Tìm hiểu về năng lượng mặt trời

Mặt trời là ngôi sao ở trung tâm hệ mặt trời, cung cấp năng lượng cho trái đất dưới dạng ánh sáng. Trái đất nằm ở vị trí thứ 3 trong hệ mặt trời, khoảng cách trung bình giữa Mặt Trời và Trái Đất xấp xỉ 149,6 triệu km.  Trái đất nhận được 1 lượng nhiệt và ánh sáng trung bình đảm bảo cho sự sống phát sinh và tồn tại. Là hình cầu, đường kính 1,39 triệu km ( ≈ 110 lần trái đất

Trang 1

Năng lượng mặt trời

ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN 1

Nhóm thực hiện: Nguyễn Thị Thu Mai

Hoàng Thị Hương Nguyễn Thị Vân Anh Nguyễn Thị Ngọc Ly Doãn Thị Thùy Linh

Lớp: K56 A1 KHMT

Đề tài:

Giảng viên hướng dẫn: ths Nguyễn Thị Phương Loan

Trang 2

Nội dung

1.Khái quát về mặt trời

1.1 Vị trí, cấu tạo, thành phần hóa học

1.2 Sự tạo thành của NLMT

1.3 Sự tiếp nhận NLMT của trái đất

2 Ứng dụng năng lượng mặt trời

2.1 Những chức năng quan trọng của ánh sáng MT

2.2 Sử dụng NLMT của con người

2.2.1 Ưu điểm chung của các thiết bị sử dụng NLMT 2.2.2 Đánh giá về một số thiết bị sử dụng NLMT

3 Tình hình sử dụng năng lượng mặt trời

Trang 3

 Mặt trời là ngôi sao ở trung tâm hệ mặt

trời, cung cấp năng lượng cho trái đất

dưới dạng ánh sáng.

 Trái đất nằm ở vị trí thứ 3 trong hệ mặt

trời, khoảng cách trung bình giữa Mặt

Trời và Trái Đất xấp xỉ 149,6 triệu km.

 Trái đất nhận được 1 lượng nhiệt và ánh

sáng trung bình đảm bảo cho sự sống

Trang 4

1 Khái quát về mặt trời

Trang 5

1.2 Sự tạo thành của năng lượng mặt trời

- Năng lượng được tạo ra bởi phản ứng nhiệt hạch với điều kiện

>10 7 o C chỉ có ở tâm mặt trời thông qua một loạt bước để biến 4 H 

He + nhiệt Nhiệt sinh ra làm nóng mặt trời  phát sáng.

Mặt trời sẽ đốt hết nhiên liệu Hydrogen của

nó trong vòng 5 đến 7 tỉ năm nữa, lúc đó nó

sẽ nuốt chửng Trái đất Trái đất sẽ kết thúc bên trong lòng Mặt trời”-Lee Ann Willson của đại học Iowa.

Hình 4 Vòng đời của mặt trời

Hình 3 Phản ứng nhiệt hạch

sinh nhiệt tại mặt trời

Trang 6

1.3 Sự tiếp nhận NLMT của Trái Đất

 Nguồn cung cấp nhiệt chủ yếu cho mặt đất là bức xạ Mặt Trời Tổng bức xạ nhận được: 2,4.108 Cal/cm2/phút

 Mỗi mét vuông ở Trái Đất nhận được chừng 5 kWh mỗi

ngày Năng lượng này có thể cung cấp nhu cầu cho toàn bộ dân cư của Trái Đất trong ba thập kỉ

Hình 6 Phân tích ánh sáng mặt trời khi tới

Trang 7

1.3 Sự tiếp nhận NLMT của Trái Đất - 1 Khái quát về mặt trời

Hình 7 Các lớp trong khí quyển và độ xuyên của bức xạ

Tầng điện ly

Tầng giữa

Lớp ozon Tầng đối lưu Tầng bình lưu

Trang 8

hệ thống khí hậu Trái Đất, làm tăng hoặc rút đi của các sông băng.

Ba chu kỳ Milankovitch ảnh hưởng đến mùa và vị trí của năng lượng mặt trời quanh trái đất

Trang 9

Độ lệch tâm trái đất: là hình dạng của quỹ đạo của Trái đất xung quanh Mặt trời.

 Độ lệch tâm dao động từ gần như tròn tới hình elíp vừa phải (0 đến 5% elip) trên 1 chu kì 100.000 nămquyết định hàng đầu tới sự đóng băng

 Làm thay đổi khoảng cách từ Trái Đất đến MTthay đổi khoảng cách bức xạ sóng ngắn của mặt trời tới trái đấttăng hay giảm lượng phóng

xạ nhận được của bề mặt trái đất trong các mùa khác nhau.

 Khi quỹ đạo là elíp nhiều hơn, lượng bức xạ Mặt Trời ở điểm cận nhật

sẽ có thể lớn hơn tới 23% so với điểm viễn nhật.

 Hiện tại, chênh lệch của điểm cận nhật và điểm viễn nhật chỉ là 3,4% (5,1 triệu km) khoảng 6,8% chênh lệch bức xạ Mặt Trời tới Trái Đất

Hình 10.Quỹ đạo với

độ lệch tâm 0,5

Trang 10

độ nghiêng trục quay: là góc giữa phương tự quay của thiên thể với phương trực tuyến Bắc của mặt phẳng quỹ đạo.

 Dao động trong mức độ nghiêng trục Trái đất xảy ra trên một chu kỳ 41.000 năm từ 21,5 đến 24,5 độ.

 Độ nghiêng trục quay của Trái Đất làm lượng ánh sáng MT chạm tới một điểm cho trước trên bề mặt thay đổi liên tục trong một nămtạo ra hiện tượng mùa

 Khi cực Bắc hướng về phía Mặt Trời, mùa hè xuất hiện ở Bắc bán cầu, trong khi mùa đông xuất hiện ở cực Nam Mùa hè, ngày dài hơn và Mặt Trời lên cao hơn, mùa đông, lạnh hơn, ngày ngắn hơn.

Hình 11 Chu kì 41.000 năm của trục nghiêng

10

Thu Mai, Hoàng Hương, Nguyễn Vân Anh, Ngọc Ly, Doãn Thùy Linh

Trang 11

 Với độ nghiêng trục ít, bức xạ MT phân bố đồng đều hơn giữa mùa đông và mùa hè, nhưng cũng làm tăng sự khác biệt trong biên lai thu bức xạ giữa các vùng xích đạo và vùng cực.

 Hiện tại, độ nghiêng trục quay Trái Đất khoảng 23,5° Khi đạt tới 24,5°, mùa đông lạnh hơn và mùa hè nóng hơn so với khi độ nghiêng là 22,1 o , khi độ nghiêng nhỏ hơn thì mùa đông ấm hơn, mùa hè mát hơn.

Hình 12 Độ nghiêng

của Trái Đất

Hình 13 Ảnh hưởng của độ nghiêng trục quay tới lượng

NLMT nhận được

Trang 12

TUẾ SAI( tiến động)

 Là hiện tượng trục của vật thể quay"lắc lư" khi mô men lực tác động lên nó

 Lực hấp dẫn của MT tác dụng mômen lực lên Trái Đấtkéo các chỗ lồi xích đạo vào trong mặt phẳng quỹ đạo Trái Đấtgây hiện tượng tuế sai của trục quay Trái Đất.

 Sự thay đổi về cường độ ánh sáng bức xạ của mặt trời đến mặt đất dựa theo chu kỳ xoay tuế sai của trục xoay trái đất ( 23000 năm )

12

Hình 14.Mô phỏng chu kì 23.000

năm của tuế sai

Hình 15.Tuế sai làm chậm thời điểm giao mùa từ năm này sang năm khác, do mùa phụ thuộc vào hướng và độ nghiêng của trục so với hệ tọa độ hoàng đạo

Trang 13

Chương động

 Trục quay trái đất có một chuyển động

nhiễu loạn nhỏ, ngắn kiểu “gật gù” được

gọi là chương động.

 Làm thay đổi độ nghiêng của trục xoay

khoảng 9,2 (Hằng số chương động) quanh

vị trí trung bình với chu kì 18.6 năm (= 18

năm 220 ngày)

 Chương động và tuế sai làm cho trục xoay

của Trái Đất chuyển động thành hình sin

quay quanh một hình nón tuế sai.

 Cũng tạo ra thay đổi nhỏ lượng NLMT

nhận được của Trái Đất

Hình 16 Tổng hợp sự tự quay, tuế sai, chương động N( nutation- chương động)

P (precession- Tuế sai)

R ( sự tự quay)

13

Trang 14

- Sự phân bố này còn phụ thuộc vào

độ dài ngày Trong cùng một thời

gian, tại các vĩ độ khác nhau, độ

dài ngày khác nhau.

Ngày/

tháng Vĩ độ(°)

0-10 10- 20 20- 30 30- 40 40- 50 50- 60 60- 90 22/12

21/03

22/06 23/09

0,5 49 0,6 19 0,5 79 0,6 10

0,4 65 0,6 01 0,6 29 0,5 62

0,3 73 0,5 53 0,6 64 0,5 56

0,2 74 0,5 09 0,6 84 0,5 03

0,1 73 0,4 41 0,6 89 0,4 53

0,07 9 0,35 8 0,68 3 0,35 3

0,0 06 0,2 11 0,7 03 0,2 08

Bảng thông lượng bức xạ mặt trời vào các ngày xuân phân, hạ chí tại Bắc Bán cầu được tính trung bình ngày với đơn vị cal/cm2 phút

Hình 17 độ dài ngày đêm

14

Trang 15

b Phân bố theo độ cao

- Cường độ bức xạ có tăng theo độ cao nhưng sự tăng

đó không lớn.

- Nguyên nhân: Khi độ cao tăng thì:

+Quãng đường ánh sáng đi trong khí quyển giảm

+không khí loãng hơn

+ lượng bụi và hơi nước giảm

 sự hấp thụ và khuếch tán bức xạ trong khí quyển

giảm cường độ bức xạ trên mặt đất tăng

15

Trang 16

1.3.3.Phân bố theo đới của bức xạ mặt trời ở mặt đất

Phân bố bức xạ mặt trời theo mùa

- Nguyên nhân: do sự tự quay của Trái đất và quay quanh mặt trời nên các bán cầu ngả về phía mặt trời thay đổi tạo các mùa khác nhau.

- Khi đến mặt đất thì bức xạ bị yếu đi do bức xạ và khuếch tán

- Cường độ nhận được lớn nhất vào mùa hè, nhỏ nhất vào mùa đông

- Vào mùa xuân và mùa thu lượng nhiệt nhận được trung bình

Hình 18 Sự chuyển động tương đối giữa Trái Đất và Mặt Trời

16

Trang 17

Hình 19 Tổng lượng trung bình bức xạ Mặt Trời chiếu lên bề mặt Trái Đất theo

từng mùa( nguồn Earth Observatory, NASA, Hoa Kì)

Trang 18

1.3.4 Phân bố địa lý của tổng xạ

 Ở miền nhiệt đới và cận nhiệt đới, lượng tổng xạ năm lớn hơn

140 kcal/cm 2 Lượng tổng xạ này đặc biệt lớn ở miền cận nhiệt

đới ít mây.

 Trên đại dương, lượng tổng xạ nhỏ hơn trên lục địa.

 Vào tháng 12 lượng tổng xạ lớn nhất Nhưng ở các khu vực

nhiều mây gần xích đạo lượng này giảm, vào mùa đông Bắc Bán

Cầu, bức xạ giảm nhanh khi lên phía Bắc.

 Mùa hè ở Bắc Bán Cầu, lượng tổng xạ giảm chậm từ miền cận

nhiệt đới lên phía bắc, mùa đông ở Nam Bán Cầu, lượng tổng xạ

giảm nhanh về phía nam và đạt tới 0 ở phía ngoài vành đai cực.

 Sa mạc và các khu vực phủ băng tuyết phần tổng xạ mất đi do

phản hồi lớn.

18

Trang 19

Hình 20.Bản đồ tổng lượng bức xạ mặt trời toàn cầu trung bình/năm (KWh/m 2 )

Theo sơ đồ ta nhận thấy rằng các nước càng gần phía xích đạo

lượng tổng xạ nhận được càng lớn.

3.1 Trên thế giới - Tình hình sử dụng NLMT

Trang 20

2.1 Chức năng chính của ánh sáng mặt trời

2 Ứng dụng năng lượng mặt trời

Hình 22 Phơi lúa

Hình 21 Sự quang hợp của lá cây Hình 23 Mặt trời mọc

Hình 24 Em bé phơi nắng tổng hợp

vitamin D vào sáng sớm

Trang 21

Chức năng quang hợp và tạo ra vòng tuần hoàn nước

 Ánh sáng mặt trời giúp thực vật quang hợp  Tạo ra hầu như

toàn bộ các hợp chất hữu cơ trên Trái ĐấtTích lũy năng lượng, giữ trong sạch bầu khí quyển

Tạo ra vòng tuần hoàn nước

 Vòng tuần hoàn nước bắt đầu khi NLMT làm bốc hơi nước  thế

năng, từ đó thế năng của nước chuyển thành động năng khi mưa.

 Năng lượng mặt trời được chuyển thành năng lượng hóa học chứa

trong các nhiên liệu hóa thạch

Hình 25 Cây quang hợp

Chức năng của ánh sáng mặt trời

Hình 26 Vòng tuần hoàn nước

Trang 22

Giá trị y tế

Khỏe xương: Ánh sáng mặt trời giúp cơ thể tổng hợp vitaminD, tăng khả năng hấp thụ, vận chuyển Canxi

Tăng cường hệ miễn dịch: Tăng số lượng bạch cầu, kháng thể miễn dịch

Tốt cho tim mạch: giúp lưu thông máu, giảm cholesterol và nhu cầu tiêu thụ oxy

ở cơ tim, giúp điều hòa huyết áp

Khỏe da: ánh nắng giúp da khỏe mạnh, cải thiện các triệu chứng bệnh ngoài da.

Giúp tinh thần vui tươi, sảng khoái, phòng ung thư, hệ tiêu hóa hoạt động tốt 

tăng chuyển hóa, thận làm việc khỏe, tăng chức năng giải độc cho gan

Tuy nhiên nó cũng ảnh hưởng đến sức khỏe:

Đối với mắt: khi tiếp xúc nhiều với ánh sáng mạnh sẽ làm tăng nguy cơ đục thủy tinh thể, bỏng giác mạc, ung thư mi,…

Đối với da: có thể gây unh thư da nếu tiếp xúc với lượng ánh sáng mạnh

thường xuyên và liên tục

Chức năng của ánh sáng mặt trời

22

Trang 23

2.2.1 Ưu điểm chung của NLMT

 Sạch và an toàn:

 Các phản ứng nhiệt hạch, phóng xạ đều xảy ra trong vùng lõi của Mặt Trời, đi qua rất nhiều lớp rồi mới đi vào Trái Đất  Trong không gian sẽ không có sản phẩm độc hại của các quá trình xảy ra trong mặt trời

 Không gây ra chất ô nhiễm môi trường, tác động có hại đến sức khỏe con người như các nguồn năng lượng hóa thạch.

 An toàn trong quá trình khai thác.

 Không gây tiếng ồn

việc đốt nhiên liệu hóa thạch…

Trang 24

 Có hiệu quả kinh tế

 Năng lượng Mặt Trời là miễn phí, các hoạt động sống

bình thường sử dụng năng lượng Mặt Trời 1 cách tự do

mà không phải trả phí

 Các thiết bị sử dụng NLMT chỉ mất phí đầu tư ban đầu,

sau đó thì dùng gần như miễn phí, chi phí bảo dưỡng

nhỏ, độ bền thiết bị cao.

 Nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt  giá

cả ngày càng cao, trong khi NLMT không phải mất chi

phí cho nhiên liệu đầu vào.

2.2.1 Ưu điểm chung của NLMT -Sử dụng NLMT của con người

24

Trang 25

 Là nguồn năng lượng vô tận

 Vì mặt trời sẽ còn tiếp tục cung cấp năng lượng đến trên 5 tỉ năm nữa chính vì khoảng thời gian cực kì lâu dài này mà

NLMT được coi như năng lượng vô tận

 Không như các nguồn năng lượng khác:

Theo số liệu (năm 1999) của MITI - Bộ Thương mại và Công nghiệp Nhật Bản, Dầu mỏ được dự báo sẽ cạn kiệt trong vòng

50 năm tới, khí đốt 60 năm, than đá 230 năm, Uranium70 năm

Trang 26

 Là nguồn năng lượng khổng lồ, phân bố rộng khắp

 Lượng năng lượng Trái Đất nhận được trong 1 năm là 3.850.000EJ(exajoules), 1370W/m2  Đủ điều kiện cho việc sử dụng điện năng cho mỗi người trên toàn thế giới

 So với nguồn năng lượng hóa thạch thì NLMT gần như

vô tận

 NLMT còn có ưu điểm hơn các nguồn năng lượng khác

là có mặt trên toàn bộ nơi cư dân sinh sống và hoạt động.

26

Trang 27

Hạn chế:

• Việc khai thác nguồn năng lượng này còn dựa

nhiều vào điều kiện thời tiết: cường độ bức xạ cao

hay thấp

• Không sử dụng được vào ban đêm biến động theo

thời tiết

• Không hiệu quả đối với các nước xứ lạnh

• Thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời giá thành

còn cao, đòi hỏi vốn đầu tư lớn.

Trang 28

2.2.2 Đánh giá thiết bị NLMT

2.2 Sử dụng NLMT của con người

Nguồn http://www.nangluongmattroi.com/ung-dung/175-nang-luong-mat-troi-va-cac-ung-dung.html

Năng lượng mặt trời

Hiệu suất chuyển đổi nhỏ

13% - 15% Hiệu suất chuyển đổi lớn > 60%

Thiết bị khó sản xuất

Giá thành cao Thiết bị dễ sản xuất Giá rẻ hơn

Kém an toàn so với thiết bị nhiệt

Ít được người dân sử dụng hoặc sử

dụng khi có chính quyền đầu tư Sử dụng phổ biến tại các hộ gia đình, khách sạn

28

Trang 29

2.2.2 Đánh giá thiết bị NLMT - Sử dụng NLMT của con người

a) Điện năng:

a1/ Trực tiếp bằng cách sử dụng quang điện (PV)

a2/ Gián tiếp bằng cách sử dụng điện măt trời tập

trung (CSP)

a1) trực tiếp

Cơ chế hoạt động: sử dụng hiện tượng hiệu ứng quang

điện của kim loại bán dẫn, điển hình là pin mặt trời

Hình 28 Cơ chế hoạt động của Pin mặt trời Hình 29 Pin mặt trời

Trang 30

Hình 32 Đèn vườn

99.000 VNĐ

Hình 31 Đèn led 4w dùng NLMT

Giá: 260.000 VNĐ

Hình 34 Đèn công cộng 12,5

triệu VNĐ Hình 33 Điện thoại: 59 USD

Hình 30 Bộ đèn tuýp Led dạng bóng

140.000 - 330.000 VNĐ

2.2.2.a.Điện năng - Đánh giá thiết bị NLMT - Sử dụng NLMT của con người

Một số thiết bị sử dụng pin mặt trời

30

Trang 31

- Hiệu quả giảm do các yếu tố môi

trường: ô nhiễm, khói mù, mưa

- 1 số thiết bị pin mặt trời cần dùng

bình acquy lưu trữ nhiệt ban đêm, chứa chì, 2, 3 năm hỏng sẽ thải ra môi trường.

- Tại các khu vực sống trong các tòa

nhà nhiều tầng, tấm pin mặt trời

có thể không hiệu quả cài đặt cho mỗi hộ gia đình, cá nhân

Trang 32

a2) Gián tiếp (CSP)

- Cơ chế hoạt động: sử dụng ống kính, gương… có khả năng

phản chiếu để tập trung ánh sáng mặt trời  Nhiệt  tạo thành điện.

- Thường được sử dụng trên quy mô lớn.

Hình35 nhà máy điện dạng hình máng parabol

32

Trang 33

• Lượng nhiệt thu được sẽ được vận chuyển qua các bộ trao đổi

nhiệt nơi tạo hơi quá nhiệt để sử dụng cho chu trình hơi nước Hơi nước quay tuabin và chạy máy phát, tạo ra điện…

Hình 36 Nguyên lý hoạt động

Định dạng
Số trang	67
Dung lượng	8,61 MB

Tìm hiểu về năng lượng mặt trời

Tình trạng sử dụng NLMT trên thế giớ