Lưu trữ năng lượng mặt trời kết hợp hydrogen bằng hyđrua kim loại
MỤC LỤC
Lưu chứa hydrogen trong các hyđrua kim loại (metal hydride)
Phương pháp này sử dụng một số hợp kim có khả năng độc đáo, có thể hấp phụ hydrogen. Khi một hyđrua kim loại được “lấp kín” dần với các nguyên tử khí hydrogen, nó sẽ tỏa nhiệt, do đó, khi muốn giải phóng hydrogen, ta sẽ phải cung cấp nhiệt cho nó. Phương pháp này có thể chứa được một lượng rất lớn thể tích khí hydrogenhấp phụ vào kim loại.
Tuy nhiên, lượng hydrogen hấp phụ chỉ chiếm khoảng 1% - 2% tổng trọng lượng bình chứa (kim loại). Vì thế mà các bình chứa dạng này khá nặng và vì vậy chúng không thể sử dụng trong các ứng dụng di động. Ưu điểm của phương pháp này là hầu hết các hyđrua kim loại có thể hoạt động ở áp suất bình thường, do đó xét về mặt sử dụng và an toàn, đây là những điểm thuận lợi của việc lưu trữ hydrogen nhờ các hyđrua kim loại.
Muốn giải phóng khí hydrogen cần cung cấp nhiệt, vì thế, trường hợp các thùng chứa bị bể vỡ chẳng hạn thì hydrogen vẫn giữ kết nối trong kim loại mà không bị hao hụt. Lưu trữ hydrogen bằng các hyđrua kim loại hiện nay đang được ứng dụng nhiều trong các tàu ngầm.
Lưu chứa hydrogen trong ống carbon nano rỗng
Các hợp kim này hoạt động giống như miếng xốp có thể hút nước vậy, chúng. Lượng hydrogen hấp thụ phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ, nên về nguyên tắc, người ta có thể thay đổi áp suất hoặc nhiệt độ, rồi bơm hydrogen vào để lưu trữ, hay đẩy hydrogen ra để sử dụng. Vấn đề hiện nay là phải tìm ra các loại ống nano carbon chứa được nhiều hydrogen.
Ngoài ra, ta cũng cần vật liệu với tỷ lệ ống nano carbon cao, không lẫn với nhiều loại bụi than khác. Ưu điểm mang tính đột phá của công nghệ nano này chính là lượng lớn hydrogen mà nó có thể lưu chứa được, hơn nữa, so với cách lưu trữ bằng hợp kim thì ống carbon nano cũng nhẹ hơn. Hiện nay, công nghệ này đang được quan tâm nghiên cứu rất nhiều trên thế giới, hứa hẹn một phương thức lưu trữ hydrogen đầy tiềm năng, nhất là cho các ứng dụng pin nhiên liệu di động và nhỏ gọn như máy tính xách tay, máy ảnh, điện thoại di động..v.v.
Ngoài ra, còn một phương pháp lưu trữ hydrogen khác tuy ít phổ biến nhưng cũng khá thú vị, đó là chứa hydrogen trong các vi cầu bằng kính.
Lưu chứa hydrogen trong các vi cầu thủy tinh (glass microsphere)
- Hệ thống chuẩn bị nhiên liệu: có nhiệm vụ nhận, lưu trữ, nén và hóa hơi hydro. - Hệ thống truyền nhiên liệu: có nhiệm vụ đưa hydro áp suất cao đến thùng chứa nhiên liệu trên các ứng dụng.
Vấn đề an toàn
Các ứng dụng khác
- Hệ thống điện khẩn cấp là một loại hệ thống pin nhiên li u, có th bao g m h ệ ể ồ ệ thống chiếu sáng, máy phát điện và các thiết bị khác, để cung cấp nguồn lực dự phòng trong trường hợp khủng hoảng hoặc khi hệ thống thông thường bị lỗi. - Nguồn điện liên tục (UPS) cung cấp nguồn điện khẩn cấp và tùy thuộc vào cấu trúc liên k t, cung cế ấp điều chỉnh đường dây cũng như cho thiết bị được k t nế ối bằng cách cung cấp điệ ừ ột ngu n riêng khi không có ngun t m ồ ồn điện. Không giống như máy phát điện dự phòng, nó có thể bảo vệ ngay lập tức khỏi sự cố ngắt điện tạm thời.
Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng mà con người biết sử dụng từ rất sớm nhưng ứng dụng năng lượng mặt trời vào công nghệ sản xuất và trên quy mô rộng. Các nước công nghiệp phát triển đi và tiên phong trào việc nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời. Thứ nhất là năng lượng mặt trời được biến đổi trực thép thành điện năng nhờ các tế bảo quang điện bán dẫn, hay còn gọi là Pin mặt trời trời, các Pin mặt trời sản xuất ra điện năng một cách liên tục chừng nào còn có bức xạ mặt trời chiếu tới.
Lĩnh vực thứ hai đó là sử dụng năng lượng mặt trời dưới dạng nhiệt năng, ở đây, chúng ta dùng các thiết bị thu bức xạ nhiệt mặt trời và tích trữ nó đuổi dạng nhiều năm để dùng vào các mục địch khác nhau. Do đó việc sử dụng NLMT ở nước ta sẽ đem lại hiệu quả kinh tế lớn. Thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam hiện nay chủ yếu là hệ thống cung cấp điện dùng pin mặt trời, hệ thống nấu cơm có gương phản xạ.
Pin mặt trời là phương pháp sản xuất điện trực tiếp từ năng lượng mặt trời qua thiết bị biến đổi quang điện. Pin mặt trời có ưu điểm là gọn nhẹ có thể lắp bất kỳ ở đâu có ánh sáng mặt trời đặc biệt là trong lĩnh vực tàu vũ trụ. Ứng dụng năng lượng mặt trời dưới dạng này được phát triển với tốc độ rất nhanh, nhất là ở các nước phát triển.
Ngày nay con người đa ứng dụng pin mặt trời trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, để chạy xe và trong sinh hoạt thay thế dẫn nguồn năng lượng truyền thống.
Cấu tạo và hoạt động của pin mặt trời
Vật liệu đóng gói hoàn thiện Pin mặt trời
Một trong những vật liệu quan trọng nhất là chất liệu đóng gói – là chất kết dính giữa các lớp khác nhau của pin mặt trời. Vật liệu phổ biến nhất được sử dụng làm chất đóng gói là EVA – Ethylene vinyl acetate. Khi chịu một quá trình nhiệt của nấu chân không, loại polymer đặc biệt này trở đăc lại thành keo trong suốt và kết dính các tế bào quang điện.
Chất lượng của quá trình này, được gọi là cán màng, đảm bảo tuổi thọ cao cho chính tấm pin đó, đồng thời có ảnh hưởng đến việc truyền ánh sáng, tốc độ xử lý và khả năng chống lại màu vàng do tia UV. Đối với các trường hợp sử dụng đặc biệt, cũng có sẵn các tấm pin không khung hoặc các giải pháp nhựa đặc biệt. Những giải pháp này thường liên quan đến việc sử dụng các dung dịch hỗ trợ dán ở phía sau với công nghệ kính thủy tinh.
Hộp nối có chức năng đưa các mối nối điện của mô đun pin mặt trời ra bên ngoài. Biến tần là 1 thành phần quan trọng trong cấu tạo hệ thống điện năng lượng mặt trời. ❖ Chuyển hóa dòng điện một chiều DC thành dòng điện xoay chiều AC cung cấp cho các thiết bị điện.
❖ Inverter Growatt: Hiệu suất tốt, phù hợp với mọi vùng miền và điều kiện thời tiết. Dùng để kiểm soát và giám sát hệ thống dàn pin năng lượng mặt trời thông qua phần mềm, điều khiển giao tiếp ở b t kấ ỳ nơi đâu miễn là có m ng internet. Các biến tần được sử dụng thường xuyên nhất trong thị trường dân dụng đều đi kốm với ứng dụng giỏm sỏt sản xuất để bạn cú thể theo dừi sản lượng hệ thống của mình.
Trong một số trường hợp, ứng dụng này cũng sẽ cung cấp tính năng giám sát mức tiờu thụ để giỳp bạn theo dừi tổng thể tiết kiệm từ hệ thống điện năng lượng mặt trời của mình. Giám sát hệ thống điện năng lượng mặt trời của bạn có thể giúp bạn xác định bất kỳ vấn đề hiệu suất nào để đảm bảo rằng bạn tối đa hóa sản lượng và lợi nhuận tài chính của hệ thống điện năng lượng mặt trời. Dùng để đo lường điện năng lượng mặt trời sản sinh và sản lượng điện bán ra cho EVN.
Pin dự trữ
Điều này thường xảy ra khi năng lượng của photon thấp hơn năng lượng đủ để đưa các hạt electron lên mức năng lượng cao hơn. Điều này thường xảy ra khi năng lượng của photon lớn hơn năng lượng để đưa electron lên mức năng lượng cao hơn. Khi photon được hấp thụ, năng lượng của nó được truyền đến các hạt electron trong màng tinh thể.
Thông thường các electron này lớp ngoài cùng, và thường được kết dính với các nguyên tử lân cận vì thế không thể di chuyển xa. Khi electron được kích thích, trở thành dẫn điện, các electron này có thể tự do di chuyển trong bán dẫn. Lỗ trống này tạo điều kiện cho các electron của nguyên tử bên cạnh di chuyển đến điền vào “lỗ trống”, và điều này tạo ra lỗ trống cho nguyên tử lân cận có “lỗ trống”.
Một photon chỉ cần có năng lượng lớn hơn năng luợng đủ để kích thích electron lớp ngoài cùng dẫn điện. Tuy nhiên, tần số của mặt trời thường tương đương 6000°K, vì thế nên phần lớn năng lượng mặt trời đều được hấp thụ bởi silic. Tuy nhiên hầu hết năng lượng mặt trời chuyển đổi thành năng lượng nhiệt nhiều hơn là năng lượng điện sử dụng được.