Mục lục

Tiểu luận

Đề tài: Tìm hiểu về nguồn năng lượng sạch,
năng lượng tái tạo và năng lượng mới

Chuyên đề: Năng lượng mặt trời

Sinh viên: Nguyễn Tiến Thành
1


Mssv:

1221070143

Lớp:

Xây dựng công trình Ngầm k57

Lời nói đầu
Từ khi con người biết đến sử dụng nguyên liệu để phục vụ cho môi trường
sống cho đến nay, các nguồn nguyên liệu truyền thống như xăng, dầu, than,… vẫn
được sử dụng rộng rãi. Việc sử dụng các nguồn nhiên liệu này gây lên sự ô nhiễm
môi trường sống, mặt khác các nguồn nhiên liệu này cũng đang dần cạn kiệt. Chính
vì thế con người đã và đang nghiên cứu để tìm ra nguồn nhiên liệu khác sạch hơn,
nhiều hơn như năng lượng gió, năng lượng thủy triều, năng lượng mặt trời,… 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 trong công nghệ sản xuất và trên quy mô rộng
thì mới chỉ thực sự vào cuối thế kỉ 18 và cũng chủ yếu những nước nhiều năng

Mặt Trời là trái tim của Hệ Mặt Trời, là thiên thể to lớn nhất trong Hệ Mặt
Trời. Chiếm giữ 99.8% vật chất trong Hệ Mặt Trời và có đường kính gấp khoảng
109 lần đường kính của Trái Đất - Nó có thể chứa bên trong khoảng 1 triệu Trái
Đất.
Phần có thể nhìn thấy của Mặt Trời có nhiệt độ khoảng 5.500 độ C, trong
khi nhiệt độ ở lõi đạt tới hơn 15 triệu độ C, được tạo ra từ những phản ứng hạt
nhân. Mỗi giây, Mặt Trời sản xuất ra một lượng năng lượng tương đương với 100
tỷ tấn thuốc nổ.
Mặt Trời là một trong hơn 100 tỷ ngôi sao trong dải Ngân Hà. Nó quay
quanh lõi của Ngân Hà trong một quỹ đạo cách đó khoảng 25.000 năm ánh sáng,
và phải mất 250 triệu năm để nó hoàn thành một vòng quỹ đạo. Mặt Trời tương đối
trẻ, là một phần của thế hệ ngôi sao được gọi là "Population I", là những ngôi sao
tương đối giàu nguyên tố nặng hơn Heli. Những ngôi sao thuộc thế hệ già hơn
được gọi là "Population II", và những ngôi sao được hình thành sớm hơn được gọi
là "Population III" thực sự tồn tại tuy rằng chưa có ngôi sao nào thuộc thế hệ này
được biết đến.

II.1, Hình thành:
Mặt Trời được sinh ra từ khoảng 4.6 tỷ năm trước. Nhiều nhà khoa học nghĩ
rằng Mặt Trời và phần còn lại của Hệ Mặt Trời được hình thành từ đám mây bụi và
khí gas khổng lồ được gọi là "Tinh vân Mặt Trời". Khi tinh vân bị phá hủy bởi

4


chính trọng lực của nó, nó sẽ quay nhanh hơn và bị san phẳng thành dạng đĩa. Phần
lớn vật chất sẽ bị kéo vào trung tâm để hình thành Mặt Trời.

II.2, Phát triển:
Mặt Trời có đủ lượng nhiên liệu hạt nhân để có thể hoạt động thêm 5 tỷ năm

bởi vành nhật hoa phía trên, hầu hết ánh sáng phát ra từ quyển này là tia cực tím. Ở
trên cùng là vành nhật hoa cực nóng, được cấu tạo bởi các cấu trúc như vòng đối
lưu và dòng chảy của các khí gas bị ion hóa. Nhiệt độ ở vành nhật hoa thường từ
500.000 độ C đến hơn 6 triệu độ C và thậm chí có thể lên đến 10 triệu độ C khi có
vụ phun trào ở bề mặt. Vật chất ở vành nhật hoa bị thổi ra bởi những cơn gió Mặt
Trời.
III.2, Từ trường:
Thông thường, từ trường của Mặt Trời chỉ mạnh gấp khoảng 2 lần từ trường
của Trái Đất. Tuy nhiên, nó tập trung vào một khu vực nhỏ nên sức mạnh có thể
đạt đến 3000 lần mạnh hơn bình thường. Nhưng nút thắc và vòng xoắn trong từ
trường rất mạnh mẽ do Mặt Trời quay nhanh hơn ở xích đạo đồng thời phần lõi
quay nhanh hơn bề mặt. Tạo nên những biến dạng trên Mặt Trời đồng thời tạo ra
các vết đen Mặt Trời và các vụ phun trào hùng vĩ được gọi là các tai lửa và những
vụ phun trào tầng nhật hoa. Tai lửa là những vụ phun trào dữ dội nhất trong Hệ
Mặt Trời, trong khi những vụ phun trào ở tầng nhật hoa thì kém dữ dội hơn. Mỗi
vụ phun trào có thể phóng ra khoảng 20 tỷ tấn vật chất vào không gian.
6


III.3, Thành phần hóa học:
Cũng giống như hầu hết các ngôi sao khác, Mặt Trời được cấu tạo chủ yếu
bởi hidro và heli. Gần như tất cả phần còn lại của Mặt Trời đều được cấu tạo từ 7
nguyên tố khác: oxy, cacbon, neon, nitơ, magie, sắt và silic. Cứ mỗi 1 triệu nguyên
tử hidro thì có 98.000 nguyên tử heli, 850 nguyên tử oxi, 360 nguyên tử cacbon,
120 nguyên tử neon, 110 nguyên tử nitơ, 40 nguyên tử magie, 35 nguyên tử sắt và
35 nguyên tử silic. Dù vậy, hidro là nguyên tố nhẹ nhất nên nó chỉ chiếm khoảng
72% khối lượng Mặt Trời, trong khi đó heli chiếm tận 26%.

III.4, Vết đen Mặt Trời và chu kì hoạt động của Mặt Trời:
Vết đen Mặt Trời tương đối "lạnh", là một vùng tối thường có hình tròn trên

ảnh 3 chiều đầu tiên về Mặt Trời.
Một trong những nhiệm vụ quan trọng nhất cho đến nay là vệ tinh quan sát
Mặt Trời mang tên SOHO, được thiết kế để nghiên cứu về gió Mặt Trời cũng như
các lớp bên ngoài và cấu trúc bên trong. Nó cung cấp những bức ảnh về cấu trúc
của các vết đen bên dưới bề mặt Mặt Trời, đo gia tốc của gió Mặt Trời, khám phá
những sóng trong vành nhật hoa và những cơn lốc xoáy Mặt Trời, tìm ra hơn 1000
sao chổi và tạo nên một cuộc cách mạng trong dự báo thời tiết vũ trụ.
Gần đây, vệ tinh quan sát mang tên SDO, vệ tinh tiên tiến nhất từng được
thiết kế, đã truyền về những bức ảnh chưa từng được chứng kiến về chi tiết những
vật chất được bắn ra từ các vết đen Mặt Trời cũng như đo đạt một cách cực gần và
chi tiết nhất về tai lửa Mặt Trời trong một dải rộng của sóng cực tím.
8


IV, Cơ chế vận hành:
IV.1, Chuyển năng lượng Mặt Trời thành điện (quang điện)
Các tấm pin Mặt Trời chuyển đổi trực tiếp ánh sáng thành điện năng, như
thường được thấy trong các máy tính cầm tay hay đồng hồ đeo tay. Chúng được
làm từ các vật liệu bán dẫn tương tự như trong các con bộ điện tử trong máy tính.
Một khi ánh sáng Mặt Trời được hấp thụ bởi các vật liệu này, năng lượng Mặt Trời
sẽ đánh bật các hạt điện tích (electron) năng lượng thấp trong nguyên tử của vật
liệu bán dẫn, cho phép các hạt tích điện này di chuyển trong vật liệu và tạo thành
điện. Quá trình chuyển đổi photon thành điện này này gọi là hiệu ứng quang điện.
Cho dù được phát hiện từ hơn 200 năm trước, kỹ thuật quang điện chỉ phát triển
rộng rãi trong ứng dụng dân sự kể từ cuộc khủng hoảng dầu mỏ vào năm 1973.
Các pin Mặt Trời thông thường được lắp thành một module khoảng 40 phiến
pin, và 10 module sẽ được lắp gộp lại thành chuỗi Quang điện có thể dài vài mét.
Các chuỗi Pin Mặt Trời dạng phẳng này được lắp ở một góc cố định hướng về phía
Nam, hoặc được lắp trên một hệ thống hiệu chỉnh hướng nắng để luôn bắt được
nắng theo sự thay đổi quĩ đạo của nắng Mặt Trời. Qui mô hệ thống quang điện có

nhau.
Có 3 lớp vật liệu chính: lớp trên cùng gọi là silicon loại n (n: negative, âm), vật
liệu này có khả năng “phóng thích” các hạt tích điện âm gọi là electron một khi
được đưa ra ngoài ánh sáng mặt trời. Lớp dưới cùng gọi là lớp p, tích điện dương
khi tiếp xúc với bức xạ Mặt Trời (p: positive, dương). Lớp vật liệu ở giữa gọi là
10


lớp chèn (junction), lớp này có vai trò như một lớp phân cách (insulator) giữa lớp n
và lớp p. Các eletron được phóng thích từ lớp n sẽ di chuyển theo đường ít bị cản
trở nhất, tức là di chuyển từ lớp n tích điện âm ở bên trên về lớp p tích điện dương
ở bên dưới. Như vậy, nếu vùng p và vùng n được nối bởi một mạch điện tạo bởi
các dây dẫn mỏng, dòng electron sẽ di chuyển trong mạch điện này, tạo ra dòng
điện một chiều có thể được sử dụng trực tiếp hoặc được “dự trữ” để dùng sau.
Vật liệu bán dẫn cơ bản và được sử dụng rộng rãi nhất trong tế bào quang điện
là silicon đơn tinh thể. Các tế bào silicon đơn tinh thể cũng có hiệu suất cao hơn cả,
thông thường có thể chuyển đổi đến 23% năng lượng Mặt Trời thu nhận được
thành điện. Các tế bào này cũng rất bền và có tuổi thọ sử dụng cao. Vấn đề chủ yếu
là giá thành sản xuất. Tạo nên silicon tinh thể lớn và cắt chúng thanh những miếng
nhỏ và mỏng (0,1-0,3 mm) là rất tốn thời gian và chi phí cao. Do lý do này, để
giảm giá thành sản xuất, người ta phát triển nghiên cứu các vật liệu thay thế cho tế
bào silicon đơn tinh thế, ví dụ như tế bào silicon đa tinh thể, các pin quang điện
công nghệ “màng mỏng”, và các tổ hợp tập trung.
b) Hệ thống Pin Quang Điện:
Cơ chế quang điện cho thấy cường độ dòng quang điện tỷ lệ thuận với
cường độ ánh sáng Mặt Trời. Dòng điện sinh ra truyền qua chuỗi các tế bào quang
điện, hay còn gọi là module quang điện, có thể cung cấp điện ở bất cứ qui mô nào,
từ vài miliwatt (MW) như trong máy tính bỏ túi cho đến vài MW như qui mô các
nhà máy điện. Dòng quang điện một chiều có thể được nạp vào bình acqui để dự
trữ cho các sinh hoạt về ban đêm hoặc vào những ngày không có nắng. Một bộ

a, Chuyển hóa nhiệt Mặt Trời thành điện:
12


Năng lượng nhiệt Mặt Trời là nhiệt năng hấp thụ bởi hệ thống thu bắt nhiệt từ
ánh sáng Mặt Trời, sử dụng để đun nóng nước (hoặc một số dung dịch khác) hoặc
để tạo hơi nước. Khác với các hệ nhiệt Mặt Trời công suất nhỏ sử dụng chảo thu
mặt phẳng để thu nhiệt từ ánh sáng Mặt Trời, các nhà máy nhiệt Mặt Trời công
suất lớn sử dụng các thiết bị thu hội tụ ánh sáng Mặt Trời và từ đó đạt nhiệt độ cao
cần thiết để tạo hơi nước quay turbin. Nước nóng được sử dụng trong nhà ở, công
sở hoặc các cơ sở công nghiệp. Hơi nước được sử dụng để quay tuabin và rồi vận
hành phát điện. Nhiệt Mặt Trời có ứng dụng rộng rãi trong việc cung cấp nước
nóng.
Có 3 dạng tập trung năng lượng Mặt Trời tạo nhiệt đun là: trũng parabol, dĩa
quay và tháp năng lượng. Nếu được khai triển ở qui mô lớn, điện nhiệt Mặt Trời có
tính cạnh tranh khá cao. Ứng dụng thương mại của công nghệ này xuất hiện vào
đầu những năm 80 và phát triển khá nhanh do các ưu điểm sau:
+ Điện và nước nóng có thể được sản xuất cùng một lúc.
+ Qui mô của nhà máy có thể được thay đổi để thích ứng với các ứng
dụng theo thời điểm, hoặc công suất của nhà máy có thể được điều tiết để
đáp ứng nhu cầu điện ở lúc cao điểm vào ban ngày.
+ Nhà máy nhiệt Mặt Trời không gây ô nhiễm và có thể được hoàn tất
xây dựng trong thời gian rất ngắn.

b, Các hệ thống thu hội tụ ánh sáng Mặt Trời:
Các nhà máy nhiệt Mặt Trời sử dụng các phương pháp thu hội tụ ánh sáng khác
nhau và có sự khác biệt đáng kể về qui mô.
13



Ở ngành bảo đảm hàng hải, các trạm pin mặt trời sử dụng làm nguồn cấp
điện cho các thiết bị chiếu sáng, đèn hải đăng, đèn báo sông …
Trong công nghiệp sử dụng cho các thiết bị điều khiển trạm biến áp 550kV,
thiết bị máy tính và sử dụng làm nguồn cấp điện nối với điện lưới quốc gia.
Trong sinh hoạt của các hộ gia đình vùng sâu vùng xa, sử dụng để thắp sáng,
nghe đài, xem vô tuyến và sinh hoạt gia đình.
Trong ngành giao thông đường bộ các trạm pin mặt trời được sử dụng cho
các cột đèn chiếu sáng, các đèn giao thông.
Trong sinh hoạt của nhân dân, chủ yếu năng lượng mặt trời dùng để làm
nóng bình nước nóng vào mùa rét.
Hiện nay có một số dự án lớn tại Việt Nam về năng lượng mặt trời đang
được triển khai tại Quảng Ninh, Quảng Nam, Khánh Hòa.

Một số hình ảnh về áp dụng năng lượng mặt trời

15


16


VI, Các tác động có lợi và bất lợi đối với môi trường và con người. Đề xuất
biện pháp giảm thiểu, xử lý tác động bất lợi:
So với các nhà máy điện truyền thống, ĐMT gây rất ít tác động đến mội
trường. Trong quá trình vận hành, các Pin quang điện hoàn toàn không sử dụng bất
cứ dạng nhiên liệu nào, do đó không thải ra khí hoặc chất lỏng độc hại và không sử
dụng nước để hạ nhiệt. Các ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường, nếu có, từ ĐMT là
các chất hóa học sử dụng trong quá trình chế tạo, sản xuất pin và diện tích đất sử
dụng.
Trong quá trình chế tạo một số loại pin QĐ, đặc biệt là Pin gallium arsenide,


của các quốc gia trên thế giới.
Bổ túc vào sự thiếu hụt năng lượng trên thế giới trong tương lai khi
các nguồn năng lượng trong thiên nhiên sắp bị cạn kiệt.

Kiến nghị:
Để việc triển khai ứng dụng đạt được hiệu quả tốt, cần tiến hành những bước
sau:


Các cơ sở khoa học công nghệ hoặc các cơ sở công nghiệp của các tỉnh nên



mở các lớp tập huấn và tuyên truyền, quảng cáo.
Phối hợp với các cơ quan địa phương mở lớp tập huấn cho các cán bộ kĩ



thuật địa phương về lắp đặt, vận hành,bảo dưỡng và sửa chữa nhỏ.
Hướng dẫn chặt chẽ cho các hộ sử dụng về quy định vận hành, bảo quản và



bảo dưỡng thiết bị.
Lắp đặt phù hợp với trình độ dân trí và hợp lý về quy mô công suất để đáp
ứng đủ nhu cầu và kinh tế của dân địa phương.

18