BÁO cáo về NĂNG LƯỢNG mặt TRỜI và NĂNG LƯỢNG GIÓ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH
KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG



BÀI CÁO CÁO VỀ
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ
NĂNG LƯỢNG GIÓ


NHÓM 1
Nguyễn Đình Khoa
Nguyễn Hoàng Diệu Ngân
Nguyễn Văn Đạt
Nguyễn Hoàng Việt
Lê Thái Nguyên
Lê Hoàng Nhân
GVHD: ThS. Đặng Quốc Dũng





Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 11 năm 2013
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Mục lục
1. Giới thiệu
2. Lịch sử
3. Phân loại
4. Nguyên lý hoạt động

5. Ứng dụng

1.GIỚI THIỆU
Đây là một dạng năng lượng mà mặt trời cung cấp cho chúng ta từ ngàn xưa. Nhờ ánh
sáng của mặt trời mà chúng ta có thể nhìn thấy vạn vật cũng như nhờ sức nóng mà
con người bao đời qua có thể phơi khô quần áo, phơi lúa, trồng cây….Cho đến gần
đây, sức nóng mặt trời được chú trọng trong việc ứng dụng vào việc chuyển hóa sang
nhiệt năng, điện năng phục vụ nhu cầu của cuộc sống. Sức nóng của ánh nắng mặt trời
được tập trung lại bằng những thiết bị đặc biệt để đun nóng nước sử dụng trong gia
đình hay tạo ra hơi nước để sản xuất điện


Đối mặt với sự gia tăng chi phí sử dụng năng lượng trong những năm gần đây, cộng
với việc chống lại sự biến đổi khí hậu có xu hướng ngày càng xấu đi, nhiều nhà tổ chức
cũng như người tiêu thụ đã và đang tìm kiếm các nguồn năng lượng khác rẻ hơn,
“xanh” hơn để thay thế. Mặt trời là một trong những nguồn năng lượng có sẵn, gần như
vô tận. Chỉ với việc tận dụng và khai thác hợp lý sức mạnh to lớn đó, việc giải quyết các
vấn đề về năng lượng sẽ trở nên dễ dàng hơn rất nhiều.




Lợi ích
Năng lượng của Mặt trời là miễn phí và trái đất hấp thụ một lượng lớn bức xạ mặt trời
mỗi ngày. Giúp bạn tiết kiệm tiền
Khi công nghệ đã phát triển trong những năm gần đây, đã có một sự gia tăng ổn định
trong sử dụng các nguồn năng lượng thay thế và tái tạo, như năng lượng mặt trời.
Tấm năng lượng mặt trời đòi hỏi ít hoặc không có bảo dưỡng , sử dụng đc hầu hết
trên các mái nhà
Năng lượng mặt trời năng lượng sạch, tái tạo và bền vững và năng lượng tạo ra từ tia

sáng của mặt trời không sản xuất các sản phẩm và như vậy nó không góp phần gây ô
nhiễm

Nhược điểm
Đòi hỏi đầu tư lớn.Các chi phí ban đầu là bất lợi chính của việc cài đặt một hệ thống
năng lượng mặt trời
Hiệu quả của các hệ thống năng lượng mặt trời có thể giảm do các yếu tố môi
trường, những thứ như ô nhiễm, khói mù, mây và mưa có thể có tác động rất tiêu cực
đến lượng năng lượng một hệ thống năng lượng mặt trời sẽ sản xuất
Nhược điểm cuối cùng để năng lượng mặt trời là năng lượng mà chỉ có thể được tạo
ra trong ngày khi mặt trời hiện nay.
2.LỊCH SỬ












Nói về lịch sử phát triển năng lượng quang điện.Bắt đầu vào năm 1838,
Edmond Becquerel, nhà vật lý người Pháp, được ghi nhận là người đầu tiên có những
ý tưởng và ghi chép chính thống về một phương pháp “thần diệu” giúp chuyển biến ánh
sáng thành năng lượng.

Alexandre-Edmond Becquerel (1820 –1891)

Giai đoạn 1860-1881
Phải hơn 2 thập kỷ sau, những ý tưởng của Becquerel mới lại được người ta
nhắc đến. Nhận được tài trợ từ chính phủ Pháp, ông thành công trong việc tạo ra một
thiết bị giúp chuyển hóa năng lượng mặt trời thành năng lượng hơi nước và từ đó cho
ra đời chiếc máy hơi nước chạy bằng năng lượng mặt trời đầu tiên.
Không dừng tại đây, nhà phát minh này sau đó đã sử dụng động cơ hơi nước
của mình để lắp cho một chiếc tủ làm lạnh
Đáng tiếc là những nghiên cứu của Auguste Mouchout chỉ dừng lại tại đây.
Nước Pháp ít lâu sau ký được một số thỏa thuận với Anh trong việc cung cấp lâu dài
nguồn năng lượng than đá giá rẻ. Phát minh của Auguste trong việc tìm ra nguồn năng
lượng thay thế đã không còn là ưu tiên của chính phủ Pháp. Không nhận được nguồn
kinh phí tài trợ cần thiết cho việc nghiên cứu, Auguste Mouchout sau đó đã sớm phải từ
bỏ giấc mơ về một nguồn năng lượng mới vô tận của mình.

Augustin Mouchot (1825 - 1911) và phát minh máy hơi nước chạy bằng năng lượng mặt trời đầu tiên

Năm 1873: Willoughby Smith, một nhà khoa học người Anh tình cờ phát hiện ra vật
liệu chế tạo pin năng lượng mặt trời.
Giai đoạn 1876-1878
Vào năm 1876, William Grylls Adams FRS cùng với một sinh viên của mình,
Richard Evans Day, phát hiện ra rằng khi Selenium được tiếp xúc với ánh sáng, nó tạo
ra điện.
Ông đã có một mẫu thiết kế thú vị sử dụng gương để tạo ra nguồn năng lượng
mặt trời tương đương với một động cơ 2.5 mã lực. Mẫu thiết kế của ông được coi là
bước tiến bộ vượt bậc và vẫn còn được ứng dụng cho tới tận ngày nay.

William Grylls Adams FRS (1836 – 1915)
Năm 1883
Charles Fritz là nhà khoa học đầu tiên thành công trong việc chuyển hóa năng
lượng mặt trời thành năng lượng điện. Mẫu thiết kế pin mặt trời của ông tuy có mức

chuyển hóa không cao, chỉ từ 1-2%, tuy nhiên vẫn được cộng đồng khoa học quốc tế
đánh giá là cột mốc quan trọng trong lịch sử phát triển và ứng dụng năng lượng mặt
trời của nhân loại.

Năm 1888
John Ericsson, một người Mỹ nhập cư đã viết ra những nhận định như sau:
“Sau hơn 2000 năm sinh sống và tồn tại trên trái đất, nhân loại sẽ sớm sử dụng hết
những nguồn năng lượng hóa thạch của mình. Con cháu chúng ta sẽ phải đối mặt với
tình trạng thiếu thốn năng lượng trầm trọng trong thế kỷ mới. Viễn cảnh đen tối này sẽ
trở thành hiện thực trừ khi chúng ta tìm ra cách chế ngự và khai thác năng lượng mặt
trời…”
Năm 1953, Calvin Fuller , Gerald Pearson , và Daryl Chapin , phát hiện ra các tế bào
năng lượng mặt trời Silicon. Các tế bào này thực sự sản xuất đủ điện và hiệu quả để
chạy các thiết bị điện nhỏ . The New York Times nói rằng phát hiện này là "sự khởi đầu
của một kỷ nguyên mới, đi đầu trong việc khai thác năng lượng gần như vô hạn của
mặt trời đối với việc sử dụng của nền văn minh".







Năm 1956
Lần đầu tiên các tế bào năng lượng mặt trời được đem ra thị trường. Chi phí quá
đắt đỏ đã vượt xa nhu cầu sử dụng trong xã hội. Tuy nhiên, nó đánh dấu cho chúng ta
thấy các tế bào năng lượng mặt trời đầu tiên được sử dụng trong các mặt hàng tiêu
dùng như đồ chơi, radio.

Giai đoạn từ năm 1970 đến năm 1990
Việc sử dụng các tế bào năng lượng mặt trời đã bắt đầu xuất hiện trên các cửa
xe lửa , ở những khu vực xa trạm điện, hay việc Australia sử dụng các tế bào năng
lượng mặt trời trong tháp phát sóng để mở rộng khả năng viễn thông
Ngày nay,chúng ta có thể thấy ứng dụng của tế bào năng lượng mặt trời đã trở nên
phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới. Bạn có thể thấy chiếc xe năng lượng mặt trời, thậm
chí còn có một chiếc máy bay năng lượng mặt trời đã bay cao hơn so với bất kỳ máy
bay khác. Chi phí sử dụng cũng nằm trong ngân sách của tất cả mọi người. Điều này
chứng minh rằng năng lượng mặt trời chưa bao giờ mất đi sự hấp dẫn của nó. Thị
trường quốc tế đã mở ra và các nhà sản xuất năng lượng mặt trời hiện đang đóng một
vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp mới, một ngành công nghiệp xanh.

3.Phân loại
3.1 Nhiệt mặt trời Công nghệ nhiệt mặt trời có thể được sử dụng cho đun nước
nóng, sưởi ấm không gian, làm mát không gian và quá trình sinh nhiệt

Nước nóng

Hệ thống sưởi ấm, làm mát và thông gió

Xử lý nước

Nấu ăn

Nhiệt quy trình

Bếp mặt trời cho nông thôn Máy nước nóng

3.2 Điện mặt trời Điện mặt trời là việc chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện, hoặc
trực tiếp bằng cách sử dụng quang điện (PV), hoặc gián tiếp bằng cách sử dụng điện

mặt trời tập trung (CSP).

Điện mặt trời tập trung
Pin quang điện


3.3 Hóa học năng lượng mặt trời Quá trình hóa học năng lượng mặt trời sử dụng
năng lượng mặt trời để dẫn dắt phản ứng hóa học
Các quá trình này đã bù đắp năng lượng mà nếu không sẽ phải đến từ nguồn nhiên
liệu hóa thạch và cũng có thể chuyển đổi năng lượng mặt trời thành nhiên liệu thỏa
mãn điều kiện lưu trữ và vận chuyển. Năng lượng mặt trời gây ra các phản ứng hóa
học có thể được chia thành nhiệt hóa hoặc quang hóa

Công nghệ sản xuất Hydrogen là một khu vực quan trọng của nghiên cứu hóa học
năng lượng mặt trời từ những năm 1970
Một thiết bị quang điện hóa là một loại pin, trong đó các dung dịch tế bào tạo ra các
sản phẩm hóa học trung gian giàu năng lượng khi được chiếu sáng. Những sản phẩm
này có khả năng có thể được lưu trữ và sau đó phản ứng tại điện cực để tạo ra một
điện thế. Tế bào hóa học ferric-thionine là một ví dụ của công nghệ này
3.4 Các phương tiện năng lượng mặt trời
Phát triển của một chiếc xe sử dụng năng lượng mặt trời đã được một mục tiêu kỹ
thuật từ những năm 1980

Năm 1975, thuyền năng lượng mặt trời thực tế đầu tiên được xây dựng ở Anh

Năm 1974, các máy bay không người lái AstroFlight Sunrise thực hiện chuyến bay
năng lượng mặt trời đầu tiên.
Một bóng bay năng lượng mặt trời là một quả bóng màu đen được làm đầy với không
khí thông thường. Khi ánh sáng mặt trời tỏa sáng trên khinh khí cầu, không khí bên
trong được làm nóng và giãn nở gây lực nổi lên, giống như bóng không khí nóng được

làm nóng nhân tạo
Các buồm năng lượng mặt trời là một hình thức được đề xuất của động cơ đẩy tàu vũ
trụ sử dụng gương màng lớn để khai thác áp suất bức xạ từ mặt trời. Không giống như
tên lửa, cánh buồm năng lượng mặt trời không cần nhiên liệu

4.Nguyên lý hoạt động
4.1 Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời
Mặt trời cung cấp một nguồn năng lượng dồi dào không cạn kiệt và không sản sinh ra
khí thải carbon dioxide. Do đó, việc phát triển ngành công nghệ năng lượng mặt trời
đang được rất nhiều nhà khoa học quan tâm. Vậy pin năng lượng mặt trời là gì? hoạt
động như thế nào?
Pin năng lượng mặt trời (pin mặt trời/pin quang điện) là thiết bị giúp chuyển hóa trực
tiếp năng lượng ánh sáng mặt trời (quang năng) thành năng lượng điện (điện năng)
dựa trên hiệu ứng quang điện. Hiệu ứng quang điện là khả năng phát ra điện tử
(electron) khi được ánh sáng chiếu vào của vật chất.
Silicon được biết đến là một chất bán dẫn. “Chất bán dẫn là vật liệu trung gian giữa
chất dẫn điện và chất cách điện. Chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở
nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng”. Với tính chất như vậy, silicon là
một thành phần quan trọng trong cấu tạo của pin năng lượng mặt trời.

Ánh sáng mặt trời bao gồm các hạt rất nhỏ gọi là photon được tỏa ra từ mặt trời. Khi va
chạm với các nguyên tử silicon của pin năng lượng mặt trời, những hạt photon truyền
năng lượng của chúng tới các electron rời rạc, kích thích làm cho electron đang liên kết
với nguyên tử bị bật ra khỏi nguyên tử, đồng thời ở nguyên tử xuất hiện chỗ trống vì
thiếu electron.
Tuy nhiên giải phóng các electron chỉ mới là một nửa công việc của pin năng lượng mặt
trời, sau đó nó cần phải dồn các electron rải rác này vào một dòng điện. Điều này liên
quan đến việc tạo ra một sự mất cân bằng điện trong pin mặt trời, có tác dụng giống
như xây một con dốc để các electron chảy theo cùng một hướng.
Sự mất cân bằng này có thể được tạo ra bởi tổ chức bên trong của silicon. Nguyên tử

silicon được sắp xếp cùng nhau trong một cấu trúc ràng buộc chặt chẽ. Bằng cách ép
một số lượng nhỏ các nguyên tố khác vào cấu trúc này, sẽ có hai loại silicon khác nhau
được tạo ra: loại n và loại p. Chất bán dẫn loại n (bán dẫn âm – Negative) có tạp chất là
các nguyên tố thuộc nhóm V, các nguyên tử này dùng 4 electron tạo liên kết và một
electron lớp ngoài liên kết lỏng lẻo với nhân, đấy chính là các electron dẫn chính. Chất
bán dẫn loại p (bán dẫn dương – Positive) có tạp chất là các nguyên tố thuộc nhóm III,
dẫn điện chủ yếu bằng các lỗ trống.
Khi hai loại bán dẫn này được đặt cạnh nhau trong một pin năng lượng mặt trời,
electron dẫn chính của loại n sẽ nhảy qua để lấp đầy những khoảng trống của loại p.
Điều này có nghĩa là silicon loại n tích điện dương và silicon loại p được tích điện âm,
tạo ra một điện trường trên pin mặt trời. Vì silicon là một chất bán dẫn nên có thể hoạt
động như một chất cách điện và duy trì sự mất cân bằng này.
Khi làm cho electron đang liên kết với nguyên tử bị bật ra khỏi nguyên tử silicon, photon
trong ánh sáng mặt trời đưa các electron này vào một trật tự nhất định, cung cấp dòng
điện cho máy tính, vệ tinh và tất cả các thiết bị ở giữa.

4.2 Nguyên lý hoạt động của máy nước nóng
* Cấu tạo gồm :
- Bình bảo ôn 3 lớp :
+ Inox SUS 304 cao cấp, siêu bền .
+ Cách nhiệt bằng hợp chất bảo ôn phức hợp .
+ Hệ số dẫn nhiệt < 0,017 kw/mk.
+ Khả năng chịu nhiệt 160 độ
+ Duy trì độ nóng của nước trong thời gian dài.
- Ống hấp thụ nhiệt chân không: Cấu tạo hai lớp chịu va đập cao, ở giữa là chân không.
Bề mặt thân ống bên trong tráng màng kim loại đặc biệt gồm 3 lớp :
+ Lớp chống tản nhiệt có hệ số < 0,06 %.
+ Lớp hấp thụ nhiệt có hệ số > 93 %.
+ Lớp truyền dẫn nhiệt hấp thụ làm nóng nước bên trong.

Sau đây là nguyên lý hoạt động của Nguyên lý hoạt động của Máy nước nóng năng
lượng mặt trời
* Nguyên lý hoạt động
Hệ thống hoạt động theo nguyên lý đối lưu nhiệt tự nhiên và hiện tượng hiệu ứng lồng
kính, giúp biến đổi quang năng thành nhiệt năng và bẫy nhiệt lượng này. Năng lượng
mặt trời được hấp thụ tại bề mặt thiết bị sẽ bị đun nóng nước, do quá trình đối lưu
nhiệt, nước tại bình bảo ôn sẽ tăng lên, quá trình này diễn ra liên tục cho đến khi nhiệt
độ trong bình bằng nhiệt độ của nước tại thiết bị hấp thụ.
Việc tạo ra nước nóng không phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường bên ngoài mà phụ
thuộc vào khả năng hấp thụ nhiệt của thiết bị năng lượng với các tia bức xạ ánh nắng
mặt trời.



4.3 Nguyên lý hoạt động của máy phát điện năng lượng mặt trời
A. MÁY PHÁT ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI


MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỘC LẬP




Trong đó:
A : Tấm thu năng lượng mặt trời
B: Bộ sạc
C: Ắc-quy
D: Inverter
E: Hộp đấu nối điện

F: Tải

Hệ thống hoạt động như sau: khi có nắng điện DC từ tấm thu năng lượng mặt trời (A)
qua hộp đấu nối điện (E) đến bộ sạc (B) và sạc cho ắc quy (C). Đồng thời khi có tải,
điện từ hệ ắc-quy 12V DC (24V DC hoặc 48V DC) sẽ được chuyển đổi qua bộ Inverter
(D) thành điện 220V 50Hz AC để cấp cho tải (F).

- Ưu điểm: không cần điện lưới nên phù hợp sử dụng ở những nơi chưa có điện
lưới.

- Nhược điểm: giá đầu tư cao
Chi phí đầu tư cho hệ thống: VNĐ 18,000/ 1W điện/ 1 ngày.








MÁY PHÁT ĐIỆN NỐI LƯỚI



Trong đó:
A : Tấm thu năng lượng mặt trời
B: Inverter
C: Đồng hồ điện bán cho lưới
D: Hộp đấu nối điện
E: Lưới điện

F: Đồng hồ điện mua từ lưới
G: Tải
Hệ thống hoạt động như sau: khi có điện lưới, nguồn điện từ tấm thu năng lượng mặt
trời được phát trực tiếp lên lưới nhờ Grid inverter (B) và qua đồng hồ bán điện cho lưới
(C). Đồng thời Tải (G) được cấp điện từ lưới (E) qua đồng hồ điện (F). Tiền điện được
tính bằng hiệu số giữa đồng hồ C và F.

- Ưu điểm: giá đầu tư hợp lý.
Chi phí đầu tư cho hệ thống: VNĐ 12,000/ 1W điện/ 1 ngày.

- Nhược điểm: phải có điện lưới.


máy năng lượng mặt trời,hệ thống pin t trời,máy phát điện luong mat troi,may










phat dien dung nang luong mat troi,pi

HỆ THỐNGĐẤU LƯỚI CÓ DỰ PHÒNG

Khi sử dụng hệ thống đấu trực tiếp vào lưới quốc gia, có một vấn đề không mong muốn
là khi điện lưới cúp thì hệ thống cũng không hoạt động.

Nhằm đáp ứng nhu cầu cấp điện liên tục, chúng tôi đưa ra giải pháp hoàn tòan tự động
chuyển đổi nguồn điện, đảm bảo gia đình luôn có điện.

Sơ đồ hệ thống như sau:



Trong đó:
A : Tấm thu năng lượng mặt trời
B: Grid inverter
C: Bộ chuyển đổi nguồn
D: Đồng hồ bánđiện
E: Đồng mua hồ điện
F: Sine inveter
G: Tải quan trọng
H: Tải không quan trọng.

Hệ thống hoạt động như sau: khi có điện lưới, nguồn điện từ tấm thu năng lượng mặt
trời được phát trực tiếp lên lưới nhờ Grid inverter (B) và qua đồng hồ bán điện cho lưới
(D). Song song đó, tất cả các tải (G) và (H) được lưới cấp trực tiếp thông qua đồng hồ
mua điện (E). Lúc này battery được sạc đầy thông qua sine inverter (F).
Khi lưới mất điện, sine inverter chuyển trạng thái từ sạc sang chuyển đổi DC/AC cấp
nguồn cho tải quan trọng (G).
Với hệ thống này thì lượng battery backup sẽ không nhiều chỉ đủ để hoạt động trong
thời gian ngắn cho những tải quan trọng.

- Ưu điểm: giá đầu tư hợp lý.
Chi phí đầu tư cho hệ thống: VNĐ 12,000/ 1W điện/ 1 ngày + chi phí máy phát điện dự
phòng như bên dưới.

- Nhược điểm: phải có điện lưới.


B. MÁY PHÁT ĐIỆN DỰ PHÒNG



Hệ thống hoạt động như sau: khi có điện, hệ ắc-quy sẽ được sạc đầy thông qua bộ
sạc. Khi cúp điện, bộ switch sẽ chuyển nguồn cấp qua nguồn từ ắc-quy, lúc này điện sẽ
từ hệ ắc-quy 12V DC (24V DC hoặc 48V DC) qua bộ inverter được chuyển thành điện
220V 50Hz AC để cấp cho những tải quan trọng (đã được chọn trước).

Ưu điểm: không ồn, giá đầu tư hợp lý.
Chi phí đầu tư cho hệ thống: VNĐ 5,000/ 1W điện.

Nhược điểm: chỉ nên sử dụng những tải quan trọng.











5.Ứng dụng

Bếp năng lượng mặt trời tại Đức.

Hệ thống điện bằng năng lượng mặt trời có thể làm mái che
chống nắng, cung cấp điện cho chiếu sáng thông tin liên lạc,
máy tính trong trường hợp mất điện.







Hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời lắp đặt trên nhiều tòa nhà.

Dùng cho khu du lịch.

Hệ thống đèn chiếu sáng đường bộ sử dụng bóng
compact tiết kiệm điện và được thiết kế mang tính
thẩm mỹ cao.

Ở bãi biển

Công viên ở Hàn Quốc.

Thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời trên dàn khoan ngoài
biển.