CHƯƠNG 2.
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
Giảng viên: Lưu Văn Phúc
Khoa Vật lý và công nghệ
Email:
DĐ: 0976452820
Năm học 2019-2020
25/05/20

1


NỘI DUNG TRÌNH BÀY
1. Tổng quan về năng lượng mặt trời
2. Cấu trúc của mặt trời
3. Mối quan hệ giữa mặt trời và trái đất
4. Bức xạ mặt trời
5. Hệ thống chuyển đổi năng lượng mặt trời
thành điện năng
6. Kết luận

25/05/20


NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
Phần lớn những nguồn năng lượng tái tạo đều khởi
nguồn từ năng lượng mặt trời.

• Công suất mà năng lượng mặt trời chiếu xuống trái đất khoảng 174
triệu tỷ Watt/năm
25/05/20

3


1. Tổng quan về năng lượng mặt trời
 Là năng lượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ mặt
trời
 Công suất NL mà mặt trời chiếu xuống trái đất vào
khoảng 174 triệu tỷ Watt (công suất nhà máy nhiệt điện
Phả Lại khoảng 1 tỷ Watt)
 Tổng tiêu thụ NL của con người trên thế giới (gồm:dầu
hỏa, than đá, thủy điện, v.v.) khoảng 15 nghìn tỷ Watt,
tức là chỉ bằng khoảng 1/10000 công suất dự trữ của
năng lượng mặt trời cho trái đất.
 Nên có thể nói tương lai năng lượng của thế giới chính là
năng lượng mặt trời.
25/05/20


1. Tổng quan về năng lượng mặt trời
 NL mặt trời lớn và rất quan trọng đối với sự phát triển
của con người, khi năng lượng hóa thạch ngày càng
cạn kiệt
 Với ưu điểm:có mặt khắp nơi,vĩnh cửu,vô
tận,sạch,...Tuy nhiên, nó có tính phân tán,phân bổ
không đều phụ thuộc vào vị trí địa lý,mùa,thời tiết ...
 Bức xạ mặt trời đi vào lớp khí quyển trái đất sẽ bị hấp
thụ và phản xạ một phần, khi đến bề mặt trái đất cường
độ bức xạ yếu đi
 Bức xạ mặt trời, gồm:bức xạ trực tiếp (trực xạ) và một

phần bức xạ bị hấp thụ và phản xạ trên đường đi (tán
xạ) và cường độ bức xạ lớn nhất ở mặt đất vào mùa hè
khoảng 1000 W/m2.
25/05/20


1. Tổng quan về năng lượng mặt trời
 Hiện nay, việc sử dụng năng lượng mặt trời có bốn
phương thức cơ bản:
 Chuyển đổi năng lượng mặt trời thành nhiệt năng
 Chuyển đổi năng lượng mặt trời thành trực tiếp
thành điện năng
 Chuyển đổi năng lượng mặt trời thành hóa năng:
Hiệu ứng quang hóa
 Chuyển đổi năng lượng mặt trời qua hiệu ứng
quang hợp
Tùy theo phương thức chuyển đổi mà có thiết bị thích
hợp

25/05/20


1. Tổng quan về năng lượng mặt trời

Xu thế phát triển năng lượng mặt trời trên thế giới
25/05/20


1. Tổng quan về năng lượng mặt trời
 Đức: dẫn đầu về khai thác sử dụng năng lượng mặt trời,đạt

32GW (2015) và hướng đến 100% năng lượng điện từ các
nguồn năng lượng tái tạo vào năm 2050
 Ý: đạt 5,5% tổng nhu cầu điện năng của Ý vào năm 2015
 Nhật Bản: khai thác sử dụng năng lượng mặt trời,đặc biệt là
sau thảm họa Fukushima (2011), tổng công suất năng lượng
mặt trời đạt 15,6 GW
 Hoa Kỳ: đạt 8 GW công suất lắp đặt điện từ năng lượng mặt
trời vào năm 2015
 Tây Ban Nha: đạt 3,5 GW, là quốc gia sản xuất công nghệ
năng lượng mặt trời lớn thứ tư trên thế giới và xuất khẩu
80% cho Đức
 Trung Quốc: từ 2012-2015 năng lượng mặt trời đạt 21GW
 Ngoài ra có một số quốc gia khác: Pháp, Cộng hòa Séc,
Bỉ, Úc

25/05/20


1. Tổng quan về năng lượng mặt trời

25/05/20

Phân bố bức xạ và tiềm năng năng lượng mặt trời ở Việt Nam


1. Tổng quan về năng lượng mặt trời
 Để kinh tế tăng trưởng bền vững, đặc biệt là sự cạn kiện của
nguồn nhiên liệu hóa thạch, ô nhiễm môi trường và biến đổi khí
hậu,..Từ 2015-2017, Việt Nam ghi nhận có nhiều dự án điện mặt
trời bởi các nhà đầu tư nước ngoài : Tata Power công suất 300

MW (Hà Tĩnh), Hanwha công suất 100-200 MW (Thừa Thiên
Huế),GT&Associates và Mashall & Street Ltd công suất 150 MW
(Quảng Nam)
 Năm 2018, có 272 dự án nhà máy điện mặt trời với tổng công suất
khoảng 17.500 MW, gấp 9 nhà máy thủy điện Hòa Bình và gấp 7
lần nhà máy thủy điện Sơn La

25/05/20


1. Tổng quan về năng lượng mặt trời
Quang năng-Quang hợp

25/05/20


1. Tổng quan về năng lượng mặt trời
Làm nóng không gian ( nhà kính trồng trọt , sấy
khô )
Sưởi ấm nhà cửa
Lọc nước ngọt
Hệ thống làm lạnhLò mặt trời

25/05/20

12


1. Tổng quan về năng lượng mặt trời
Điện mặt trời : biến đổi quang năng  điện năng

Biến đổi trực tiếp : tế bào quang điện
Biến đổi gián tiếp : nhiệt điện ( nồi supde )
Quang điện :

Bản bằng Silicium đơn hay đa tinh thể
Đời sống ~ 20 năm
Hiệu xuất thấp ~16 %
Âu Châu : 10 m2 = 1kWh
Ứng dụng :
Hệ thống điện nhỏ, vệ tinh, dụng cụ truyền thông, đèn hiệu, soi
sáng…

25/05/20

13


1. Tổng quan về năng lượng mặt trời

25/05/20

14


1. Tổng quan về năng lượng mặt trời
Tuabin điện mặt trời tại Úc ( New South Wales - 2010 )
Chiều cao 1000 m

Hoạt động 24 / 24


T° bên ngoài 30°C

25/05/20

15


1. Tổng quan về năng lượng mặt trời
Một số ứng dụng khác

25/05/20

16


1. Tổng quan về năng lượng mặt trời

Xe đua Nuna3 


1. Tổng quan về năng lượng mặt trời

Helios UAV trong chuyến bay sử dụng năng lượng mặt trời


1. Tổng quan về năng lượng mặt trời
Đặc điểm:
 Nguồn năng lượng vô tận, xanh, sạch không gây ô nhiễm, có khắp
mọi nơi.
 Giá vận hành khá thấp, rất thích hợp cho những vùng sâu,vùng xa

 Giá đầu tư ban đầu cao


Hiệu suất các pin quang điện còn thấp ( 15% )



Vấn đề lưu trữ năng lượng ( ~ 30% giá thành )

 Vấn đề phát sinh rác thải từ những ắc quy hỏng
 Khó cạnh tranh về kinh tế ( giá tiền /kWh)
 Phụ thuộc khí hậu, thời tiết, …

25/05/20

19


2. Cấu trúc của mặt trời
 Mặt trời là khối khí nóng khổng lồ với d=1,39.10 6km, cách
Trái đất 150 106km và có khối lượng khoảng 2.10 30kg,
nhiệt độ bề mặt của nó khoảng 6.000K,ở trung tâm
khoảng 15,6.106K
 Mặt trời được xem là lò phản ứng nhiệt hạch rất lớn, hoạt
động liên tục và truyền bức xạ năng lượng vào trong vũ
trụ nên khối lượng của mặt trời sẽ giảm dần
 Chu kỳ MT tự quay quanh trục của nó khoảng 27-30 ngày

25/05/20


20


2. Cấu trúc của mặt trời

25/05/20

21


2. Cấu trúc của mặt trời

1. Lõi
2. Vùng bức xạ
3. Vùng đối lưu
4. Quang quyển
5. Sắc quyển
6. Vành nhật hoa
7. Vết đen
8. Hạt quang quyển
9. Vòng plasma

25/05/20

22


2. Cấu trúc của mặt trời
 Lõi MT: có 0-0,23R, chứa 40% khối lượng MT, nhiệt độ TB 15,6
triệu độ và 90%năng lượng được sinh ra từ đây

 Vùng bức xạ: có 0,23R-0,7R bức xạ nhiệt và truyền nhiệt từ
phần lõi ra bên ngoài, nhiệt độ giảm dần (khoảng 130 nghìn độ)
 Vùng đối lưu: có bán kính từ 0,7R-1R, nhiệt độ khoảng 5000K
 Vùng quang quyển: tính ion hóa mạnh, có thể hấp thụ và phát
ra liên tục các tia bức xạ, đây là nguồn gốc của mọi bức xạ MT
 Các phần bên trên quang quyển gọi là khí quyển Mặt Trời, có
thể được quan sát nhật thực, nguyệt thực bằng các dụng cụ
quang học
 Vùng quang tán: là phần ngoài cùng của mặt trời gồm các khí
loãng, mật độ khí thấp, nhiệt độ khoảng 106K.


3.Quan hệ mặt trời và trái đất
a. Góc nhìn của trái đất đối với mặt trời

Do trái đất rất xa mặt trời nên góc nhìn của trái đất đối với mặt trời chỉ 32 ’ ,vì
vậy có thể xem các tia bức xạ của mặt trời chiếu lên trái đất là song song


3.Quan hệ mặt trời và trái đất
b. Góc lệch  giữa trục trái đất và mặt phẳng hoàng đạo
Là góc lệch giữa trục trái đất với mặt phẳng hoàng đạo (thay đổi theo từng
ngày trong năm). Góc lệch được xác định theo công thức Cooper như sau:
+ n: số thứ tự ngày trong năm
tính từ ngày 1/1
+>0 trục lệch về hướng bắc
ứng với ngày 21/3-21/9
+<0 trục lệch về hướng
hướng nam, từ 21/9-21/3
+ Các ngày đặc biệt có = 0,

trục quay TĐ vuông góc với
mặt phẳng hoàng đạo:
21/3: ngày xuân phân 21/6:
ngày hạ chí
21/9; ngày thu phân 21/12:
ngày đông chí