Lượng bức xạ mặt trời đến Trái đất chủ yếu được
|
Biên phòng - Bức xạ mặt trời hay còn gọi là bức xạ điện từ - được phát ra bởi mặt trời. Mặc dù mọi vị trí trên trái đất đều nhận được một số ánh sáng mặt trời trong một năm, nhưng lượng bức xạ mặt trời đến điểm bất kỳ trên bề mặt trái đất sẽ khác nhau. Các công nghệ năng lượng mặt trời thu nhận bức xạ này và biến nó thành các dạng năng lượng hữu ích.
 Có hai loại công nghệ năng lượng mặt trời chính - quang điện (PV) và nhiệt điện mặt trời tập trung (CSP). Quang điện (PV) Quang điện (PV) được sử dụng trong các tấm pin mặt trời. Khi mặt trời chiếu vào bảng điều khiển năng lượng mặt trời, năng lượng từ ánh sáng mặt trời sẽ được các tế bào PV trong bảng hấp thụ. Năng lượng này tạo ra các điện tích di chuyển để phản ứng với điện trường bên trong tế bào, gây ra dòng điện.
Nhiệt điện mặt trời tập trung (CSP) Hệ thống nhiệt điện mặt trời tập trung (CSP) sử dụng gương để phản chiếu và tập trung ánh sáng mặt trời vào máy thu năng lượng mặt trời và chuyển nó thành nhiệt, sau đó có thể được sử dụng để sản xuất điện hoặc lưu trữ để sử dụng sau này. Nó được sử dụng chủ yếu trong các nhà máy điện rất lớn. Quy mô của hệ thống điện năng lượng mặt trời Hệ thống điện năng lượng mặt trời lắp đặt trên 3 quy mô chính: Quy mô nhỏ: Năng lượng mặt trời quy mô nhỏ thường được lắp đặt trên nóc nhà của các hộ gia đình, doanh nghiệp nhỏ (Điện mặt trời áp mái) và thường có công suất từ 5 đến 20 kilowatt (kW), tùy thuộc vào diện tích lắp đặt. Quy mô vừa: Các dự án năng lượng mặt trời ở quy mô vừa thường được lắp đặt ở quy mô lớn hơn so với năng lượng mặt trời dân dụng. Đó là các dự án điện mặt trời ở các doanh nghiệp lớn, trung tâm thương mại,… Mặc dù các dự án có thể khác nhau rất nhiều về diện tích lắp đặt, nhưng năng lượng mặt trời quy mô vừa phục vụ một mục đích nhất quán: cung cấp điện mặt trời tại chỗ cho các doanh nghiệp và tổ chức phi lợi nhuận. Quy mô lớn: Các dự án năng lượng mặt trời quy mô lớn thường có quy mô lắp đặt lớn, công suất cỡ vài megawatt (MW) cung cấp điện năng lượng mặt trời trên quy mô lớn.
Năng lượng mặt trời hoạt động như thế nào? Một tấm pin mặt trời (còn được gọi là mô-đun năng lượng mặt trời) bao gồm một lớp tế bào silicon, một khung kim loại, một bộ phận vỏ thủy tinh và hệ thống dây điện để truyền dòng điện từ silicon. Silicon (nguyên tử số 14 trong bảng tuần hoàn) là một phi kim có đặc tính dẫn điện cho phép nó hấp thụ và chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng sử dụng được. Khi ánh sáng chiếu vào một tế bào silicon, ánh sáng làm cho các electron trong silicon chuyển động, tạo ra một dòng điện. Đây được gọi là “hiệu ứng quang điện” và nó mô tả chức năng chung của công nghệ bảng điều khiển năng lượng mặt trời.
Khoa học tạo ra điện bằng các tấm pin mặt trời bắt nguồn từ hiệu ứng quang điện này. Nó được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1839 bởi Edmond Becquerel và có thể được coi là thuộc tính của các vật liệu cụ thể (được gọi là chất bán dẫn) cho phép chúng tạo ra dòng điện khi chúng tiếp xúc với ánh sáng mặt trời. Quá trình quang điện hoạt động qua các bước chính sau:
Sơ lược về lịch sử của điện năng lượng mặt trời Năm 1954, Bell Labs đã phát triển tế bào quang điện silicon đầu tiên. Mặc dù năng lượng mặt trời trước đây đã được thu nhận và chuyển đổi thành năng lượng sử dụng được thông qua nhiều phương pháp khác nhau, nhưng chỉ sau năm 1954, điện mặt trời mới bắt đầu trở thành nguồn điện khả thi để cung cấp năng lượng cho các thiết bị trong thời gian dài. Các tế bào năng lượng mặt trời đầu tiên đã chuyển đổi bức xạ mặt trời thành điện năng với hiệu suất 4% - để tham khảo, nhiều tấm pin mặt trời phổ biến hiện nay có thể chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng mặt trời với hiệu suất trên 20%, một con số không ngừng tăng lên. Đơn vị nào lắp đặt hệ thống điện năng lượng mặt trời uy tín? Intech Energy là tổng thầu EPC với hàng nghìn dự án điện năng lượng mặt trời đã triển khai trên toàn quốc. Là đối tác hỗ trợ đầu tư và hợp tác đầu tư các dự án điện năng lượng mặt trời uy tín đã được hàng trăm đối tác đầu tư tin tưởng và hợp tác cùng kiến tạo ngành công nghiệp năng lượng xanh.
Bức xạ mặt trời là dòng vật chất và năng lượng của Mặt Trời phát ra. Đây chính là nguồn năng lượng chính cho các quá trình phong hóa, bóc mòn, vận chuyển, bồi tụ trên Trái Đất, cũng như chiếu sáng và sưởi ấm cho các hành tinh trong hệ Mặt Trời. Bức xạ từ Mặt trời, được biết đến nhiều hơn là ánh sáng mặt trời, là hỗn hợp của các sóng điện từ từ hồng ngoại (IR) đến tia cực tím (UV). Tất nhiên nó bao gồm ánh sáng khả kiến, nằm giữa IR và UV trong phổ điện từ. Tất cả các sóng điện từ (EM) truyền đi với tốc độ xấp xỉ 3,0 x 10 8 m / s trong chân không. Mặc dù không gian không phải là một khoảng trống hoàn hảo, vì nó thực sự bao gồm các hạt mật độ thấp, sóng EM, neutrino và từ trường, nó chắc chắn có thể được xấp xỉ như vậy. Khoảng cách trung bình giữa Trái đất và Mặt trời trên một quỹ đạo Trái đất là một AU (khoảng 150.000.000.000.000 m), nên sẽ mất khoảng 8 phút để bức xạ từ Mặt trời đến Trái đất. Trên thực tế, Mặt trời không chỉ tạo ra IR, ánh sáng nhìn thấy và UV. Sự kết hợp trong lõi thực sự phát ra các tia gamma năng lượng cao. Tuy nhiên, khi các photon tia gamma thực hiện hành trình gian khổ của chúng đến bề mặt Mặt trời, chúng liên tục bị plasma mặt trời hấp thụ và phát lại ở tần số thấp hơn. Vào thời điểm chúng nổi lên bề mặt, tần số của chúng chủ yếu chỉ nằm trong phổ IR / ánh sáng nhìn thấy / UV. Trong các cơn bão mặt trời, Mặt trời cũng phát ra tia X. Bức xạ tia X từ Mặt trời lần đầu tiên được quan sát bởi T. Burnight trong chuyến bay tên lửa V-2. Điều này sau đó đã được xác nhận bởi Nhật Bản Yohkoh, một vệ tinh được phóng vào năm 1991. Khi bức xạ điện từ Mặt trời tấn công bầu khí quyển Trái đất, một phần của nó được hấp thụ trong khi phần còn lại tiến lên bề mặt Trái đất. Đặc biệt, tia cực tím được hấp thụ bởi tầng ozone và tái phát dưới dạng nhiệt, cuối cùng làm nóng tầng bình lưu. Một phần nhiệt lượng này được tái phát ra ngoài vũ trụ trong khi một phần được gửi đến bề mặt Trái đất. Trong khi đó, bức xạ điện từ được hấp thụ bởi bầu khí quyển sẽ dẫn đến bề mặt Trái đất và làm nóng nó lên. Một phần nhiệt này vẫn ở đó trong khi phần còn lại được phát ra. Khi đến bầu khí quyển, một phần của nó bị hấp thụ và chỉ một phần nhỏ có thể đi qua lớp khiên chắn này. Đương nhiên, những cái được hấp thụ thêm vào sức nóng đã có. Sự hiện diện của khí nhà kính làm cho bầu khí quyển hấp thụ nhiều nhiệt hơn, làm giảm tỷ lệ sóng EM đi ra ngoài. Được biết đến như hiệu ứng nhà kính, đây là lý do tại sao nhiệt có thể tích tụ thêm. Trái đất không phải là hành tinh duy nhất trải nghiệm hiệu ứng nhà kính. Đọc về hiệu ứng nhà kính đang diễn ra ở Sao Kim ở đây trong Vũ trụ ngày nay. Chúng tôi cũng có một bài viết thú vị nói về một nhà kính thực sự trên Mặt trăng vào năm 2014. Bức xạ hạt là bức xạ năng lượng ở dạng các hạt hạ nguyên tử di chuyển nhanh. Bức xạ hạt được gọi là chùm hạt nếu các hạt di chuyển theo cùng một hướng, giống như tia sáng. Do sự lưỡng tính hạt-sóng, tất cả các hạt chuyển động cũng có tính chất sóng. Các hạt năng lượng cao hơn dễ dàng biểu lộ các đặc tính hạt, trong khi hạt năng lượng thấp lại dễ dàng biểu lộ đặc tính sóng Bức xạ hạt hay còn gọi là gió Mặt Trời chủ yếu gồm các proton và electron. Đa phần thì chúng có hại cho các sinh vật, nhưng Trái Đất đã có tầng ozone bao phủ ngăn được phần nào ảnh hưởng có hại. Năng lượng bức xạ hạt của Mặt Trời thường thấp hơn năng lượng bức xạ nhiệt 107 lần, và thâm nhập vào tầng khí quyển không quá 90 km. Khi đến gần Trái Đất, nó có vận tốc tới 300-1.525 km/s và mật độ 5-80 ion/cm³ Bức xạ điện từ (hay sóng điện từ) là sự kết hợp (nhân vector) của dao động điện trường và từ trường vuông góc với nhau, lan truyền trong không gian như sóng. Sóng điện từ cũng bị lượng tử hoá thành những “đợt sóng” có tính chất như các hạt chuyển động gọi là photon. Khi lan truyền, sóng điện từ mang theo năng lượng, động lượng và thông tin. Sóng điện từ với bước sóng nằm trong khoảng 400 nm và 700 nm có thể được quan sát bằng mắt người và gọi là ánh sáng. Môn vật lý nghiên cứu sóng điện từ là điện động lực học, một chuyên ngành của điện từ học. Bức xạ điện từ có hai dạng: bức xạ trực tiếp và bức xạ khuếch tán. Có bước sóng khá rộng từ bức xạ gamma đến sóng vô tuyến với năng lượng cực đại ở vùng quang phổ khả kiến. Đây chính là nguồn năng lượng chủ yêu để chiếu sáng và duy trì các hoạt động sinh hóa trên Trái Đất. Khi qua khí quyển Trái Đất, các bức xạ sóng ngắn có hại cho sự sống gần như bị tầng ozone hấp thụ hoàn toàn. Ngày nay do công nghiệp phát triển, các chất CFC thải vào khí quyển đang huỷ hoại dần dần tầng ozone, tạo ra nguy cơ bức xạ sóng ngắn sẽ tiêu diệt sự sống trên Trái Đất. Năng lượng bức xạ Mặt trời thường biểu diễn bằng cal/cm².phút Năng lượng bức xạ Mặt trời ở gần Trái Đất ở vào khoảng 2 cal/cm².phút (hằng số mặt trời), có phổ nằm trong dải bước sóng 0,17-4 μm với cực đại ở khoảng 0,475 μm. Toàn bộ Trái Đất nhận được từ Mặt Trời 2,4.1018 cal/phút, gồm 48% năng lượng thuộc dải phổ ánh sáng khả kiến (λ = 0,4-0,76 μm), 7% tia cực tím (λ < 0,4 μm) và 45% thuộc dải phổ hồng ngoại và sóng vô tuyến (λ > 0,76 μm). |
