Năng lượng mặt trời là gì ? Cách thức hoạt động của năng lương mặt trời

Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch, to lớn, vô tận, có ở khắp nơi mà chúng ta có thể khai thác. Nó mang lại nhiều giá trị cho con người. Những năm gần đây các nước trên thế giới đang cùng nhau khai thác và đưa nguồn năng lượng sạch này vào sử dụng. Quá trình khai thác không gây ảnh hưởng tiêu cực nào đến môi trường. Mà ngược lại năng lượng mặt trời mang lại rất nhiều lợi ích khác. Trong bài viết này chúng ta cùng nhau tìm hiểu về ngành năng lượng mặt trời và cách thức hoạt động của nó ra sao qua bài viết dưới đây bạn nhé!

Nguồn gốc năng lượng mặt trời trong tự nhiên

Năng lượng mặt trời là gì ? Cách thức hoạt động của năng lương mặt trời 2
Nguồn gốc năng lượng mặt trời trong tự nhiên

Điện mặt trời(Quang điện hay Photovoltaics – PV) là nguồn năng lượng lớn nhất mà con người tận dụng và đưa vào sử dụng được. Đặc biệt đây là nguồn năng lượng tái tạo vô cùng sạch, đáng tin cậy và chúng ta có thể khai thác thoải mái mà không bao giờ sợ cạn kiệt. Việc khai thác thành công nguồn năng lượng mặt trời không những không ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường mà còn mang lại vô vàn các tác dụng tích cực khác.

Việc khai thác năng lượng mặt trời được thực hiện qua hai phương pháp là chủ động và thụ động. Phương pháp thụ động là việc thu giữ nhiệt trong cấu trúc và vật liệu của các công trình xây dựng.

Phương pháp chủ động sử dụng các thiết bị đặc biệt để thu giữ bức xạ nhiệt mặt trời và sử dụng cho hệ thống quạt và máy bơm để phân phối nhiệt. Trong hai cách thì khai thác năng lượng mặt trời bằng phương pháp thụ động có lịch sử dài hơn hẳn trong khi phương pháp chủ động mới phát triển từ thế kỷ 20.

Lịch sử phát triển của ngành năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời là gì ? Cách thức hoạt động của năng lương mặt trời 3
Lịch sử phát triển của ngành năng lượng mặt trời

Con người biết đến và sử dụng năng lượng mặt trời từ rất sớm. Tuy nhiện việc ứng dụng được năng lượng mặt trời vào sản xuất thì phải đến cuối thế kỷ 18 tại các nước có lượng bức xạ mặt trời cao như sa mạc. PV Array là bộ thu năng lượng – máy phát điện mặt trời thông qua hiệu ứng quang điện.

Được phát hiện vào năm 1839 bởi nhà vật lý người Pháp Alexandre-Edmund Becquerel. Hiệu ứng quang điện mô tả cách thức mà các tế bào PV tạo ra điện từ năng lượng nằm trong các photon của ánh sáng mặt trời. Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào một tế bào PV, tế bào hấp thụ một số photon và năng lượng của photon được chuyển thành một electron trong vật liệu bán dẫn. Với năng lượng từ photon, electron có thể thoát ly ra khỏi vị trí thông thường của nó trong nguyên tử bán dẫn để trở thành một phần của dòng điện trong mạch điện

Hầu hết các tế bào PV thuộc một trong hai loại cơ bản là Silicon tinh thể hoặc màng mỏng (thin film). Các Mô-đun Silicon tinh thể có thể được tạo thành từ Silicon đơn tinh thể, đa tinh thể hoặc băng Silicon. Thin-film là một thuật ngữ bao gồm một loạt các công nghệ khác nhau, gồm Silicon vô định hình và một loạt các biến thể sử dụng các chất bán dẫn khác như Cadmium telluride hoặc CIGS (Đồng Indium Gallium diselenide).

Mặc dù công nghệ màng mỏng đang được nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ, các mô-đun tinh thể hiện vẫn chiếm hơn 80% thị trường. Để sử dụng năng lượng từ PV Array, cần có các bộ phận phụ trợ khác như bộ biến tần, bộ điều khiển sạc và pin lưu trữ, tạo nên hệ thống năng lượng mặt trời. Từ sau cuộc khủng hoảng ngành năng lượng năm 1968 và năm 1973 năng lượng mặt trời mới thực sự được chú ý và phát triển. Từ đó đến nay ngành công nghiệp năng lượng đã trải qua bao nhiêu cải tiến, phát minh chúng ta có được hệ thống năng lượng mặt trời với các thiết bị hiện đại.

Phương pháp khai thác năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời là gì ? Cách thức hoạt động của năng lương mặt trời 4
Phương pháp khai thác năng lượng mặt trời

Mặt trời là nguồn năng lượng vô tận mà chúng ta có thể khai thác và sử dụng. Trong lịch sử khai thác năng lượng mặt trời của con người. Chúng ta có thể chia ra làm hai phương pháp chính. Đó là phương pháp khai thác chủ động và phương pháp thụ động.

Phương pháp thụ động là phương pháp sử dụng các nguyên tắc thu giữ nhiệt trong cấu trúc vật liệu các công trình xây dựng.
Phương pháp chủ động hiện đại hơn là sử dụng các thiết bị đặc biệt để thu năng lượng từ bức xạ mặt trời. Sau đó dùng hệ thống quạt hay máy bơm để phân phối nhiệt năng lượng mặt trời.

Ứng dụng năng lượng mặt trời hiện nay

Năng lượng mặt trời là gì ? Cách thức hoạt động của năng lương mặt trời 5
Ứng dụng năng lượng mặt trời hiện nay

Năng lượng mặt trời hiện nay được khai thác thành công và ứng dụng theo hai phương pháp chính. Đó là nhiệt mặt trời và điện mặt trời. Mỗi loại ứng dụng có một cách khai thác cũng như phục vụ cho nhu cầu sử dụng riêng.

Nhiệt mặt trời

Nhiệt mặt trời là quá trình chuyển hóa năng lượng mặt trời thành nhiệt năng. Nó được sử dụng chủ yếu trong các lò sưởi, đun nóng, tạo hơi nước hay các hệ thống nước nóng hiện nay.

Điện mặt trời

Có thể hiệu điện mặt trời là quá trình chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng. Hệ thống tạo ra điện mặt trời có thể thay thế nguồn điện lưới để phục vụ cho quá trình sinh hoạt và sản xuất kinh doanh của con người.

Tuy rằng công suất của điện mặt trời khai thác được còn khá thấp hơn so với thủy điện và nhiệt điện. Tuy nhiên trong vòng 5 năm trở lại đây điện mặt trời liên tục được phát triển lên theo cấp số nhân. Mỗi năm mức độ tăng trưởng từ 25% trở lên. Dự kiến trong một tương lại gần điện mặt trời sẽ là nguồn năng lượng chính trên thế giới. Nó thay thế các nguồn năng lượng truyền thống đang dần cạn kiệt dần.

Thành phần cơ bản của hệ thống điện năng lượng mặt trời

Để tiến hành khai thác thành công năng lượng mặt trời thành điện mặt trời. Chúng ta tiến hành ghép nối nhiều thiết bị lại với nhau tạo thành một hệ thống. Trong hệ thống điện mặt trời, mỗi thiết bị sẽ có một nhiệm vụ riêng được kết nối mật thiết với nhau.

Tấm pin năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời là gì ? Cách thức hoạt động của năng lương mặt trời 6
Tấm pin năng lượng mặt trời

Tấp pin năng lượng mặt trời là thiết bị quan trọng nhất cũng có mức giá cao nhất của hệ thống. Hệ thống được ghép nhiều tấm pin mặt trời lại với nhau để thu bức xạ mặt trời và biến đổi thành điện năng. Mỗi tấm pin có tuổi thọ khá cao từ 25 đến 30 năm sử dụng.

Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời là gì ? Cách thức hoạt động của năng lương mặt trời 7
Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời

Đây là thiết bị có nhiệm vụ điều khiển quá trình sạc điện từ pin mặt trời sang hệ thống ắc quy lưu trữ. Nó bảo vệ cho ắc quy không nạp quá tải hay xả điện quá sâu. Đặc biệt giúp hệ thống luôn hoạt động đúng chiều của nó. Không để điện từ bình ắc quy trào ngược trở lại tấm pin mặt trời. Giúp bảo vệ tuổi thọ của ắc quy cũng như của hệ thống điện mặt trời.

Bộ kích điện mặt trời inverter

Năng lượng mặt trời là gì ? Cách thức hoạt động của năng lương mặt trời 8
Bộ kích điện mặt trời inverter

Bộ kích điện có nhiệm vụ chuyển đổi dòng điện một chiều từ bình ắc quy từ 12V, 24V hay 48V lên dòng điện xoay chiều 220V. Dòng điện 220V này sẽ phù hợp với tất cả các thiết bị điện năng chúng ta đang sử dụng cũng như cùng thông số với điện lưới. Tùy theo công suất hệ thống điện mặt trời mà chúng ta lựa chọn các loại inverter có công suất khác nhau từ 300VA – 10kVA.

Ắc quy lưu trữ

Năng lượng mặt trời là gì ? Cách thức hoạt động của năng lương mặt trời 9
Ắc quy lưu trữ

Đây là hệ thống dùng để lưu trữ điện mặt trời để sử dụng cho những lúc trời mưa hay ban đêm pin mặt trời không sản xuất ra điện. Cũng tùy vào công suất của hệ thống mà chúng ta kết hợp nhiều bình ắc quy lại với nhau. Mỗi bình ắc quy có tuổi thọ sử dụng từ 3 đến 5 năm chúng ta phải thay mới một lần. Mức giá của mỗi bình ắc quy dao động trên dưới 150 USD.

ATS bộ chuyển mạch tự động

Năng lượng mặt trời là gì ? Cách thức hoạt động của năng lương mặt trời 10
ATS bộ chuyển mạch tự động

Đây là thiết bị dùng để tự động chuyển mạch giữa điện lưới và điện mặt trời. Đây là bộ chuyển mạch thông minh sẽ tự động sử dụng điện mặt trời khi pin mặt trời tạo ra nguồn điện đủ cung cấp cho tải tiêu thu. Và nó sẽ tự động chuyển sang dùng điện lưới cung cấp cho tải khi điện mặt trời không sản xuất kịp. Chúng ta cũng có thể thay thể bộ chuyển mạch tự động này sang chuyển mạch thủ công.

Năng lượng mặt trời hoạt động như thế nào?

Năng lượng mặt trời là gì ? Cách thức hoạt động của năng lương mặt trời 11
Năng lượng mặt trời hoạt động như thế nào?

Tất cả ánh sáng, bao gồm cả ánh sáng mặt trời, đều chứa năng lượng.

Khi ánh sáng chiếu vào một số loại vật liệu, năng lượng đó sẽ chuyển đổi thành dòng điện. Các tấm pin mặt trời thực sự đầu tiên sử dụng các tinh thể silicon lớn. Phần tử này là một chất bán dẫn nội tại. Do cấu trúc nguyên tử của nó, khi silicon tiếp xúc với ánh sáng, các electron chuyển động và tạo ra dòng điện. Silicon có thể chuyển đổi một lượng đáng kể năng lượng ánh sáng thành điện năng, nhưng chi phí để tạo ra các tinh thể silicon này có thể khá cao.

Các vật liệu quang điện mới hơn sử dụng các màng mỏng, linh hoạt được làm từ các vật liệu ít tốn kém hơn, chẳng hạn như đồng-indium-gallium-selenua , được kết hợp thành các thiết bị gọi là pin mặt trời và được bố trí trên các tấm pin mặt trời.

Các tấm pin mặt trời trên mái nhà là tốt nhất cho những ngôi nhà ở những khu vực địa lý nơi có ánh nắng mặt trời đáng tin cậy và độ che phủ của cây ở mức tối thiểu. Các tế bào quang điện trên tấm pin mặt trời thu ánh sáng mặt trời vào ban ngày và chuyển hóa thành dòng điện một chiều. Một thiết bị được gọi là “biến tần” chuyển đổi điện một chiều này thành dòng điện xoay chiều (AC), được gửi đến một bảng điện để cấp điện cho ngôi nhà của bạn. Các thiết lập năng lượng mặt trời này tạo ra lượng năng lượng dư thừa, bù đắp cho việc sử dụng năng lượng vào ban đêm và trong thời tiết u ám.

Tương lai của năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời là gì ? Cách thức hoạt động của năng lương mặt trời 12
Tương lai của năng lượng mặt trời

Chìa khóa để nâng cao hiệu suất và hiệu quả chi phí của điện mặt trời nằm ở việc phát triển các tế bào quang điện hiệu quả hơn.

Khi công nghệ năng lượng mặt trời phát triển, nó có thể trở thành một trong những nguồn điện hàng đầu thế giới. Một báo cáo năm 2011 của Cơ quan Năng lượng Quốc tế ước tính rằng vào năm 2060, năng lượng mặt trời có thể cung cấp hơn 30% năng lượng của thế giới. Điều này có thể đi một chặng đường dài hướng tới việc giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và phát thải khí nhà kính.

Với đủ tài chính cho nghiên cứu và phát triển công nghệ, cùng với cam kết thực sự từ các chính trị gia và các nhà lãnh đạo trong ngành, năng lượng mặt trời có thể là một yếu tố giúp chúng ta tiến gần hơn đến một tương lai trong sạch hơn.

Nếu bạn quan tâm đến việc tìm hiểu thêm về lợi ích của năng lượng tái tạo hoặc cách chuyển sang năng lượng sạch , bạn đang ở đúng nơi. Inspire là một công ty năng lượng tái tạo tập trung vào việc giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.

Ưu điểm của năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời là gì ? Cách thức hoạt động của năng lương mặt trời 13
Ưu điểm của năng lượng mặt trời

Khả năng tái tạo

Điện mặt trời là một nguồn năng lượng tái tạo, không giống như các nhiên liệu hóa thạch như than, dầu mỏ, khí đốt… là những nguồn nhiên liệu không thể phục hồi. Theo tính toán của NASA, mặt trời còn có thể cung cấp năng lượng cho chúng ta trong khoảng 6,5 tỉ năm nữa.

Sự phong phú, dồi dào

Tiềm năng của năng lượng mặt trời là rất lớn – mỗi ngày, bề mặt trái đất được hưởng 120.000 terawatts (TW) của ánh sáng mặt trời, cao gấp 20.000 lần so với nhu cầu của con người trên toàn thế giới (1TW = 1.000 tỉ W).

Nguồn cung bền vững và vô tận

Năng lượng mặt trời là vô tận, dư thừa để đáp ứng nhu cầu về năng lượng của nhân loại, đủ dùng cho muôn vàn thế hệ về sau.

Tính khả dụng

Năng lượng mặt trời có thể được tiếp nhận và sử dụng ở mọi nơi trên thế giới – không chỉ ở vùng gần xích đạo trái đất mà còn ở các vĩ độ cao thuộc phía bắc và phía nam. Ví dụ, Đức hiện đang chiếm vị trí hàng đầu thế giới trong việc sử dụng năng lượng mặt trời và có kế hoạch tận dụng tối đa tiềm năng này.

Sạch về sinh thái

Theo xu hướng phát triển gần đây trong cuộc đấu tranh cho việc làm sạch môi trường trái đất, năng lượng mặt trời là lĩnh vực hứa hẹn nhất, có thể thay thế một phần năng lượng từ các nguồn nhiên liệu không tái tạo được và do đó, nó đóng vai trò quan trọng trong công cuộc bảo vệ môi trường từ sự tăng nhiệt toàn cầu. Việc sản xuất, vận chuyển, lắp đặt và vận hành các nhà máy điện mặt trời về cơ bản không phát thải các loại khí độc hại vào khí quyển. Ngay cả khi có phát thải một lượng nhỏ thì nếu so sánh với các nguồn năng lượng truyền thống, lượng khí này là không đáng kể.

Không gây tiếng ồn

Trên thực tế, việc sản xuất năng lượng mặt trời không sử dụng các loại động cơ như trong máy phát điện, vì vậy việc tạo ra điện không gây tiếng ồn.

Hiệu quả cao, chi phí hoạt động thấp

Chuyển sang sử dụng pin mặt trời, các hộ gia đình sẽ có được một khoản tiết kiệm đáng kể trong ngân sách chi tiêu. Việc bảo trì, duy tu hệ thống cung cấp năng lượng mặt trời cho hộ gia đình đòi hỏi chi phí rất thấp – trong 1 năm, bạn chỉ cần một vài lần lau chùi sạch các tấm pin năng lượng mặt trời và chúng luôn được các nhà sản xuất bảo hành trong khoảng thời gian lên tới 20-25 năm.

Áp dụng rộng rãi

Phổ ứng dụng của năng lượng mặt trời rất rộng – cung cấp điện tại các khu vực không có kết nối với lưới điện quốc gia (ngay cả ở những quốc gia phát triển cao như Mỹ, Nga, Pháp… hiện cũng vẫn có những vùng sâu vùng xa được gọi là “điểm mù về điện” như thế); dùng để khử muối trong nước biển ở nhiều quốc gia châu Phi khan hiếm nước ngọt và thậm chí cả việc cung cấp năng lượng cho các vệ tinh trên quỹ đạo trái đất. Điện mặt trời gần đây được gọi là “năng lượng toàn dân”, phản ánh sự đơn giản của việc tích hợp điện mặt trời vào hệ thống cung cấp điện nhà, song song với điện lưới hoặc điện từ các nguồn cung khác.

Công nghệ tiên tiến

Công nghệ sản xuất pin mặt trời mỗi ngày một tiến bộ hơn – mô-đun màng mỏng được đưa trực tiếp vào vật liệu ngay từ giai đoạn sơ chế ban đầu. Tập đoàn Sharp của Nhật Bản cũng là một nhà sản xuất pin mặt trời, vừa giới thiệu một hệ thống sáng tạo các yếu tố lưu trữ năng lượng cho kính cửa sổ. Những thành tựu mới nhất trong lĩnh vực công nghệ nano và vật lý lượng tử cho phép chúng ta kỳ vọng về khả năng tăng công suất của các tấm pin mặt trời lên gấp 3 lần so với hiện nay.

Nhược điểm của năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời là gì ? Cách thức hoạt động của năng lương mặt trời 14
Nhược điểm của năng lượng mặt trời

Chi phí cao

Có ý kiến cho rằng, điện mặt trời thuộc về loại năng lượng đắt tiền – đây có lẽ là vấn đề gây tranh cãi nhất trong việc sử dụng nguồn năng lượng này. Do việc lưu trữ năng lượng mặt trời tại các hộ gia đình đòi hỏi khoản chi phí đáng kể ở giai đoạn ban đầu, nhiều quốc gia khuyến khích việc sử dụng các nguồn năng lượng sạch bằng cách cho vay tín dụng để thực hiện hoặc cho thuê pin mặt trời theo những hợp đồng có lợi cho người thuê.

Không ổn định

Có một thực tế bất khả kháng: Vào ban đêm, trong những ngày nhiều mây và mưa thì không có ánh sáng mặt trời, vì thế năng lượng mặt trời không thể là nguồn điện chính yếu. Tuy nhiên, so với điện gió, điện mặt trời vẫn là một lựa chọn có nhiều ưu thế hơn.

Chi phí lưu trữ năng lượng cao

Giá của ắc quy tích trữ điện mặt trời để lấy điện sử dụng vào ban đêm hay khi trời không có nắng hiện nay vẫn còn khá cao so với túi tiền của đại đa số người dân. Vì thế, ở thời điểm hiện tại, điện mặt trời chưa có khả năng trở thành nguồn điện duy nhất ở các hộ gia đình mà chỉ có thể là nguồn bổ sung cho điện lưới và các nguồn khác.

Vẫn gây ô nhiễm môi trường, dù rất ít

Mặc dù so với việc sản xuất các loại năng lượng khác, điện mặt trời thân thiện với môi trường hơn, nhưng một số quy trình công nghệ để chế tạo các tấm pin mặt trời cũng đi kèm với việc phát thải các loại khí nhà kính, nitơ trifluoride và hexaflorua lưu huỳnh. Ở quy mô lớn, việc lắp đặt những cánh đồng pin mặt trời cũng chiếm rất nhiều diện tích đất nhẽ ra được dành cho cây cối và thảm thực vật nói chung.

Sử dụng nhiều thành phần đắt tiền và quý hiếm

Việc sản xuất các tấm pin mặt trời màng mỏng đòi hỏi phải sử dụng cadmium telluride (CdTe) hoặc gallium selenide indi (CIGS) – những chất rất quý hiếm và đắt tiền, điều này dẫn đến sự gia tăng chi phí.

Mật độ năng lượng thấp

Một trong những thông số quan trọng của nguồn điện mặt trời là mật độ công suất trung bình, được đo bằng W/m2 và được mô tả bằng lượng điện năng có thể thu được từ một đơn vị diện tích nguồn năng lượng. Chỉ số này đối với điện mặt trời là 170 W/m2 – nhiều hơn các nguồn năng lượng tái tạo khác, nhưng thấp hơn dầu, khí, than và điện hạt nhân. Vì lý do này, để tạo ra 1kW điện từ nhiệt năng mặt trời đòi hỏi một diện tích khá lớn của các tấm pin mặt trời.

Trên đây là những thông tin liên quan đến năng lượng mặt trời do itgate.com.vn đã tổng hợp và chia sẻ đến các bạn. Hy vọng chúng tôi đã cung cấp cho bạn những thông tin hữu ích về năng lượng mặt trời