Năng Lượng Mặt Trời Là Gì, Cách Mà ánh Sáng Tạo Ra điện

Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch, to lớn, vô tận, có ở khắp nơi mà chúng ta có thể khai thác. Nó mang lại nhiều giá trị cho con người.

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng trở nên nghiêm trọng, việc chuyển đổi sang các dạng năng lượng sạch, năng lượng tái tạo là yêu cầu cấp thiết. Trong đó, năng lượng mặt trời được xem là một trong những giải pháp tiềm năng nhất.

Nếu bạn quan tâm có thể tham khảo: [Tìm hiểu] Năng lượng tái tạo là gì? Các nguồn năng lượng tái tạo ở Việt Nam

Năng lượng mặt trời là gì?

Điện mặt trời (Quang điện hay Photovoltaics – PV) là nguồn năng lượng lớn nhất mà con người tận dụng và đưa vào sử dụng được. Đặc biệt đây là nguồn năng lượng tái tạo vô cùng sạch, đáng tin cậy và chúng ta có thể khai thác thoải mái mà không bao giờ sợ cạn kiệt. Việc khai thác thành công nguồn năng lượng mặt trời không những không ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường mà còn mang lại vô vàn các tác dụng tích cực khác.

Năng lượng mặt trời là dạng năng lượng bức xạ ánh sáng và nhiệt lượng tỏa ra từ mặt trời. Đây là nguồn năng lượng dồi dào, vô tận và hoàn toàn sạch, có mặt ở mọi nơi trên trái đất.

Trung bình mỗi năm, bề mặt trái đất hấp thụ khoảng 3.850.000 exajoule (EJ) năng lượng mặt trời. Con số này lớn gấp hai lần tổng năng lượng sản xuất từ tất cả các nguồn nhiên liệu không tái tạo như than, dầu mỏ, khí đốt và uranium cộng lại.

Trong tự nhiên, năng lượng mặt trời đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự sống, như cung cấp ánh sáng và nhiệt cho quá trình quang hợp của thực vật, điều tiết chu trình nước và khí hậu trên trái đất.

Hai ứng dụng chính của năng lượng mặt trời

• Năng lượng nhiệt mặt trời: là việc chuyển đổi bức xạ mặt trời thành nhiệt năng. Nhiệt năng được sử dụng chính cho hệ thống sưởi hoặc đun nước để tạo hơi quay cho tubin điện.
• Điện năng lượng mặt trời: Đây là quá trình chuyển đổi năng lượng bức xạ mặt trời thành điện năng sử dụng cho sinh hoạt và sản xuất.

Lịch sử phát triển của ngành năng lượng mặt trời

Trước thế kỷ 7 TCN: Con người đã biết tận dụng nhiệt từ mặt trời cho các hoạt động như sưởi ấm và tạo lửa.

Thế kỷ thứ 3 TCN: Người Hy Lạp và La Mã cổ đại sử dụng gương tập trung ánh sáng mặt trời.

Thế kỷ 18 – 19: Nghiên cứu sử dụng năng lượng mặt trời cho lò nướng và tàu hơi nước.

1839: Alexandre-Edmond Becquerel phát hiện hiệu ứng quang điện.

1883: Charles Fritts chế tạo pin mặt trời selenium đầu tiên.

1954: Western Electric thương mại hóa công nghệ pin mặt trời.

1973: Khủng hoảng dầu mỏ thúc đẩy nghiên cứu năng lượng mặt trời.

Thế kỷ 21: Giảm chi phí, tăng hiệu suất pin mặt trời, ứng dụng rộng rãi.

2023: Pin mặt trời song song đạt hiệu suất kỷ lục gần 33%.

Phương pháp khai thác năng lượng mặt trời

Mặt trời là nguồn năng lượng vô tận mà chúng ta có thể khai thác và sử dụng. Trong lịch sử khai thác năng lượng mặt trời của con người. Chúng ta có thể chia ra làm hai phương pháp chính. Đó là phương pháp khai thác chủ động và phương pháp thụ động.

• Phương pháp thụ động là phương pháp sử dụng các nguyên tắc thu giữ nhiệt trong cấu trúc vật liệu các công trình xây dựng.
• Phương pháp chủ động hiện đại hơn là sử dụng các thiết bị đặc biệt để thu năng lượng từ bức xạ mặt trời. Sau đó dùng hệ thống quạt hay máy bơm để phân phối nhiệt năng lượng mặt trời.

Các ứng dụng của năng lượng mặt trời?

Con người từ lâu đã biết tận dụng năng lượng mặt trời vào nhiều mục đích như sấy, sưởi ấm, làm chín thực phẩm. Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ, năng lượng mặt trời được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như:

Tạo ra điện năng lượng mặt trời

Các tấm pin quang điện (solar cell) có thể chuyển hóa trực tiếp ánh sáng mặt trời thành điện năng thông qua hiệu ứng quang điện. Đây là cơ sở cho sự ra đời của các hệ thống điện mặt trời áp mái phổ biến hiện nay.

Ngoài ra, các nhà máy điện mặt trời tập trung quy mô lớn sử dụng gương, thấu kính để tập trung nhiệt mặt trời, làm nóng chất lỏng, tạo hơi nước chạy tuabin phát điện.

Máy nước nóng năng lượng mặt trời

Các tấm thu năng lượng mặt trời gắn trên mái có thể hấp thụ nhiệt từ ánh nắng để làm nóng nước phục vụ sinh hoạt. Ở các nước có khí hậu nắng ấm, hệ thống này có thể đáp ứng 60-70% nhu cầu nước nóng gia đình.

Tham khảo sản phẩm máy nước nóng điện mặt trời của GPsolar: Máy Nước Nóng: Trực Tiếp, Gián Tiếp, Hồng Ngoại, Năng Lượng Mặt Trời

Sưởi ấm, làm mát không gian

Kết hợp với nguyên lý kiến trúc thụ động, năng lượng mặt trời có thể được tận dụng để sưởi ấm vào mùa đông nhờ các bức tường trombe, cửa sổ hướng nam. Ngược lại, các mái hiên, cây xanh, thiết kế thông gió giúp hạn chế nắng nóng, làm mát tòa nhà vào mùa hè.

Giao thông vận tải

Các tấm pin mặt trời có thể cung cấp năng lượng cho các phương tiện như ô tô, tàu thuyền, máy bay. Xe năng lượng mặt trời đã đạt được những bước phát triển vượt bậc về tốc độ và quãng đường di chuyển.

Điện năng lượng mặt trời là gì?

Điện năng lượng mặt trời là nguồn điện được tạo ra từ việc chuyển hóa năng lượng ánh sáng mặt trời. Có hai công nghệ chính để sản xuất điện mặt trời:

Công nghệ quang điện (PV)

Sử dụng các tấm pin quang điện bán dẫn để chuyển đổi trực tiếp ánh sáng mặt trời thành dòng điện một chiều (DC). Các tấm pin được lắp đặt và kết nối thành hệ thống điện mặt trời hoàn chỉnh.

Công nghệ nhiệt động (CSP)

Sử dụng các gương phản xạ hoặc thấu kính để tập trung bức xạ mặt trời tạo nhiệt năng cao, làm nóng chất lỏng, tạo hơi nước để chạy tuabin phát điện như các nhà máy nhiệt điện truyền thống.

Hiện nay, công nghệ quang điện chiếm ưu thế hơn nhờ chi phí thấp, cài đặt đơn giản và phù hợp với nhiều quy mô khác nhau từ hộ gia đình, công nghiệp đến các nhà máy điện.

Cấu tạo hệ thống điện mặt trời

Cấu tạo của một hệ thống điện mặt trời hoàn chỉnh bao gồm nhiều thành phần phối hợp hoạt động để chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng sử dụng được. Dưới đây là nội dung chi tiết về các thành phần chính và chức năng của chúng:

Tấm Pin Năng lượng Mặt Trời (PV Panels)

Đây là thành phần cốt lõi, chịu trách nhiệm trực tiếp chuyển đổi quang năng từ ánh sáng mặt trời thành điện năng một chiều (DC). Hiệu ứng quang điện là nguyên lý hoạt động chính của tấm pin.

Một tấm pin mặt trời bao gồm nhiều tế bào quang điện được làm từ vật liệu bán dẫn, thường là silicon. Các tế bào này được kết nối với nhau và được bảo vệ bởi lớp kính cường lực, khung nhôm và lớp keo đặc biệt.

Có nhiều loại tấm pin khác nhau như silicon đơn tinh thể (mono-crystalline), đa tinh thể (poly-crystalline) và màng mỏng (thin-film), mỗi loại có ưu nhược điểm riêng về hiệu suất, giá thành và độ bền.

Bộ Inverter (Biến tần):

Có nhiều loại inverter như inverter hòa lưới (grid-tied), inverter độc lập (off-grid) và inverter lai (hybrid), phù hợp với các hệ thống điện mặt trời khác nhau.

Chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) do tấm pin tạo ra thành dòng điện xoay chiều (AC) – dạng điện năng mà hầu hết các thiết bị điện gia dụng sử dụng. Bộ inverter cũng đồng bộ tần số và điện áp của dòng điện AC với lưới điện quốc gia, cho phép hòa lưới và bán điện dư thừa.

Tủ Điện AC và DC:

Bảo vệ hệ thống điện mặt trời khỏi các sự cố như quá tải, ngắn mạch, quá áp,… Tủ điện AC bảo vệ mạch điện sau khi dòng điện đã được chuyển đổi thành AC, còn tủ điện DC bảo vệ mạch điện DC từ tấm pin đến inverter.

Bên trong tủ điện bao gồm các thiết bị đóng cắt như cầu dao, aptomat, chống sét lan truyền, relay bảo vệ,…

Khung Giá Đỡ:

Cố định các tấm pin mặt trời và định hướng chúng về phía mặt trời để tối ưu hóa lượng ánh sáng hấp thụ. Góc nghiêng của khung giá đỡ được tính toán dựa trên vị trí địa lý để đạt hiệu suất cao nhất.

Khung giá đỡ thường được làm bằng thép không gỉ hoặc nhôm, có khả năng chịu được gió mạnh và các điều kiện thời tiết khắc nghiệt.

Hệ thống Giám Sát:

Theo dõi hiệu suất hoạt động của hệ thống điện mặt trời, bao gồm lượng điện tạo ra, điện năng tiêu thụ, điện năng bán lên lưới (nếu có), các lỗi phát sinh (nếu có),… Hệ thống giám sát có thể được truy cập từ xa thông qua máy tính hoặc điện thoại.

Pin lưu trữ (tùy chọn):

Lưu trữ điện năng dư thừa do hệ thống tạo ra để sử dụng vào ban đêm hoặc khi mất điện lưới. Pin lưu trữ thường được sử dụng trong các hệ thống điện mặt trời độc lập hoặc lai.

Có nhiều loại pin lưu trữ khác nhau như pin chì-axit, pin lithium-ion,…

Tham khảo về pin lưu trữ của GPsolar: Các Loại Acquy – Pin Lưu Trữ Năng Lượng Mặt Trời GPsolar

Tủ Điện AC và DC:

Bên trong tủ điện bao gồm các thiết bị đóng cắt như cầu dao, aptomat, chống sét lan truyền, relay bảo vệ,…

Bảo vệ hệ thống điện mặt trời khỏi các sự cố như quá tải, ngắn mạch, quá áp,… Tủ điện AC bảo vệ mạch điện sau khi dòng điện đã được chuyển đổi thành AC, còn tủ điện DC bảo vệ mạch điện DC từ tấm pin đến inverter.

Dây dẫn và phụ kiện:

Các phụ kiện khác như cầu chì, đầu nối MC4, hộp đấu dây.

Dây dẫn điện chuyên dụng cho hệ thống điện mặt trời.

Qua bài viết này hi vọng chúng tôi đã cung cấp cho bạn những thông tin hữu ích về năng lượng mặt trời. Nếu có bất kỳ thắc mắc hay để sử dụng các thiết bị năng lượng mặt trời. Hãy liên hệ trực tiếp với chúng tôi qua website: gpsolar.vn hoặc thông qua số Hotline: 0931 480 336. Để các chuyên gia hàng đầu về năng lượng tái tạo tư vấn cụ thể cho bạn nhé.

Tác giả

• Dũng DX

  Nguyễn Văn Dũng (Dung DX) là co founder của GPsolar. Là kỹ sư, kỹ thuật viên, chuyên viên hỗ trợ và lắp đặt các hệ thống điện mặt trời của công ty GPsolar. Dũng đã tham gia vào lĩnh vực năng lượng sạch hơn 8 năm, đã lắp trên 100 dự án hệ thống năng lượng mặt trời lớn nhỏ.

  View all posts