BÀI THUYẾT TRÌNH các ỨNG DỤNG của NĂNG LƯỢNG 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 nguyên tử khác phóng ra từ ngôi sao này.. Các loại xe dùng

BÀI THUYẾT TRÌNH

CÁC ỨNG DỤNG CỦA NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

N i Dung ội Dung

Phần 1: Tạo ra điện năng

Phần 2: Ứng dụng cung cấp nhiệt & làm mát Phần 3: Ứng dụng nhiệt – điện

Phần 4: Ứng dụng pin mặt trời (PV)

2

Phần 5 : Các ứng dụng tại Việt Nam

Phần 1 Năng lượng

mặt trời tạo ra điện

năng

3

MẶT TRỜI

•Mặt trời là một ngôi sao được sinh ra cách đây 4,6 tỷ năm

• Mặt trời là ngôi sao ở trung tâm Hệ Mặt Trời, chiếm khoảng 99,68% khối lượng của Hệ Mặt Trời

• Trái Đất và các thiên thể khác như các hành tinh, tiểu hành tinh, thiên thạch, sao chổi và bụi quay quanh Mặt Trời

•Khoảng cách trung bình từ Mặt Trời đến Trái Đất khoảng 146,9 triệu kilômét (1 đơn vị thiên văn AU) nên ánh sáng Mặt Trời cần 8 phút 19 giây mới đến được Trái Đất

Các thuộc tính cơ bản của Mặt Trời

– Chu kỳ quay tại xích đạo 26ngày

– Nhiệt độ tại trung tâm 15triệu độ K

– Nhiệt độ bề mặt 6000độK

– Năng lượng giải phóng 4.1026 W

• 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 nguyên tử khác phóng ra từ ngôi sao này Dòng năng lượng này sẽ tiếp tục phát ra cho đến khi phản ứng hạt nhân trên Mặt Trời hết nhiên liệu, vào khoảng 5 tỷ năm nữa.

• Năng lượng bức xạ điện từ của Mặt Trời tập trung tại vùng quang phổ nhìn thấy Mỗi giây trôi qua, Mặt Trời giải phóng ra không gian xung quanh 3,827×1026 Joule.

Quang phổ Mặt Trời ngay ngoài khí quyển Trái Đất

6

Đối với Trái Đất

năng lượng quan trọng điều khiển các quá trình khí tượng học và duy trì sự sống trên Trái Đất Ngay ngoài khí quyển Trái Đất,

cứ mỗi một m2 diện tích vuông góc với

ánh nắng Mặt Trời, chúng ta thu được

dòng năng lượng khoảng 1.400 Joule

trong một giây.

7

• Hiện nay, các công ty và các học viện đang

phát triển phương pháp để tăng tính thực tế cho

năng lượng mặt trời Các công ty tiến hành rất

nhiều các nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực này và các trường đại học cũng đang tiến hành

nghiên cứu về thiết bị điện mặt trời, đặc biệt là xe dùng năng lượng mặt trời.

•Chiếc xe có gắn hệ thống i-Cool

Một hệ thống điều hòa không khí

sử dụng năng lượng mặt trời dùng cho xe tải sẽ có mặt trên thị trường vào đầu năm 2012.

8

Các loại xe dùng năng lượng mặt trời đã xuất hiện

thường xuyên trong các buổi trình diễn khoa học và

xe hơi, tàu sử dụng năng lượng mặt trời đã trở thành một đề tài thú vị hiện nay Các trường đại học và học viện đang cạnh tranh nhau trong các cuộc thi thuộc lĩnh vực này Các cuộc thi diễn ra tại Bắc Mỹ như

Solar Splash competition và Frisian Nuon Solar

Challenge ở Châu âu

Đồ án Thuyền sử dụng năng lượng mặt trời của các sing viên trong 2 cuộc thi Solar

Splash competition và Frisian Nuon Solar Challenge ở 9

Tận thu

• Đối với cuộc sống

của loài người,

1 Hiệu ứng quang điện, chuyển năng lượng các photon của Mặt Trời

thành điện năng, như trong pin mặt trời Năng lượng của các photon

cũng có thể được hấp thụ để làm nóng các vật thể, tức là chuyển thành nhiệt năng,

2 Sử dụng cho bình nước nóng năng lượng mặt trời,

3 Hóa hơi nước trong các máy nhiệt điện của tháp Mặt Trời,

4 Hoặc vận động các hệ thống nhiệt như máy điều hòa Mặt Trời.

Một phòng giặt ở California sử dụng năng lượng mặt trời

10

• Tấm quang điện mặt trời chứa nhiều dãy pin năng lượng mặt trời

có thể chuyển ánh sáng thành điện năng Pin năng lượng mặt trời

có thể gọi là pin quang điện Pin quang điện có tác dụng hấp thụ năng lượng của mặt trời và tạo ra dòng điện giữa 2 cực điện từ nghịch dấu.

• Trong một ngày nắng, mặt trời cung cấp khoảng 1 kW/m² đến mặt đất (khi Mặt Trời đứng bóng và quang mây, ở mực nước biển).

Mô hình những tấm quang điện trong vũ trụ

Tấm quang điện trên hồ nước ở

Petaluma

11

Máy đun nước nóng dùng năng lượng mặt trời để đun nóng chất lỏng, dùng làm phương tiện để truyền nhiệt đến một mạch tụ nhiệt Trong nhà nước nóng dùng trong phòng tắm, có thể đun nóng và trữ trong một bồn nước Các tấm trên trần nhà có tấm

hấp thụ nhiệt có gắn các ống luân chuyển chất lỏng.

12

Thiết bị thu (thường được sơn màu tối) đảm bảo sự chuyển đổi tia bức xạ mặt trời thành nhiệt, trong khi chất lỏng thì luân chuyển trong ống truyền nhiệt tới

nơi cần dùng hay dự trữ 13

Phần 2

Ứng d ụ ng cung c ấ p

nhi ệ t và làm mát

14

1 Ứng dụng vào bếp nấu ăn

Bếp năng lượng Mặt Trời là một thiết bị giữ các tia nắng và dùng năng lượng này

để đun nấu các loại thực phẩm hoặc đun nước sôi

Các loại bếp năng lượng mặt trời

- Bếp hình hộp

- Bếp panel

- Bếp dùng 2 lớp nồi

- Bếp parabol

 Nguyên lý hoạt động chung

- Hội tụ ánh nắng: 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 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

Bếp panel Bếp hotpot

 Ở Ghana, một phụ nữ làng Zouzugu đang dùng bếp năng lượng mặt trời đun sôi nước để phòng bệnh

dracunculiasis và nhiều chứng bệnh khác

 Bếp năng lượng mặt trời

lớn nhất thế giới ở

Odeillo, miền nam nước

Pháp Bếp đạt đến nhiệt

độ hơn 3000°C, do Trung

Tâm Ngiên Cứu Khoa Học

Quốc Gia (CNRS) thiết lập

 Việt nam là một nước nhiệt đới, nằm ở vành

đai nội chí tuyến nên tổng số giờ nắng trong

năm lớn, ở khu vực Miền Trung có khoảng

2900 giờ nắng và với cường độ bức xạ cao, lên đến 950W/m2 do đó rất thuận lợi cho việc triển khai ứng dụng các thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời Vì thế thiết bị nấu ăn bằng năng

lượng mặt trời thiết bị có hiệu suất cao và rất phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam đặc

biệt là ở các tỉnh Miền Trung và Tây Nguyên.

19

Hiện có 2 dạng bếp được sử dụng phổ

biến ở Việt Nam

• Loại 1 bếp hình hộp dùng để

đun nước và nấu cơm Hướng

các tia nắng mặt trời vào trung

tâm của một cái chậu nhôm

Đặt nồi đựng thực phẩm vào

trong chậu nhôm Đậy một tấm

kính lên miệng chậu có gắn tấm

phản chiếu ở phía sau Nhiệt độ

sẽ tăng dần lên đến 120-140 độ

C Sau 1-2 giờ đun nấu, thực

phẩm bên trong sẽ chín

20

 Loại thứ 2 là bếp hình

parabol, gồm một chảo

parabol nhằm tập trung

tia nắng mặt trời tại một

điểm để đun nấu

Bếp có giá thành cao hơn

so với bếp hình hộp,

song bù lại bếp nấu rất

nhanh và đạt nhiệt độ

cao như đun nấu bằng

nhiên liệu bình thường

21

 Các loại bếp nấu sử dụng năng lượng mặt

trời này rất phù hợp với người dân vùng

nông thôn nơi mà chất đốt chủ yếu là rơm rạ

và củi nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ sức khoẻ và môi trường

 Các loại bếp này đã được triển khai rộng rãi

và được người dân rất ủng hộ

22

Triển khai ứng dụng các loại bếp

nấu năng lượng mặt trời

23

 Với quy mô bếp nấu lớn mỗi gia

đình có thể lắp một bếp nếu có thể định vị theo hướng mặt trời trong một ngày loại này có phần gương phản xạ đặt ngoài nhà còn bếp

nấu đặt trong nhà nên rất thuận

lợi cho quá trình nấu

25

2 Ứng dụng chưng cất nước

 Ở những vùng thừa nước biển và nắng nhưng khan hiếm nước ngọt, đã có thể cải thiện chất lượng cuộc sống với nước sạch cất bằng năng lượng mặt trời.

26

 Năng lượng mặt trời còn có thể chưng cất nước lợ nhiễm mặn và nước biển thành

nước uống tinh khiết cho cư dân vùng

thiếu nước ngọt, vùng biển đảo

 Chỉ với một bộ chưng cất nước gồm một hộp đựng nước không thấm được làm

bằng gỗ hay xi măng, với một tấm kính

trắng đậy lên Một thiết bị kích cỡ 1-2 m

có thể lọc được 5-10 lít nước tinh khiết

mỗi ngày.

27

Giải pháp nước sạch cho đảo chìm

28

Buồng lưu giữ nhiệt

Bơm

Gia nhiệt bổ sung

Nước lạnh

Nước nóng

Bình nước nóng năng lượng mặt trời

4 Phơi, sấy

- Tận dụng nhiệt trực tiếp từ mặt trời để phơi khô

Buồng lưu giữ nhiệt

Quạt

Gia nhiệt bổ sung

Không khí lạnh

Không khí nóng

Bộ thu Đường

nối tắt

Sử dụng gián tiếp qua thiết bị sấy để

sấy nông sản thực phẩm

Máy sấy cà phê năng lượng mặt trời

5 Ứng dụng vào làm mát

Bình trữ năng lượng

Phần 3 Ứng dụng

Nhiệt – Điện

36

1 Động cơ stirling

• Ðộng cơ Stirling là một thiết bị có nhiều ưu việt

và cấu tạo đơn giản.

• Một đầu động cơ được đốt nóng, phần còn lại

để nguội và công hữu ích được sinh ra Ðây là

một động cơ kín không có đường cấp nhiên liệu cũng như đường thải khí

37

Nguyên lý hoạt động

nóng) nguồn nhiệt được sử dụng có thể là

chùm tia bức xạ mặt trời hội tụ tại đầu

xilanh hoặc một cách đơn giản là nhúng đầu xilanh vào nước nóng, thì áp suất và nhiệt độ không khí bên trong tăng lên Áp suất cao sẽ đẩy piston chuyển động và

sinh ra công hữu ích

38

BƠM NƯỚC DÙNG NĂNG LƯỢNG MẶT

Động cơ stirling năng lượng mặt trời công

suất 5W tốc độ 1000 v/ph.

40

Máy phát điện dùng gương lõm tập trung ánh

nắng vào đầu nóng của động cơ Stirling nằm ở tiêu điểm của gương.

41

2 Tháp Nhiệt Điện Mặt Trời

Sơ đồ nguyên lý với môi chất là muối

Sơ đồ nguyên lý với môi chất là nước

Sơ đồ nguyên lý với môi chất là dầu

Phần 4 PIN MẶT TRỜI

Pin mặt trời (PV; Photovoltaic)

Nguyên lý của Pin mặt trời

dựa trên cơ sở của hiệu

ứng quang điện có được

khi hai vật liệu có đặc tính

dẫn điện khác nhau hàn

lại Khi có năng lượng của

photon ánh sáng chiếu vào,

Cấu trúc của tế bào quang điện

Ứng dụng PV cho hộ gia đình

Sản xuất điện tập trung

• Công suất tương đối nhỏ cỡ vài

MW

• Cung cấp điện cho một khu vực

hoặc cấp lên lưới

Một số ứng dụng trong giao thông

PHẦN 5

BƯỚC TIẾN CỦA CÔNG NGHỆ

NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

VÀ

CÁC DỰ ÁN NĂNG LƯỢNG MẶT

TRỜI TẠI VIỆT NAM

1 Bước tiến của công nghệ

năng lượng mặt trời

bào năng lượng mặt

trời mới có hiệu suất

vượt trội hơn hẳn

các thế hệ hiện tại

53

Nhờ vào lớp phủ chống phản xạ đặc biệt, tế

bào pin mặt trời mới của RPI gần như hoàn

hảo Nó có khả năng hấp thụ đến 96,21% năng lượng mặt trời chiếu đến trong khi tế bào tốt

nhất hiện tại chỉ có thể hấp thụ được tối đa

67,4% 43% hiệu suất vượt trội hơn công nghệ hiện nay cùng với khả năng sản xuất hàng loạt

dễ dàng, tế bào mặt trời của RPI là một bước

tiến vượt bật

Lớp phủ vật liệu nano của tế bào pin mặt trời nhìn qua kính hiển vi điển tử

54

• Kể từ đầu những năm 60 thế kỷ 19, khi

mà kỹ sư, nhà sáng chế Auguste

Mouchout người Pháp sử dụng một chiếc nồi kín bằng thuỷ tinh, một chiếc đĩa hình parabôn mài bóng và sức nóng mặt trời để tạo ra hơi nước, cấp cho chiếc động cơ

hơi nước đầu tiên chạy bằng năng lượng mặt trời thì đến nay, công nghệ năng

lượng nhiệt mặt trời (solar thermal energy

- STE) đã có những bước tiến dài.

55

Công ty Ausra Inc đã

đưa vào hoạt động trạm

năng lượng nhiệt mặt

trời (STE) Kimberlina tại

Bakersfield (bang

California, Mỹ) Đây là

trạm nhiệt điện mặt trời

đầu tiên kể từ khi Công

ty FPL Energy xây dựng

9 hệ thống phát năng

lượng mặt trời tại sa mạc

Mojave vào cuối những

năm 1980 và đầu những

năm 1990 Rẻ hơn, nhanh hơn, khoẻ hơn

Trạm năng lượng nhiệt mặt trời (STE) Kimberlina tại Bakersfield (bang California, Mỹ) với các dãy gương dài hơn 300 m 56

• Ngoài nhà máy trên, Ban Năng lượng bang California đang xét duyệt các đề xuất về năm nhà máy nhiệt điện mặt trời cỡ lớn, bao gồm dự án SES Solar Two (750

MW) của công ty Stirling Energy Systems, tháp năng

lượng mặt trời Ivanpah (400 MW) của công ty

BrightSource, dự án máng thu năng lượng mặt trời (250 MW) của công ty Beacon Solar tại Kern County và hai dự

án năng lượng hỗn hợp (hybrid) có sử dụng máng thu

năng lượng mặt trời để tạo ra công suất tổng là 112 MW Sáu dự án nói trên cộng lại sẽ bổ sung 1.689 MW cho

lưới điện Văn phòng Quản lý Đất Liên bang cũng đang nghiên cứu yêu cầu đầu tư 34 nhà máy điện mặt trời nữa tại miền Nam California, với tổng công suất khoảng 24

GW

57

2 Các dự án năng lượng mặt

trời tại Việt Nam

• Có tiềm năng về NLMT,có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao, với trị số tổng xạ khá lớn từ 100-175

kcal/cm2.năm

• Được khai thác cho hai nhu cầu sử dụng: sản xuất điện

và cung cấp nhiệt

• 2 công nghệ chính sử dụng NLMT:

- Điện mặt trời dựa trên hiệu ứng quang điện

- Nhiệt mặt trời dựa trên hiệu ứng nhà kính (nhiệt

độ thấp) và công nghệ nhiệt mặt trời hội tụ (nhiệt

độ cao)

Công nghệ điện mặt trời Quang điện

Hệ Pin Mặt Trời 500W cho Trạm xá

Yên Lập, Phú Thọ

Hệ 500W cho hộ gia đình Đảo

Quan Lạn, Quảng Ninh

Công nghệ Nhiệt năng từ mặt trời

• Hệ nước nóng NLMT 60m2, 5m3/ngày để sấy gỗ và thiết

bị đun nước nóng NLMT do TT năng lượng mới thiết kế, sản xuất

• Có nhiều dự án điện mặt trời phát triển ở Việt nam

- Dự án điện khí hoá nông thôn Fondem Solarlab Vietnam

France Dự án nối lưới và điện khí hoá nông thôn được thực hiện bởi SolarLab với sự công tác của Bộ Khoa học Công nghệ Việt nam (MOST) và

Atersa của Tây Ban Nha.

- Dự án điện mặt trời với công suất 100 kWp (tài trợ bởi Nedo - Japan) ở Gia Lai

Rào cản trong việc ứng dụng

• Công nghệ thiết kế, lắp ráp, vận hành và bảo trì tương đối phức tạp

• Phần lớn những dự án điện mặt trời đều sử dụng nguồn vốn tài trợ hoặc vốn vay nước ngoài Do đó, mới chỉ có một vài tổ chức, viện nghiên cứu và các trường đại học tham gia, còn phía doanh nghiệp, cá nhân vẫn chưa chú trọng với việc ứng dụng

• Thiếu sự hỗ trợ của Nhà nước về đầu tư nghiên cứu,

kinh phí, trang thiết bị kỹ thuật cho sản xuất

• Chính sách hỗ trợ của Nhà nước đối với các doanh

nghiệp tham gia đầu tư, phát triển ngành năng lượng mới này lên quy mô công nghiệp

63THANKS FOR YOUR ATTENTION