Khái Niệm Cơ Bản Về Bức Xạ Mặt Trời - Intech Energy

Bức xạ Mặt Trời là gì?

Bức xạ mặt trời thường được gọi là tài nguyên mặt trời hay ánh sáng mặt trời, đây là một thuật ngữ chung để chỉ bức xạ điện từ do mặt trời phát ra. Bức xạ mặt trời có thể được thu nhận và biến thành các dạng năng lượng hữu ích, chẳng hạn như nhiệt và điện, sử dụng nhiều công nghệ khác nhau. Tuy nhiên, tính khả thi về mặt kỹ thuật và hoạt động kinh tế của các công nghệ này tại một địa điểm cụ thể phụ thuộc vào nguồn năng lượng mặt trời sẵn có.

Nguyên tắc về hướng và lượng tia xạ mặt trời

Mọi vị trí trên Trái đất đều nhận được ánh sáng mặt trời ít nhất một phần trong năm. Lượng bức xạ mặt trời chiếu tới bất kỳ điểm nào trên bề mặt Trái đất thay đổi theo:

• Vị trí địa lý
• Thời gian trong ngày
• Mùa
• Cảnh quan địa phương
• Thời tiết địa phương.

Vì Trái đất hình cầu nên mặt trời chiếu xuống bề mặt ở các góc khác nhau, từ 0 ° (ngay phía trên đường chân trời) đến 90 ° (trực tiếp trên cao). Khi tia sáng Mặt trời chiếu thẳng đứng, bề mặt Trái đất nhận được tất cả năng lượng có thể. Các tia sáng mặt trời càng nghiêng, chúng di chuyển qua bầu khí quyển càng lâu, trở nên phân tán và khuếch tán hơn. Bởi vì Trái đất hình tròn nên các vùng cực lạnh giá không bao giờ có mặt trời cao, và do trục quay nghiêng nên các vùng này không nhận được mặt trời nào trong suốt cả năm.

Quỹ đạo cũng ảnh hưởng tới bức xạ mặt trời

Trái đất quay quanh mặt trời theo quỹ đạo hình elip và gần mặt trời hơn trong một phần của năm. Khi mặt trời ở gần Trái đất hơn, bề mặt Trái đất nhận thêm một ít năng lượng mặt trời. Trái đất gần mặt trời hơn khi mùa hè ở Nam bán cầu và mùa đông ở Bắc bán cầu. Tuy nhiên, sự hiện diện của các đại dương rộng lớn sẽ điều chỉnh mùa hè nóng hơn và mùa đông lạnh hơn mà người ta mong đợi sẽ thấy ở Nam bán cầu là kết quả của sự khác biệt này.

Độ nghiêng 23,5 ° trong trục quay của Trái đất là một yếu tố quan trọng hơn trong việc xác định lượng ánh sáng mặt trời chiếu vào Trái đất tại một vị trí cụ thể. Nghiêng dẫn đến số ngày dài hơn ở bán cầu bắc từ điểm phân mùa xuân (tiết) đến điểm phân mùa thu (mùa thu) và ngày dài hơn ở bán cầu nam trong 6 tháng còn lại. Ngày và đêm đều dài chính xác 12 giờ trên điểm phân, xảy ra hàng năm vào hoặc khoảng ngày 23 tháng 3 và ngày 22 tháng 9.

Nhiều quốc gia trên trái đất nằm ở vĩ độ trung bình, nhận được nhiều năng lượng mặt trời hơn vào mùa hè không chỉ vì ngày dài hơn, mà còn vì mặt trời gần như ở trên cao. Các tia nắng mặt trời nghiêng nhiều hơn trong những tháng mùa đông.

Sự quay của Trái đất cũng là nguyên nhân dẫn đến sự biến đổi hàng giờ của ánh sáng mặt trời. Vào lúc sáng sớm và chiều muộn, trên bầu trời thấp thoáng nắng. Các tia sáng của nó đi xuyên qua bầu khí quyển xa hơn vào buổi trưa, khi mặt trời ở điểm cao nhất. Vào một ngày quang đãng, lượng năng lượng mặt trời lớn nhất đến bộ thu năng lượng mặt trời vào khoảng giữa trưa.

Bức xạ khuếch tán và bức xạ trực tiếp

Khi ánh sáng mặt trời đi qua bầu khí quyển, một số ánh sáng mặt trời bị hấp thụ, phân tán và phản xạ bởi:

• Phân tử không khí
• Hơi nước
• Mây
• Bụi bặm
• Chất ô nhiễm
• Cháy rừng
• Núi lửa

Đây được gọi là bức xạ mặt trời khuếch tán. Bức xạ mặt trời đến bề mặt Trái đất mà không bị khuếch tán được gọi là bức xạ mặt trời chùm trực tiếp . Tổng của bức xạ mặt trời khuếch tán và trực tiếp được gọi là bức xạ mặt trời toàn cầu. Điều kiện khí quyển có thể làm giảm 10% bức xạ chùm tia trực tiếp vào những ngày trời trong, khô ráo và 100% trong những ngày nhiều mây.

Cách đo bức xạ Mặt Trời

Các nhà khoa học đo lượng ánh sáng mặt trời chiếu xuống các địa điểm cụ thể vào các thời điểm khác nhau trong năm. Sau đó, họ ước tính lượng ánh sáng mặt trời chiếu xuống các vùng ở cùng vĩ độ với khí hậu tương tự. Các phép đo năng lượng mặt trời thường được biểu thị bằng tổng bức xạ trên bề mặt nằm ngang, hoặc tổng bức xạ trên bề mặt theo dõi mặt trời.

Dữ liệu bức xạ cho các hệ thống điện mặt trời (quang điện) thường được biểu diễn dưới dạng kilowatt-giờ trên mét vuông (kWh / m 2 ). Các ước tính trực tiếp về năng lượng mặt trời cũng có thể được biểu thị bằng watt trên mét vuông (W / m 2 ).

Dữ liệu bức xạ cho hệ thống sưởi ấm nước và sưởi ấm không gian bằng năng lượng mặt trời thường được biểu thị bằng đơn vị nhiệt Anh trên foot vuông (Btu / ft 2 ).

Phân Phối

Nguồn năng lượng mặt trời rất dồi dào cho các hệ thống quang điện (PV) vì chúng sử dụng cả ánh sáng mặt trời trực tiếp và phân tán. Các công nghệ khác có thể hạn chế hơn. Tuy nhiên, lượng năng lượng được tạo ra bởi bất kỳ công nghệ năng lượng mặt trời nào tại một địa điểm cụ thể phụ thuộc vào mức năng lượng của mặt trời đến nó. Do đó, các công nghệ năng lượng mặt trời hoạt động hiệu quả nhất ở Tây Nam Hoa Kỳ, nơi nhận được lượng năng lượng mặt trời lớn nhất.

Mối quan hệ giữa bức xạ và điện năng lượng mặt trời

Bức xạ mặt trời và điện năng lượng mặt trời có mối liên hệ chặt chẽ với nhau. Bức xạ mặt trời là nguồn năng lượng ban đầu, trong đó năng lượng từ mặt trời được truyền tải dưới dạng ánh sáng và nhiệt. Điện năng lượng mặt trời sử dụng công nghệ để chuyển đổi bức xạ mặt trời thành điện năng sử dụng các tấm pin mặt trời.

Quá trình hoạt động của điện năng lượng mặt trời bắt đầu bằng việc ánh sáng mặt trời chiếu vào tấm pin mặt trời. Trong tấm pin, các hạt năng lượng gọi là photon được hấp thụ bởi vật liệu của pin, gây ra sự kích thích và tạo ra dòng điện. Do đó, bức xạ mặt trời cung cấp nguồn năng lượng ban đầu cho quá trình chuyển đổi này.

Tấm pin mặt trời, hay còn gọi là tế bào quang điện, có khả năng chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng điện tử. Điện năng này sau đó có thể được sử dụng trực tiếp để cung cấp điện cho các thiết bị hoặc được lưu trữ trong các hệ thống pin mặt trời để sử dụng sau này. Như vậy, điện năng lượng mặt trời là kết quả của quá trình chuyển đổi bức xạ mặt trời thành điện năng thông qua sử dụng tấm pin mặt trời.

>>Tham khảo thêm: Chuyển hóa năng lượng là gì? Ví dụ về chuyển hóa năng lượng