CUỘC THI KHOA HỌC KĨ THUẬT CẤP QUỐC GIA
DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC
Năm học 2014-2015

TÊN ĐỀ TÀI :
KHAI THÁC NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI BẰNG
ĐỘNG CƠ ĐỐT NGOÀI
LĨNH VỰC DỰ ÁN: KỈ THUẬT ĐIỆN VÀ CƠ KHÍ

Nhóm tác giả:
1) Đậu Văn Thuận
- Lớp 9B
2) Nguyễn Ngọc Chính - Lớp 9B
Trường THCS Diễn Hải - Huyện Diễn Châu


MỤC LỤC
1. LỜI CẢM ƠN……………………………………………………………………….3
2. TÓM TẮT NỘI DUNG DỰ ÁN……………………………………………….........4
3. GIỚI THIỆU VÀ TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU……………………5
4. GIẢ THUYẾT KHOA HỌC VÀ PHÁT BIỂU MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU……...7
5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU……………………………………………….......8
6. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU………………………………………………...............11
7. THẢO LUẬN ………………………………………………...................................12
8. KẾT LUẬN……………………………………………….......................................13
9. TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………….................15

2


LỜI CẢM ƠN

Đề tài được hoàn thành vào tháng 12 năm 2014 tại trường THCS Diễn Hải dưới
sự hướng dẫn của thầy giáo Nguyễn Đình Hòa, Thầy giáo Nguyễn Minh Đồng , Thầy
Ngô Xuân Sơn. Qua đây, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến ban lãnh đạo trường
đã tạo mọi điều kiện cho chúng em học tập và nghiên cứu. Cũng nhân dịp này em xin
trân trọng cảm ơn sâu sắc tới sự giúp đỡ nhiệt tình của ban lãnh đạo Phòng GD & ĐT
Diễn Châu, Các thầy giáo ở Sở GD ĐT Nghệ An đã động viên và cho chúng em nhiều
lời khuyên quý báu . Cảm ơn sâu sắc tới các thầy giáo : Nguyễn Đình Hòa, Thầy giáo
Nguyễn Minh Đồng, Thầy Ngô Xuân Sơn trường THCS Diễn Hải đã giúp đỡ, cho
chúng em những lời khuyên sâu sắc để chúng em hoàn thành sản phẩm nghiên cứu
này. Chúng em chân thành cảm ơn gia đình, người thân đã luôn ủng hộ trong suốt
thời gian qua.
Đề tài được hoàn thành bằng tất cả sự nỗ lực và cố gắng của bản thân chúng em ,
song không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được những ý kiến đóng
góp của các thầy giáo, cô giáo và các chuyên gia để đề tài được hoàn thiện hơn.

3


TÓM TẮT NỘI DUNG DỰ ÁN
Hiện nay, các nguồn năng lượng trên trái đất như dầu mỏ, than đá… dần dần cạn
kiệt không còn còn để khai thác được nữa. Ngoài ra những nguồn năng lượng này là
nguyên nhân chính gây ra sự ô nhiễm không khí làm ảnh hưởng đến đời sống con
người.
Trong khi đó năng lượng mặt trời lại dồi dào và giảm tình trạng ô nhiễm môi trường.
Vì vậy tập trung nghiên cứu sử dụng năng lượng mặt trời đang là hướng đi mới trong
năng lượng công nghiệp, nhất trong thời dại ngày nay vấn đề tiết kiệm năng lượng
đang đặt lên hàng đầu.
Chúng ta có thể sự dụng năng lượng Mặt trời cung cấp nhiệt cho động cơ đốt ngoài .
Đầu tiên chúng ta dùng hệ thống gương cầu lõm hứng ánh sáng Mặt trời chiếu đến
gương. Gương cầu lõm có tác dụng biến đổi chùm sáng song song thành chùm sáng

hội tụ và cung cấp nhiệt cho động cơ đốt ngoài hoạt động . Chúng ta có thể sử dụng
động cơ đốt ngoài này cho việc làm máy phát điện hoạt động hoặc làm máy công tác
cho các động cơ khác.
Sử dụng động cơ đốt ngoài có thể đạt được hiệu suất cao nhất so với các loại động
cơ nhiệt khác. Bên cạnh đó còn có ưu điểm là tiếng ồn nhỏ khi làm việc, chu trình làm
việc kín do đó khí làm việc không thoát ra ngoài ảnh hưởng đến môi trường.
Mặt khác, do sử dụng nguồn năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng vô tận, sẵn
có, sạch, thân thiện và bền vững với môi trường.
.

4


GIỚI THIỆU VÀ TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1. Tính cấp thiết và lý do của việc nghiên cứu đề tài
Hiện nay, các nguồn năng lượng trên trái đất như dầu mỏ, than đá… dần dần cạn kiệt
không còn còn để khai thác được nữa. Ngoài ra những nguồn năng lượng này là
nguyên nhân chính gây ra sự ô nhiễm không khí làm ảnh hưởng đến đời sống con
người.
Trong khi đó năng lượng mặt trời lại dồi dào và giảm tình trạng ô nhiễm môi trường.
Vì vậy tập trung nghiên cứu sử dụng năng lượng mặt trời đang là hướng đi mới trong
năng lượng công nghiệp, nhất trong thời dại
ngày nay vấn đề tiết kiệm năng lượng đang
đặt lên hàng đầu.
Chúng ta biết rằng năng lượng mặt trời
là năng lượng của dòng bức xạ điện từ xuất
phát từ mặt trời, cộng với một phần nhỏ
năng lượng của các hạt hạ nguyên tử khác
phóng ra từ ngôi sao này.
Năng lượng mặt trời là một nguồn năng lượng quan trọng điều khiển các quá

trình khí tượng học và duy trì sự sống trên trái đất. Ngay ngoài khí quyển trái đất, cứ
mỗi một mét vuông diện tích vuông góc với ánh nắng mặt trời, chúng ta thu được
dòng năng lượng khoảng 1.400Jun trong một giây.
Để tận dụng được nguồn năng lượng mặt trời, chúng ta cần tìm ra những giải pháp
công nghệ mới cho các loại động cơ điện và nhiệt, phổ biến rộng rãi trong các ứng
dụng của đời sống hàng ngày, vừa mang lại hiệu quả kinh tế cao, vừa đảm bảo giải
quyết các vấn đề năng lượng và môi trường, đồng thời cũng đảm bảo các mục tiêu
phát triển bền vững.
Động cơ đốt ngoài là loại động cơ đốt ngoài với chu trình làm việc khép kín. Động cơ
bao gồm hai phần chính được duy trì ở nhiệt độ làm việc khác nhau và một chất khí
5


lưu thông giữa hai phần này. Không giống như các loại động cơ thông thường và động
cơ hơi nước, động cơ đốt ngoài không có các cơ cấu van đóng mở vì vậy đặc điểm
của loại động cơ này là thể tích khối khí làm việc luôn không đổi và khí này luôn được
tái sử dụng.
Sử dụng động cơ đốt ngoài có thể đạt được hiệu suất cao nhất so với các loại động cơ
nhiệt khác. Bên cạnh đó còn có ưu điểm là tiếng ồn nhỏ khi làm việc, chu trình làm
việc kín cho đó khí làm việc không thoát ra ngoài ảnh hưởng đến môi trường. Thêm
nữa, việc sử dụng hoàn toàn các nguồn năng lượng sạch và năng lượng tái tạo được sẽ
đáp ứng đầy đủ các tiêu chí về khí thải cũng như các vấn đề về đảm bảo môi trường.
hơn loại hình động cơ này.
Nhận thấy những lợi ích to lớn mà loại hình động cơ này mang lại: sử dụng nguồn
năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng vô tận, sẵn có, sạch, thân thiện và bền vững
với môi trường; đồng thời trong quá trình làm việc không thải ra khí gây ô nhiễm môi
trường, chúng em gồm Đậu Văn Thuận và Nguyễn Ngọc Chính là học sinh trường
THCS Diễn Hải , Diễn Châu, Nghệ An đã tiến hành nghiên cứu,đề tài ”Khai thác
năng lượng Mặt Trời bằng động cơ đốt ngoài”
2. Lý do của việc nghiên cứu đề tài

Thứ nhất, nhằm áp dụng các kiến thức đã được tiếp thu trong quá trình học tập
trên ghế nhà trường. Thực hiện phương châm "học đi đôi với hành", nâng cao hiệu
quả của học tập.
Thứ hai, góp công sức mình vào công cuộc bảo vệ môi trường hiện nay. Với
mục đích này chúng em đã tận dụng năng lượng Mặt trời là nguồn năng lượng
sạch và vô tận có thể cung cấp nhiệt liên tục cho động cơ.
Mặt khác động cơ đốt ngoài có thể đạt được hiệu suất cao nhất so với các loại
động cơ nhiệt khác. Bên cạnh đó còn có ưu điểm là tiếng ồn nhỏ khi làm việc, chu
trình làm việc kín cho đó khí làm việc không thoát ra ngoài ảnh hưởng đến môi
trường.

6


GIẢ THUYẾT KHOA HỌC VÀ PHÁT BIỂU MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
1. Giả thuyết khoa học:
Như chúng ta đã đề cập ở trên, hiện nay các nguồn năng lượng trên trái đất như dầu
mỏ, than đá… dần dần cạn kiệt không còn để khai thác được nữa. Ngoài ra những
nguồn năng lượng này là nguyên nhân chính gây ra sự ô nhiễm không khí làm ảnh
hưởng đến đời sống con người.
Trong khi đó năng lượng mặt trời lại dồi dào và giảm tình trạng ô nhiễm môi trường.
Vì vậy tập trung nghiên cứu sử dụng năng lượng mặt trời đang là hướng đi mới trong
năng lượng công nghiệp, nhất trong thời dại ngày nay vấn đề tiết kiệm năng lượng
đang đặt lên hàng đầu.
Ánh sáng Mặt trời là nguồn năng lượng sạch và vô tận, chúng có mặt mọi nơi trên Trái
Đất. Chúng ta cần phải biết khai thác nguồn năng lượng này sao hiệu quả ? Chúng ta
có thể biến năng lượng ánh sáng này thành nhiệt năng để từ đó cung cấp nhiệt cho
động cơ hoạt động được không ?. Nếu có thì bằng cách nào ?
2. Mục đích nghiên cứu:
Tìm cách khai thác năng lượng Mặt trời bằng động cơ đốt ngoài. Từ đó sử dụng

động cơ đốt ngoài làm máy phát điện có công suất nhỏ hoạt động hoặc làm máy
công tác cho các động cơ khác hoạt động.

7


PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1. Nguồn nhiệt
Cung cấp nhiệt cho động cơ đốt ngoài.
- Cấu tạo:
+ Một gương cầu lõm.
+ Giá đỡ.
- Nguyên lý hoạt động:
Gương cầu lõm dùng để hứng ánh
sáng Mặt trời, khi ánh sáng Mặt trời
là những chùm sáng song song chiếu
đến gương cầu lõm, gương cầu lõm
có tác dụng biến đổi chùm sáng song
song thành chùm sáng hội tụ nghĩa là biến đổi quang năng thành nhiệt năng.
Nhiệt năng này cung cấp cho động cơ đốt ngoài làm nó hoạt động.
* Ưu điểm: sử dụng nguồn năng lượng sạch và vô tận là ánh sáng Mặt trời có mặt
mọi nơi trên Trái Đất.
* Nhược điểm: cường độ ánh sáng phụ thuộc và thời tiết. Mặt khác, Mặt trời luôn
luôn di chuyển từ Đông sang Tây do khó hứng được ánh sáng. Vì vậy cần cải tiến
hệ thống điều chỉnh hứớng của
gương cầu lõm sao cho hứng
được ánh sáng Mặt trời .
2. Động cơ đốt ngoài
Biến đổi nhiệt năng thành cơ
năng.

- Cấu tạo:
+ bộ phận làm nóng.
+ bộ phần làm lạnh.
+ hệ thống truyền chuyển
động.
- Nguyên lý hoạt động:
Ðộng cơ nhiệt là một thiết bị
8


có thể liên tục chuyển đổi nhiệt năng thành cơ năng. Nếu ta đốt nóng một đầu xilanh
(đầu nóng) nguồn nhiệt được sử dụng là chùm tia bức xạ mặt trời hội tụ tại đầu xilanh
thì áp suất và nhiệt độ không khí bên trong tăng lên. áp suất cao sẽ đẩy pít tông chuyển
động và sinh ra công hữu ích (Hình: 1,2,3,4). Bất kỳ nguồn nhiệt nào cũng sinh ra
công, nhưng với nguồn có nhiệt độ càng cao thì tạo ra công càng lớn. Ðộng cơ không
những chỉ chuyển nhiệt thành công một lần đơn giản như trên mà cần phải có khả
năng tiếp tục sinh công.
Công có thể sinh ra từ không khí nóng trong xilanh chừng nào còn có quá trình
giãn nở và đến khi áp suất bên trong giảm xuống bằng áp suất khí quyển thì quá trình
sinh công kết thúc (pít tông dừng lại).
Nếu khi pít tông chuyển
động đến đầu bên phải của
xilanh, ta ngừng quá trình cấp
nhiệt và tăng quá trình thải nhiệt
(làm mát) thì nhiệt độ và áp suất
của không khí phía trong xilanh

Hình 4 Quá trình dãn nở cho đến khi áp suất không
khí bên trong bằng áp suất khí quyển


giảm xuống đến khi áp suất của
không khí bên trong thấp hơn áp
suất của khí quyển bên ngoài thì
pít tông sẽ chuyển động ngược

Hình 5 : Nếu ngừng cung cấp nhiệt mà thải nhiệt
thì áp suất không khí bên trong giảm xuống

lại và trở lại vị trí ban đầu.
(Hình: 5, 6)
Do nguồn năng lượng mặt
trời là nguồn năng lượng cung
cấp cho động cơ liên tục. Do vậy

HÌnh 6 : Pít tông chuyển động vào bên trong do áp
suất không khí bên ngoài cao hơn.

để động cơ nhiệt hoạt động được trong thực tế thì ngoài xi lanh và pít tông như trên
thì động cơ cần phải có thêm các bộ phận phụ như pít tông choán chỗ, bánh đà v.v... và
các bộ phận này phải kết hợp với nhau sao cho quá trình nhận và thải nhiệt của mỗi
chất đúng chu kỳ.

9


Sử dụng động cơ đốt ngoài có thể đạt được hiệu suất cao nhất so với các loại động
cơ nhiệt khác. Bên cạnh đó còn có ưu điểm là tiếng ồn nhỏ khi làm việc, chu trình làm
việc kín do đó chất khí làm việc không thoát ra ngoài ảnh hưởng đến môi trường.
Thêm nữa, việc sử dụng hoàn toàn các nguồn năng lượng sạch và năng lượng tái tạo
được sẽ đáp ứng đầy đủ các tiêu chí về khí thải cũng như các vấn đề về đảm bảo môi

trường.

bánh đà

pít tông sinh
công
pít tông choán
chỗ

phần lạnh

phần nóng

10


KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Chúng ta đã biết cách khai thác năng lượng ánh sáng Mặt trời và chuyển hóa năng
lượng này thành năng lượng nhiệt, sử dụng nguồn năng lượng nhiệt vừa tạo ra này để
cung cấp cho động cơ đốt ngoài hoạt động.
Chúng ta có thể sử dụng động cơ đốt ngoài này cho việc làm máy phát điện có
công suất nhỏ hoạt động hoặc làm máy công tác cho các động cơ khác.

11


THẢO LUÂN
Chúng em đã dùng hệ thống gương cầu lõm để hứng ánh sáng Mặt trời từ đó
cung cấp nhiệt lượng cho động cơ nhiệt. Tuy nhiên, cường độ ánh sáng Mặt trời
phụ thuộc vào thời tiết cũng như thời gian trong ngày do đó ảnh hưởng đến việc

cung cấp nhiệt lượng cho động cơ đốt ngoài hoạt động. Mặt khác, Mặt trời luôn
luôn chuyển động theo thời gian do đó để hứng được ánh sáng Mặt trời thì cần thiết
kế hệ thống gương cầu lõm tự động xoay theo hướng của Mặt trời.
Đối với động cơ đốt ngoài, khi cung cấp nhiệt cho phần nóng ở xi lanh thì nhiệt
này có thể truyền nhiệt và làm nóng phần lạnh . Do đó, ở phần lạnh của động cơ
đốt ngoài cần lắp đặt hệ thống tản nhiệt cũng như lắp đặt thêm hệ thống cách nhiệt,
ngăn không cho nhiệt truyền vào phần lạnh của động cơ.
Ngoài ra, đối với mô hình động cơ đốt ngoài này , bộ phận pít tông sinh công
chúng em làm bằng bong bóng nên khi hoạt động nó không được bền. Trong thực
tế cần sử dụng pít tông phải làm bằng vật liệu tốt hơn.

12


VIII. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết quả.
Qua quá trình nghiên cứu đề tài thu được kết quả như sau :
Chúng em đã khai thác nguồn năng lượng Mặt trời vào việc cung cấp nhiệt lượng
cho động cơ đốt ngoài hoạt động. Từ đó có thể sử dụng động đốt ngoài này vào
việc làm máy phát điện có công suất nhỏ hoạt động . Từ đó có thể cung cấp điện
năng cho các thiết bị điện dùng trong gia đình.
Ngoài ra, động cơ đốt ngoài tạo ra ở trên cũng có thể đóng vai trò là máy công tác
giúp cho các động cơ khác như máy bơm nước, máy khoan, .....hoạt động. Đặc biệt
có thể lắp đặt hệ thống máy này ở những nơi không có điện lưới như ở hải đảo hay
ở vùng sâu vùng xa.
2) Những ưu điểm của đề tài.
So với việc sử dụng các nhiên liệu đốt cháy như than, dầu , xăng, khí đốt......
làm nguồn nhiên liệu cung cấp nhiệt lượng cho động cơ hoạt động thì thải ra môi
trường các chất độc hại làm ảnh hưởng xấu đến môi trường sống của con người. Việc
khai thác năng lượng Mặt trời để cung cấp nhiệt cho động cơ đốt ngoài hoạt động đã

góp phần bảo vệ môi trường sống. Mặt khác, tận dụng và khai thác nguồn năng lượng
Mặt trời là nguồn năng lượng sạch và vô tận này là hướng đi mới đặc biệt trong thời
đại ngày càng khan hiếm tài nguyên cũng như môi trường sống của con người ngày
càng bị đe dọa.
Sử dụng động cơ đốt ngoài có thể đạt được hiệu suất cao nhất so với các loại
động cơ nhiệt khác. Bên cạnh đó còn có ưu điểm là tiếng ồn nhỏ khi làm việc, chu
trình làm việc kín do đó chất khí làm việc không thoát ra ngoài ảnh hưởng đến môi
trường. Thêm nữa, việc sử dụng hoàn toàn các nguồn năng lượng sạch và năng lượng
tái tạo được sẽ đáp ứng đầy đủ các tiêu chí về khí thải cũng như các vấn đề về đảm
bảo môi trường.
Động cơ đốt ngoài có thể ứng dụng cho việc chạy máy phát điện cũng như làm
máy công tác cho các động cơ khác hoạt động. Điều này có thể áp dụng cho những nơi
không có điện lưới như ngoài hải đảo, hay vùng sâu vùng xa.
3) Hạn chế của đề tài.
Do sử dụng nguồn nhiệt lấy năng lượng Mặt trời nên không ổn định vì cường độ ánh
sáng Mặt trời phụ thuộc và đặc điểm thời tiết cũng như thời gian trong ngày.
Động cơ đốt ngoài khi ứng dụng ngoài thực tế kích thước phải to lớn
4) Khả năng ứng dụng vào thực tiển.
Để giải bài toán về năng lượng trong tương lai cũng như việc bảo vệ môi trường
sống thì với những ưu điểm trên thì đề tài “khai thác năng lượng Mặt trời bằng
động cơ đốt ngoài “ nếu ứng dụng vào thực tiễn sẽ đem lại những hiệu quả nhất
định.
13


5) Kết luận.
Việc sử dụng năng lượng Mặt trời vào việc làm động cơ đốt ngoài hoạt động, từ
đó có thể àm máy phát điện dùng trong gia đình hoạt động hay làm máy công tác
cho các động cơ khác. Như vậy, chúng ta có thể tạo ra hệ thống máy móc mà khi
làm việc ít thải ra môi trường sống các chất độc hại cũng như giảm bớt việc ô

nhiễm tiếng ồn. Chúng ta cũng đã gải quyết được bài toán năng lượng mà hiện nay
thế giới đang quan tâm.
Mặt khác, dùng năng lượng Mặt trời chạy động cơ đốt ngoài có thể ứng dụng vào
việc chạy máy phát điện hay làm máy công tác chạy động cơ áp dụng ở những nơi
hải đảo xa xôi hay vùng sâu vùng xa , những nới chưa có điện lưới.
Tuy nhiên với tầm hiểu biết còn hạn chế cả về lý thuyết lẫn thực tiễn trong việc
nghiên cứu đề tài này chắc chắn sẽ còn những điều sai sót hay chưa hợp lý. Chúng
em mong muốn nhận được sự giúp đỡ và góp ý của những người am hiểu lĩnh vực
này.
Xin trân trọng cảm ơn hướng dẫn của các thầy Nguyễn Đình Hòa, thầy giáo
Nguyễn Minh Đồng và các thấy cô giáo khác, cảm ơn bạn bè và những người giúp
đỡ chúng em trong quá trình hoàn thành đề tài này.

14


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Sách giáo khoa Vật Lí 7 – Nhà xuất bản giáo dục.
2. Sách giáo khoa Vật Lí 8 – Nhà xuất bản giáo dục.
3. Sách giáo khoa Vật Lí 9 – Nhà xuất bản giáo dục.
4. Sách giáo khoa Công nghệ 8 – Nhà xuất bản giáo dục.
5 . Đề tài : nghiên cứu động cơ stirling bằng năng lượng mặt trời – Hoàng Dương
Hùng và Phan Quý Trà (ĐH Đà nẵng)

15