vật liệu hấp thụ năng lượng mặt trời

Bình đun nước nóng năng lượng mặt trời (NLMT) là một hệ thống làm nóng nước sử dụng năng lượng mặt trời, hoàn toàn không tiêu thụ điện. Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới như Việt Nam, nguồn năng lượng mặt trời sử dụng hầu như quanh năm …. ThS. Vật liệu xây dựng Hùng Thư hân hạnh giới thiệu tới quý khách những dòng sản phẩm Bình nóng lạnh Ariston năng lượng mặt trời Kairos Thermo.Trên thị trường có rất nhiều cửa hàng bán sản phẩm kém chất lượng, chính vì vậy để tránh mua phải hàng kèm chất lượng quý khách nên liên hệ tới Vật liệu xây dựng Hệ thống sưởi và làm mát bằng năng lượng mặt trời: Công nghệ sưởi ấm và làm mát mặt trời (SHC) thu năng lượng nhiệt từ mặt trời và sử dụng nhiệt này để cung cấp nước nóng, sưởi ấm không gian, làm mát và sưởi ấm hồ bơi cho các ứng dụng dân dụng, thương mại và công nghiệp. Những công nghệ này thay thế nhu cầu sử dụng điện hoặc khí đốt tự nhiên. Vay 5s Online. Nguồn năng lượng mặt trời có vai trò quyết định đối với sự sống trên trái đất. Nó thể hiện ở nhiều dạng khác nhau, là nguồn năng lượng tự nhiên mạnh mẽ và dồi dào nhất. Năng lượng mặt trời chính là bức xạ nhiệt và ánh sáng đến từ mặt trời trong không gian. Chúng ta sử dụng nguồn năng lượng này để tạo ra điện mặt trời, sấy khô, làm nóng nước và nhiều ứng dụng hữu ích khác. Mặt trời là một hành tinh cách trái đất 150 triệu km, có kích cỡ gấp 333000 lần hành tinh của chúng ta. Nhiệt độ trên bề mặt mặt trời khoảng 5600oC, trong lõi lên tới hơn 15 triệu độ C. Đây là khối lượng vật chất khổng lồ với phản ứng hạt nhân xảy ra liên tục. Mặt trời cung cấp toàn bộ năng lượng trực tiếp hoặc gián tiếp cho con người và các dạng sống khác trên trái đất. Mặt trời quyết định khí hậu và thời tiết, không có mặt trời trái đất sẽ bị đóng băng vĩnh viễn. Nguồn năng lượng mặt trời Sâu trong lõi mặt trời, hoạt động hạt nhân mạnh tạo ra nguồn bức xạ mặt trời khổng lồ. Bức xạ này lại tạo ra năng lượng ánh sáng Photon và năng lượng nhiệt. Các photon không có khối lượng vật lý riêng nhưng mang năng lượng và động lượng rất lớn. Các photon khác nhau có bước sóng khác nhau. Một số photon có bước sóng điện từ mà mắt người không thể nhìn thấy tia tử ngoại, hồng ngoại. Một số khác có thể nhìn thấy được là ánh sáng trắng. Theo thời gian các photon này bị đẩy ra khỏi tâm mặt trời. Phải mất đến hàng triệu năm để photon đi từ lõi đến bề mặt mặt trời. Khi đến bề mặt mặt trời, các photon đi qua không gian với tốc độ 300 ngìn Km/s, và mất khoảng 8 phút để tới trái đất. Trên hành trình từ mặt trời đến trái đất, các photon có thể va chạm với các hạt khác, bị lệch hướng, bị hủy khi tiếp xúc với vật chất bất kỳ có khả năng hấp thụ bức xạ chuyển thành nhiệt năng. Khí quyển trái đất hấp thụ phần lớn các photon trước khi chúng đến bề mặt trái đất. Chính vì vậy, chúng ta sẽ thấy vào giữa trưa mặt trời có vẻ nóng hơn. Buổi trưa các photon đi qua lớp khí quyển mỏng hơn so với buổi chiều mặt trời lặn. Một lý do khác khiến mặt trời buổi trưa nóng hơn là do cường độ photon cao nhất vào giữa trưa. Khi mặt trời xuống thấp, các photon trải rộng trên khoảng cách lớn do vị trí góc nghiêng của bạn và mặt trời. Đây cũng là một lý do khiến mùa đông lạnh hơn mùa hè. Vào mùa đông, vị trí của bạn trên trái đất bị nghiêng xa mặt trời. Khi đó, các photon đi qua lớp khí quyển dày hơn để đến chỗ bạn. Khai thác nguồn năng lượng mặt trời Dựa trên những phát minh, tiến bộ của khoa học kỹ thuật ngày nay. Con người đã có thể khai thác và sử dụng được một phần nhỏ của năng lượng mặt trời. Năng lượng ánh sáng – Điện mặt trời Điện mặt trời là ý tướng tuyệt vời. Lấy năng lượng từ mặt trời và chuyển thành điện năng cung cấp cho các trang thiết bị là mong ước của chúng ta. Sẽ không có hóa đơn tiền điện, không lệ thuộc vào công ty điện lực, và bạn sẽ có nguồn năng lượng miễn phí, hầu như bất tận và không ảnh hưởng xấu đến môi trường. Tất nhiên, thực tế hơi khác. Điện năng từ ánh nắng mặt trời là nguồn tài nguyên khổng lồ. Nhưng để thu được nguồn năng lượng mặt trời sử dụng bạn sẽ cần có công nghệ, tài chính cần thiết. Đối với các gia đình thì giá lắp điện mặt trời có lẽ sẽ là rào cản lớn nhất. Tấm pin mặt trời panel tạo ra điện năng thông qua hiệu ứng quang điện. Hiện tượng được phát hiện vào đầu Thế Kỷ XIX. Khi đó các nhà khoa học nhận thấy một số vật liệu tạo ra dòng điện khi tiếp xúc với ánh sáng. Nguyên lý hoạt động Hai lớp vật liệu bán dẫn ghép với nhau để tạo ra hiệu ứng này. Một lớp bị thiếu điện tích âm, một lớp thiếu điện tích dương. Khi trời nắng, các lớp vật liệu này hấp thụ photon, kích thích các electron, làm cho một số hạt electron “nhảy” từ lớp này sang lớp kia, tạo ra điện tích. Tế bào quang điện mặt trời Vật liệu bán dẫn được dùng để chế tạo tế bào điện mặt trời là Si, được cắt thành các tấm rất mỏng. Một số tấm silic được hợp kim hóa với nguyên tố thích hợp để tạo ra sự không cân bằng electron trong các tấm này. Sau đó, các tấm được xếp với nhau để tạo thành tế bào quang điện mặt trời. Các dải kim loại lắp vào tế bào để dẫn dòng điện. Khi photon đi đến tế bào quang điện mặt trời, sẽ xảy ra một trong ba khả năng photon được tế bào hấp thụ, photon bị phản xạ ra xa, hoặc đi qua tế bào. Khi Si hấp thụ photon, dòng điện được tạo ra. Càng nhiều photon cường độ ánh sáng càng mạnh được tế bào hấp thụ, cường độ dòng điện càng lớn. Tế bào năng lượng mặt trời tạo ra điện năng nhiều vào các ngày nắng, nhưng cũng có thể tạo ra điện năng vào ngày nhiều mây. Một số hệ thống thậm chí còn có thể tạo ra dòng điện nhỏ vào đêm trăng sáng. Các tế bào điện mặt trời riêng rẽ tạo ra điện năng tương đối nhỏ. Để có công suất điện đủ mạnh, cần nối các tế bào này với nhau, tạo thành các module mặt trời, còn được gọi là panel mặt trời hay tấm pin năng lượng mặt trời. Nhưng thuật ngữ chính xác, về mặt khoa học, là module quang điện. Điện mặt trời có ứng dụng rất hữu ích trong cuộc sống. Chúng ta sử dụng điện mặt trời để chạy các thiết bị điện mà thông thường sử dụng điện lưới. Ngoài ra, các vệ tinh ngoài vũ trụ hay tàu thám hiểm cung duy trì hoạt động nhờ điện mặt trời. Điện mặt trời mái nhà Đây là một hệ thống phát điện năng lượng mặt trời được lắp đặt trên mái nhà. Chúng sử dụng cho các hộ gia đình hoặc nhà xưởng, nhà máy, trang trại. Chúng cung cấp một phần hoặc toàn bộ điện năng cho các thiết bị trong gia đình. Có nhiều loại hệ thống điện mặt trời mái nhà, sử dụng tùy hoàn cảnh khác nhau. Các hộ gia đình hiện nay thường sử dụng hệ hòa lưới. Hệ thống này cung cấp điện vào ban ngày, ban đêm dùng điện lưới. Ngoài ra với chi phí lắp đặt cao hơn có thể dùng hệ tương tác lưới hoặc độc lập. >>>Tìm hiểu thêm về các hệ thống điện năng lượng mặt trời Đầu tư dự án phát điện mặt trời Các nhà đầu tư bỏ vốn xây dựng một Solar Farm trang trại điện mặt trời. Đây là một hệ thống điện mặt trời hòa lưới có quy mô lớn. Điện tạo ra được bán lại cho công ty điện lực với giá thỏa thuận của 2 bên. Lợi nhuận từ đầu tư điện mặt trời rất lớn do hệ thống vận hành tự động. Chi phí cho việc bảo hành, bảo trì thấp hơn nữa tuổi thọ rất cao. Tại Việt Nam việc đầu tư còn bị hạn chế do thiếu về cơ sở hạ tầng. Nhưng tương lai đó vẫn là một xu hướng phát triển nguồn năng lượng bền vững lâu dài. Năng lượng nhiệt từ mặt trời Đây là năng lượng tạo ra khi photon khi va chạm với các vật chất khác sinh ra nhiệt. Dạng năng lượng này được ứng dụng để làm nóng, làm ấm không gian và chưng cất nước. Các ứng dụng phổ biến Bình nước nóng thái dương năng Sử dụng nhiệt mặt trời để làm nóng nước thông qua các ống thu nhiệt. Ứng dụng nhiều trong các nhà hàng, khách sạn đặc biệt hiệu quả vào mùa hè. Làm muối ăn Nhiệt lượng làm nước bốc hơi để lại các tinh thể muối ăn. Đây là cách làm muối ăn truyền thống từ lâu đời. Nấu nướng bằng nhiệt mặt trời Nhiệt lượng của mặt trời có thể tập trung và dùng để nấu chín thức ăn. Ngoài ra còn có thể làm khô và khử trùng thực phẩm. Con người đã sáng tạo ra một số loại bếp như Bếp hộp, bếp phản xạ, bếp tấm…Tận dụng nguồn nhiệt từ ánh sáng mặt trời thay cho gas và điện. Trong việc tạo ra năng lượng từ ánh sáng mặt trời, bên cạnh hiệu suất, giá thành thì thời gian lưu trữ luôn là vấn đề được quan tâm. Mới đây, các nhà khoa học đã phát hiện ra nhiên liệu nhiệt mặt trời solar thermal fuel có khả năng lưu trữ năng lượng mặt trời tới 18 năm. Vật liệu này có 2 dạng lỏng và rắn, dưới ánh sáng mặt trời thì tích lũy nhiệt năng và khi cần thiết, dễ dàng kích thích cho năng lượng đã tích lũy thoát ra dưới dạng đã đề cập ở bài viết đăng trên Tạp chí KH&CN Việt Nam số 4/2019, chúng ta đã biết, để thu năng lượng mặt trời có hai cách chính dùng pin mặt trời và phát điện mặt trời tập trung. Gần đây có một cách thu năng lượng mặt trời hoàn toàn mới nhờ một vật liệu đặc biệt có tên là nhiên liệu nhiệt mặt trời. Vật liệu này có 2 dạng lỏng và rắn, dưới ánh sáng mặt trời thì tích lũy năng lượng và khi cần thiết, có thể dễ dàng kích thích cho năng lượng đã tích lũy thoát ra dưới dạng nhiệt. Đặc điểm nổi bật ở vật liệu này là có thể lưu trữ năng lượng mặt trời tới 18 năm và chỉ khi nào kích thích thì năng lượng lưu trữ mới thoát ra, khắc phục được nhược điểm không lưu trữ được của pin mặt trời và lưu trữ ngắn của cách phát điện mặt trời tập động của nhiên liệu nhiệt mặt trờiNhư chúng ta đã biết, nhiên liệu thông thường gồm những phân tử, khi bị đốt lên thì phá vỡ các liên kết và tỏa ra năng lượng. Nhiên liệu nhiệt mặt trời khác hẳn, các phân tử của chúng không bị phá vỡ các liên kết để tỏa ra năng lượng mà chỉ sắp xếp lại các liên kết. Phân tử chính của nhiên liệu nhiệt mặt trời là azobenzen - một hợp chất gồm 2 vòng phenyl nối với nhau bởi liên kết kép N=N hình 1. Phân tử này có 2 cấu hình ổn định, gọi là 2 đồng phân. Đồng phân dạng trans ở dưới và đồng phân dạng cis ở trên trans và cis là tiếng latinh nói lên cách quay trong không gian các nhóm chức của cấu trúc đồng phân.Hình 1. phân tử azobenzen là hai vòng phenyl nối nhau bằng liên kết kép n=n. Có hai cấu trúc khác nhau của phân tử azobenzen cấu trúc trans dưới và cấu trúc cis trên. Khi chiếu ánh sáng tử ngoại vào cấu trúc trans, phân tử hấp thụ năng lượng chuyển sang cấu trúc cis. Khi kích thích dùng xung nhiệt, sóng điện từ cấu trúc cis, chúng chuyển sang cấu trúc trans và nhả thường phân tử ở cấu hình dạng trans, khi ánh sáng mặt trời chiếu vào, trans chuyển sang dạng cis do hấp thụ ánh sáng mặt trời. Nói cách khác, các lượng tử hν của ánh sáng mặt trời đã sắp xếp lại các mối liên kết N=N, từ các mối liên kết kiểu trans sang các mối liên kết kiểu cis, phân tử ở kiểu liên kết này có năng lượng cao hơn nhờ hấp thụ các lượng tử hν của ánh sáng. Do cấu hình dạng cis của phân tử azobenzen ổn định nên năng lượng cao của phân tử azobenzen ở cấu hình này không bị thay đổi, có thể được lưu trữ lâu dài 18 năm. Chỉ khi nào chủ động kích thích cho các phân tử azobenzen chuyển từ cấu hình dạng cis sang dạng trans thì năng lượng lưu trữ ở phân tử azobenzen mới tỏa ra dưới dạng nhiệt. Như vậy, về nguyên tắc có thể sử dụng các phân tử azobenzen để lưu trữ lâu dài năng lượng mặt liệu nhiệt mặt trời dạng lỏngĐể các phân tử azobenzen sắp xếp tương đối trật tự với mật độ cao, người ta dùng ống nanocacbon, sắp xếp để các phân tử azobenzen phủ kín dọc theo ống, sau đó cho tất cả vào một dung môi dạng như toluen một chất lỏng, trong suốt, độ bay hơi cao, có mùi thơm từ đó có được nhiên liệu mặt trời dạng lỏng. 1 kg chất lỏng nhiên liệu này có thể chứa năng lượng là 250 Wh, tương đương với năng lượng trong 1 kg ắc quy chì. Nhiên liệu lỏng này có thể sử dụng trong hệ thu năng lượng mặt trời như ở hình 2. Sơ đồ hoạt động của hệ nhiên liệu nhiệt mặt giống cách phát điện mặt trời tập trung, nhiên liệu lỏng trong ống không nóng lên mà chuyển từ cấu trúc trans sang cấu trúc cis, chứa năng lượng mặt trời. Chất lỏng được cấp thêm năng lượng này được đưa về bộ phận phân phối bể dự trữ hoặc dẫn đến nơi sử dụng như hệ thống sưởi ấm nhà…. Khi chuyển từ cấu trúc cis sang cấu trúc trans, chất lỏng với các phân tử azobenzen đã mất hết năng lượng mặt trời dự trữ nên được đưa trở lại ống dẫn để thực hiện việc nạp năng lượng và cứ thế tiếp liệu nhiệt mặt trời dạng rắnCũng với các phân tử azobenzen, người ta áp dụng một phương pháp khác để chế tạo nhiên liệu nhiệt mặt trời dạng rắn, thông qua các tấm màng mỏng trong suốt. Ở đây, cách chế tạo là trộn các phân tử azobenzen với ống nanocacbon cùng dung môi dễ bay hơi, nhỏ thành giọt lên tấm vật liệu mỏng. Khi tấm vật liệu này quay nhanh, lực ly tâm khiến cho giọt chất lỏng lan rộng, sau khi bay hơi sẽ để lại màng mỏng gồm các phân tử azobenzen xếp dọc theo các ống nanocacbon trên bề mặt tấm vật liệu. Nói cách khác là phủ các phân tử azobenzen trộn ống nanocacbon lên các tấm nhựa trong và mềm theo kiểu in lăn để dễ cuộn lại được, sau đó trải tấm nhựa lên các bề mặt cần thiết để thu năng lượng mặt trời. Các kết quả ban đầu cho thấy, ở dạng rắn, 1 kg nhiên liệu nhiệt mặt trời có thể chứa tới 30 Wh năng lượng. Cách làm này được áp dụng ở các nước Bắc Âu đối với các tấm kính chắn gió trước hoặc sau xe ô tô khi chúng bị phủ một lớp nước bị đông lại khiến rất khó quan sát khi điều khiển xe vào mùa nhiên liệu nhiệt mặt trời, người ta chế tạo kính chống đông đá bằng cách làm kính có 2 lớp, ở giữa có lớp mỏng trong suốt làm bằng nhiên liệu nhiệt mặt trời và một tấm lưới làm bằng vật liệu dẫn điện trong suốt, qua đó phát ra sóng điện từ yếu để kích thích chuyển cấu trúc từ cis sang trans và tỏa nhiệt. Trên thực tế, cấu tạo của cả tấm kính trông giống như kính ở ô tô thông thường. Trường hợp tương tự sử dụng nhiên liệu nhiệt mặt trời đặt trong hệ thống kính ở các tòa nhà cao tầng, nhờ đó vào mùa đông tòa nhà sẽ được tự động sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời. Nhiên liệu nhiệt mặt trời dạng rắn còn có thể làm rất tinh vi theo cách phủ thành lớp mỏng lên sợi vải rồi dệt thành vải. Dùng loại vải này để may quần áo cho vận động viên trượt tuyết, trời giá lạnh người trượt tuyết vẫn được sưởi ấm…Với giá thành thấp và có thể dễ dàng chuyển thành nhiều dạng năng lượng khác, trong đó có điện năng, người ta dự đoán rằng, trong vòng 10 năm tới, việc sử dụng năng lượng mặt trời theo cách dùng nhiên liệu nhiệt mặt trời sẽ áp đảo các cách truyền thống lâu Xuân Chánh - Tạp chí KH&CN Việt Nam

vật liệu hấp thụ năng lượng mặt trời