Khi ở trường, chúng ta học được điều đó cũng như nước, chúng ta cần mặt trời chiếu xuống Mẹ Trái đất để giúp duy trì sự sống ở tất cả các loại và hình thức khác nhau của nó. Điều này bao gồm đời sống động vật và thực vật sinh sống ở đó, cũng như để trồng các loại cây trồng của chúng ta để làm thức ăn. Nhưng chúng ta cũng có thể sử dụng năng lượng ánh sáng bức xạ từ mặt trời để tạo ra nhiệt, ánh sáng và năng lượng dưới dạng điện bằng cách sử dụng năng lượng mặt trời khổng lồ của mặt trời.
Các tia điện từ ở dạng năng lượng bức xạ, đang liên tục được phát ra vào không gian bởi tác động đốt cháy của mặt trời. Những tia này di chuyển trong không gian theo mọi hướng trong khi một số đến bề mặt Trái đất. Năng lượng bức xạ phát ra từ mặt trời đến trái đất trong một khoảng thời gian rất ngắn.
Trên thực tế, lượng năng lượng mặt trời đến bề mặt Trái đất mỗi giờ trong ngày lớn hơn tổng nhu cầu năng lượng của chúng ta trong cả năm. Khi mặt trời cháy rực rỡ trong hệ mặt trời 24 giờ một ngày, 365 ngày một năm, năng lượng mặt trời dưới dạng "Năng lượng mặt trời" được phân loại là tài nguyên năng lượng tái tạo và cho tất cả các mục đích thực tế, chúng ta có thể xem xétNăng lượng mặt trờinhư sức mạnh từ mặt trời.
Trái đất nhận được năng lượng bức xạ từ mặt trời dưới dạng sóng điện từ. Lượng bức xạ mặt trời thực sự rơi xuống bề mặt Trái đất tại bất kỳ vị trí và thời gian nhất định nào phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chẳng hạn như thời gian trong ngày (sáng, chiều hoặc tối), thời gian trong năm (mùa) và vĩ độ địa lý trên bề mặt Trái đất, để kể tên một số.
Lượng năng lượng bức xạ có sẵn để sử dụng trong hệ thống điện mặt trời chỉ là một lượng rất nhỏ trong tổng lượng bức xạ mặt trời mà trái đất nhận được trên bầu khí quyển của nó. Điều này chủ yếu là do các đám mây, bầu khí quyển và các điều kiện mặt đất có thể hấp thụ hoặc phản xạ phần lớn năng lượng mặt trời này trở lại bầu trời và không gian.
Trái đất về cơ bản là một bộ thu năng lượng mặt trời khổng lồ nhận được một lượng lớn năng lượng từ mặt trời. Năng lượng mặt trời này có thể được sử dụng trực tiếp làm năng lượng mặt trời bằng cách sử dụng bảng điều khiển năng lượng mặt trời quang điện, và gián tiếp như năng lượng gió, thủy triều hoặc sóng. Năng lượng mặt trời là một nguồn năng lượng tái tạo vô tận và có sẵn tại địa phương ở khắp mọi nơi trên trái đất. Nhưng để thu năng lượng mặt trời hiệu quả hơn, máy thu điện mặt trời yêu cầu ánh sáng mặt trời trực tiếp và không phản xạ ánh sáng mặt trời, khiến chúng không hiệu quả trong điều kiện nhiều mây.
Năng lượng thô từ mặt trời của chúng ta đến bầu khí quyển bên ngoài trái đất là khoảng 1373 Watts trên một mét vuông (1,37 kW / m2) trên lớp mây. Lượng này sau đó được giảm xuống bởi bầu khí quyển và các lớp bảo vệ để đến bề mặt trái đất vào giữa trưa từ bầu trời không mây với công suất khoảng 1000 watt trên một mét vuông (1,0 kW / m2) hoặc ít hơn một chút.
Điều này có nghĩa là bức xạ mặt trời chiếu tới bề mặt trái đất bao gồm khoảng 70% ánh sáng mặt trời trực tiếp và khoảng 30% khuếch tán vì bầu khí quyển và mây đang hoạt động giống như các bộ lọc khổng lồ chặn và tán xạ năng lượng bức xạ từ mặt trời theo mọi hướng.
Ví dụ, khí và các hạt bụi nhỏ lơ lửng trong khí quyển sẽ gây ra hiệu ứng tán xạ đối với bức xạ mặt trời đến, dẫn đến một số bức xạ được phản xạ trở lại không gian theo mọi hướng do không khí, mây, mưa và sương mù. Những đám mây được tạo thành từ các hạt nước lỏng và đóng băng sẽ phân tán và phản xạ bức xạ mặt trời trở lại không gian như chúng ta thấy vào những ngày mây xỉn màu.
Ngoài ra, độ phản xạ của bề mặt Trái đất thay đổi theo các loại vật liệu khác nhau bao phủ nó cho dù đó là cát, tuyết hay biển, trong khi một số năng lượng ánh sáng bức xạ của mặt trời được hấp thụ bởi các loại khí khác nhau tạo nên bầu khí quyển như hơi nước, carbon dioxide và ozone.
Như đã mô tả ở trên, bức xạ mặt trời vừa phân tán vừa được phản xạ theo mọi hướng khi đi qua khí quyển. Sự phân tán này có thể lên tới 60% tổng giá trị đạt đến bầu khí quyển Trái đất thông qua không gian. Tuy nhiên, bức xạ mặt trời trực tiếp tạo ra bóng, bởi vì nó có hướng đến trực tiếp từ mặt trời. Vị trí và vị trí của mặt trời trên bầu trời cũng đóng một vai trò quan trọng trong hiệu quả của bất kỳhệ thống điện mặt trời.
Vào buổi trưa vào một ngày không có mây nắng rõ ràng ở giữa sa mạc, năng lượng mặt trời có sẵn ở mặt đất có thể lên tới 1.000 watt mỗi mét vuông, tức là 1.000W hoặc 1kW trên m2 diện tích hướng trực tiếp vào mặt trời nhưng đối với nhiều địa điểm trên thế giới, 600 đến 800W mỗi m2 là một giá trị thực tế hơn.
Để có được lượng năng lượng mặt trời tối đa trên mỗi m2, chúng ta cần bù cho độ nghiêng và góc giữa mặt trời và trái đất và thực tế là nó không phải là giữa trưa mọi lúc bằng cách chỉ một bộ thu năng lượng mặt trời theo hướng nam là mặt trời ở độ sáng nhất và có lẽ điều chỉnh nó cho các mùa khác nhau để theo dõi mặt trời từ đông sang tây.
Khả năng tồn tại của năng lượng mặt trời
Vị trí The Suns
Khả năng tồn tại của việc sử dụng bức xạ mặt trời như một nguồn năng lượng mặt trời, để làm nóng nước hoặc sản xuất điện phụ thuộc chủ yếu vào lượng bức xạ mặt trời nhận được tại bất kỳ vị trí nhất định nào trên bề mặt Trái đất và điều này sẽ thay đổi theo cả thời gian và mùa, với Trái đất nói chung nhận được nhiều năng lượng mặt trời hơn trong những tháng mùa hè từ tháng XNUMX đến tháng XNUMX.
Sự sẵn có hay vắng mặt của bức xạ mặt trời phụ thuộc rất nhiều vào vòng quay của Trái đất vì có ít năng lượng mặt trời có sẵn vào ban đêm hơn vào ban ngày, và cả chuyển động quỹ đạo của trái đất tạo ra các chu kỳ theo mùa từ mùa hè đến mùa đông với mặt trời cao hơn và sáng hơn.
Do đó, mặt trời mạnh hơn trên bầu trời trong những tháng mùa hè so với những tháng mùa đông. Ngoài ra, vĩ độ địa lý đóng một vai trò quan trọng trong sự sẵn có của đủ năng lượng mặt trời cũng như trạng thái của khí quyển, mây che phủ, v.v. với tiềm năng cao nhất để tạo ra năng lượng mặt trời bị giảm ở bán cầu nam. Năng lượng mặt trời tập trung giúp chúng ta khắc phục một số thiếu hụt này.
Phải nói tất cả những điều đó, đủ năng lượng mặt trời từ mặt trời chiếu xuống Trái đất trong một giờ để đáp ứng tất cả các nhu cầu của chúng ta trong một năm và bước đầu tiên để xác định khả năng tồn tại của bất kỳ hệ thống năng lượng thay thế nào là thực hiện ước tính thực tế về lượng điện năng và loại năng lượng thực sự cần thiết. Dành thời gian để suy nghĩ về điều này và lập kế hoạch chính xác cho một hệ thống điện mặt trời sẽ đảm bảo rằng hệ thống hoàn thành khi vận hành sẽ đáp ứng nhu cầu điện dự kiến và cũng tiết kiệm chi phí.
Hệ thống năng lượng mặt trời
Vậy những loạihệ thống điện mặt trờiđều có sẵn để khai thác sức mạnh của mặt trời trong nhà. Chà, bây giờ chúng ta biết từ trên cao rằng các công nghệ năng lượng mặt trời chuyển đổi sức mạnh vô hạn của năng lượng mặt trời thành nhiệt, ánh sáng và năng lượng. Một trong những ứng dụng tốt nhất của năng lượng mặt trời là sử dụng quang điện để tạo ra điện. Năng lượng mặt trời hoạt động đề cập đến việc tạo ra năng lượng điện bằng năng lượng mặt trời và có hai cách khác nhau để làm điều này.
Có những nhà máy điện thương mại khổng lồ được sử dụng ngày nay sử dụng năng lượng mặt trời để làm nóng nước để tạo ra hơi nước, sau đó được sử dụng để tạo ra điện giống như trong than nhiên liệu hóa thạch hoặc nhà máy điện hạt nhân. Một phương pháp khác là sử dụng các khu vực rộng lớn của các tế bào quang điện được kết nối với nhau để tạo thành các mảng năng lượng mặt trời có thể tạo ra điện ở điện áp và dòng điện cao.
Đối với một hệ thống điện mặt trời tại nhà, không cần thiết phải bỏ ra một khoản tiền lớn để thiết kế các hệ thống quang điện mặt trời cơ học rất phức tạp, nhiều người mới bắt đầu chỉ với những thiết kế quang điện "tự chế" đơn giản để tiết kiệm tiền bao bọc quang điện trong một hộp gỗ cho năng lượng mặt trời tập trung.
Năng lượng mặt trời được sử dụng để chuyển đổi năng lượng trong ánh sáng mặt trời thành một phương tiện năng lượng có thể lưu trữ, vận chuyển được như điện sử dụng các tấm pin mặt trời quang điện. Quang điện (hay "PV") là công nghệ chuyển đổi ánh sáng trực tiếp thành điện năng và nó là bảng điều khiển năng lượng mặt trời gắn trên mái nhà mang tính biểu tượng mà hầu hết mọi người liên kết với năng lượng mặt trời. Có rất nhiều ưu điểm và nhược điểm của năng lượng mặt trời và trong hướng dẫn tiếp theo, chúng ta sẽ xem xét quang điện chi tiết hơn và xem cách chuyển đổi năng lượng của mặt trời thành năng lượng mặt trời có thể sử dụng được.
Trong hướng dẫn tiếp theo của phần này về "năng lượng mặt trời", chúng ta sẽ xem xét các tế bào năng lượng mặt trời và xem cách chúng có thể chuyển đổi ánh sáng mặt trời dưới dạng photon thành năng lượng điện cho ngôi nhà của chúng ta.