Năng lượng mặt trời và hàng loạt ứng dụng trong đời sống
Thứ sáu, 28/06/2013 - 09:53
Năng lượng mặt trời, bức xạ ánh sáng và nhiệt từ mặt trời đã được con người khai thác ngay từ thời cổ đại.
Năng lượng mặt trời, bức xạ ánh sáng và nhiệt từ mặt trời đã được con người khai thác ngay từ thời cổ đại. Bức xạ mặt trời, cùng với tài nguyên thứ cấp của năng lượng mặt trời như sức gió và sức sóng, sức nước và sinh khối làm thành hầu hết năng lượng tái tạo có sẵn trên trái đất. Chỉ một phần rất nhỏ của năng lượng mặt trời có sẵn được sử dụng.
Điện mặt trời nghĩa là phát điện dựa trên động cơ nhiệt và pin quang điện. Ngày nay, con người đã sử dụng loại điện năng này để ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như sưởi ấm không gian và làm mát thông qua kiến trúc năng lượng mặt trời, chưng cất nước uống và khử trùng, chiếu sáng bằng ánh sáng ban ngày, bình nước nóng năng lượng mặt trời, nấu ăn năng lượng mặt trời... Để thu năng lượng mặt trời, cách phổ biến nhất là sử dụng tấm năng lượng mặt trời.
Công nghệ năng lượng mặt trời có 2 hình thức hoạt động, hoặc thụ động, hoặc chủ động tùy thuộc vào cách chúng nắm bắt, chuyển đổi và phân phối năng lượng mặt trời. Kỹ thuật năng lượng mặt trời chủ động bao gồm việc sử dụng các tấm quang điện và năng lượng mặt trời nhiệt thu để khai thác năng lượng. Còn kỹ thuật năng lượng mặt trời thụ động có thể minh họa bằng việc hướng một tòa nhà về phía mặt trời, lựa chọn vật liệu có khối lượng nhiệt thuận lợi hoặc ánh sáng phân tán và thiết kế không gian lưu thông không khí tự nhiên trong ngôi nhà đó để khai thác một cách hiệu quả lượng nhiệt thu được từ mặt trời.
Dưới đây là một số ứng dụng rất thiết thực từ năng lượng mặt trời để phục vụ cuộc sống hàng ngày của con người:
Nấu ăn
Năng lượng mặt trời thu được qua các chảo thu nhiệt hình parabol sẽ được sử dụng để nấu chín thức ăn với nhiệt độ rất cao. Nồi chứa thức ăn được đặt giữa một bán cầu được tráng gương để phản xạ và tập trung tia mặt trời vào nồi chứa. Để duy trì nhiệt độ, người ta đặt một cái bao giữ nhiệt trong suốt bằng nylon bao quanh nồi chứa. Chảo thu nhiệt cần phải thường xuyên điều chỉnh quay theo hướng mặt trời để thu được nhiều nắng nhất. Ứng dụng này được sử dụng để nấu ăn với số lượng lớn và được khai thác ở nhiều nơi trên thế giới, đặc biệt là Trung Quốc.
Xe điện
Xe ô tô sử dụng năng lượng mặt trời thường được lắp một số tấm năng lượng mặt trời ở trên mui xe. Còn đối với xe đạp năng lượng mặt trời thì các tấm năng lượng mặt trời được gắn trên áo của người lái xe. Những loại xe này chủ yếu được sử dụng cho mục đích trình diễn và thử nghiệm về kỹ thuật. Người lái xe có thể theo dõi lượng năng lượng tiêu hao và lượng năng lượng mặt trời thu được qua các loại đồng hồ đo lắp trên xe.
Trên thế giới hiện nay có một số giải đua xe năng lượng mặt trời, trong đó có 2 giải tương đối nổi tiếng là giải The World Solar Challenge được tổ chức ở Úc với quy định người tham gia phải vượt qua một quãng đường dài đến 3.000 km xuyên qua nước Úc. Giải thứ hai là The North American Solar Challenge lần đầu được tổ chức vào năm 2008 với chặng đua từ bang Texas – Hoa Kỳ đến Canada.
Vô trùng nước
Việc vô trùng nước bằng năng lượng mặt trời có thể được thực hiện bằng các hộp thu năng lượng mặt trời gồm một khung gỗ có phủ một lớp màng mỏng được sơn đen để tập trung nhiệt lượng từ ánh nắng mặt trời. Phía trong có một cái bình để đựng nước. Nhiệt lượng thu được từ ánh nắng mặt trời sẽ đun nước tới khoảng 65 độ C sau vài chục phút và sau đó nước sẽ được vô trùng. Một hộp năng lượng mặt trời như vậy có thể vô trùng được khoảng 4 lít nước trong vòng 3 tiếng đồng hồ.
Sản xuất hydro
Hiện tượng điện phân có thể phân tách phân tử nước thành các nguyên tử hydro và oxy, sau đó hydro có thể được sử dụng làm nhiên liệu. Nếu lượng điện cần thiết cho quá trình điện phân được cung cấp từ các nguồn nhiên liệu hóa thạch thì khí CO2 sẽ bị phát thải ra môi trường, còn nếu hiện tượng điện phân được thực hiện bởi các tế bào năng lượng mặt trời thì sẽ không có ô nhiễm môi trường.
Một số công ty sản xuất ô tô trên thế giới đang thử nghiệm một số động cơ sử dụng nhiên liệu hydro. Hydro được trữ trong một số thùng đặt trong thân xe. Sau đó một hệ thống động lực sẽ chuyển đổi hydro thành điện năng để vận hành chiếc xe.
Sưởi ấm
Một số ngư dân ở Canada đã thiết kế ra lều câu cá trên băng được sưởi ấm bằng ánh nắng mặt trời do họ đã biết tận dụng sự phản xạ của ánh nắng mặt trời trên mặt băng tuyết để thu được nhiệt lượng mong muốn. Trước tiên, những ngư dân này bao kín những kẽ hở trên căn lều của họ bằng một ít lá thiếc, sau đó dùng một 2 tấm nhựa để làm thành 2 cánh cửa và một ít lưới chắn côn trùng để che 4 cửa sổ của chiếc lều.
Ánh nắng mặt trời sẽ làm nóng không khí bên trong lều và sưởi ấm cho những người ngồi câu cá trên băng. Khối không khí lạnh bên ngoài lều và không khí nóng bên trong lều sẽ được lưu thông qua những chiếc cửa sổ.
Máy bay
Chiếc máy bay mang tên The Solar Impulse với 12.000 tế bào quang điện trên cánh là một mẫu thử của máy bay năng lượng mặt trời, chiếc máy bay này đã có chuyến bay vòng quang thế giới vào năm 2012. Trước đó vào tháng 4/2012, The Solar Impulse đã bay trên vùng trời Switzerland trong 87 phút ở độ cao 1.200 mét.
Thân chiếc máy bay này được làm từ vật liệu sợi carbon để đạt trọng lượng nhẹ nhất. Thời gian để chế tạo ra chiếc máy bay độc đáo này lên đến 6 năm. Với sải cánh tương đương máy bay Airbus 340 (63,4 mét) và cân nặng khoảng 1,5 tấn, chiếc máy bay này được trang bị 4 động cơ điện để có thể bay được cả ngày lẫn đêm nhờ vào năng lượng mặt trời được chuyển hóa thông qua các tế bào quang điện và tồn trữ trong các bộ pin có hiệu suất rất cao. Tốc độ lớn nhất theo thiết kế vào khoảng 44 km/giờ và độ cao tối đa là 8 km.
Đèn giao thông
Đèn tín hiệu giao thông sử dụng năng lượng mặt trời có ưu điểm là không cần sử dụng dây điện và khá linh hoạt, có thể tiết kiệm khá nhiều tiền điện khi hoạt động liên tục trong thời gian dài. Chúng được thiết kế với một số bóng đèn LED thân thiện với môi trường và không cần phải sạc lại trong một thời gian khá lâu. Trong trường hợp mất điện lưới thì những đèn tín hiệu giao thông này vẫn tiếp tục hoạt động.
Chiếu sáng
Cứ vào khoảng thời gian từ tháng 11 đến tháng 2 hàng năm thì một ngôi làng nhỏ tên là Viganella ở nước Ý lại chìm vào bóng tối vì ánh nắng mặt trời không chiếu được đến đáy của thung lũng nơi ngôi làng tọa lạc. Nhằm mang ánh sáng mặt trời đến cho ngôi làng này, một tấm gương khổng lồ làm bằng kim loại có đường kính đến 8,5 mét đã được lắp đặt trên đỉnh một ngọn núi cao 1.100 mét trên dãy Anpơ, tấm gương này được điều khiển bởi một một máy tính để xoay chuyển theo hướng mặt trời và phản xạ ánh nắng xuống một diện tích khoảng 250 mét vuông tại trung tâm của ngôi làng trong vòng 6 tiếng đồng hồ của những ngày có nắng.
Đồng hồ
Đồng hồ mặt trời là ứng dụng cổ xưa nhất của ánh sáng mặt trời. Những đồng hồ mặt trời cổ nhất được biết đến nay là đồng hồ Obelisks của Ai Cập (3.500 năm trước Công nguyên) và đồng hồ thiên văn ở Babylon (1.300 năm trước Công nguyên).
Đồng hồ mặt trởi sử dụng một tia nắng mặt trời hoặc một chiếc bóng để chỉ thời gian. Để làm đồng hồ, người ta khoét một lỗ nhỏ và cho ánh nắng đi qua, hoặc dựng một cây gậy có đầu nhọn để tạo bóng. Mặt đồng hồ có thể là một mặt phẳng hoặc một bán cầu. Việc tính toán trục dọc và phương ngang cũng như hướng phương Bắc sẽ quyết định độ chính xác của đồng hồ.
Sạc pin
Điện thoại, máy nghe nhạc… đều cần được sạc pin và việc sạc pin có thể được thực hiện bởi một thiết bị mới là sạc năng lượng mặt trời. Thiết bị này có gắn một tấm năng lượng mặt trời để tích quang năng thành điện năng. Thiết bị này tương đối rẻ và rất tiện lợi, gọn nhẹ, giúp sạc điện cho các thiết bị cầm tay ở những nơi không có nguồn điện lưới. Thiết bị loại này càng lớn thì công suất càng cao, có thể sạc điện cho máy tính bảng, laptop và các thiết bị di động khác.
Thuyền năng lượng mặt trời
Con thuyền năng lượng mặt trời có lên Planet Solar được lắp đặt tại xưởng đóng tàu HDW tại Kiel, Đức là con tàu lớn nhất thế giới và có thiết kế đặc biệt. Tàu đã đi vòng quanh thế giới với tốc độ vào khoảng 12 km/giờ và chỉ sử dụng động cơ điện hoạt động hoàn toàn bằng năng lượng mặt trời. Phía trên con tàu được lắp đặt khoảng 500 mét vuông các tấm quang năng cung cấp năng lượng cho 2 động cơ trong thân tàu.
Túi xách năng lượng mặt trời
Túi xách năng lượng mặt trời có gắn một quả pin nhỏ nhưng mạnh mẽ được cung cấp năng lượng bởi một tấm quang năng công suất khoảng 1,5 Watt. Quả pin vì thế có khả năng sạc điện cho các thiết bị cầm tay như máy nghe nhạc, điện thoại di động… Khi pin hết điện thì tấm quang năng sẽ sạc lại pin nhưng cần từ 4 đến 5 tiếng đồng hồ nắng trực tiếp.
Sân vận động sử dụng năng lượng mặt trời
Sân vận động Verona’s Bentegoldi là khu phức hợp thể thao lớn nhất nước Ý có lắp đặt hệ thống quang năng. Hơn 13.000 tấm quang năng được lắp đặt tại sân vận động này đã cung cấp trên 1 MegaWatt/năm cho nhu cầu sử dụng điện của sân vận động, ước tính làm giảm phát thải CO2 trên 550 tấn/năm.
Nước nóng trên xe ô tô
Được lắp đặt trên nóc xe ô tô, hệ thống nước nóng trong hình trên chứa được khoảng 20 lít nước. Lượng nước này được làm nóng bởi năng lượng mặt trời. Trong một ngày nắng thì nhiệt độ sẽ tăng khoảng vài độ trong vòng 1 tiếng đồng hồ, đủ đáp ứng nhu cầu sử dụng của hành khách trên đường di chuyển.
Mai Anh Theo Solar Pulse