Tìm hiểu về năng lượng mặt trời

ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN 1
Đề tài:

Năng lượng mặt trời
Giảng viên hướng dẫn: ths . Nguyễn Thị Phương
Loan

Nhóm thực hiện: Nguyễn Thị Thu Mai
Hoàng Thị Hương
Nguyễn Thị Vân Anh
Nguyễn Thị Ngọc Ly
Doãn Thị Thùy Linh
Lớp: K56 A1 KHMT

1


Nội dung
1.Khái quát về mặt trời
1.1 Vị trí, cấu tạo, thành phần hóa học
1.2 Sự tạo thành của NLMT
1.3 Sự tiếp nhận NLMT của trái đất

2. Ứng dụng năng lượng mặt trời
2.1 Những chức năng quan trọng của ánh sáng MT
2.2 Sử dụng NLMT của con người
2.2.1 Ưu điểm chung của các thiết bị sử dụng NLMT
2.2.2 Đánh giá về một số thiết bị sử dụng NLMT

3. Tình hình sử dụng năng lượng mặt trời
3.1 Trên thế giới
3.2 Tại Việt Nam
Thu Mai, Hoàng Hương, Nguyễn Vân Anh, Ngọc Ly, Doãn Thùy Linh

2


1. Khái quát về mặt trời
1.1 Vị trí, cấu trúc, thành phần hóa học
 Mặt trời là ngôi sao ở trung tâm hệ
mặt trời, cung cấp năng lượng cho trái
đất dưới dạng ánh sáng.
 Trái đất nằm ở vị trí thứ 3 trong hệ
mặt trời, khoảng cách trung bình giữa
Mặt Trời và Trái Đất xấp xỉ
149,6 triệu km.
 Trái đất nhận được 1 lượng nhiệt và
ánh sáng trung bình đảm bảo cho sự
sống phát sinh và tồn tại.
 Là hình cầu, đường kính 1,39 triệu km
( ≈ 110 lần trái đất )

Hình 1. Hệ mặt trời

Thu Mai, Hoàng Hương, Nguyễn Vân Anh, Ngọc Ly, Doãn Thùy Linh

3

1. Khái quát về mặt trời

Cấu trúc
1. Lõi (core)
2. Vùng bức xạ(radiation zone)
3. Vùng đối lưu(convection zone)
4. Quang quyển(photosphere)

Thành phần hóa học

Hình 2. Cấu trúc các lớp của mặt trời

Chủ yếu gồm H, He và 1 số nguyên tố khác đều có mặt ở trái đất
Thành phần
Hiđrô
73,46%
Hêli
24,85%

Thu Mai, Hoàng Hương, Nguyễn Vân Anh, Ngọc Ly, Doãn Thùy Linh

4


1. Khái quát về mặt trời

1.2 Sự tạo thành của năng lượng mặt trời
Năng lượng được tạo ra bởi phản ứng nhiệt hạch với điều kiện
>107 oC chỉ có ở tâm mặt trời thông qua một loạt bước để biến 4 H 

He + nhiệt. Nhiệt sinh ra làm nóng mặt trời  phát sáng.

Hình 4. Vòng đời của mặt trời

Hình 3. Phản ứng nhiệt hạch
sinh nhiệt tại mặt trời

Mặt trời sẽ đốt hết nhiên liệu Hydrogen của
nó trong vòng 5 đến 7 tỉ năm nữa, lúc đó nó
sẽ nuốt chửng Trái đất. Trái đất sẽ kết thúc
bên trong lòng Mặt trời”-Lee Ann Willson
của đại học Iowa.

Thu Mai, Hoàng Hương, Nguyễn Vân Anh, Ngọc Ly, Doãn Thùy Linh

5


1. Khái quát về mặt trời

1.3 Sự tiếp nhận NLMT của Trái Đất
 Nguồn cung cấp nhiệt chủ yếu cho mặt đất là bức xạ Mặt Trời.
Tổng bức xạ nhận được: 2,4.108 Cal/cm2/phút
 Mỗi mét vuông ở Trái Đất nhận được chừng 5 kWh mỗi
ngày Năng lượng này có thể cung cấp nhu cầu cho toàn bộ
dân cư của Trái Đất trong ba thập kỉ.

Hình 6. Phân tích ánh sáng mặt trời khi tới
trái đất
6

Thu Mai, Hoàng Hương, Nguyễn Vân Anh, Ngọc Ly, Doãn Thùy Linh

Hình 5. Bức xạ tổng cộng năm


1.3 Sự tiếp nhận NLMT của Trái Đất -1. Khái quát về mặt trời

Phổ sóng của Mặt trời
Năng lượng bức xạ Mặt trời ở gần Trái Đất ở vào khoảng 2
cal/cm².phút (hằng số mặt trời) ( từ 0,17-4 μm đến 0,475 μm).
Toàn bộ Trái Đất nhận được từ Mặt Trời: 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).

Tầng điện ly

Tầng giữa
Tầng bình lưu
Lớp ozon
Tầng đối lưu
Hình 7. Các lớp trong khí quyển và độ xuyên của bức xạ
Thu Mai, Hoàng Hương, Nguyễn Vân Anh, Ngọc Ly, Doãn Thùy Linh

7


1.3 Sự tiếp nhận NLMT của Trái Đất -1. Khái quát về mặt trời

1.3.1 Chu kỳ Milankovitch

Những biến đổi của quỹ đạo độ lệch tâm, độ nghiêng và tuế sai củaTrái
Đất quanh Mặt trời gọi là chu kì Milankovitch.
Làm thay đổi lượng và khu vực nhận bức xạ từ Mặt Trời của Trái
Đấtbức xạ mặt trời tăng lên hoặc giảm xuống ảnh hưởng trực tiếp đến
hệ thống khí hậu Trái Đất, làm tăng hoặc rút đi của các sông băng.
Ba chu kỳ Milankovitch ảnh hưởng đến mùa và vị trí của năng lượng
mặt trời quanh trái đất

Hình 8. Milutin Milankovitch
(1879 - 1958)

Thu Mai, Hoàng Hương, Nguyễn Vân Anh, Ngọc Ly, Doãn Thùy Linh

8


1.3 Sự tiếp nhận NLMT của Trái Đất -1. Khái quát về mặt trời

Độ lệch tâm trái đất: là hình dạng của quỹ đạo của Trái đất xung quanh






Mặt trời.
Độ lệch tâm dao động từ gần như tròn tới hình elíp vừa phải (0 đến 5%
elip) trên 1 chu kì 100.000 nămquyết định hàng đầu tới sự đóng băng
Làm thay đổi khoảng cách từ Trái Đất đến MTthay đổi khoảng cách
bức xạ sóng ngắn của mặt trời tới trái đấttăng hay giảm lượng phóng

xạ nhận được của bề mặt trái đất trong các mùa khác nhau.
Khi quỹ đạo là elíp nhiều hơn, lượng bức xạ Mặt Trời ở điểm cận nhật
sẽ có thể lớn hơn tới 23% so với điểm viễn nhật.
Hiện tại, chênh lệch của điểm cận nhật và điểm viễn nhật chỉ là 3,4%
(5,1 triệu km) khoảng 6,8% chênh lệch bức xạ Mặt Trời tới Trái Đất

Hình 9.
Mô
phỏng
chu kì
100.000
năm

Hình
10.Quỹ
đạo với
độ lệch
tâm 0,5

Thu Mai, Hoàng Hương, Nguyễn Vân Anh, Ngọc Ly, Doãn Thùy Linh

9


1.3 Sự tiếp nhận NLMT của Trái Đất -1. Khái quát về mặt trời

độ nghiêng trục quay: là góc giữa phương tự quay của thiên thể với
phương trực tuyến Bắc của mặt phẳng quỹ đạo.
 Dao động trong mức độ nghiêng trục Trái đất xảy ra trên một chu kỳ
41.000 năm từ 21,5 đến 24,5 độ.

 Độ nghiêng trục quay của Trái Đất làm lượng ánh sáng MT chạm tới
một điểm cho trước trên bề mặt thay đổi liên tục trong một
nămtạo ra hiện tượng mùa.
 Khi cực Bắc hướng về phía Mặt Trời, mùa hè xuất hiện ở Bắc bán
cầu, trong khi mùa đông xuất hiện ở cực Nam. Mùa hè, ngày dài hơn
và Mặt Trời lên cao hơn, mùa đông, lạnh hơn, ngày ngắn hơn.

Hình 11. Chu kì
41.000 năm của
trục nghiêng

Thu Mai, Hoàng Hương, Nguyễn Vân Anh, Ngọc Ly, Doãn Thùy Linh

10


1.3 Sự tiếp nhận NLMT của Trái Đất -1. Khái quát về mặt trời

 Với độ nghiêng trục ít, bức xạ MT phân bố đồng đều hơn giữa mùa
đông và mùa hè, nhưng cũng làm tăng sự khác biệt trong biên lai thu
bức xạ giữa các vùng xích đạo và vùng cực.
 Hiện tại, độ nghiêng trục quay Trái Đất khoảng 23,5°. Khi đạt tới 24,5°,
mùa đông lạnh hơn và mùa hè nóng hơn so với khi độ nghiêng là 22,1 o ,
khi độ nghiêng nhỏ hơn thì mùa đông ấm hơn, mùa hè mát hơn.

Hình 12. Độ nghiêng
của Trái Đất

Hình 13. Ảnh hưởng của độ nghiêng trục quay tới lượng
NLMT nhận được

11
Thu Mai, Hoàng Hương, Nguyễn Vân Anh, Ngọc Ly, Doãn Thùy Linh


1.3 Sự tiếp nhận NLMT của Trái Đất -1. Khái quát về mặt trời

TUẾ SAI( tiến động)
 Là hiện tượng trục của vật thể quay"lắc lư" khi mô men lực tác động
lên nó
 Lực hấp dẫn của MT tác dụng mômen lực lên Trái Đấtkéo các chỗ lồi
xích đạo vào trong mặt phẳng quỹ đạo Trái Đấtgây hiện tượng tuế sai
của trục quay Trái Đất.
 Sự thay đổi về cường độ ánh sáng bức xạ của mặt trời đến mặt đất dựa
theo chu kỳ xoay tuế sai của trục xoay trái đất (23000 năm)

Hình 15.Tuế sai làm chậm thời điểm giao mùa từ
năm này sang năm khác, do mùa phụ thuộc vào
hướng và độ nghiêng của trục so với hệ tọa độ hoàng
12
Thu Mai, Hoàng Hương, Nguyễnđạo.
Vân Anh, Ngọc Ly, Doãn Thùy Linh

Hình 14.Mô phỏng chu kì 23.000
năm của tuế sai


1.3 Sự tiếp nhận NLMT của Trái Đất -1. Khái quát về mặt trời

Chương động
 Trục quay trái đất có một chuyển động

nhiễu loạn nhỏ, ngắn kiểu “gật gù” được
gọi là chương động.
 Làm thay đổi độ nghiêng của trục xoay
khoảng 9,2 (Hằng số chương động) quanh
vị trí trung bình với chu kì 18.6 năm (= 18
năm 220 ngày)
 Chương động và tuế sai làm cho trục xoay
của Trái Đất chuyển động thành hình sin
quay quanh một hình nón tuế sai.
 Cũng tạo ra thay đổi nhỏ lượng NLMT
nhận được của Trái Đất

Hình 16. Tổng hợp sự tự quay, tuế sai,
chương động. N( nutation- chương động
P (precession- Tuế sai)
R ( sự tự quay)
13
Thu Mai, Hoàng Hương, Nguyễn Vân Anh, Ngọc Ly, Doãn Thùy Linh


1.3 Sự tiếp nhận NLMT của Trái Đất -1. Khái quát về mặt trời

1.3.2 Sự phân bố bức xạ mặt trời
ở giới hạn trên của khí quyển

Ngày/t
háng

Vĩ độ(°)
010

1020

2030

3040

4050

5060

6090

22/12
0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,07 0,0
a. Xét sự phân bố theo vĩ độ
49
65 73 74
73
9
06
0,6 0,6 0,5 0,5 0,4 0,35 0,2
21/03
- Tổng xạ giảm dần từ xích đạo về
19
01
53
09
41
8

11
cực. Vì góc nhập xạ Mặt trời nhỏ
0,5 0,6 0,6 0,6 0,6 0,68 0,7
22/06
79
29 64
84
89
3
03
23/09
dần từ xích đạo về 2 cực.
0,6 0,5 0,5 0,5 0,4 0,35 0,2
10
62 56
03
53
3
08
- Nguyên nhân: do Trái đất nghiêng
so với trục một góc 23°27’ nên có Bảng thông lượng bức xạ mặt trời vào các ngày
xuân phân, hạ chí tại Bắc Bán cầu được tính
sự phân bố theo vĩ độ

trung bình ngày với đơn vị cal/cm2 phút

- Sự phân bố này còn phụ thuộc vào
độ dài ngày. Trong cùng một thời
gian, tại các vĩ độ khác nhau, độ
dài ngày khác nhau.

Hình 17. độ dài ngày đêm
Thu Mai, Hoàng Hương, Nguyễn Vân Anh, Ngọc Ly, Doãn Thùy Linh

14


1.3 Sự tiếp nhận NLMT của Trái Đất -1. Khái quát về mặt trời

b. Phân bố theo độ cao
- Cường độ bức xạ có tăng theo độ cao nhưng sự tăng
đó không lớn.
- Nguyên nhân: Khi độ cao tăng thì:
+Quãng đường ánh sáng đi trong khí quyển giảm
+không khí loãng hơn
+ lượng bụi và hơi nước giảm
 sự hấp thụ và khuếch tán bức xạ trong khí quyển
giảm cường độ bức xạ trên mặt đất tăng

Thu Mai, Hoàng Hương, Nguyễn Vân Anh, Ngọc Ly, Doãn Thùy Linh

15


1.3 Sự tiếp nhận NLMT của Trái Đất -1. Khái quát về mặt trời

1.3.3.Phân bố theo đới của bức xạ mặt trời ở mặt đất
Phân bố bức xạ mặt trời theo mùa
- Nguyên nhân: do sự tự quay của Trái đất và quay quanh mặt trời nên
các bán cầu ngả về phía mặt trời thay đổi tạo các mùa khác nhau.
- Khi đến mặt đất thì bức xạ bị yếu đi do bức xạ và khuếch tán

- Cường độ nhận được lớn nhất vào mùa hè, nhỏ nhất vào mùa đông
- Vào mùa xuân và mùa thu lượng nhiệt nhận được trung bình

Hình 18. Sự chuyển động tương đối giữa Trái Đất và Mặt Trời
Thu Mai, Hoàng Hương, Nguyễn Vân Anh, Ngọc Ly, Doãn Thùy Linh

16


1.3 Sự tiếp nhận NLMT của Trái Đất -1. Khái quát về mặt trời

Hình 19. Tổng lượng trung bình bức xạ Mặt Trời chiếu lên bề mặt Trái Đất theo
từng mùa( nguồn Earth Observatory, NASA, Hoa Kì)
Thu Mai, Hoàng Hương, Nguyễn Vân Anh, Ngọc Ly, Doãn Thùy Linh

17


1.3 Sự tiếp nhận NLMT của Trái Đất -1. Khái quát về mặt trời

1.3.4 Phân bố địa lý của tổng xạ
 Ở miền nhiệt đới và cận nhiệt đới, lượng tổng xạ năm lớn hơn
140 kcal/cm2. Lượng tổng xạ này đặc biệt lớn ở miền cận nhiệt
đới ít mây.
 Trên đại dương, lượng tổng xạ nhỏ hơn trên lục địa.
 Vào tháng 12 lượng tổng xạ lớn nhất. Nhưng ở các khu vực
nhiều mây gần xích đạo lượng này giảm, vào mùa đông Bắc Bán
Cầu, bức xạ giảm nhanh khi lên phía Bắc.
 Mùa hè ở Bắc Bán Cầu, lượng tổng xạ giảm chậm từ miền cận
nhiệt đới lên phía bắc, mùa đông ở Nam Bán Cầu, lượng tổng xạ

giảm nhanh về phía nam và đạt tới 0 ở phía ngoài vành đai cực.
 Sa mạc và các khu vực phủ băng tuyết phần tổng xạ mất đi do
phản hồi lớn.

Thu Mai, Hoàng Hương, Nguyễn Vân Anh, Ngọc Ly, Doãn Thùy Linh

18


3.1 Trên thế giới -Tình hình sử dụng NLMT

Hình 20.Bản đồ tổng lượng bức xạ mặt trời toàn cầu trung bình/năm (KWh/m2)

Theo sơ đồ ta nhận thấy rằng các nước càng gần phía xích đạo
lượng tổng xạ nhận được càng lớn.
Thu Mai, Hoàng Hương, Nguyễn Vân Anh, Ngọc Ly, Doãn Thùy Linh

19


2. Ứng dụng năng lượng mặt trời

Quang học

Hình 21. Sự quang hợp của lá
cây

Quang hợp

2.1

2.1 Chức
Chức
năng
năng chính
chính
của
của ánh
ánh sáng
sáng
mặt
mặt trời
trời

Hình 23. Mặt trời mọc

Y tế (sức khỏe)

Giá trị nhiệt

Hình 22. Phơi lúa

Hình 24. Em bé phơi nắng tổng hợp
vitamin D vào sáng sớm


Chức năng của ánh sáng mặt trời

Chức năng quang hợp và tạo ra vòng tuần hoàn nước
 Ánh sáng mặt trời giúp thực vật quang hợp  Tạo ra hầu như
toàn bộ các hợp chất hữu cơ trên Trái Đất→Tích lũy năng lượng,

giữ trong sạch bầu khí quyển
Tạo ra vòng tuần hoàn nước
 Vòng tuần hoàn nước bắt đầu khi NLMT làm bốc hơi nước → thế
năng, từ đó thế năng của nước chuyển thành động năng khi mưa.
 Năng lượng mặt trời được chuyển thành năng lượng hóa học chứa
trong các nhiên liệu hóa thạch

Hình 25. Cây quang hợp

Hình 26. Vòng tuần hoàn nước
Thu Mai, Hoàng Hương, Nguyễn Vân Anh, Ngọc Ly, Doãn Thùy Linh

21


Chức năng của ánh sáng mặt trời

Giá trị y tế
Khỏe xương: Ánh sáng mặt trời giúp cơ thể tổng hợp vitaminD, tăng khả
năng hấp thụ, vận chuyển Canxi
Tăng cường hệ miễn dịch: Tăng số lượng bạch cầu, kháng thể miễn dịch
Tốt cho tim mạch: giúp lưu thông máu, giảm cholesterol và nhu cầu tiêu
thụ oxy ở cơ tim, giúp điều hòa huyết áp
Khỏe da: ánh nắng giúp da khỏe mạnh, cải thiện các triệu chứng bệnh
ngoài da.
Giúp tinh thần vui tươi, sảng khoái, phòng ung thư, hệ tiêu hóa hoạt động
tốt  tăng chuyển hóa, thận làm việc khỏe, tăng chức năng giải độc cho
gan
Tuy nhiên nó cũng ảnh hưởng đến sức khỏe:
Đối với mắt: khi tiếp xúc nhiều với ánh sáng mạnh sẽ làm tăng nguy cơ

đục thủy tinh thể, bỏng giác mạc, ung thư mi,…
Đối với da: có thể gây unh thư da nếu tiếp xúc với lượng ánh sáng
mạnh thường xuyên và liên tục
Thu Mai, Hoàng Hương, Nguyễn Vân Anh, Ngọc Ly, Doãn Thùy Linh

22


2.2.1 Ưu điểm chung của NLMT
 Sạch và an toàn:
 Các phản ứng nhiệt hạch, phóng xạ đều xảy ra trong vùng lõi của
Mặt Trời, đi qua rất nhiều lớp rồi mới đi vào Trái Đất → Trong
không gian sẽ không có sản phẩm độc hại của các quá trình xảy ra
trong mặt trời
 Không gây ra chất ô nhiễm môi trường, tác động có hại đến sức
khỏe con người như các nguồn năng lượng hóa thạch.
 An toàn trong quá trình khai thác.
 Không gây tiếng ồn
Ở Hoa Kỳ, hơn 90% lượng khí nhà kính thải vào môi trường từ
việc đốt nhiên liệu hóa thạch…

Thu Mai, Hoàng Hương, Nguyễn Vân Anh, Ngọc Ly, Doãn Thùy Linh

23


2.2.1 Ưu điểm chung của NLMT-Sử dụng NLMT của con người

 Có hiệu quả kinh tế
 Năng lượng Mặt Trời là miễn phí, các hoạt động sống

bình thường sử dụng năng lượng Mặt Trời 1 cách tự do
mà không phải trả phí
 Các thiết bị sử dụng NLMT chỉ mất phí đầu tư ban đầu,
sau đó thì dùng gần như miễn phí, chi phí bảo dưỡng
nhỏ, độ bền thiết bị cao.
 Nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt  giá
cả ngày càng cao, trong khi NLMT không phải mất chi
phí cho nhiên liệu đầu vào.

Thu Mai, Hoàng Hương, Nguyễn Vân Anh, Ngọc Ly, Doãn Thùy Linh

24


2.2.1 Ưu điểm chung của NLMT-Sử dụng NLMT của con người

 Là nguồn năng lượng vô tận
⇒ Vì mặt trời sẽ còn tiếp tục cung cấp năng lượng đến trên 5 tỉ
năm nữa chính vì khoảng thời gian cực kì lâu dài này mà
NLMT được coi như năng lượng vô tận
 Không như các nguồn năng lượng khác:
Theo số liệu (năm 1999) của MITI - Bộ Thương mại và Công
nghiệp Nhật Bản, Dầu mỏ được dự báo sẽ cạn kiệt trong vòng
50 năm tới, khí đốt 60 năm, than đá 230 năm, Uranium70 năm

Thu Mai, Hoàng Hương, Nguyễn Vân Anh, Ngọc Ly, Doãn Thùy Linh

25