mặt trời đến được bề mặt trái đất

Trái đất nhận được 174 petawatts (PW = 1015W) của bức xạ mặt trời (sự tiếp nắng) tại tầng cao khí quyển Khoảng 30% phản xạ trở lại vào không gian, trong khí phần còn lại được hấp thụ bởi đám mây, đại dương và các vùng đất Quang phổ của ánh sáng mặt trời ở bề mặt của Trái đất chủ yếu truyền qua các tia có thể nhìn thấy, sóng ngắn hồng ngoại va một phần nhỏ các sóng ngắn tia cực tím

Trong đó chúng ta không thể không nhắc tới hiệu ứng nhà kính :

 Định nghĩa hiệu ứng nhà kính :

Hiệu ứng nhà kính do nhà vật lý người Pháp Jean Baptiste Joseph Fourier đặt tên Effet De Serre lần đầu tiên vào năm 1824 dùng để chỉ hiệu ứng xảy ra khi năng lượng bức xạ của tia sáng mặt trời,xuyên qua các cửa sổ hoặc mái nhà bằng cửa kính và làm cho toàn bộ không gian bên trong nóng dần lên

Và đã được định nghĩa cụ thể hơn : “ Hiện tượng bức xạ sóng ngắn của Mặt Trời

xuyên qua bầu khí quyển đến mặt đất và được phản xạ trở lại thành các bức xạ nhiệt sóng dài rồi được một số khí trong bầu khí quyển hấp thụ để thông qua đó làm cho khí quyển nóng lên,được gọi là hiệu ứng nhà kính “

 Nguyên lý hoạt động của hiệu ứng nhà kính :

 Phần lớn các bức xạ mặt trời có bước sóng nhỏ hơn 0.7µm có khả năng xuyên qua lớp kính phủ trong suốt ,còn bước sóng lớn hơn 0.7 µm đều bị kính ngăn lại

 Tùy theo tính chất vật liệu và bề dày của lớp phủ trong suốt mà bức xạ mặt trời truyền qua được nhiều hay ít

 Ta khảo sát một buồng kính mô tả như hình dưới đây : mặt trên được đậy bằng một tấm kính ,thành chung quanh được làm bằng vật liệu cách nhiệt tốt ,mặt trên của đáy được phủ 1 tấm kim loại sơn đen,dẫn nhiệt tốt gọi là tấm hấp thụ

 Tia bức xạ mặt trời sau khi xuyên qua tấm kính phủ đập lên bề mặt tấm hấp thụ ,tấm này hấp thụ năng lượng bức xạ mặt trời và chuyển hóa thành nhiệt nung nóng tấm hấp thụ, khi đó nó trở thành nguồn nhiệt thứ cấp phát ra các tia bức xạ nhiệt ,hướng về mọi phía Nhờ nhận được liên tục các bức xạ mặt trời nên nó được nung nóng liên tục và bức xạ nhiệt cũng phát ra liên tục

 Những bức xạ nhiệt hướng lên phía trên bị kính ngăn lại.Các tia bức xạ nhiệt

bị phản xạ trở về tấm hấp thụ làm cho tấm hấp thụ ngày càng nóng hơn,các mặt đáy và thành bên được cách nhiệt tốt nên giảm được lượng nhiệt bị

truyền dẫn ra ngoài do đó năng lượng nhiệt mặt trời hầu như bị giam trong hộp Nhiệt của tấm càng cao phát xạ nhiệt từ mặt tấm hấp thụ càng lớn

 Trong khi đó năng lượng bên trong hộp trao đổi với môi trường chung quanh qua các quá trình truyền nhiệt do : dẫn nhiệt,bức xạ ,đối lưu cũng tăng lên khi hộp liên tục nhận bức xạ năng lượng mặt trời thì nhiệt độ trong hộp ngày càng cao đồng thời nhiệt mất mát cho mội trường chung quanh càng nhiều Cho tới khi năng lượng mà tầm hấp thụ nhận được cân bằng với năng lượng mất mát cho môi trường chung quanh thì trạng thái cân bằng năng lượng được thiết lập Khi đó nhiệt độ trong hộp và tấm hấp thụ có thể đạt tới 130 đến 150 độ C

Bên cạnh đó chúng ta có 1 số các tương tác bức xạ mặt trời với chất:

Khi tới bề mặt phân cách phía trên vật và môi trường,tia sáng sẽ bị phân tách ra nhiều thành phần ta có: ER+ET+Ea=E0

Trong đó : E0 – năng lượng bức xạ mặt trời

ER – phần năng lượng bị phản xạ trên bề mặt phân cách

ET – phần năng lượng truyền qua bản vật chất

, = ( − )

 Chú ý:khi tính toán với ánh sáng tự nhiên thì phải lấy giá trị trung bình của

2 thành phần phân cực vuông góc và song song:

 Hệ số truyền qua kể đến hấp thụ

 Cường độ sáng tại 1 điểm sâu trong lòng bản vật chất: E=E0e-kx

 Độ dày khối chất là l thì có cường độ sáng truyền qua là : Eτ=E0e-kl

Trong đó k:hệ số suy giảm – phụ thuộc vào bản chất vật chất và bước sóng

tia bức xạ:

 Hệ số truyền qua môi trường vật chất: = = (( ))

 Trường hợp truyền qua N tấm kính: = ( )

( )

 Một phần bức xạ bị hấp thụ Hệ số hấp thụ : α =Ea/ E0

Các công thức trên áp dụng cho tia trực xạ.đối với tia nhiễu xạ cũng dùng công thức trên với góc θ 1 = 60 o (vì tia nhiễu xạ tới điểm quan sát từ mọi hướng,góc θ 1 đo được là do thực nghiệm)

1-NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TRONG ĐUN NƯỚC NÓNG:

Từ xưa đến ngày nay, nước nóng mặt trời sử dụng cho nhu cầu sinh hoạt là một trong những ứng dụng rộng rãi và thành công nhất của năng lượng tái tạo nói

chung và năng lượng mặt trời nói riêng Đã có rất nhiều nghiên cứu, cả lý thuyết lẫn thực nghiệm, cho các hệ thống nước nóng mặt trời cho cả 2 loại: loại đối lưu tự nhiên và loại đối lưu cưỡng bức.Với điều kiện khí hậu như nước ta việc sử dụng nước nóng để phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hằng ngày như tắm giặt… là thiết yếu

Việc sử dụng nước nóng để phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hằng ngày như tắm giặt… là thiết yếu Khi mức sống của người dân càng cao, nhu cầu này càng lớn Nếu không có giải pháp thích hợp ngay từ bây giờ, lưới điện quốc gia sẽ phải gánh chịu sự gia tăng tải để phục vụ cho nhu cầu đun nước nóng do người dân gia tăng việc sử dụng các bình nước nóng dùng điện

Việc gia tăng sử dụng các bình đun nước nóng bằng điện đã, đang và sẽ gây nên những vấn đề đáng quan tâm Nhu cầu điện gia tăng cũng đồng nghĩa với việc gia tăng đốt cháy các nguồn nhiên liệu hóa thạch đang cạn kiệt dần như: than, dầu, khí đốt… Hơn nữa, việc đốt cháy các nguồn năng lượng nói trên còn làm gia tăng các vấn đề về môi trường như: khí thải nhà kính và sự gia tăng nhiệt độ bầu khí quyển, mưa, ô nhiễm không khí, nguồn nước…Việc sử dụng các bình nước nóng bằng điện làm gia tăng cac quan ngại về an toàn điện

a.Mục tiêu:

 Phát triển hệ thống thiết bị thu nhiệt mặt trời dùng đun nước nóng thích hợp với điều kiện nước ta nhằm tiết kiệm năng lượng

 Việc sử dụng thiết bị đun nước nóng dùng năng lượng mặt trời còn mang lại

sự an toàn cho người sử dụng (do không sợ bị điện giựt như khi sử dụng bình nước nóng bằng điện) và an toàn cho môi trường do giảm khí thải nhà kính sinh

ra khi đốt các dạng nhiên liệu hóa thạch để sản xuất điện

b.Các loại công nghệ được lắp đặt:

 Máy đun nước nóng có bộ thu dạng tấm phẳng, panel hấp thụ bằng composit đúc sẵn

 Máy đun nước nóng có bộ thu dạng ống thủy hút chân không

 Máy đun nước nóng có bộ thu dạng tấm phẳng dập

c Khảo sát máy đun nước nóng có bộ thu dạng ống thủy tinh hút chân không:

 Nguyên lý:

 Hệ thống hoạt động theo nguyên lí đối lưu tự nhiên và hiện tượng hiệu ứng

lồng kính giúp biến đổi quang năng thành nhiệt năng và bẫy nhiệt

 Năng lượng mặt trời được hấp thụ tại bề mặt thiết bị sẽ đun nóng nước ,do quá trình đối lưu nhiệt ,nước trong bình bảo ôn sẽ tăng lên quá trình này

diên ra liên tục cho đến khi nhiệt đọ trong bình bằng nhiệt độ của nước tại thiết bị hấp thụ

 Cấu tạo:

 Bình bảo ôn

 ống hập thụ nhiệt

 Mô hình thực tế

Từ mô hình thực tế cho thấy vào buổi sáng sớm, khi nhiệt độ môi trường

khoảng 17-180C, máy nước nóng NLMT vẫn cung cấp nước ở nhiệt độ 30 độ

C, là nhiệt độ dễ chịu phục vụ cho nhu cầu tắm rửa

 Kết quả nghiên cứu :

Theo như quá trình nghiên cứu ta thấy, vào buổi sáng sớm, khi nhiệt độ môi trường

khoảng 17-18 độ C, máy nước nóng NLMT vẫn cung cấp nước ở nhiệt độ

30độ C, là nhiệt độ dễ chịu phục vụ cho nhu cầu tắm rửa Vào buổi trưa, nguồn

nước nóng được cung cấp ở 35-50độ C, hoàn toàn có thể phục vụ cho nhu cầu

tắm giặt của hộ gia đình mà không sợ thiếu

Như vậy, máy nước nóng dùng NLMT hoàn toàn có thể đáp ứng cho nhu cầu

cung cấp nước nóng sinh hoạt vào những tháng mùa khô mà không cần phải sử

dụng các nguồn bổ sung

2 NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TRONG ĐUN NẤU:

Bếp năng lượng mặt trời hiện rất phổ biến trên thế giới Bếp năng lượng mặt trời là

dùng các thiết bị hấp thụ các tia nắng mặt trời và dùng năng lượng đó để đun nấu

các loại thực phẩm hoặc đun nước,… còn có thể giúp bảo vệ sức khoẻ, tiết kiệm

chi phí nhiên liệu, và bảo vệ môi trường sinh thái

a Nguyên tắc của bếp năng lượng mặt trời : hầu hết các bếp dùng năng lượng

mặt trời đều phải tuân theo các nguyên tắc sau:

 Các thiết kế dùng gương hoặc kim loại có độ phản chiếu cao (như giấy

nhôm) để đưa ánh sáng và sức nóng mặt trời tập trung vào một vùng nhỏ

 Chuyển ánh sáng thành sức nóng: Màu đen có tính chất hút nóng, nên

người ta hay dùng màu đen bên trong các thiết kế

 Chất liệu Hội tụ ánh nắng dẫn nhiệt tốt: Dùng các kim loại có đặc tính

dẫn nhiệt nhanh thì bếp mau nóng, thức ăn mau chín hơn

 Giữ nóng: Một tấm thủy tinh, một bao nylon trong suốt, hoặc một lớp chất

dẻo trong suốt nào khác cũng đủ để cho ánh sáng vào trong Một khi ánh sáng đã biến thành sức nóng rồi thì lớp thủy tinh hoặc chất dẻo không cho sức nóng thoát ra Đó chính là hiệu ứng nhà kính nhằm giữ lại sức nóng trong bếp Không khí bên trong càng được cách ly kỹ với không khí bên ngoài thì hiệu năng càng cao Điều này khiến bếp có được nhiệt độ cao trong các ngày trời lạnh hoặc trời gió không kém các ngày trời trong, nắng nóng Và cũng khiến cho bếp tiếp tục đun bình thường, đồ ăn vẫn chín nếu bếp đã nóng mà có mây kéo đến che trong hai ba mươi phút Nhiều thiết kế với giá thành rẻ dùng tấm cac-tông bọc kim loại chẳng hạn để phản chiếu trở lại ánh sáng thoát ra từ bếp

b Một số loại bếp dùng năng lượng mặt trời :

Trên Thế Giới có rất nhiều loại bếp dùng năng lượng mặt trời khác nhau nhưng trong quá trình nghiên cứu và thử nghiêm các nhà khoa học nhận thấy có 2 loại bếp rất phù hợp với điều kiện ở Việt Nam đó là : bếp hình hộp ( nấu cơm, nấu nước và thức ăn cần nhiệt dưới 120oC như luộc rau, nấu canh, ), bếp parabol ( nấu thức ăn khi nhiệt độ cao)

 Bếp hình hộp:

Bếp hình hộphướng các tia mặt trời vào trung tâm

của bếp, đặt nồi thực phẩm vào xong đậy 1

tấm kính lên mặt bếp, có gắn tấm chiếu ở mặt

sau.Và nhiệt độ sẽ tăng từ 120-1400C và sau 1-2

giờ thức ăn sẽ chín, có gía từ 200- 300 nghìn

đồng/1chiếc

 Cấu tạo bếp bao gồm:

1 Hộp bảo vệ bên ngoài( bằng gỗ hoặc bằng

tôn), Có thể hình vuông hoặc hình tròn

2 Mặt phản xạ bên trong( làm bằng kim loại như: Nhôm, thép trắng hoặc Inox) đánh bong nhẵnđể đạt độ phản xạ cao

3 Nồi chứ thức ăn (bên ngoài sơn màu đen, Dung tích nồi phù hợp với kích thước của bếp)

4 Tấm kính trong( có độ trong suốt cao)

5 Gương phản xạ( tấm gương có độ phản xạ cao,có thể xoay quanh trục xoay)

6 Trục xoay

7 Vật liệu cách nhiệt( như rơm ,rạ,…)để giảm mất mát nhiệt khi nấu

8 Đế đặt nồi:nhằm ngăn cách nồi với các bộ phận khác của bếp( cách nhiệt và phải chịu được nhiệt độ đến 400OC

 Tuy nhiên, vì độ sôi của nước là 100 °, nên cần lưu ý với các thức ăn có hơi

ẩm, không nên để lâu quá

 Không được mở trong khi đun nấu, vì hơi nóng sẽ thoát ra ngoài Do đó không thể xào, trở, xâm khi dùng bếp này

 Khi mở nắp phải cẩn thận vì có thể bị phỏng tay

 Cứ mỗi nửa giờ (không cần chính xác 30 phút) phải xoay hướng

 Nặng khoảng 15 kg, và không chịu được mưa Nếu để ngoài trời khi có mưa phải bưng gấ vào nhà

 Cách Sử dụng bếp:

 Chuẩn bị thức ăn đầy đủ trước khi nấu

 Cho thức ăn vào nồi và đậy lắp lại và đặt nồi lên trên đế bên trong của bếp

 Đậy hệ thống tấm kính trong và gương phản xạ lên trên

 Dịch chuyển bếp và điều chỉnh góc nghiêng của gương phản xạ sao cho nồi

ở hướng có thể hấp thụ nhiều ánh sáng nhất

 Bếp Parabol:

Bếp Parabol được nghiên cứu và cho vào

sử dụng năm 2005 Gồm 1 chảo parabol nhằm

tập trung tia nắng mặt trời tại 1 điểm để đun nấu

Bếp nấu rất nhanh và có thể đạt được nhiệt độ

cao như đun nấu bằng nhiên liệu bình thường

Có thể dùng để xào, gián, nướng,…Bếp có giá

Thành hơi cao từ 950.000 nghìn đồng trở lên/1c

 Cấu tạo:

1 Đế đặt nồi: làm bằng khung kim loại dẫn nhiệt

tốt, đế được gắn với hệ thống chân đỡ( cách

nhiệt với chân đỡ)và đế đặt nồi có thể di chuyển được

2 Nồi chứa thức ăn

3 Mặt phản xạ:làm bằng kim lại như nhôm,thép trắng, Inox, đánh bóng nhẵn để đạt đượcphản xạ cao

4 Khung đỡ:làm bằng kim loại, nhôm, hoặc gỗ có dạng hình tròn và có thể tháo nắp dễ dàng

5 Thanh chóng điều chỉnh:Có thể làm bằng kim loại hoặc gỗ cứng…để điều chỉnh chảo Parabol xoay quanh trục nằm ngang

6 Hệ thống chân đỡ: làm bằng kim loại, nhựa hoặc gỗ có thể dễ dàng tháo gỡ hoặc xếp gọn,và hệ thống chân đỡ có 4 bánh xe để dễ dàng đi chuyển và xoay theo hướng mặt trời

 Ưu điểm:

 Nóng nhanh Một lít nước có thể sôi sau nửa giờ Có thể dùng để chiên, xào

thịt

 Dùng được quanh năm

 Chịu được mưa

 Dể chóa mắt và hại mắt, cần có kính bảo vệ mắt

 Người xử dụng bếp phải đứng ngoài nắng

 Mỗi 15 phút phải chỉnh lại hướng

 Cách sử dụng bếp:

 Các thao tác giống như với bếp hình hộp Tuy nhiên, loại bếp này còn có thể dùng để chiên, xào, rán… do nhiệt độ tại tiêu điểm có thể đạt 300 - 400 độ C Nên trong trường hợp nướng (thịt, cá…), phải thay nồi bằng các loại lưới inox

 Dịch chuyển hệ thống bếp và điều chỉnh góc nghiêng của chảo parabol (bằng thanh chống điều chỉnh) sao cho nồi có thể nhận được nhiều ánh sáng nhất

c Bếp năng lượng mặt trời mang lại những lợi ích về môi trường , kinh tế , sức khỏe…

 Dùng ánh nắng đun nấu thay củi, trấu, than, dầu lửa, hơi đốt, giúp giữ được ôxy và tránh thải ra thêm điôxít cacbon vào khí quyển

 Nhiệt mặt trời là nguồn sức nóng miễn phí Có được một hay vài cái bếp năng lượng mặt trời trong nhà thì nhẹ được khoản chi tiêu dành để mua nhiên liệu, tiền điện,

 Bếp năng lượng mặt trời không thải ra khói,bụi nên đỡ cay mắt và hại phổi

Tổ chức Y tế Thế giới cho biết đun bếp bằng củi cho hai bữa ăn hàng ngày gây thiệt hại cho phổi tương đương như hút hai gói thuốc lá