Báo cáo đề tài thuyền năng lượng mặt trời

Trường Đại học Bách Khoa TpHCM
Khoa Kỹ Thuật Giao Thông



















BÁO CÁO ĐỀ TÀI
THUYỀN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Nhóm 10:
- Võ Đinh Trung
- Đinh Tuấn Sơn
- Nguyễn Xuân Thế
Mục lục
1.Năng lượng mặt trời 3
1.1 Giới thiệu về năng lượng mặt trời 3

1.2 Cấu tạo pin quang điện 5
1.3 Chuyển hóa năng lượng mặt trời thành điện sinh hoạt 6
1.4 Ứng dụng năng lượng mặt trời vào các phương tiện giao thông 7
2. Quá trình phát triển 8
3. Cấu tạo thuyền năng lượng mặt trời 11
3.1 Cấu tạo chung của các loại thuyền năng lượng mặt trời 11
3.2 Các mẫu thuyền năng lượng mặt trời nổi tiếng 13
3.2.1 Planet Solar 13
3.2.2 Sun 21 14
3.3 So sánh thuyển năng lượng mặt trời và thuyền truyền thống: 15
4. Khả năng ứng dụng tại Việt Nam 16
5. Các tài liệu tham khảo 19


1.Năng lượng mặt trời
1.1 Giới thiệu về năng lượng mặt trời

Khoảng một nửa số năng lượng mặt trời đến được bề mặt trái đất.
Trái đất nhận được 174 petawatts (PW = 1015W) của bức xạ mặt trời (sự
tiếp nắng) tại tầng cao khí quyển. Khoảng 30% phản xạ trở lại vào không gian,
trong khi phần còn lại được hấp thụ bởi đám mây, đại dương và các vùng đất.
Quang phổ của ánh sáng mặt trời ở bề mặt của Trái đất chủ yếu truyền qua các
tia có thể nhìn thấy, sóng ngắn hồng ngoại va một phần nhỏ các sóng ngắn tia
cực tím.

Bề mặt trái đất, đại dương và khí quyển hấp thụ bức xạ mặt trời, và điều
này làm tăng nhiệt độ của chúng. Hơi nước bốc hơi từ các đại dương tăng lên, là
nguyên nhân đối lưu tuần hòan của khí quyển. Khi không khí bốc lên cao, nơi mà
nhiệt độ thấp, hơi nước ngưng tụ thành mây rồi mưa trên bề mặt trái đất, hoàn
thành chu trình nước. Các nhiệt ẩn của sự ngưng tụ nước đối lưu khuếch đại,
tạo ra các hiện tượng khí quyển như gió, lốc xoáy và chống lốc xoáy. Ánh sáng
mặt trời bị hấp thụ bởi các đại dương và các vùng đất giữ nhiệt độ trung bình
trên bề mặt trái đất khỏang 14°C. Bởi quang hợp, cây xanh chuyển đổi năng
lượng mặt trời thành năng lượng hóa học, thành phần trong thực phẩm, gỗ và
sinh khối, từ đó có nguồn gốc nhiên liệu hóa thạch.


Tổng số năng lượng mặt trời hấp thụ mỗi năm bởi bầu khí quyển, đại
dương và các vùng đất là khoảng 3.850.000 exajoules (EJ = 1018J), số liệu trong
năm 2002. Mức năng lượng mặt trời tỏa xuống trái đất trong 1 giờ nhiều hơn
năng lượng thế giới sử dụng trong một năm. Năng lượng mặt trời đến bề mặt
của trái đất lớn gấp đôi so với tổng tất cả nguồn năng lượng hóa thạch của trái
đất như: than, dầu, khí đốt tự nhiên, và uranium được khai thác.

Từ bảng các nguồn tài nguyên có thể thấy rằng, năng lượng mặt trời, gió
hay sinh khối sẽ đủ để cung cấp tất cả các nhu cầu năng lượng của chúng ta.
Tuy nhiên, tăng sử dụng năng lượng sinh khối đã có một tác động tiêu cực về sự
nóng lên toàn cầu và tăng đáng kể giá lương thực vì phải chuyển rừng và cây

trồng vào sản xuất nhiên liệu sinh học. Nhưng tăng sử dụng nguồn năng lượng
mặt trời và gió thì sẽ tốt hơn.

Năng lượng mặt trời có thể được khai thác ở mức độ khác nhau trên thế
giới, tùy thuộc vào vị trí địa lý, gần với đường xích đạo hơn "tiềm năng" năng
lượng mặt trời hiệu quả hơn.

Bảng so sánh các loại năng lượng phổ biến mà con người dùng trong 1 năm
1.2 Cấu tạo pin quang điện

Pin năng lượng mặt trời (hay pin quang điện, tế bào quang điện) (10-3-2007)


Một tế bào quang điện Là
thiết bị bán dẫn chứa lượng lớn các
diod p-n, duới sự hiện diện của ánh
sáng mặt trời có khả năng tạo ra
dòng điện sử dụng được. Sự chuyển
đổi này gọi là hiệu ứng quang điện.
Các pin năng lượng mặt trời
có nhiều ứng dụng. Chúng đặc biệt
thích hợp cho các vùng mà điện
năng trong mạng lưới chưa vươn
tới, các vệ tinh quay xung quanh quỹ đạo trái đất, máy tính cầm tay, các máy
điện thoại cầm tay từ xa, thiết bị bơm nước Pin năng lượng mặt trời (tạo thành
các module hay các tấm năng lượng mặt trời) xuất hiện trên nóc các tòa nhà nơi
chúng có thể kết nối với bộ chuyển đổi của mạng lưới điện.
Hiệu ứng quang điện được phát hiện đầu tiên năm 1839 bởi nhà vật lý
Pháp Alexandre Edmond Becquerel. Tuy nhiên cho đến 1883 một pin năng
lượng mới được tạo thành, bởi Charles Fritts, ông phủ lên mạch bán dẫn selen

một lớp cực mỏng vàng để tạo nên mạch nối. Thiết bị chỉ có hiệu suất 1%,
Russell Ohl xem là người tạo ra pin năng lượng mặt trời đầu tiên năm 1946.
Sven Ason Berglund đã có phương pháp liên quan đến việc tăng khả năng cảm
nhận ánh sáng của pin.
Khi một photon chạm vào mảnh silic, một trong hai điều sau sẽ xảy ra:
1. Photon truyền trực xuyên qua mảnh silic. Điều này thường xảy ra khi năng
lượng của photon thấp hơn năng lượng đủ để đưa các hạt electron lên mức
năng lượng cao hơn.
2. Năng lượng của photon được hấp thụ bởi silic. Điều này thường xảy ra khi
năng lượng của photon lớn hơn năng lượng để đưa electron lên mức năng
lượng cao hơn.

Khi photon được hấp thụ, năng lượng của nó được truyền đến các hạt
electron trong màng tinh thể. Thông thường các electron này lớp ngoài cùng, và
thường được kết dính với các nguyên tử lân cận vì thế không thể di chuyển xa.
Khi electron được kích thích, trở thành dẫn điện, khi đó các electron này có thể
tự do di chuyển trong bán dẫn. Khi đó nguyên tử sẽ thiếu 1 electron và đó gọi là
"lỗ trống". Lỗ trống này tạo điều kiện cho các electron của nguyên tử bên cạnh di
chuyển đến điền vào "lỗ trống", và điều này tạo ra lỗ trống cho nguyên tử lân cận
có "lỗ trống". Cứ tiếp tục như vậy "lỗ trống" di chuyển xuyên suốt mạch bán dẫn.
Một photon chỉ cần có năng lượng lớn hơn năng luợng đủ để kích thích
electron lớp ngoài cùng dẫn điện. Tuy nhiên, tần số của mặt trời thường tương
đương 6000°K, vì thế nên phần lớn năng lượng mặt trời đều được hấp thụ bởi
silic. Tuy nhiên hầu hết năng lượng mặt trời chuyển đổi thành năng lượng nhiệt
nhiều hơn là năng lượng điện sử dụng được.


1.3 Chuyển hóa năng lượng mặt trời thành điện sinh hoạt
Quang năng được hấp thụ bởi các tấm pin mặt trời, tạo ra hiệu điện DC
giữa các bản cực. Pin mặt trời được nối thẳng vào bộ phận điều khiển nạp điện

(Charge Controller). Sau đó được nạp vào Pin hoặc Acquy. Dòng 1 chiều sẽ đi
qua bộ đổi điện DC sang AC (Inverter), điều chỉnh Inverter để tạo ra 1 hiệu điện
thế AC phù hợp với điện sinh hoạt.





Quá trình chuyển hóa năng lượng mặt trời thành điện sinh hoạt
1.4 Ứng dụng năng lượng mặt trời vào các phương tiện giao thông

Siemens Sunchaser – Mẫu xe
năng lượng Mặt Trời kiểu dáng siêu
“lạ” của nhóm sinh viên AUS
(American University of Sharjah -
Trường đại học Mỹ Sharjah)
Chiếc xe là quá trình hợp tác của sinh
viên cùng hãng Siemens. Tốc độ tối đa
của xe là 100km/h, xe có 1.5 mã lực



Các kĩ sư tại khu công nghệ
cao TpHCM cũng đã sản xuất thành
công chiếc xe sử dụng năng lượng
mặt trời, hiện chưa có nhiều thông
tin về chiếc xe này

Solar Impulse - máy bay năng lượng mặt trời đầu tiên trên thế giới của
Thụy Sĩ - ngày 25/5/20 đã hạ cánh
an toàn xuống Madrid (Tây Ban
Nha), hoàn thành chặng đầu tiên
trong chuyến bay xuyên lục địa của
mình. Nó cũng đã bay trên bầu trời
Thụy Sĩ liên tục trong 26 giờ 10
phút 19 giây, đồng thời lập kỷ lục
về độ cao khi bay ở độ cao
9.235m.

Xe năng lượng mặt trời của Việt Nam


Tûranor Planet Solar
hiện là chiếc tàu thủy chạy bằng
năng lượng Mặt trời lớn nhất thế
giới. Tàu Tûranor PlanetSolar, trị
giá hơn 12,5 triệu euro, được lắp
đặt hơn 500 m2 các tấm pin Mặt
trời để cung cấp năng lượng
điện cho hai động cơ. Tốc độ tối
đa của chiếc tàu thủy này
khoảng 26 km/h. Sức chứa của
Tûranor PlanetSolar là 40 hành
khách.

2. Quá trình phát triển
Năm 1975, thuyền năng lượng mặt trời thực tế đầu tiên được xây dựng ở
Anh. Năm 1995, tàu thuyền chở khách kết hợp các tấm PV bắt đầu xuất hiện và
được sử dụng rộng rãi.
Năm 1996, Kenichi Horie thực hiện chuyến vượt biển năng lượng mặt trời
đầu tiên qua Thái Bình Dương.








Kenichi Horie, người Nhật Bản, vượt Thái Bình Dương trong148 ngày
Chiếc thuyền "sun21" thực hiện chuyến vượt biển năng lượng mặt trời
đầu tiên qua Đại Tây Dương trong mùa đông 2006-2007. Có các kế hoạch đi
vòng quanh thế giới trong năm 2010


Chiếc thuyền này dài khoảng 14 m và m 6,6 rộng.Các nhà bếp được đặt
trong một vỏ tàu và lắp đặt vệ sinh khác. Một sân có mái che lớn với các mô-đun
quang điện đã được cài đặt giữa các thân tàu. Chiếc thuyền này được trang bị
mô-đun năng lượng mặt trời, pin và động cơ cho phép tốc độ không đổi mức 5-6
hải lý (10-12 km /h) 24 giờ một ngày, tương đương với tốc độ trung bình của du
thuyền buồm.

Con tàu năng lượng mặt trời lớn nhất cho đến nay là RA82 Alster Sonne.
Con tàu dài 27m, nặng 40 tấn,có 100 chỗ cho hành khách ngồi, chi phí 1,3 triệu$.

RA82 Alster Sonne (Hình ảnh bởi Bernd Kammerer Kopf Thiết kế cung cấp)

Mục tiêu đối với loại tàu thủy chạy bằng năng lượng mặt trời đầu tiên chỉ
là giảm tiêu thụ nhiên liệu. Tuy nhiên chiếc tàu thủy – solar đầu tiên này vẫn tiêu
thụ khá nhiều dầu diesel. Chỉ một phần nhỏ năng lượng được tạo ra từ năng
lượng mặt trời.Trải qua nhiều giai đoạn chiếc tàu thủy xanh này vẫn không
ngừng được cải tiến:

Auriga Leader

Chiếc tàu chở hàng đầu tiên của Nhật Bản Auriga Leader, chạy một phần
bằng năng lượng mặt trời vừa mới được đưa vào hoạt động ngày 19/12 vừa
qua. Con tàu dài này 200 mét, trọng tải 60.000 tấn, chuyên chở ô tô xuất khẩu
của Nhật bản tới các thị trường nhập khẩu ở nước ngoài. Mỗi chuyến tàu vận
chuyển 6.400 xe ô tô. Tế bào quang điện cung cấp một phần năng lượng cần
thiết cho con tàu này.

Khoản đầu tư cho hệ thống tế bào quang điện và lắp đặp trên con tàu này
là 150 triệu Yên. Trong điều kiện thuận lợi nhất hệ thống tế bào quang điện này
cũng chỉ có thể có thể đạt công xuất 40 kilowatt. Tuy nhiên do trọng tải con tàu
rất lớn nên lượng điện này cũng chỉ đáp ứng khoảng 0,2 phần trăm tổng nhu cầu
năng lượng của con tàu. Tuy nhiên nhà sản xuất Nippon Yusen K.K. cho hay còn
có nhiều khả năng để nâng cao công suất điện.

3. Cấu tạo thuyền năng lượng mặt trời
3.1 Cấu tạo chung của các loại thuyền năng lượng mặt trời
- Thuyền được thiết kế có lượng choán nước thấp, khí động học giúp
thuyền lướt nhanh trên









Thiết kế này trông khá giống 1 chiếc thủy phi cơ

- Lắp đặt rất nhiều tấm pin mặt trời giúp thuyền kéo dài thời gian hoạt động
trên biển lâu hơn










- Cấu tạo bằng các vật liệu nhẹ như hợp kim nhôm, điều này làm giảm tiêu
hao nhiên liệu











- Ngoài ra điểm chung của thuyền năng lượng mặt trời là cùng sử dụng
động cơ điện xoay chiều

Tận dụng tối đa tất cả các khoảng trống trên thuyền để lắp đặt pin mặt trời

Quá trình chế tạo thuyền Planet Solar
3.2 Các mẫu thuyền năng lượng mặt trời nổi tiếng
3.2.1 Planet Solar
Mẫu thuyền đầu tiên được nhắc đến và cũng là thuyền năng lượng mặt
trời mới nhất, thành công nhất trên thế giới đó là Planet Solar









Thông số kỹ thuật của tàu
- Nước sản xuất: Thủy Sỹ
- Ngày hạ thủy: 31/3/2010
- Chiều dài: 31m
- Chiều rộng: 15m (23m kể cả cánh)
- Trọng tải choán nước: 85 tấn
- Sức chứa tối đa: 40 người
- Diện tích các tấm pin mặt trời: 500m2
- Sử dụng 2 motor điện đồng bộ với công suất cực đại mỗi chiếc 60kW @
1600 rpm

Planet Solar đã hoàn thành hành trình đi vòng quanh thế giới để khuyến
khích việc sử dụng năng lượng sạch trên toàn cầu.
Tàu Tûranor PlanetSolar bắt đầu hành trình vòng quanh thế giới của mình
từ cảng Monaco vào ngày 27/9/2010. Chiếc tàu chạy bằng năng lượng Mặt trời
lớn nhất thế giới này đã dừng lại tại Miami, Cancun – trong dịp diễn ra Hội nghị

về khí hậu của LHQ – và đảo Galapagos ở Thái Bình Dương.
Tàu Tûranor PlanetSolar, trị giá hơn 12,5 triệu euro, được lắp đặt hơn 500
m2 các tấm pin Mặt trời để cung cấp năng lượng điện cho hai động cơ. Tốc độ
tối đa của chiếc tàu thủy này khoảng 26 km/h. Sức chứa của Tûranor
PlanetSolar là 40 hành khách.


3.2.2 Sun 21













Thông số kỹ thuât:
- Nước sản xuất: Thụy Sỹ
- Chiều dài: 14m
- Chiều rộng: 6,6m
- Diện tích các tấm pin mặt trời: 60m2
- Tốc độ trung bình: 12km/h

Chiếc thuyền Sun21 đóng tại Thụy Sĩ đã trở thành chiếc thuyền đầu tiên
trên thế giới chạy bằng năng lượng mặt trời vượt Đại Tây Dương. Đoàn thủy thủ

tám người đã điều khiển thuyền cập cảng Marin, đảo Martinique (Pháp) ngày 2-
2, sau 63 ngày lênh đênh trên Đại Tây Dương.











3.3 So sánh thuyển năng lượng mặt trời và thuyền truyền thống:


Thiết kế tổng thể của thuyền Sun 21
4. Khả năng ứng dụng tại Việt Nam
Thuyền năng lượng mặt trời là một phương tiện cao cấp, chi phí sản xuất
lớn, công suất hoạt động còn chưa cao, việc áp dụng thuyền để sử dụng cho các
hoạt động vận tải, đánh bắt thủy sản hay quân sự là điều không thể.
Như chúng ta đã biết Việt Nam có bờ biển kéo dài từ bắc tới nam, thềm
lục địa rộng lớn cùng vô số đảo nhỏ gần bờ, các vịnh đẹp. Đây chính là nguồn
thu du lịch cho nước nhà cao nhất. Thuyền năng lượng mặt trời sẽ tận dụng
được lợi thế này, đó chính là lý do chúng tôi cho rằng đây là lý do khả thi.
Cùng phân tích ưu thế của du lịch biển đảo tại Việt Nam
 Việt Nam có bờ biển dài với nhiều bãi tắm, khu du lịch nổi tiếng. Thay thế
các thuyền du lịch chạy bằng dầu diezel bằng thuyền năng lượng mặt trời
giúp bờ biển sạch hơn, bớt tiếng ồn, thân thiện môi trường.

Bãi biển Cửa Lò, Nghệ An
Bãi biển Nha Trang, Khánh Hòa
 Nhiều vịnh, nhiều đảo nhỏ gần bờ là lợi thế di chuyển quãng đường ngắn
của thuyền năng lượng mặt trời.

 Thời gian mặt trời chiếu sáng trong một ngày khá dài giúp thuyền năng
lượng mặt trời có đủ năng lượng để hoạt động






Vịnh Hạ Long được cho là nới lý tưởng áp dụng thuyền
năng lượng mặt trời
 Sức chứa của các mẫu thuyền năng lượng mặt trời hiện tại vào khoảng 10
- 20 người rất phù hợp để sắp xếp tour du lịch.
Qua phân tích ở trên rõ ràng chúng ta thấy rõ ưu điểm của thuyền năng
lượng mặt trời trong lĩnh vực du lịch tại Việt Nam nhưng vẫn còn một rào cản lớn
đó chính là giá thành mỗi chiếc thuyền. 1 chiếc Planet Solar có 12 triệu Euro
chính là vấn đề phải cân đo đong đếm trong để có thể thu hồi vốn và sinh lời
Chúng ta phải chờ thêm thời gian để các nhà kỹ sư có thể hoàn thiện các
mẫu thuyền, nâng cao hiệu suất và thời gian hoạt động để có thể đưa vào sử
dụng thực tiễn

5. Các tài liệu tham khảo
Trong quá trình làm bào tiểu luận nhóm có sử dụng các tư liệu từ trang từ
điển bách khoa mở wikipedia.org, các thông tin từ trang web
cùng các hình ảnh từ trên các trang báo mạng khác.
Chân thành cảm ơn thầy Ngô Khánh Hiếu đã giúp đỡ nhóm hoàn thành bài tiểu
luận.