BÁO cáo về NĂNG LƯỢNG mặt TRỜI và NĂNG LƯỢNG GIÓ

BÁO cáo về NĂNG LƯỢNG mặt TRỜI và NĂNG LƯỢNG GIÓ BÁO cáo về NĂNG LƯỢNG mặt TRỜI và NĂNG LƯỢNG GIÓ BÁO cáo về NĂNG LƯỢNG mặt TRỜI và NĂNG LƯỢNG GIÓ BÁO cáo về NĂNG LƯỢNG mặt TRỜI và NĂNG LƯỢNG GIÓ BÁO cáo về NĂNG LƯỢNG mặt TRỜI và NĂNG LƯỢNG GIÓ BÁO cáo về NĂNG LƯỢNG mặt TRỜI và NĂNG LƯỢNG GIÓ BÁO cáo về NĂNG LƯỢNG mặt TRỜI và NĂNG LƯỢNG GIÓ BÁO cáo về NĂNG LƯỢNG mặt TRỜI và NĂNG LƯỢNG GIÓ BÁO cáo về NĂNG LƯỢNG mặt TRỜI và NĂNG LƯỢNG GIÓ BÁO cáo về NĂNG LƯỢNG mặt TRỜI và NĂNG LƯỢNG GIÓ BÁO cáo về NĂNG LƯỢNG mặt TRỜI và NĂNG LƯỢNG GIÓ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH

KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

BÀI CÁO CÁO VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ

NĂNG LƯỢNG GIÓ

NHÓM 1 Nguyễn Đình Khoa Nguyễn Hoàng Diệu Ngân

Nguyễn Văn Đạt Nguyễn Hoàng Việt

Lê Thái Nguyên

Lê Hoàng Nhân GVHD: ThS Đặng Quốc Dũng

Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 11 năm 2013

NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Đối mặt với sự gia tăng chi phí sử dụng năng lượng trong những năm gần đây, cộng với việc chống lại sự biến đổi khí hậu có xu hướng ngày càng xấu đi, nhiều nhà tổ chức cũng như người tiêu thụ đã và đang tìm kiếm các nguồn năng lượng khác rẻ hơn,

“xanh” hơn để thay thế Mặt trời là một trong những nguồn năng lượng có sẵn, gần như

vô tận Chỉ với việc tận dụng và khai thác hợp lý sức mạnh to lớn đó, việc giải quyết các vấn đề về năng lượng sẽ trở nên dễ dàng hơn rất nhiều

Nhược điểm

Đòi hỏi đầu tư lớn.Các chi phí ban đầu là bất lợi chính của việc cài đặt một hệ thống năng lượng mặt trời

Hiệu quả của các hệ thống năng lượng mặt trời có thể giảm do các yếu tố môi

trường, những thứ như ô nhiễm, khói mù, mây và mưa có thể có tác động rất tiêu cực đến lượng năng lượng một hệ thống năng lượng mặt trời sẽ sản xuất

Nhược điểm cuối cùng để năng lượng mặt trời là năng lượng mà chỉ có thể được tạo

ra trong ngày khi mặt trời hiện nay

2.LỊCH SỬ

Nói về lịch sử phát triển năng lượng quang điện.Bắt đầu vào năm 1838,

Edmond Becquerel, nhà vật lý người Pháp, được ghi nhận là người đầu tiên có những

ý tưởng và ghi chép chính thống về một phương pháp “thần diệu” giúp chuyển biến ánh

sáng thành năng lượng

Alexandre-Edmond Becquerel (1820 –1891)

Giai đoạn 1860-1881

Phải hơn 2 thập kỷ sau, những ý tưởng của Becquerel mới lại được người ta nhắc đến Nhận được tài trợ từ chính phủ Pháp, ông thành công trong việc tạo ra một thiết bị giúp chuyển hóa năng lượng mặt trời thành năng lượng hơi nước và từ đó cho

ra đời chiếc máy hơi nước chạy bằng năng lượng mặt trời đầu tiên

Không dừng tại đây, nhà phát minh này sau đó đã sử dụng động cơ hơi nước của mình để lắp cho một chiếc tủ làm lạnh

Đáng tiếc là những nghiên cứu của Auguste Mouchout chỉ dừng lại tại đây Nước Pháp ít lâu sau ký được một số thỏa thuận với Anh trong việc cung cấp lâu dài nguồn năng lượng than đá giá rẻ Phát minh của Auguste trong việc tìm ra nguồn năng lượng thay thế đã không còn là ưu tiên của chính phủ Pháp Không nhận được nguồn kinh phí tài trợ cần thiết cho việc nghiên cứu, Auguste Mouchout sau đó đã sớm phải từ

bỏ giấc mơ về một nguồn năng lượng mới vô tận của mình

Augustin Mouchot (1825 - 1911) và phát minh máy hơi nước chạy bằng năng lượng mặt trời đầu tiên

Năm 1873: Willoughby Smith, một nhà khoa học người Anh tình cờ phát hiện ra vật liệu chế tạo pin năng lượng mặt trời

Giai đoạn 1876-1878

Vào năm 1876, William Grylls Adams FRS cùng với một sinh viên của mình, Richard Evans Day, phát hiện ra rằng khi Selenium được tiếp xúc với ánh sáng, nó tạo

ra điện

Ông đã có một mẫu thiết kế thú vị sử dụng gương để tạo ra nguồn năng lượng mặt trời tương đương với một động cơ 2.5 mã lực Mẫu thiết kế của ông được coi là bước tiến bộ vượt bậc và vẫn còn được ứng dụng cho tới tận ngày nay

William Grylls Adams FRS (1836 – 1915)

Năm 1883

Charles Fritz là nhà khoa học đầu tiên thành công trong việc chuyển hóa năng lượng mặt trời thành năng lượng điện Mẫu thiết kế pin mặt trời của ông tuy có mức chuyển hóa không cao, chỉ từ 1-2%, tuy nhiên vẫn được cộng đồng khoa học quốc tế đánh giá là cột mốc quan trọng trong lịch sử phát triển và ứng dụng năng lượng mặt trời của nhân loại

Năm 1888

John Ericsson, một người Mỹ nhập cư đã viết ra những nhận định như sau:

“Sau hơn 2000 năm sinh sống và tồn tại trên trái đất, nhân loại sẽ sớm sử dụng hết những nguồn năng lượng hóa thạch của mình Con cháu chúng ta sẽ phải đối mặt với tình trạng thiếu thốn năng lượng trầm trọng trong thế kỷ mới Viễn cảnh đen tối này sẽ trở thành hiện thực trừ khi chúng ta tìm ra cách chế ngự và khai thác năng lượng mặt trời…”

Năm 1953, Calvin Fuller , Gerald Pearson , và Daryl Chapin , phát hiện ra các tế bào năng lượng mặt trời Silicon Các tế bào này thực sự sản xuất đủ điện và hiệu quả để chạy các thiết bị điện nhỏ The New York Times nói rằng phát hiện này là "sự khởi đầu của một kỷ nguyên mới, đi đầu trong việc khai thác năng lượng gần như vô hạn của mặt trời đối với việc sử dụng của nền văn minh"

Năm 1956

Lần đầu tiên các tế bào năng lượng mặt trời được đem ra thị trường Chi phí quá đắt đỏ đã vượt xa nhu cầu sử dụng trong xã hội Tuy nhiên, nó đánh dấu cho chúng ta thấy các tế bào năng lượng mặt trời đầu tiên được sử dụng trong các mặt hàng tiêu dùng như đồ chơi, radio

Giai đoạn từ năm 1970 đến năm 1990

Việc sử dụng các tế bào năng lượng mặt trời đã bắt đầu xuất hiện trên các cửa

xe lửa , ở những khu vực xa trạm điện, hay việc Australia sử dụng các tế bào năng lượng mặt trời trong tháp phát sóng để mở rộng khả năng viễn thông

Ngày nay,chúng ta có thể thấy ứng dụng của tế bào năng lượng mặt trời đã trở nên phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới Bạn có thể thấy chiếc xe năng lượng mặt trời, thậm chí còn có một chiếc máy bay năng lượng mặt trời đã bay cao hơn so với bất kỳ máy bay khác Chi phí sử dụng cũng nằm trong ngân sách của tất cả mọi người Điều này chứng minh rằng năng lượng mặt trời chưa bao giờ mất đi sự hấp dẫn của nó Thị trường quốc tế đã mở ra và các nhà sản xuất năng lượng mặt trời hiện đang đóng một vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp mới, một ngành công nghiệp xanh

Bếp mặt trời cho nông thôn Máy nước nóng

3.2 Điện mặt trời Điện mặt trời là việc chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện, hoặc trực tiếp bằng cách sử dụng quang điện (PV), hoặc gián tiếp bằng cách sử dụng điện mặt trời tập trung (CSP)

Điện mặt trời tập trung

Pin quang điện

3.3 Hóa học năng lượng mặt trời Quá trình hóa học năng lượng mặt trời sử dụng năng lượng mặt trời để dẫn dắt phản ứng hóa học

Các quá trình này đã bù đắp năng lượng mà nếu không sẽ phải đến từ nguồn nhiên liệu hóa thạch và cũng có thể chuyển đổi năng lượng mặt trời thành nhiên liệu thỏa mãn điều kiện lưu trữ và vận chuyển Năng lượng mặt trời gây ra các phản ứng hóa học có thể được chia thành nhiệt hóa hoặc quang hóa

Công nghệ sản xuất Hydrogen là một khu vực quan trọng của nghiên cứu hóa học năng lượng mặt trời từ những năm 1970

Một thiết bị quang điện hóa là một loại pin, trong đó các dung dịch tế bào tạo ra các sản phẩm hóa học trung gian giàu năng lượng khi được chiếu sáng Những sản phẩm này có khả năng có thể được lưu trữ và sau đó phản ứng tại điện cực để tạo ra một điện thế Tế bào hóa học ferric-thionine là một ví dụ của công nghệ này

3.4 Các phương tiện năng lượng mặt trời

Phát triển của một chiếc xe sử dụng năng lượng mặt trời đã được một mục tiêu kỹ thuật từ những năm 1980

Năm 1975, thuyền năng lượng mặt trời thực tế đầu tiên được xây dựng ở Anh

Năm 1974, các máy bay không người lái AstroFlight Sunrise thực hiện chuyến bay năng lượng mặt trời đầu tiên

Một bóng bay năng lượng mặt trời là một quả bóng màu đen được làm đầy với không khí thông thường Khi ánh sáng mặt trời tỏa sáng trên khinh khí cầu, không khí bên trong được làm nóng và giãn nở gây lực nổi lên, giống như bóng không khí nóng được làm nóng nhân tạo

Các buồm năng lượng mặt trời là một hình thức được đề xuất của động cơ đẩy tàu vũ trụ sử dụng gương màng lớn để khai thác áp suất bức xạ từ mặt trời Không giống như tên lửa, cánh buồm năng lượng mặt trời không cần nhiên liệu

4.Nguyên lý hoạt động

4.1 Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời

Mặt trời cung cấp một nguồn năng lượng dồi dào không cạn kiệt và không sản sinh ra khí thải carbon dioxide Do đó, việc phát triển ngành công nghệ năng lượng mặt trời

đang được rất nhiều nhà khoa học quan tâm Vậy pin năng lượng mặt trời là gì? hoạt

động như thế nào?

Pin năng lượng mặt trời (pin mặt trời/pin quang điện) là thiết bị giúp chuyển hóa trực tiếp năng lượng ánh sáng mặt trời (quang năng) thành năng lượng điện (điện năng) dựa trên hiệu ứng quang điện Hiệu ứng quang điện là khả năng phát ra điện tử (electron) khi được ánh sáng chiếu vào của vật chất

Silicon được biết đến là một chất bán dẫn “Chất bán dẫn là vật liệu trung gian giữa

chất dẫn điện và chất cách điện Chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở

nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng” Với tính chất như vậy, silicon là

một thành phần quan trọng trong cấu tạo của pin năng lượng mặt trời

Ánh sáng mặt trời bao gồm các hạt rất nhỏ gọi là photon được tỏa ra từ mặt trời Khi va chạm với các nguyên tử silicon của pin năng lượng mặt trời, những hạt photon truyền năng lượng của chúng tới các electron rời rạc, kích thích làm cho electron đang liên kết với nguyên tử bị bật ra khỏi nguyên tử, đồng thời ở nguyên tử xuất hiện chỗ trống vì thiếu electron

Tuy nhiên giải phóng các electron chỉ mới là một nửa công việc của pin năng lượng mặt trời, sau đó nó cần phải dồn các electron rải rác này vào một dòng điện Điều này liên quan đến việc tạo ra một sự mất cân bằng điện trong pin mặt trời, có tác dụng giống như xây một con dốc để các electron chảy theo cùng một hướng

Sự mất cân bằng này có thể được tạo ra bởi tổ chức bên trong của silicon Nguyên tử silicon được sắp xếp cùng nhau trong một cấu trúc ràng buộc chặt chẽ Bằng cách ép một số lượng nhỏ các nguyên tố khác vào cấu trúc này, sẽ có hai loại silicon khác nhau được tạo ra: loại n và loại p Chất bán dẫn loại n (bán dẫn âm – Negative) có tạp chất là các nguyên tố thuộc nhóm V, các nguyên tử này dùng 4 electron tạo liên kết và một electron lớp ngoài liên kết lỏng lẻo với nhân, đấy chính là các electron dẫn chính Chất bán dẫn loại p (bán dẫn dương – Positive) có tạp chất là các nguyên tố thuộc nhóm III, dẫn điện chủ yếu bằng các lỗ trống

Khi hai loại bán dẫn này được đặt cạnh nhau trong một pin năng lượng mặt trời, electron dẫn chính của loại n sẽ nhảy qua để lấp đầy những khoảng trống của loại p Điều này có nghĩa là silicon loại n tích điện dương và silicon loại p được tích điện âm,

tạo ra một điện trường trên pin mặt trời Vì silicon là một chất bán dẫn nên có thể hoạt động như một chất cách điện và duy trì sự mất cân bằng này

Khi làm cho electron đang liên kết với nguyên tử bị bật ra khỏi nguyên tử silicon, photon trong ánh sáng mặt trời đưa các electron này vào một trật tự nhất định, cung cấp dòng điện cho máy tính, vệ tinh và tất cả các thiết bị ở giữa

4.2 Nguyên lý hoạt động của máy nước nóng

* Cấu tạo gồm :

- Bình bảo ôn 3 lớp :

+ Inox SUS 304 cao cấp, siêu bền

+ Cách nhiệt bằng hợp chất bảo ôn phức hợp

+ Hệ số dẫn nhiệt < 0,017 kw/mk

+ Khả năng chịu nhiệt 160 độ

+ Duy trì độ nóng của nước trong thời gian dài

- Ống hấp thụ nhiệt chân không: Cấu tạo hai lớp chịu va đập cao, ở giữa là chân không

Bề mặt thân ống bên trong tráng màng kim loại đặc biệt gồm 3 lớp :

+ Lớp chống tản nhiệt có hệ số < 0,06 %

+ Lớp hấp thụ nhiệt có hệ số > 93 %

+ Lớp truyền dẫn nhiệt hấp thụ làm nóng nước bên trong

Sau đây là nguyên lý hoạt động của Nguyên lý hoạt động của Máy nước nóng năng lượng mặt trời

* Nguyên lý hoạt động

Hệ thống hoạt động theo nguyên lý đối lưu nhiệt tự nhiên và hiện tượng hiệu ứng lồng kính, giúp biến đổi quang năng thành nhiệt năng và bẫy nhiệt lượng này Năng lượng mặt trời được hấp thụ tại bề mặt thiết bị sẽ bị đun nóng nước, do quá trình đối lưu nhiệt, nước tại bình bảo ôn sẽ tăng lên, quá trình này diễn ra liên tục cho đến khi nhiệt

độ trong bình bằng nhiệt độ của nước tại thiết bị hấp thụ

Việc tạo ra nước nóng không phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường bên ngoài mà phụ thuộc vào khả năng hấp thụ nhiệt của thiết bị năng lượng với các tia bức xạ ánh nắng mặt trời

4.3 Nguyên lý hoạt động của máy phát điện năng lượng mặt trời

A MÁY PHÁT ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỘC LẬP

Hệ thống hoạt động như sau: khi có nắng điện DC từ tấm thu năng lượng mặt trời (A)

qua hộp đấu nối điện (E) đến bộ sạc (B) và sạc cho ắc quy (C) Đồng thời khi có tải, điện từ hệ ắc-quy 12V DC (24V DC hoặc 48V DC) sẽ được chuyển đổi qua bộ Inverter (D) thành điện 220V 50Hz AC để cấp cho tải (F)

- Ưu điểm: không cần điện lưới nên phù hợp sử dụng ở những nơi chưa có điện lưới

- Nhược điểm: giá đầu tư cao

Chi phí đầu tư cho hệ thống: VNĐ 18,000/ 1W điện/ 1 ngày

MÁY PHÁT ĐIỆN NỐI LƯỚI

Trong đó:

A : Tấm thu năng lượng mặt trời

B: Inverter

C: Đồng hồ điện bán cho lưới

D: Hộp đấu nối điện

- Ưu điểm: giá đầu tư hợp lý

Chi phí đầu tư cho hệ thống: VNĐ 12,000/ 1W điện/ 1 ngày

- Nhược điểm: phải có điện lưới

máy năng lượng mặt trời,hệ thống pin t trời,máy phát điện luong mat troi,may

phat dien dung nang luong mat troi,pi

HỆ THỐNGĐẤU LƯỚI CÓ DỰ PHÒNG

Khi sử dụng hệ thống đấu trực tiếp vào lưới quốc gia, có một vấn đề không mong muốn

là khi điện lưới cúp thì hệ thống cũng không hoạt động

Khi lưới mất điện, sine inverter chuyển trạng thái từ sạc sang chuyển đổi DC/AC cấp nguồn cho tải quan trọng (G)

Với hệ thống này thì lượng battery backup sẽ không nhiều chỉ đủ để hoạt động trong thời gian ngắn cho những tải quan trọng

- Ưu điểm: giá đầu tư hợp lý

Chi phí đầu tư cho hệ thống: VNĐ 12,000/ 1W điện/ 1 ngày + chi phí máy phát điện dự phòng như bên dưới

- Nhược điểm: phải có điện lưới

B MÁY PHÁT ĐIỆN DỰ PHÒNG

Hệ thống hoạt động như sau: khi có điện, hệ ắc-quy sẽ được sạc đầy thông qua bộ

sạc Khi cúp điện, bộ switch sẽ chuyển nguồn cấp qua nguồn từ ắc-quy, lúc này điện sẽ

từ hệ ắc-quy 12V DC (24V DC hoặc 48V DC) qua bộ inverter được chuyển thành điện 220V 50Hz AC để cấp cho những tải quan trọng (đã được chọn trước)

Ưu điểm: không ồn, giá đầu tư hợp lý

Chi phí đầu tư cho hệ thống: VNĐ 5,000/ 1W điện

Nhược điểm: chỉ nên sử dụng những tải quan trọng

5.Ứng dụng

Bếp năng lượng mặt trời tại Đức

Hệ thống điện bằng năng lượng mặt trời có thể làm mái che chống nắng, cung cấp điện cho chiếu sáng thông tin liên lạc, máy tính trong trường hợp mất điện

Hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời lắp đặt trên nhiều tòa nhà

Dùng cho khu du lịch

Hệ thống đèn chiếu sáng đường bộ sử dụng bóng

compact tiết kiệm điện và được thiết kế mang tính

thẩm mỹ cao

Ở bãi biển

Công viên ở Hàn Quốc

Thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời trên dàn khoan ngoài biển

Năng

lượng gió

“Cối xay gió”

đầu tiên ở

Afghanistan

(900 TCN)

1/ LỊCH SỬ

Cối xay gió ở Hà Lan để xay ngũ cốc, bơm nước, cưa gỗ

Thiết bị bơm nước

Năm 1888, Charles F Brush phát minh ra một tuabin gió lớn mà tạo ra điện Cối xay gió khổng lồ này sản xuất đủ điện cho khoảng 10 hộ gia đình Phát minh của Brush

đã sớm được chấp nhận và sao chép tất cả các nơi trên thế giới Điện tua-bin gió tạo

ra khắp Châu Âu trong đầu những năm 1900, và tiếp tục sớm xuất hiện tại Hoa Kỳ Jacobs Turbine

WinCharger – 1930s – 40s

Trong những năm 1930 Marcellus Jacobs sản xuất một tua-bin nhỏ giá

cả phải chăng được gọi

là Jacobs đã cung cấp điện cho gia đình và trang trại trên khắp các vùng thôn quê Tuy

nhiên, những tua-bin nhỏ này cũng dần phai nhạt ở Mỹ cùngvới việc cài đặt rộng rãi của

đường dây điện

Smith-Putnam Turbine

Vermont, 1940's

Để đáp ứng với tình trạng thiếu nhiên liệu, Palmer Putman đã thiết kế và xây dựng một tua-bin gió 1.250 kW ở Vermont vào

năm 1943 Đây là tua bin lớn

nhất từng được xây dựng và

hoạt động được hơn một năm, nhưng bị thất bại do thiếu bảo trì (do Thế chiến II) do bảo trì để được bỏ qua Khi tua bin được khởi động lại vào năm 1945 sự thiếu bảo trì dẫn đến gãy cánh

và dự án không bao giờ tiếp tục