Khi ở trường, chúng tôi học được rằng cũng như nước, chúng tôi cần mặt trời chiếu xuống Mẹ Trái đất để giúp duy trì sự sống dưới mọi hình thức và hình thức khác nhau. Điều này bao gồm đời sống động vật và thực vật sống ở đó, cũng như trồng trọt của chúng ta để làm thực phẩm. 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 rộng lớn của mặt trời.
Các tia điện từ dưới dạng năng lượng bức xạ, liên tục được phát ra vào không gian bởi tác động đốt cháy của mặt trời. Những tia này truyền qua không gian theo mọi hướng trong khi một số tia đến bề mặt Trái đất. Năng lượng bức xạ do mặt trời phát ra 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 xếp vào loại tài nguyên năng lượng tái tạo và đối với tất cả các mục đích thực tế, chúng ta có thể xem xétĐiện mặt trờinhư sức mạnh từ mặt trời.
Trái đất nhận 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, v.v.
Lượng năng lượng bức xạ có sẵn để sử dụng trong hệ thống điện mặt trời chỉ là một lượng rất nhỏ trong tổng bức xạ mặt trời mà trái đất nhận được trên bầu khí quyển của nó. Điều này chủ yếu là do các đám mây, khí quyển và các điều kiện mặt đất có thể hấp thụ hoặc phản xạ hầu hết 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 làm năng lượng gió, thủy triều hoặc sóng. Năng lượng mặt trời là một nguồn năng lượng tái tạo vô tận và có sẵn tại mọi nơi trên trái đất. Nhưng để thu năng lượng mặt trời hiệu quả hơn, máy thu năng lượng mặt trời yêu cầu ánh sáng mặt trời trực tiếp chứ không phải ánh sáng mặt trời phản xạ, 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 mét vuông (1,37 kW / m2) trên lớp mây. Lượng này sau đó được giảm xuống bởi khí quyển và các lớp bảo vệ để đến bề mặt trái đất vào giữa trưa từ bầu trời không có mây với công suất khoảng 1000 watt trên mét vuông (1,0 kW / m2) hoặc ít hơn một chút.
Điều này có nghĩa là bức xạ mặt trời đến bề mặt trái đất bao gồm khoảng 70% ánh sáng mặt trời trực tiếp và khoảng 30% ánh sáng mặt trời khuếch tán vì bầu khí quyển và các đám 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 trên bức xạ mặt trời đến dẫn đến một phần trong số đó bị phản xạ trở lại không gian theo mọi hướng do không khí, mây, mưa và sương mù. Các 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 nhiều mây buồn tẻ.
Ngoài ra, độ phản xạ của bề mặt Trái đất thay đổi tùy 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 tán xạ vừa phản xạ theo mọi hướng khi đi qua khí quyển. Sự phân tán này có thể lên tới 60% tổng giá trị đến bầu khí quyển của Trái đất thông qua không gian. Tuy nhiên, bức xạ mặt trời trực tiếp tạo ra bóng tối, bởi vì nó có định 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 của một ngày nắng đẹp không mây 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 mỗi m2 diện tích hướng thẳng vào mặt trời nhưng đối với nhiều địa điểm trên thế giới, 600 đến 800W mỗi m2 là giá trị thực tế hơn.
Để có được lượng năng lượng mặt trời tối đa trên mỗi m2, chúng ta cần bù đắp cho độ nghiêng và góc giữa mặt trời và trái đất và thực tế là không phải lúc nào cũng là giữa trưa bằng cách hướng một bộ thu năng lượng mặt trời về hướng nam khi mặt trời sáng nhất và có thể 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 của 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 nào trên bề mặt Trái đất và điều này sẽ thay đổi theo cả thời gian và mùa, với toàn bộ Trái đất nhận được nhiều năng lượng mặt trời hơn trong những tháng mùa hè từ tháng Năm đến tháng Tám.
Sự sẵn có hay vắng mặt của bức xạ mặt trời phụ thuộc rất nhiều vào chuyển động quay của Trái đất vì có ít năng lượng mặt trời hơn vào ban đêm so với ban ngày, và cả chuyển động quỹ đạo của trái đất tạo ra 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 tạo ra năng lượng mặt trời cao nhất là ở Nam bán cầu. 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 trong việc 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 nào thực sự cần thiết. Dành thời gian suy nghĩ về điều này và lập kế hoạch chính xác cho hệ thống điện mặt trời sẽ đảm bảo rằng hệ thống hoàn thiện khi vận hành sẽ đáp ứng được nhu cầu điện dự kiến và cũng tiết kiệm chi phí.
Hệ thống điện mặt trời
Vậy những loạiHệ thống điện mặt trờicó sẵn để khai thác năng lượng mặt trời trong nhà. Bây giờ chúng ta biết từ trên cao rằng 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 cách sử dụng năng lượng mặt trời tốt nhất 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 đang 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 nhiên liệu hóa thạch, than đá hoặc nhà máy điện hạt nhân. Một phương pháp khác là sử dụng các khu vực rộng lớn của 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 chi 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 chi phí 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 môi trường năng lượng có thể lưu trữ, có thể vận chuyển được như điện bằng cách 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 tấm pin mặt trời gắn trên mái mang tính biểu tượng mà hầu hết mọi người liên tưởng đến 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 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 pin 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.