Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới như Việt Nam, nguồn năng lượngmặt trời sử dụng hầu như quanh năm … Năng lượng mặt trời đã, đang và sẽ luôn là đề tài nóng cho toàn nhân loại với tìnhtrạ
Trang 1Đề tài: Năng lượng mặt trời
MỤC LỤC
I Khái quát chung về năng lượng mặt trời 3
1 Năng lượng mặt trời là gì? 3
2 Phân loại 4
II.Các thiết bị thu năng lượng mặt trời 5
III Thực trạng và ứng dụng 12
1 Trên thế giới 12
2 Tại Việt Nam 17
IV Việt Nam – Tiềm năng, cơ hội và thách thức 19
1 Tiềm năng mặt trời tại Việt Nam 19
2 Cơ hội và thách thức 20
3 Tính toán kinh tế sử dụng năng lượng mặt trời 22
V.Giải pháp triển phát sử dụng năng lượng mặt trời 24
KẾT LUẬN 25
TÀI LIỆU THAM KHẢO 26
Trang 2Đề tài: Năng lượng mặt trời
LỜI NÓI ĐẦU
Trong khi các nguồn năng lượng truyền thống như than đá, dầu mỏ đang dần cạnkiệt, giá thành cao, nguồn cung không ổn định, nhiều nguồn năng lượng thay thế đangđược các nhà khoa học quan tâm, đặc biệt là nguồn năng lượng mặt trời
Việc tiếp cận để tận dụng nguồn năng lượng mới này không chỉ góp phần cungứng kịp nhu cầu năng lượng của xã hội mà còn giúp tiết kiệm điện năng và giảm thiểu
ô nhiễm môi trường
Giải pháp sử dụng năng lượng mặt trời hiện đang được cho là giải pháp tối ưunhất Đây là nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường và có trữ lượng
vô cùng lớn do tính tái tạo cao
Với sự tăng trưởng kinh tế mạnh mẽ của Việt Nam trong hơn thập kỷ qua đã khiếncho nhu cầu về điện năng tăng thêm khoảng 15% mỗi năm Tuy nhiên, lĩnh vực điệnnăng đang chủ yếu dựa vào nhiệt điện và thủy điện Thiếu hụt nguồn cung cấp điệncủa Việt Nam cũng đang gia tăng, đặc biệt là vào mùa khô do sự phụ thuộc quá lớnvào thủy điện Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới như Việt Nam, nguồn năng lượngmặt trời sử dụng hầu như quanh năm …
Năng lượng mặt trời đã, đang và sẽ luôn là đề tài nóng cho toàn nhân loại với tìnhtrạng hiện nay.Chúng em chọn đề tài với mong muốn là nói lên những hiểu biết củamình về nguồn năng lượng này Do còn nhiều hạn chế về mặt hiểu biết nên chúng emmong sẽ nhận được sự góp ý từ phía cô giáo cùng các bạn
Trang 3Đề tài: Năng lượng mặt trời
I Khái quát chung về năng lượng mặt trời
1 Năng lượng mặt trời là gì?
Năng lượng mặt trời,lànăng lượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ Mặt Trời,cộng với một phần nhỏ năng lượng của các hạt nguyên tử khác phóng ra từ ngôisao, đã được khai thác bởi con người từ thời cổ đại bằng cách sử dụng một loạt cáccông nghệ phát triển hơn bao giờ hết
Năng lượng mặt trời là nhà cung cấp năng lượng quan trọng nhất trên trái đất.Toàn
bộ sự sống trên trái đất đều phụ thuộc vào năng lượng mặt trời, nó điều chỉnh các quátŕnh khí tượng học trên hành tinh của chúng ta
Đối với cuộc sống của loài người, năng lượng Mặt Trời là một nguồn năng lượngtái tạo qúi báu.Năng lượng thay thế này đã và đang được các nhà khoa học đặc biệtquan tâm.Việc tiếp cận để tận dụng nguồn năng lượng mới này không chỉ góp phầncung ứng kịp nhu cầu năng lượng của xă hội mà còn giúp tiết kiệm điện năng và giảmthiểu ô nhiễm môi trường
Trang 4Đề tài: Năng lượng mặt trời
2 Phân loại
Năng lượng mặt trời có thể chia làm hai loại cơ bản là quang năng và nhiệt năng
2.1 Quang năng
Quang năng chuyển trực tiếp ánh sáng mặt trời thành điện
Các tế bào quang điện (Photovoltaic cells - PV) sử dụng công nghệ bán dẫn đểchuyển hóa trực tiếp năng lượng quang học thành dòng điện, hoặc tích trữ vào pin, ắcquy để sử dụng sau đó Các tấm tế bào quang điện hay còn gọi là pin mặt trời hiệnđang được sử dụng rộng rãi vì chúng rất dễ chuyển đổi và dễ dàng lắp đặt trên các tòanhà và các cấu trúc khác Pin mặt trời có thể cung cấp nguồn năng lượng sạch và táitạo, do vậy là một nguồn bổ sung cho nguồn cung cấp điện chính thông thường Tạicác vùng chưa có điện lưới như các cộng đồng dân cư ở xa, nông thôn, hải đảo, cáctrường hợp khẩn cấp, pin mặt trời có thể cung cấp một nguồn điện đáng tin cậy.Điều bất cập duy nhất là giá thành của Pin mặt trời đến nay còn cao và tỷ lệ chuyểnđổi năng lượng chưa thật sự cao (13-15%).Trái lại sức nóng của mặt trời có hiệu suấtchuuyển đổi lớn gấp 4-5 lần hiệu suất của quang điện, và do vậy đơn giá của một đơn
vị năng lượng được tạo ra rẻ hơn rất nhiều
2.2 Nhiệt năng
Ngoài quang điện, một phương pháp khác là biến nhiệt năng của Mặt Trời thànhđiện năng.Đây chính là phương pháp giúp xây dựng các nhà máy điện Mặt Trời côngsuất lớn (CSP).Phương pháp này sử dụng những tấm gương parabol tập trung nhiệtlượng Mặt Trời làm nóng chảy muối, sản xuất ra hơi nước để vận hành quạt gió vàsản xuất điện năng Nhiệt lượng thu được từ Mặt Trời có thể được lưu giữ trong muốinóng chảy ở nhiệt độ trên 1.000 độ F Sau đó, số nhiệt lượng được lưu giữ này lại biếnnước thành hơi nước quay turbin phát điện trong khoảng thời gian từ 8-10 tiếng đồng
hồ sau khi Mặt Trời lặn
Trang 5Đề tài: Năng lượng mặt trời
II Các thiết bị thu năng lượng mặt trời
Ngày nay, ngành công nghiệp năng lượng mặt trời đang khá hưng thịnh Giá thànhcho mỗi watt đã giảm xuống còn khoảng 3 USD và việc dùng trong các hộ gia đình đãkhá phổ biến.Năm 2010, tổng thống Mỹ Obama đã cho lắp đặt các tấm năng lượngmặt trời và hệ thống nước nóng dùng năng lượng mặt trời ở nhà trắng.Vấn đề khi nàothì năng lượng mặt trời sẽ rẻ hơn năng lượng hóa thạch sẽ chỉ còn là thời gian, có thể
là chỉ trong vài năm tới Cùng với đó là sự phát triển của các thiết bị thu năng lượngmặt trời
Hệ thống thu năng lượng trên thế giới
Pin năng lượng mặt trời (pin quang điện,tế bào quang điện ) là thiết bị thu sản xuấtđiện trực tiếp từ năng lượng mặt trời qua thiết bị đổi quang điện pin quang điện có ưuđiểm là gọn nhẹ có thể lắp đặt ở bất kỳ đâu có anh sáng mặt trời chúng đặc biệt thíchhợp cho các vùng mà điện lưới khó vươn tới như núi cao, ngoài đảo xa, hoặc phục vụcác hoạt động trên không gian; cụ thể như các vệ tinh quay xung quanh quỹ đạo tráiđất, máy tính cầm tay, các loại máy điện thoại cầm tay,thiết bị đun nước
Cơ chế hoạt động của pin mặt trời
Trang 6Đề tài: Năng lượng mặt trời
Đèn cao áp chạy bằng pin mặt trời ở quần đảo trường SaCác Pin năng lượng Mặt trời được thiết kế như những modul thành phần, đượcghép lại với nhau tạo thành các tấm năng lượng Mặt trời có diện tích lớn, thườngđược đặt trên nóc các tòa nhà nơi chúng có thể có thể đó ánh sáng nhiều nhất, và kếtnối với bộ chuyển đổi của mạng lưới điện Các tấm pin Mặt Trời lớn ngày nay đượclắp thêm bộ phận tự động điều khiển để có thể xoay theo hướng ánh sáng, giống nhưcây xanh hướng về ánh sáng Mặt Trời
Trang 7Đề tài: Năng lượng mặt trời
Sơ đồ nguyên lý một hệ thống NLMT
Pin mặt trời ở nơi biển đảo
Trang 8Đề tài: Năng lượng mặt trời
Hiện nay, trên thế giới đang sử dụng ba dạng pin mặt trời là tấm pin mặt trời tinh thể đa tinh thể và màng mỏng vô định hình Trong đó, pin màng mỏng vô định hình (Amorphous Silicon (a-Si)) được đặc biệt quan tâm bởi qua thời gian vận hành loại pin này đã thể hiện tính ổn định và cho hiệu suất cao Bằng những thí nghiệm khác, các nhà khoa học còn xác định được pin a-Si có thể làm việc được trong điều kiện trời
có mây mù và cả trong môi trường không khí có nhiệt độ cao mà các pin khác không
làm việc được phù hợp với điều kiện Việt Nam.
Pin màng mỏng vô định hình
Tại Việt Nam, Viện Cơ học đã thí nghiệm trong điều kiện mây mù nhiều ngày liềnvào mùa đông Pin a-Si vẫn làm việc tốt, nếu khai thác pin a-Si làm đèn chiếu sáng,chỉ cần 1 ngày nắng khoảng 10 giờ thì đèn có thể thắp sáng cho 6-7 ngày mưa tiếptheo Tính ưu việt này của pin a-Si rất phù hợp với điều kiện thời tiết ở các vùng biểnViệt Nam đó là nắng lắm, mưa nhiều và sương mù lớn
Pin a-Si lại là một hệ thống các module khép kín có các lớp đệmbảo vệ không bịnước mưa hoặc hơi nước mặn ngấm vào, nên vẫn đảm bảo được độ bền trong môitrường khai thác ở các vùng biển đảo Giáo sư, tiến sĩ khoa học Nguyễn Tiến Khiêm
đã khẳng định về tính ưu việt cơ bản của pin mặt trời màng mỏng vô định hình a-Si
Đó là pin mặt trời a-Si làm việc có hiệu quả trong các điều kiện khác nhau, từ môi
Trang 9Đề tài: Năng lượng mặt trời
trường nhiệt độ cao đến mùa băng tuyết, trong những vùng bức xạ mặt trời lớn cũngnhư vùng hay có sương mù và trong điều kiện ẩm ướt nhiệt đới Tháp năng lượngmặt trời
Tháp năng lượng mặt trời (tiếng Anh: Solar power tower) là một loại lò năng
lượng mặt trời sử dụng một cột (hoặc dàn) tháp để nhận được ánh sáng mặt trời tậptrung Tháp năng lượng mặt trời sử dụng những tấm gương phẳng, di chuyển được(gọi là kính định nhật) trải ra diện tích xung quanh để tập trung tia nắng mặt trời đếntháp (nơi tiếp nhận) Nhiệt năng mặt trời được tập trung lại có thể xem là một trongnhững giải pháp khả thi sản xuất năng lượng tái tạo, năng lượng không gây ônhiễm với công nghệ hiện nay
Những thiết kế đầu tiên ứng dụng các tia năng lượng tập trung này để đun nước,
và lấy hơi nước sinh ra chạy tua bin Những thiết kế mới hơn sử dụng dungdịch natri đã được kiểm nghiệm, cùng các hệ thống sử dụng muối nóng chảy(40% kali nitrat, 60% natri nitrat) làm chất lỏng vận hành Các chất lỏng này có khảnăng chịu nhiệt cao, có thể là nơi lưu trữ năng lượng trước khi dùng để đun sôi nướcchạy tua bin Những thiết kế này hỗ trợ khả năng tạo ra điện ngay cả khi mặt trờikhông chiếu sang
Tháp mặt trời
Trang 10Đề tài: Năng lượng mặt trời
Thiết bị nhiệt mặt trời ,thiết bị nhiệt mặt trời nhận bức xạ nhiệt mặt trời và tích trữdưới dạng nhiệt năng.Thiết bị nhiệt mặt trời cũng có rất nhiều loại khác nhau tùy vàomục đích sử dụng.một số loại cơ bản như tấm thu nhiệt mặt trời phẳng ,ống thu gomnăng lượng mặt trời so tán ,ống thu gom năng lương mặt trời tập trung Một số thiết
bị :
Bình nước nóng (thiết bi thu gom năng lượng mặt trời sơ tán)
Trang 11Đề tài: Năng lượng mặt trời
Thiết bị thu nhiệt năng lượng mặt trời tấm phẳng
Bếp năng lượng mặt trờiBếp năng lượng Mặt Trời là một thiết bị giữ các tia nắng và dùng nănglượngnày
để đun nấu các loại thực phẩm hoặc đun nước sôi
Một trong các thiết kế là gồm một cái thau bằng nhôm, được cách ly tốtđặt trongmột hộp gỗ.Một tấm kiếng đậy trên miệng thau có gắn với một tấm phản chiếu ở phíasau
Các thiết kế dùng gương hay thấu kính Fresnel để hội tụ ánh nắng vàođiểm cầnđun nấu có thể được dùng Các bếp này có thể đạt công suất vài trămWatt và nhiệt
độ tới 200°C
Một loại khác bếp thu năng lượng măt trời
Trang 12Đề tài: Năng lượng mặt trời
III Thực trạng và ứng dụng
1 Trên thế giới
Trên thực tế giá bán và giá đầu tư của điện mặt trời lớn hơn điện gió rất nhiềunhưng việc sử dụng năng lượng Mặt Trời đang trở nên ngày một phổ biến trên thếgiới, thậm chí còn hơn cả năng lượng gió, nhờ dễ khai thác và sản xuất
Sản lượng điện từ quang năng toàn cầu cứ sau 2 năm lại tăng gần gấp đôi kể từ năm
2001 và đã vượt ngưỡng công suất 20.000 MW vào năm 2010
Xét về mặt sản xuất, những nước tiên phong như Mỹ, Nhật, Đức đã bị TrungQuốc vượt mặt, với lượng pin năng lượng Mặt Trời được sản xuất hàng năm củaTrung Quốc cao gấp đôi Nhật Bản
Xét về mặt lịch sử, các cơ sở quang điện chỉ ở quy mô nhỏ - hầu như lắp đặt trênmái nhà dân Hiện nay, các dự án sản xuất điện Mặt Trời quy mô lớn đang được đềxuất ở một vài quốc gia Mỹ đang phát triển khoảng 77 dự án quy mô lớn và tăngcông suất phát điện Mặt Trời lên đến 13.200 mW Marocco hiện đang lên kế hoạch 5
dự án sản xuất năng lượng quy mô lớn, trong đó có cả quang năng lẫn nhiệt năng hoặckết hợp cả hai, mỗi dự án có công suất từ 100 đến 500 mW Italy có nhiều dự án điệnMặt Trời mới với tổng công suất 15.000 mW vào năm 2020, Nhật Bản 28.000 mWvào năm 2020 và bang California (Mỹ) đặt mục tiêu 3.000 mW vào năm 2017
Saudi Arabia - đất nước giàu năng lượng mặt trời - gần đây đã thông báo kế hoạchchuyển dần sang sử dụng năng lượng Mặt Trời tại các nhà máy khử muối biến nướcbiển thành nước ngọt, cung cấp nước sinh hoạt cho dân cư trong nước Nước này hiện
có khoảng 30 nhà máy biến nước biển thành nước sinh hoạt
Tính đến cuối năm 2009, có nhiều nhà máy phát điện từ quang năng mới trên toànthế giới đã đạt công suất 23.000 mW, tương đương với công suất phát điện của 23 nhàmáy điện nhân Với một nhà máy có công suất 10.000 mW đã được lắp đặt, nước Đức
đã bỏ xa nước đứng đầu thế giới khác về việc lắp đặt mới các nhà máy phát điện từquang năng
Giữa lúc lo ngại về biến đổi khí hậu ngày một tăng, các nhà máy phát điện từquang năng ngày càng nhiều hơn với chi phí tiếp tục giảm Dự kiến đến năm 2020,tổng công suất của các nhà máy phát điện từ quang năng trên toàn thế giới có thể đạtđến 1,5 triệu mW (1.500 gW) Mặc dù ước tính này xem ra có thể là quá tham vọng,nhưng trên thực tế đó là một mục tiêu có thể đạt được để đáp ứng nhu cầu của gần 1,5
tỷ người đang thiếu điện hàng ngày Trong nhiều trường hợp, việc lắp đặt các thiết bị
Trang 13Đề tài: Năng lượng mặt trời
sản xuất điện từ năng lượng Mặt Trời cho các hộ gia đình rẻ hơn việc xây dựng cảmột mạng lưới truyền tải điện và một nhà máy phát điện trung tâm
Việc khai thác năng lượng Mặt Trời quy mô lớn đòi hỏi kỹ thuật CSP sử dụngnhững tấm gương phản chiếu để tập trung năng lượng Mặt Trời để tạo ra hơi nướcquay tuốc bin phát điện Năng lượng Mặt Trời có thể được lưu giữ cả ngày trong muốinóng chảy ở nhiệt độ trên 1.000 độ F Sau đó, nhiệt lượng này được sử dụng để tạohơi nước làm quay các tuốc bin phát điện 8-10 tiếng đồng hồ khi Mặt Trời lặn
Công nghệ CSP đầu tiên được áp dụng vào việc xây dựng nhà máy liên hợp nhiệtnăng có công suất 350 mW ở California được hoàn thành năm 1991.Mỹ đã có hơn 40nhà máy phát điện kiểu này và hiện đang xây dựng nhiều nhà máy phát điện từ quangnăng có công suất từ 10 đến 1.200 mW.Tây Ban Nha có 60 nhà máy phát điện từquang năng, có công suất 50 mW/nhà máy
Hội Năng lượng mặt trời Mỹ lưu ý rằng nguồn nhiệt năng Mặt Trời ở miền tâynam Mỹ có thể thỏa mãn gần 4 lần nhu cầu điện năng hiện nay của người Mỹ
Tháng 7/2009, một nhóm 11 doanh nghiệp Châu Âu hàng đầu (trong đó cóDeutsche Bank, Siemens và ABB) và một doanh nghiệp Algeria do Munich Re lãnhđạo thông báo sẽ xúc tiến dự án phát triển sản xuất điện Mặt Trời ở Bắc Phi và TrungĐông Dự án này sẽ thỏa mãn nhu cầu điện năng của các quốc gia sở tại và cung cấpmột phần điện năng cho Châu Âu thông qua hệ thống cáp dẫn điện ngầm dưới biển Thậm chí trước khi có dự án này, Algeria - nước xuất khẩu dầu trong các thập kỷqua – cũng lên kế hoạch xây dựng nhà máy phát điện từ quang năng có công suất6.000 mW để xuất khẩu điện sang Châu Âu thông qua cáp ngầm dưới biển Algeria có
đủ năng lượng Mặt Trời có thể khai thác trong sa mạc rộng lớn để cung cấp cho toàn
bộ kinh tế thế giới
Ở mức độ toàn cầu, Greenpeace, Hiệp hội năng lượng nhiệt điện và chương trìnhSolar PACES của Tổ chức Năng lượng Quốc tế đã soạn thảo kế hoạch xây dựng nhàmáy phát điện từ quang năng có công suất 1,5 triệu mW vào năm 2050
Thiết bị làm nóng nước bằng năng lượng Mặt Trời trên mái nhà hiện đang cungcấp nước nóng cho 120 triệu hộ gia đình Trung Quốc Khoảng 2 triệu người Đức cũng
sử dụng các hệ thống sản xuất năng lượng trên mái nhà để làm nóng nước và sưởi ấmcăn hộ
Trang 14Đề tài: Năng lượng mặt trời
Với việc chi phí lắp đặt các hệ thống sử dụng năng lượng Mặt Trời đang giảm,nhiều quốc gia như Israel, Tây Ban Nha, và Bồ Đào Nha cũng yêu cầu lắp đặt cácmáy làm nóng nước bằng năng lượng Mặt Trời trên mái nhà trong quá trình xét duyệtcác công trình xây dựng mới
Những công trình năng lượng mặt trời lớn nhất thế giới
Tòa nhà Sun And The Moon Altar (Trung Quốc) là một trong những toà nhà sửdụng năng lượng mặt trời lớn nhất thế giới
Tòa nhà có mái rộng 75.000 m2, xòe rộng như một chiếc quạt, tọa lạc tại thành phốĐức Châu, tỉnh Sơn Đông, Tây Bắc Trung Quốc Không sử dụng năng lượng hóathạch, đây là công trình kiến trúc xanh, kết hợp nhiều nguồn năng lượng tái tạo khácnhau và áp dụng các biện pháp tiết kiệm năng lượng.Tường và mái nhà sử dụng vậtliệu cách nhiệt, có thể làm giảm 30% điện năng tiêu thụ
Tòa nhà được coi là một điển hình trong việc tìm kiếm nguồn năng lượng mới thaythế cho năng lượng hóa thạch đang gây ô nhiễm nghiêm trọng tại đất nước này
