CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
1.2. CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.2.1. Sơ lược tình hình sử dụng NLMT trên thế giới
Việc nghiên cứu ứng dụng năng lượng trên thế giới đã có từ lâu, đặc biệt là sau sự cấm vận dầu năm 1973 và sự khủng hoảng năng lượng thế giới năm 1979 đã làm thay đổi chính sách năng lượng trên phạm vi toàn thế giới, nhu cầu năng lượng thay thế và phỏt triển bền vững cho tương lai càng trở nờn rừ ràng và cấp thiết. Cỏc nước công nghiệp phát triển đã đi tiên phong trong việc nghiên cứu và ứng dụng NLMT như Mỹ, EU, Nhật Bản, Israel, Trung Quốc, Ấn Độ... Nhiều tổ chức quốc tế đã có những chương trình nghiên cứu, hỗ trợ, khuyến khích việc phát triển ứng dụng NLMT nhằm phát triển bền vững, xóa đói giảm nghèo, đặc biệt là ở châu Phi, châu Á. Hai dạng ứng dụng NLMT phổ biến nhất hiện nay là hệ thống chuyển hoá NLMT thành nhiệt năng như hệ thống đun nước nóng NLMT, bếp nấu ăn bằng NLMT, hệ thống sấy NLMT...
và hệ thống chuyển hoá NLMT thành điện năng như pin NLMT.
Các ứng dụng phổ biến sử dụng NLMT là:
- Bếp NLMT: Có hai dạng bếp nấu là bếp parabol và bếp hộp. Với bếp parabol, NLMT thu được qua các chảo thu nhiệt hình parabol hay hình hộp. Bếp parabol, nồi chứa thức ăn được đặt giữa một bán cầu được tráng gương để phản xạ và tập trung tia mặt trời vào nồi chứa. Để duy trì nhiệt độ, người ta đặt một cái bao giữ nhiệt trong suốt bằng nylon bao quanh nồi chứa. Chảo thu nhiệt cần phải thường xuyên điều chỉnh quay theo hướng mặt trời để thu được nhiều nắng nhất.
Ở bếp hộp thì nồi nấu đặt bên trong thành bếp và thu nhiệt nhờ hai tấm gương phản xạ được gắn hai bên cánh phản xạ của bếp.
Ngoài ra, phía trong là mặt nhôm được đánh bóng để phản xạ, biên dạng của mặt phản xạ được thiết kế là mặt kết hợp của các parabol tròn xoay sao cho nồi nấu có thể nhận được chùm tia trực xạ của ánh sáng mặt trời và chùm phản xạ từ gương phẳng khi đặt cố định. Bếp có giá thành rẻ và hiệu suất khá cao.
Hình 1.7. Bếp nấu NLMT
- Thiết bị lọc nước bằng năng lượng mặt trời Carocell là phát minh của nhà khoa học Úc Peter Johnstone với 6 bằng sáng chế được công nhận toàn cầu. Công nghệ khử muối/chưng cất nước sử dụng năng lượng mặt trời của Carocell có thể coi là một trong những sản phẩm hữu ích đạt hiệu quả chi phí tốt nhất của loại hình này trên thế giới. Hệ thống này sản xuất ra nước uống chất lượng cao, an toàn từ bất kỳ nguồn nước nào, bao gồm cả nước thải công nghiệp, nước bị ô nhiễm, nước nhiễm bẩn, nước ngầm nhiễm mặn và nước mặn.
Tấm Carocell không dùng màng lọc, lừi lọc hay phụ kiện điện tử đắt tiền, không sử dụng hóa chất, không phải tốn chi phí nhiên liệu điện/xăng dầu, thích hợp mọi địa hình. Và trong quá trình xử lý, nơi nào có nước và ánh sáng mặt trời là có nước uống. Carocell sản xuất ra nước ngọt uống trực tiếp từ tất cả mọi nguồn nước đầu vào. Đặc biệt cũng dễ lắp đặt và chỉ cần đầu tư một lần là có thể dùng trong 20 năm
Hình 1.8.Thiết bị lọc nước sử dụng năng lượng mặt trời Carocell
- Xe Ôtô:Một nhóm sinh viên trường Đại học Công nghệ Eindhoven ở Hà Lan đã chế tạo thành công chiếc xe năng lượng mặt trời có 4 chỗ ngồi đầu tiên. Đây cũng là chiếc xe điện có quãng đường đi xa nhất cho một lần sạc pin. Dự kiến, chiếc xe sẽtiếp tục được nghiên cứu và đưa vào thị trường trong 5-10 năm tới.
Hầu hết những chiếc xe chạy bằng năng lượng mặt trời sẽ rất nhẹ, những tấm pin năng lượng sẽ bao phủ quanh xe sẽ là nguồn cung cấp điện chính, tuy nhiên, nguồn điện thu được khó có thể đáp ứng được nhu cầu của chiếc xe, đây chính là lý do mà hầu hết những chiếc xe năng lương mặt trời chỉ có 1 chỗ ngồi duy nhất, thiết kế mỏng, hẹp và có trọng lượng nhẹ để giảm tối đa lực cản của không khí
Hình 1.9.Xe năng lượng mặt trời 4 chỗ đầu tiên thế giới chạy được 800 km
- Máy bay: Máy bay vận hành hoàn toàn bằng năng lượng mặt trời Solar Impulse 2 ngày 25/7 khi máy bay vận hành hoàn toàn bằng năng lượng mặt trời Solar Impulse 2 đáp xuống sân bay Al Bateen ở Abu Dhabi, máy bay này đã vượt qua chặng đường gần 40.000 km, xuyên qua 4 châu lục gồm châu Á, Bắc Mỹ, châu Âu, Bắc Phi và 2 đại dương là Thái Bình Dương, Đại Tây Dương. Các quốc gia mà Impulse 2 từng dừng lại gồm: Oman, Ấn Độ, Myanmar, Trung Quốc, Nhật Bản, Mỹ, Tây Ban Nha, Italy, Ai Cập và Ả Rập Xê út
Solar Impulse 2 là máy bay không chạy bằng nhiên liệu thông thường mà sử dụng hoàn toàn nguồn năng lượng mặt trời. Chiếc máy bay có duy nhất một chỗ ngồi này có độ sải cánh là 72m, dài hơn cả máy bay Boeing 747 và được trang bị hơn 17.000 tấm pin năng lượng mặt trời. Vào ban ngày trong điều kiện nhiều ánh sáng, các tấm pin này sẽ tích lũy điện năng, từ đó sẽ cho phép máy bay có khả năng thực hiện các chuyến bay vào ban đêm. Tuy nhiên, để tích đủ năng lượng cho máy bay, ban ngày máy bay phải được bay trong điều kiện thời tiết nhiều nắng.
Hình 1.10.Máy bay Solar Impulse 2 chạy hoàn toàn bằng năng lượng mặt trời
- Đèn giao thông: Đèn tín hiệu giao thông sử dụng NLMTcó ưu điểm là không cần sử dụng dây điện và khá linh hoạt, có thể tiết kiệm khá nhiều tiền điện khi hoạt động liên tục trong thời gian dài. Chúng được thiết kế với một số bóng đèn LED thân thiện với môi trường và không cần sạc lại trong một thời gian khá lâu. Trong trường hợp mất điện lưới thì những đèn tín hiệu giao thông này vẫn tiếp tục hoạt động.
Hình 1.11.Đèn giao thông sử dụng NLMT
- Sạc pin: Điện thoại, máy nghe nhạc...đều cần được sạc pin và việc sạc pin có thể được thực hiện bởi một thiết bị mới là sạc NLMT. Thiết bị này có gắn một tấm NLMTđể tích quang năng thành điện năng. Thiết bị này tương đối rẻ và rất tiện lợi, gọn nhẹ, giúp sạc điện cho các thiết bị cầm tay ở những nơi không
có nguồn điện lưới. Hình 1.12.Sạc pin bằng NLMT
- Sấy nông sản bằng NLMT:Sấy nông sản bằng NLMT hiện được ứng dụng ở miền khí hậu nhiệt đới với nhiều loại thiết bị khác nhau. Tuy vậy, chúng đều có một nguyên lý chung là ứng dụng nguyên lý bẫy nhiệt nhờ hiệu ứng nhà kính, NLMT được hấp thụ trực tiếp hoặc gián tiếp tới vật sấy, lượng ẩm thoát ra từ vật sấy được không khí mang đi theo cách đối lưu tự nhiên hoặc cưỡng bức.
Các chuyên gia thuộc ĐH Nông nghiệp 1 (Hà Nội) đã chế tạo thành công máy sấy hạt nông sản bằng năng lượng mặt trời [23]
Nghiên cứu hiệu suất máy sấy NLMT của tác giả Mustayen, S. Mekhilef, R.
Saidur (2014) đã đánh giá hiệu quả máy sấy NLMT so với các loại máy sấy sử dụng các nhiên liệu khác, ứng dụng của các loại máy sấy NLMT hiện nay phù hợp với từng loại sản phẩm và các giải pháp tốt nhất để nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm chi phí, các tác động môi trường [20].
Có thể phân loại gồm thiết bị sấy trực tiếp, thiết bị sấy gián tiếp và thiết bị sấy hỗn hợp. Ngoài ra, còn có thiết bị sấy kết hợp NLMT với sinh khối hay pin mặt trời.
Hình 1.13. Hầm sấy kiểu kết hợp với sinh khối và kiểu trực tiếp đối lưu tự nhiên
Hình 1.14.Thiết bị sấy kiểu gián tiếp đối lưu tự nhiên và kiểu hỗn hợp đối lưu tự nhiên