Thiết kế, chế tạo và cải tiến bếp đun năng lượng mặt trời cho các hộ gia đình khu vực miền Trung

Ứng dụng các dạng năng lượng mặt trời vào đời sống và thực tiễn

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 các công nghệ sản xuất và trên những quy mô rộng thì mới chỉ thực sự bắt đầu vào cuối thế kỷ 18 và chủ yếu ở những nước có nhiều năng lượng mặt trời, những vùng sa mạc. Thứ nhất biến đổi trực tiếp năng lượng mặt trời thành điện năng sử dụng pin mặt trời hay nhờ các tế bào quang điện, các pin mặt trời sản xuất ra điện năng một cách liên tục chừng nào còn có bức xạ mặt trời chiếu tới. Việt nam là một nước nhiệt đới có số giờ nắng là rất cao vì vậy sử dụng năng lượng mặt trời là một trong những chiến lược lâu dài góp phần bổ sung cho nhu cầu năng lượng của đất nước có tầm quan trọng rất lớn.

Pin mặt trời có ưu điểm là gọn nhẹ có thể lắp đặt ở bất kỳ ở đâu có ánh sáng mặt trời, đặc biệt là trong lĩnh vực tàu vũ trụ, ứng dụng của năng lượng mặt trời dưới dạng này được phát triển với tốc độ rất nhanh, nhất là ở các nước phát triển. Ngày nay thì người ta ứng dụng pin mặt trời trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, để chạy xe và trong sinh hoạt hằng ngày thay thế dần năng lượng truyền thống, dùng để nuôi tôm làm hoạt động hệ thống cung cấp ô xi cho tôm, các máy phát điện với công suất nhỏ áp dụng cho các làng xã và lớn hơn nữa là hệ thống cung cấp điện cho cho các vùng khác nhau. Tạo được những pin mặt trời silicon có tính thương mại cao nhất hiện nay Sự tiến bộ của công nghệ sản xuất pin mặt trời đã có những bước phát triển đáng kể được ứng dụng trong kỹ thuật senser cũng như cung cấp năng lượng cho các vệ tinh trong vòng 30 năm qua.

Pin silic tinh thể là một đĩa dày khoảng 250 àm cú pha thờm Bor, mặt trước đĩa cú chứa phosphor khuếch tỏn với độ sõu khoảng 0,3àm phosphor tỏc động mạnh tác động trong lớp mỏng silic tạo ra một lượng dư electron dẫn, nhờ đó lớp này trở thành lớp dẫn. Mặt thuận lợi của hệ thống này là muối nóng chảy có khả năng giữ nhiệt rất hiệu quả, có thể kéo dài đến vài ngày trước khi được sử dụng để chuyển thành điện, có nghĩa là điện vận có thể được sản xuất trong những ngày âm u hoặc vào vài giờ sau hoàng hôn. Bộ phận thu nhiệt là một hộp có phần nắp đậy là vật liệu trong suốt như kính hoặc vật liệu tổng hợp (màng mỏng polyetilen hoặc nhựa cứng), mặt đáy là kim loại được bôi đen (có thể dùng sơn đen trộn với bồ hóng hoặc vật liệu tương tự để tạo vật đen không bóng).

Tình hình nghiên cứu và ứng dụng bếp năng lượng mặt trời trong nước và trên thế giới

Mặt đen hấp thụ nhiệt và phát ra bức xạ nhiệt, nếu không có nắp trong suốt ngăn lại thì bức xạ nhiệt sẽ tản ra môi trường và nhiệt độ của mặt hấp phụ sẽ ổn định. Giấy bìa cứng, giấy nhôm và bao chất dẻo cho hơn 10.000 bếp đã được biếu cho trại tị nạn Iridimi và trại tị nạn Touloum ở Chad do các cố gắng chung của hội Jewish World Watch, hội KoZon người Hà Lan và Solar Cookers International. Hiện nay trên thế giới bếp mặt trời được sử dụng ở nhiều nước Ấn Độ, Trung Quốc, Bolivia… Đặt biệt ở Châu Phi được bếp sử dụng nhiều bởi nơi đây có số giờ nắng nhiều nhất và dân số còn thiếu thốn về mặt năng lượng.

Kể từ năm 2000 một số bếp đun nấu bằng năng lượng mặt trời rất đơn giản đã được giới thiệu bởi tổ chức phục vụ năng lượng mặt trời (Solar Serve) tại một vài huyện trong tỉnh Quảng Nam. Bếp hình hộp đã đến được với các nông dân nghèo các vùng Điện Bàn, Núi Thành, Thăng Bình (Quảng Nam), các hộ gia đình dân tộc Cơ tu ở Hòa Phú (Đà Nẵng), Ninh Hải (Ninh Thuận) dùng hoàn toàn miễn phí do dự án của trường đại học Bách Khoa Đà Nẵng cung cấp. Bà Trương Thị Tránh là người đầu tiên ở Bình Dương, Thăng Bình xung phong nhận một bếp NLMT về dùng và bà không chỉ nấu bữa ăn mà còn nấu luôn cả nước bán mì Quảng và rất hể hả với kết quả mỗi tháng tiết kiệm được 200 nghìn đồng tiền mua than củi.

Đề tài nghiên cứu “Triển khai ứng dụng thiết bị năng lượng mặt trời tại các hộ gia đình ở vùng nông thôn, miền núi TP Đà Nẵng” do PGS.TS Hoàng Dương Hùng thực hiện tại “làng năng lượng mặt trời “ Bình Kỳ 2, được Hội đồng khoa học TP Đà Nẵng nghiệm thu tháng 12.2008. Phó Hiệu trưởng Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng cùng các công trình Bếp năng lượng mặt trời do PGS-TS Hoàng Dương Hùng cộng sự nghiên cứu chế tạo đã đem lại lợi ích thiết thực. Ông Hùng cho rằng: Ngoài lợi ích về kinh tế, đỡ tốn thời gian, bếp năng lượng mặt trời giúp người dân nâng cao nhận thức về tận dụng, khai thác năng lượng sạch, góp phần bảo vệ môi trường.

NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Đặc trưng của bức xạ mặt trời truyền trong không gian bên ngoài mặt trời là một phổ rộng trong đó cực đại của cường độ bức xạ nằm trong dải 10-1 - 10μm và hầu như một nửa tổng năng lượng mặt trời tập trung trong khoảng bước sóng 0,38 - 0,78μm đó là vùng nhìn thấy của phổ. Vào ban ngày khi đứng trong bóng dâm hoặc ngồi trong phòng mặc dù không được ánh sáng mặt trời trực tiếp chiếu vào nhưng ta vẫn nhỡn rừ mọi vật, phần bức xạ mặt trời giỳp ta nhỡn rừ mọi vật trong trường hợp này chính là tán xạ. Bức xạ mặt trời truyền trong không gian bên ngoài mặt trời là một phổ rộng trong đó cực đại của cường độ bức xạ nằm trong dải 10-1 -10μm và hầu như một nửa tổng năng lượng mặt trời tập trung trong khoảng bước sóng 0,38 - 0,78μm đó là vùng nhìn thấy của phổ.

Khi bức xạ mặt trời truyền qua lớp khí quyển bao bọc quanh trái đất thì các chùm tia bức xạ bị hấp thụ và tán xạ bởi tầng ozon, hơi nước và bụi trong khí quyển, chỉ một phần năng lượng được truyền trực tiếp tới trái đất. Các bức xạ với bước sóng ứng với các vùng nhìn thấy và vùng hồng ngoại của phổ tương tác với các phân tử khí và các hạt bụi của không khí nhưng không phá vỡ các liên kết của chúng, khi đó các photon bị tán xạ khá đều theo mọi hướng và một số photon quay trở lại không gian vũ trụ. Bức xạ mặt trời khi đi qua khí quyển còn gặp một trở ngại đáng kể nữa đó là do sự hấp thụ của các phần tử hơi nước, khí cacbonic và các hợp chất khác, mức độ của sự hấp thụ này phụ thuộc vào bước sóng, mạnh nhất ở khoảng giữa vùng hồng ngoại của phổ.

Khi trái đất chuyển động quanh quỹ đạo của nó trong một chu kỳ năm, sự tự định hướng của trục quả đất cùng với sự chuyển động quay quanh mặt trời dẫn đến sự thay đổi khoảng cách giữa mặt trời và trái đất, làm cho thay đổi cường độ bức xạ của mặt trời lên bề mặt trái đất. Nhu cầu nhiên liệu làm chất đốt cho đun nấu ở hộ gia đình đang gia tăng (tăng do tăng dân số, và các sử dụng nhiệt khác) đã kéo theo việc khai thác gỗ,củi vượt quá khả năng cung cấp bền vững, làm mất rừng và như vậy là môi trường sinh thái đã và đang sẽ bị tác động xấu. Những bếp đun này do hiệu suất thấp, chỉ đạt từ 8-15% đã dẫn tới tiêu thụ nhiều nhiên liệu và khi đun phát ra nhiều khí thải độc hại có thể gây ra các ảnh hưởng đến sức khoẻ cộng đồng, đặc biệt là người già, phụ nữ và trẻ em, họ là những người nội trợ chính ở các gia đình nông thôn nước ta.

Đối với các hộ gia đình ở thành phố thì có thể họ dùng bếp nấu bằng điện hoặc bằng gas thì hiệu quả hơn và không làm ôi nhiễm môi trường còn đối với các hộ gia đình ở nông thôn, miền núi hoặc vùng sâu, vùng xa thì bếp nấu được dùng chủ yếu là rơm rạ, củi, than để nấu mà hiệu quả nó đem lại thấp mà nó còn sinh ra các khí độc hại làm ôi nhiễm môi trường. Bên trên hộp được đặt một tấm kính trong suốt (3) có tác dụng để cho các bức xạ nhiệt xuyên qua tấm kính vào trong hộp, đồng thời làm cho nhiệt bên trong hộp không thể thoát ra ngoài được nhờ hiệu ứng bẫy nhiệt lồng kính.