THIẾT BỊ ĐUN NÓNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

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 m

CHỦ ĐỀ 5: THIẾT BỊ ĐUN NÓNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Danh sách nhóm:

1 Phạm Văn Lộc – Nhóm Trưởng 53130791

2 Phan Thị Hảo 53130424

3 Nguyễn Thị Trang 53131818

4 Lê Thành Vũ 53133056

5 Đoàn Thị Phương Loan 53130855

Mục lục trang A Đặt vấn đề……… 2

B Nội dung……… 2

I Tổng quan……… 2

1.Tổng quan về năng lượng Mặt Trời……… 2

1.1 Ưu điểm ………5

1.2 Nhược điểm……… 5

2.Ứng dụng chung về năng lượng Mặt Trời……….5

2.1 Trong lĩnh vực công nghiệp……….6

2.2 Trong lĩnh vực nông nghiệp và đời sống………7

II Thiết bị sử dụng năng lượng Mặt Trời……… 8

1 Thiết bị sấy kiểu quay dùng năng lượng mặt trời……….8

2 Thiết bị chưng cất hơi nước sử dụng năng lượng mặt trời………… 10

3 Bếp năng lượng mặt trời……… 12

III Hướng phát triển nâng cao sử dụng hiệu quả năng lượng mặt trời…… 12

IV Kết luận……… 13

A ĐẶT VẤN ĐỀ.

Thế giới đag đối mặt với nhiều nguy cơ, trong đó có nguy cơ suy thoái môi trường, con người đang gia tăng khai thác tài nguyên thiên nhiên, làm cho nguồn tài nguyên nguyên liệu không tái tạo ngày càng cạn kiệt

Phát triển bền vững đang được đề cập trên phạm vi toàn cầu kèm theo những hành động cụ thể, chẳng hạn phát triển kinh tế xã hội phải gắn liền với bảo vệ môi trường

Mục tiêu của thế giới: thay thế dần năng lượng điện truyền thống bằng năng lượng mới trong

đó có năng lượng mặt trời

 Tại Việt Nam:

- Nguồn tài nguyên thiên nhiên ngày càng cạn kiệt: than, dầu…

- Quá trình sản xuất năng lượng làm cho môi trường ngày càng ô nhiễm.

- Thời tiết khí hậu ở nước ta thuộc vùng nhiệt đới: Bắc Việt Nam hằng năm có khoàng

1400-2000 h nắng và các vùng miền Trung và một số vùng miền Nam có từ 1400-2000-3000h nắng thuận lợi cho phát triển công nghệ sản xuất năng lượng mặt trời

- Vì vậy sử dụng năng lượng mặt trời góp phần quan trọng giúp giải quyết cả 2 thách thức lớn

là biến đổi khí hậu và an ninh năng lượng

B Nội Dung:

I Tổng Quan:

1 Tổng Quan Về Năng Lượng Mặt Trời:

- Mặt Trời là một khối cầu có d ≈ 1,39 triệu km

- TMT ≈ 15 triệu độ, pMT gấp 70 tỷ lần pkqcủa Trái Đất

- Công suất bức xạ MT: 3,865 x 1026 J/s ≈ NL đốt cháy hết 1,32 x 1016 tấn than

=> Quả đất nhận được 17,57 x 1016 J/s ≈ NL đốt cháy hết 6 x 106 tấn than

- Hai phương pháp phổ biến dùng để thu nhận và trữ năng lượng Mặt Trời là phương pháp thụ động và phương pháp chủ động

+ Phương pháp thụ động sử dụng các nguyên tắc thu giữ nhiệt trong cấu trúc và vật liệu của các công trình xây dựng

Năng lượng Mặt trời chiếu xuống Trái đất dưới dạng các tia bức xạ có bước sóng ngắn các tia này đi thẳng vào Trái đất mà không bị giữ lại bởi lớp khí quyển Trái đất nhận năng lượng, sau đó sẽ phát xạ ra khoảng không vũ trụ một phần năng lượng dưới dạng các tia có bước sóng dài Tuy nhiên, các tia có bước sóng dài này lại bị lưu giữ lại tại tầng đối lưu và phát xạ trở lại Trái đất làm cho nhiệt độ của khí quyển tầng thấp và bề mặt Trái đất tăng dần lên

Hiện tượng giữ nhiệt (các tia bức xạ có bước sóng dài) này xảy ra do một số khí được gọi là khí nhà kính Khí nhà kính là những khí có khả năng hấp thụ các bức xạ sóng dài (hồng ngoại), chủ yếu bao gồm: hơi nước, CO2, CH4, N2O, O3 (ôzôn), các khí CFC, CF6, HFCs và PFCs Nhờ hiệu ứng nhà kính này mà nhiệt độ trung bình của bề mặt trái đất theo quan trắc là

15oC Nếu không có hiệu ứng nhà kính này xảy ra thì theo tính toán nhiệt độ trung bình bề mặt trái đất sẽ là -18 oC

Như vậy có thể nói rằng hiệu ứng nhà kính không hoàn toàn có hại cho chúng ta vì đã

có công giúp mặt đất duy trì được nhiệt độ thích hợp với đời sống con người

+Phương pháp chủ động sử dụng các thiết bị đặc biệt để thu bức xạ nhiệt và sử dụng các hệ thống quạt và máy bơm để phân phối nhiệt Phương pháp thụ động có lịch sử phát triển dài hơn hẳn, trong khi phương pháp chủ động chỉ mới được phát triển chủ yếu trong thế kỷ 20 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

1.1 Ưu điểm của NLMT.

- Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tự nhiên không gây ô nhiễm và vô cùng dồi dào

- Phát triển ngành công nghiệp sản xuất pin mặt trời sẽ góp phần thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch, nhằm giảm khí thải nhà kính, bảo vệ môi trường

- Nguồn quang năng này có thể được sử dụng để sưởi ấm các tòa nhà, đun nóng nước hoặc sản sinh ra điện năng …

1.2 Hạn chế trong việc sử dụng NLMT.

- Gặp khó khăn trong việc thu thập ánh sáng mặt trời vào những ngày thời tiết mây mù

- Chi phí cho việc sản xuất các vật dụng hấp thụ năng lượng mặt trời còn cao

- Ở Việt Nam, các sản phẩm sử dụng năng lượng mặt trời vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi

mà chỉ tập trung áp dụng thử nghiệm tại nông thôn, miền núi – nơi mức sống tương đối thấp

2 Ứng Dụng Chung Về Năng Lượng Mặt Trời:

- Hai ứng dụng chính của NLMT là:

+ Nhiệt Mặt Trời: chuyển bức xạ Mặt Trời thành nhiệt năng, sử dụng ở các hệ thống sưởi, hoặc để đun nước tạo hơi quay turbin điện

+ Điện Mặt Trời: chuyển bức xạ Mặt Trời (dưới dạng ánh sáng) trực tiếp thành điện năng (hay còn gọi là quang điện-photovoltaics)

 Cấu tạo thiết bị thu tấm phẳng:

 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động bình nước nóng sử dụng NLMT dùng thiết bị thu ống chân không:

Hệ thống hoạt động theo nguyên lý đối lưu nhiệt hay còn gọi là hình thức “biến đổi quang năng thành nhiệt năng” và bẫy nhiệt lượng 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

Nguyên lý hoạt động của máy nước nóng mặt trời

2.1 Trong lĩnh vực công nghiệp.

- Công nghiệp ngày càng hiện đại giúp chúng ta sống trong vũ trụ với bao sự tiện nghi nhưng nó cũng kéo theo những hệ quả tất yếu Khí thải công nghiệp gây ô nhiễm môi

trường, ung thư, hiệu ứng nhà kính… Do đó chúng ta cần ứng dụng các dạng năng lượng tự nhiên vào công nghiệp như: năng lượng gió, năng lượng từ dòng chảy…mà đặc biệt trong đó phải kể đến NLMT vì năng lượng mặt trời sạch, chi phí nhiên liệu và bảo dưỡng thấp, an toàn cho người sử dụng

Pin mặt trời:

- Pin mặt trời là phương pháp sản xuất điện trực tiếp từ năng lượng mặt trời qua thiết bị biến đổi quang điện Pin mặt trời có ưu điểm là gọn nhẹ có thể lắp bất kỳ ở đâu có ánh sáng mặt trời Tuy nhiên giá thành thiết bị pin mặt trời còn khá cao cho nên thiết bị này vẫn còn hạn chế sử dụng Ở Việt Nam, với sự hỗ trợ của các tổ chức quốc tế đã thực hiện thành công xây

dựng các trạm pin mặt trời có công suất khác nhau phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt và văn hóa của địa phương vùng sâu, vùng xa nhất là đồng bằng sông Cửu Long và Tây Nguyên Tuy thế hiện nay pin mặt trời vẫn đang còn là món hàng xa xỉ đối với nước ta (Kiều Đỗ Minh Luân, 2011)

Máy phát điện:

- Máy phát điện ghép pin mặt trời và thuỷ điện nhỏ, công suất 125 kW được đặt tại xã Trang, huyện Mang Yang-Gia Lai Máy phát điện ghép pin mặt trời và động cơ gió với công suất 9

kW đặt tại làng Kongu 2, huyện Đăk Hà-Kon Tum

Hệ thống cung cấp nước sạch dùng năng lượng mặt trời:

- Ứng dụng đơn giản, phổ biến và hiệu quả nhất hiện nay của năng lượng mặt trời là dùng để đun nước nóng Các hệ thống nước nóng dùng năng lượng mặt trời đã được dùng rộng rãi ở nhiều nơi Tại Việt Nam hệ thống này đã và đang được ứng dụng rộng rãi ở Hà Nội, TP HCM, Đà Nẵng Các hệ thống này đã tiết kiệm cho người sử dụng một lượng đáng kể về năng lượng góp phần thực hiện chương trình tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường của nước ta (Kiều Đỗ Minh Luân, 2011)

Còn rất nhiều ứng dụng mới từ NLMT trong lĩnh vực công nghiệp: xe bốn bánh sử dụng năng lượng, máy bay năng lượng mặt trời không cần tên lửa đẩy, nhà máy nhiệt điện sử dụng năng lượng mặt trời, tháp năng lượng mặt trời…, tuy nhiên các thiết bị trên chưa được ứng dụng chưa rộng rãi tại Việt Nam

2.2 Trong lĩnh vực nông nghiệp và đời sống.

Nhờ có ánh sáng mặt trời mà chúng ta có thể nhìn thấy được mọi vật Việc tiếp xúc với ánh sáng mặt trời sẽ giúp kích thích da sản sinh ra lượng vitamin D thỏa mãn nhu cầu cơ thể NLMT có thể ứng dụng nhiều trong đời sống vì năng lượng không thể thiếu cho sự sống và phát triển của sinh vật, ánh sáng mặt trời chiếm hơn 90% năng suất cây trồng Bên cạnh đó NLMT là một phần cực kỳ quan trọng và không thể thiếu trong canh tác nông nghiệp, đặc biệt là trồng trọt, dưới đây là một số ứng dụng của NLMT từ hai lĩnh vực trên:

Thiết bị sấy khô nông sản dùng năng lượng mặt trời:

- Thiết bị sấy sử dụng NLMT gián tiếp, bức xạ mặt trời không chiếu ngay vào sản phẩm sấy

mà thông qua không khí được làm nóng bởi bộ thu nhiệt từ NLMT, quá trình tuần hoàn không khí sử dụng quạt cưỡng bức, làm nhiệt độ sấy cao hơn, thời gian sấy ngắn hơn và chất lượng sản phẩm sấy tốt hơn

- Hiện nay năng lượng mặt trời được ứng dụng khá phổ biến trong lĩnh vực nông nghiệp để sấy các sản phẩm như ngũ cốc, thực phẩm nhằm giảm tỉ lệ hao hụt và tăng chất lượng sản phẩm Ngoài mục đích để sấy các loại nông sản, năng lượng mặt trời còn được dùng để sấy các loại vật liệu như gỗ

Hệ thống thổi khí:

Công nghệ NLMT ứng dụng vào quy trình nuôi tôm công nghiệp tại Bạc Liêu; Đầm Dơi -

Cà Mau.Thiết bị là những tấm thu NLMT, năng lượng hấp thu chuyển đến hệ thống bình ắc-quy Nguồn điện tích trữ trong bình ắc-quy cung cấp dòng năng lượng để các thiết bị thổi khí ôxy vận hành

Máy ấp trứng tự động:

Máy dùng pin mặt trời thay nguồn điện, máy nước nóng cấp nhiệt thay cho điện trở trên máy

ấp tự động Máy có công suất 300 trứng/mẻ, tỉ lệ nở đạt trên 80% Trong khi cúp điện vào

Nguyên liệu

Làm sạch Chọn-phân loại Cắt gọt

Chần, hấp

Xử lý hóa chất Sấy

Làm nguội

mùa khô ảnh hưởng đến sản xuất thì máy này là giải pháp hữu ích; giúp doanh nghiệp đỡ tốn chi phí tiền điện

Nấu nướng:

Bếp năng lượng mặt trời sử dụng nguồn năng lượng mặt trời để nấu nướng nhờ khả năng tập trung lại nguồn nhiệt Nhưng nó phụ thuộc rất lớn vào cường độ ánh sáng của ngày đó Nếu những ngày có mây hoặc mưa nhiều thì cường độ nhiệt không đủ cao để nấu nướng

Xử lý nước:

Hiện nay hầu hết mọi người đều xử lý nước uống của mình thông qua việc dùng các chai (bình) nhựa đựng đầy nước, rồi để phơi dưới ánh nắng mặt trời khoảng 1 đến 2 ngày

Điện mặt trời:

Là việc chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện nhằm mục đích phục vụ cho đời sống Một số loại: pin quang điện, điện mặt trời tập trung

Ngoài ra, NLMT còn dùng để sưởi ấm, làm mát và thông gió, phơi thức ăn và các vật khác

II THIẾT BỊ SỬ DỤNG NLMT.

1 Thiết Bị Sấy Kiểu Quay Dùng Năng Lượng Mặt Trời:

Quy trình sấy cà rốt.

 Làm sạch: rửa sơ bộ để loại bỏ các tạp chất và bui bận trên bề mặt nguyên liệu

 Chọn, phân loại: để chọn ra các củ có cùng kích thước, thuận tiện cho quá trình cắt gọt

 Cắt gọt: bỏ cuống, cạo vỏ, rửa sạch, thái thành lát mỏng hoặc sợi dày 2mm

 Chần nguyên liệu nhằm mục đích bảo vệ phẩm chất của sản phẩm và rút ngắn thời gian sấy, do tác dụng nhiệt và ẩm làm biến đổi tính chất hóa lý của nguyên liệu làm tăng sự thoát ẩm khi sấy dẫn đến các vi sinh vật bị tiêu diệt và hệ thống enzym trong nguyên liệu bị bất hoạt Chần ở 95oC trong 8 phút

 Xử lý hóa chất: để làm tăng hiệu quả của các phương pháp sấy đồng thời giảm thiểu những thay đổi bất lợi trong suốt quá trình sấy cũng như bảo quản sản phẩm Hóa chất sử dụng: SO2: bảo vệ sản phẩm khỏi bị sẫm màu và khỏi bị cháy khi sấy, nồng độ: 0,2 – 1%

 Sấy: là quá trình nước di chuyển từ trong lòng ra bề mặt vật liệu và bốc hơi trên bề mặt vật liệu

Tsấy: 70 – 75oC

tsấy : 5h

Hàm ẩm ban đầu btp: 75%

Hàm ẩm cuối tp: 5%

 Làm nguội: dùng quạt để làm nguội hẳn để tránh hiện tượng đổ mồ hôi

 Phân loại: loại bỏ đi những thành phần kém chất lượng không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật

 Bao gói: nhằm tăng thời gian bảo quản và giá trị cảm quan, bao giấy, hộp cáctông có đặc tính nhẹ, rẻ, dễ tái sinh

1.1 Cấu Tạo:

Hình 2.1 Thiết bịsấy kiểu quay dùng năng lượng mặt trời

1 Gương Parabol 2.Ống kính 3.Ống hấp thụ

4.Động cơ 5 Khung đỡ 6 Vật liệu vào

7 Vật liệu ra 8 Không khí vào

1.2 Nguyên lý hoạt động:

Đây là loại máy sấy NLMT được sử dụng để sấy khô nông sản sản với quy mô hộ gia đình

và sản xuất nhỏ Các bộ phận chính máy sấy kiểu quay dùng NLMT bao gồm một bộ thu NLMT, một ống hấp thụ bên ngoài được bao phủ bởi một ống kính, động cơ, khung đỡ, …

bố trí như mô tả ở hình 1 Ống hấp thụ được sơn đen có chiều dài L = 1,2m và đường kính D

= 0,4m Vật liệu sấy cấp vào thùng sấy qua cửa (6) rồi được các cánh dẫn hướng vào thùng sấy Nhiệt độ dùng để sấy tạo ra do parabol thu bức xạ NLMT sau đó phản xạ qua tấm kính vào ống hấp thụ và ống hấp thụ làm nóng không khí bên trong Không khí nóng trao đổi nhiệt và trao đổi chất với vật liệu cần sấy, quá trình trao đổi được tăng lên nhờ chuyển động quay của ống hấp thụ và các cánh đảo bên trong Hơi ẩm trong vật liệu sấy thoát ra và được quạt hút ra ngoài qua đường thoát ẩm Vật liệu sau khi sấy đảm bảo đúng độ ẩm được đưa ra ngoài qua cửa (7) Tốc độ quay của máy sấy khoảng 10 ÷ 15 vòng/phút

Nhiệt độ của thiết bị sấy:

2.Thiết bị chưng cất bằng NLMT.

2.1 Cấu Tạo Và Nguyên Lý Hoạt Động:

Trên trái đất của chúng ta, những nơi có nhiều nắng thì thường ở những nơi đó

nước uống bị khan hiếm Bởi vậy năng lượng mặt trời đã được sử dụng từ rất lâu

để thu nước uống bằng phương pháp chưng cất từ nguồn nước bẩn hoặc nhiểm

mặn Có rất nhiều thiết bị khác nhau đã được nghiên cứu và sử dụng cho mục đích

này, một trong những hệ thống chưng cất nước dùng năng lượng mặt trời đơn giản

được mô tả như hình 2.1