(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế hệ thống bám cho modul pin năng lượng mặt trời

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ
THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG

THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÁM CHO MODUL
PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

GVHD: TS. NGUYỄN MINH TÂM
SVTH: NGUYỄN VĂN SƠN
MSSV: 11141176
SVTH: LÊ VĂN TUYỂN
MSSV: 10101163

SKL004190

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 2/2016


PHẦN A

GIỚI THIỆU

i


TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TP. HỒ CHÍ MINH
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Tp. HCM, ngày 10 tháng 10 năm 2015

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:

Chuyên ngành:
Hệ đào tạo:
Khóa:
I. TÊN ĐỀ TÀI:

́

́

THIÊT KÊHỆTHỐNG BÁM CHO MODUL PIN NĂNG LƯƠNGG
MĂṬ TRỜI

II. NHIỆM VỤ
1.Các số liệu ban đầu:
Tìm hiểu về pin năng lượng mặt trời.
Tìm hiểu vềlập trinhh̀ PIC.
Tìm hiểu vềmợt sốmacḥ điện tử liên quan đến ng̀n pin năng lượng
măṭ trời.
2.Nợi dung thực hiện:
Tìm hiểu về pin năng lượng mặt trời.
Thiết kế mạch điều khiển bám.
Thiết kế mạch cấp ng̀n cho hệ thống hoạt đợng.
Tìm hiểu về bợ tích trữ điện.
Tìm hiểu về các sự cố liên quan đến pin mặt trời, bợ tích trự điện.

Tính tốn, thiết bợ bợ nghịch lưu để sử dụng ng̀n điện tích trữ
được với các thiết bị điện xoay chiều.
Tính tốn, thiết kế mơ hình chiếu sáng tiết kiệm điện cho đường vào
2 khu
C,D.
Lắp ráp hồn thành mơ hình.
Điều khiển thử nghiệm hệ thống.
Chỉnh sửa các lỗi điều khiển, thiết kế…
Viết báo cáo luận văn.
Báo cáo đề tài tốt nghiệp.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

ii


IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 23/01/2016
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

TS. Nguyễn Minh Tâm

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

̃

TS. NGUYÊN MINH TÂM

iii

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Bộ Mơn Điện Tử Cơng Nghiệp

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Tên đề tài:

Tuần/ngày

MĂṬ TRỜI

Nội dung

Xác nhận GVHD

GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

iv


LỜI NÓI ĐẦU
Nhân loại đang sống trong thế kỷ 21 – kỷ nguyên của sự phát triển vượt bậc về
khoa học công nghệ và ứng dụng các thành quả công nghệ mới. Đồng hành cùng sự
phát triển này là sự tiêu tốn các nguồn năng lượng không tái tạo là dầu mỏ, than đá,
điện năng…

Bên cạnh sự phát triển mạnh mẽ đó nhân loại cũng đang phải đối mặt với nhiểu
nguy cơ do sự phát triển đó mang lại như hiệu ứng nhà kính, ơ nhiễm mơi trường, thiên
tai, địch họa… Theo ước tính của Liên Hợp Quốc thì trong vịng mợt trăm năm qua nhân
loại đã sử dụng 30% tổng trữ lượng dầu mỏ mà thế giới có được và dự báo trong vịng
30% năm tiếp theo thì nhu cầu này sẽ tăng lên gấp ba (số liệu tính đến tháng 5 năm 2008),
tuy nhiên đối với mỗi quốc gia và vùng lãnh thổ thì nhu cầu về năng lượng thì khơng thể
khơng có và nó là điều kiện tiên quyết cho sự phát triển của bản thân quốc gia đó, đặc biệt
là đối với các quốc gia đang phát triển. Vì thế, ý thức về việc sử dụng năng lượng hợp lý,
tiết kiệm đã dần trở thành nhu cầu ở mỗi quốc gia và đòi hỏi các quốc gia phải có những
biện pháp tích cực để sử dụng năng lượng hợp lý nhất.
Để làm được việc này, thì bên cạnh việc sử dụng và quản lý nhu cầu năng lượng
hợp lý thì việc nghiên cứu, phát triển, ứng dụng và sử dụng các nguồn năng lượng mới
như năng lượng hạt nhân, năng lượng gió, năng lượng Mặt Trời…là vơ cùng bức thiết
bởi sự dời dào, sẵn có và đặc biệt là không gây ô nhiễm môi trường của các nguồn
năng lượng này.

v


LỜI CÁM ƠN
Qua một thời gian nghiên cứu và thực hiện, đồ án tốt nghiệp với đề tài: “THIẾT
KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BÁM CHO MODULE PIN NĂNG LƯỢNG MẶT
TRỜI” do giảng viên –TS. Nguyễn Minh Tâm hướng dẫn đã được hoàn thiện. Trong
suốt thời gian nghiên cứu và theo đuổi đề tài, chúng em đã gặp một số vướng mắc nhất
định và đã nhận được nhiều sự giúp đỡ nhiệt thành và quý báu...
Trước tiên, cho phép chúng em gửi lời cảm ơn sâu sắc tới giảng viên TS.
Nguyễn Minh Tâm đã tin tưởng giao đồ án, chỉ đạo và hướng dẫn tận tình trong suốt
quá trình thực hiện đề tài.
Chúng em cũng xin được gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo trong khoa Điện –
Điện Tử, các bạn lớp 1114DT1D đã đợng viên, góp ý, tạo điều kiện thuận lợi nhất giúp

cho chúng em được hoàn thành đề tài đúng tiến độ được giao.
Cảm ơn gia đình, cha mẹ đã là ng̀n đợng viên to lớn về vật chất và tinh thần
trong suốt thời gian học hành, để có được tương lai, theo đuổi ước mơ và sự nghiệp.
Đây là một đề tài mới ở Việt Nam trong khi năng lực của nhóm cịn hạn chế nên
việc tìm thêm nhiều tài liệu làm giàu cho đờ án cịn thiếu sót. Chúng em rất mong nhận
được nhiều hơn nữa ý kiến phê bình của các thầy cơ giáo, sự chia sẻ tài liệu của các
bạn sinh viên để chúng em có thể hồn thiện hơn kiến thức của mình.
Chúng em xin chân thành cảm ơn.

vi


MUCG LUCG
NôịDung
Trang
PHẦN A......................................................................................................................... i
GIỚI THIỆU................................................................................................................... i
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.............................................................................. ii
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.................................................... iv
LỜI NĨI ĐẦU............................................................................................................... v
LỜI CÁM ƠN.............................................................................................................. vi
MUCC̣ LUCC̣................................................................................................................... vii
DANH SÁNH HÌNH..................................................................................................... x
DANH MUCC̣ BẢNG................................................................................................... xii

h̀

PHÂN B........................................................................................................................ 1
NÔỊ DUNG................................................................................................................... 1
Chương 1:...................................................................................................................... 2

Dẫn nhập....................................................................................................................... 2

1.1

ĐẶT VẤN ĐỀ........................................................................................3

1.2

LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI..........................................................................3

1.3

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU.................................................................. 4

1.4

GIỚI HẠN..............................................................................................4

1.5

BỐ CỤC ĐỀ TÀI................................................................................... 4

Chương 2:...................................................................................................................... 5
Cơ sởlýthuyết................................................................................................................ 5

2.1

NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ PIN NĂNG LƯƠNGC̣ MĂṬ TRỜI .. 6

2.1.1

Năng lươngC̣ măṭtrời.................................................................................... 6
Cấu trúc măṭtrời...................................................................................... 6
Năng lượng mặt trời............................................................................... 7
Phổ bức xạ mặt trời................................................................................ 7
Phổ bức xạ của năng lượng mặt trời....................................................... 9

2.1.2

Pin năng lươngC̣ măṭtrời............................................................................ 10
Cơ sở pin năng lượng mặt trời.............................................................. 11
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động........................................................... 12
2.1.2.2.1 Cấu tạo........................................................................................ 12
vii


2.1.2.2.2 Nguyên lý hoạt động................................................................... 12
2.1.2.2.3 Sơ đồ tương đương và các đặc trưng quang điện........................13
2.1.2.2.4 Hệ thống nguồn pin năng lương mặt trời.................................... 14
2.1.3

Vi điều khiển 16F877A............................................................................ 16
Giới thiêụ vềvi điều khiển PIC............................................................. 16
Các dòng PIC vàcách lưạ choṇ vi điều khiển PIC................................16
Sơ đồchân vi điều khiển PIC16F877A................................................. 17
Môṭvài thông sốvềvi điều khiển PIC16F877A..................................... 17
Sơ đồkhối vi điều khiển PIC16F877A................................................. 18
Tổchức bô nC̣ hớ..................................................................................... 18
Các cổng xuất nhâpC̣ PIC16F877A........................................................ 22
Các bô đC̣ inh thời................................................................................... 24

Bộ chuyển đổi ADC............................................................................. 26
Bộ so sánh COMPARATOR.............................................................. 27

2.1.4

Bô C̣tich́ trữnăng lươngC̣ (ắc quy)................................................................ 27

́

Quátrinhh̀ hóa hocC̣ trong Ăc quy Chi/Acidh̀............................................. 28
Các sự cố thường gặp ở ắc quy và cách khắc phục..............................28
2.1.5

Phần mềm lâpC̣ trinhh̀ CCS......................................................................... 29
Giới thiêụ............................................................................................. 29
Taọ PROJECT đầu tiên trong CCS...................................................... 30
Taọ PROJECT sử dungC̣ PIC Wizard..................................................... 30

2.1.6

ĐôngC̣ cơ bước 6 dây................................................................................. 36

Chương 3:.................................................................................................................... 37
Thiết kếhê tC̣ hống.......................................................................................................... 37

́

h̀

3.1

ĐĂṬ VÂN ĐÊ......................................................................................38

3.2

ÝTƯỞNG THIÊT KÊVÀTHIÊT BI C̣HIÊṆ CÓ...................................38

́

́

́

3.2.1

Ý tưởng thiết kế....................................................................................... 38

3.2.2

Thiết bi hịêṇ có........................................................................................ 39

h̀

́

́

3.3

SƠ ĐƠKHƠI HỆTHƠNG....................................................................40

3.4

THIÊT KÊMACḤ CÂP NGN CHO HỆTHƠNG..........................40

́

́

́

h̀

́

3.4.1

Bơ đC̣ iều khiển napC̣ cho ắc quy.................................................................. 41

3.4.2

Bô C̣nghicḥ lưu áp...................................................................................... 42


viii


3.4.3

Macḥ PIC điều khiển đôngC̣ cơ bước......................................................... 46

3.4.4

Macḥ điều khiển đôngC̣ cơ bước................................................................ 46

3.4.5

Lưu đồgiải thuâṭđiều khiển...................................................................... 47

Chương 4:.................................................................................................................... 48
Kết quả........................................................................................................................ 48

́

h̀

́

h̀

́

4.1

KÊT QUẢĐAṬ ĐƯƠCC̣ PHÂN LÝTHUYÊT......................................49

4.2

KÊT QUẢĐĂṬ ĐƯƠCC̣ PHÂN THỰC HÀNH................................... 49

Chương 5:.................................................................................................................... 54
Kết luân,C̣ hướng phát triển........................................................................................... 54

́

5.1

KÊT LUÂṆ.......................................................................................... 55

5.2

HƯỚNG PHÁT TRIÊN....................................................................... 56

̉

h̀

PHÂN C...................................................................................................................... 57
PHU L
C̣ UCC̣.................................................................................................................... 57

ix


DANH SÁNH HÌNH
Hinh̀ 2.1: Cấu trúc măṭtrời............................................................................................ 6
Hình 2.2: Phổ bức xạ mặt trời....................................................................................... 8
Hình 2.3: Hệ hai mức năng lượng điện tử................................................................... 11
Hinh̀ 2.4: Cấu taọ vànguyên lýhoaṭđôngC̣ của pin năng lươngC̣ măṭtrời.........................13
Hình 2.5: Sơ đờ tương đương, đường đặc trưng sáng của pin mặt trời.......................14

Hình 2.6: Sơ đờ khối hệ thống nguồn điện pin Mặt Trời............................................. 15
Hinh̀ 2.7: sơ đồchân vi điều khiển PIC16F877A........................................................ 17
Hinh̀ 2.8: Sơ đồkhối vi điều khiển PIC16F877A...............................................................18

Hinh̀ 2.9: Bô C̣nhớchương trinhh̀ PIC 16F877A............................................................. 19
Hinh̀ 2.10: Bô C̣nhớdữliêụ............................................................................................ 20
Hinh̀ 2.11: Sơ đồkhối Timer0.............................................................................................24
Hinh̀ 2.12: Sơ đồkhối Timer1.............................................................................................25
Hinh̀ 2.13: Phần mềm lâpC̣ trinhh̀ CCS..................................................................................29
Hinh̀ 2.14: Taọ Project sử dungC̣ Winzard...........................................................................30
Hinh̀ 2.15: Cửa sổSave As..................................................................................................31
Hinh̀ 2.16: Tab General......................................................................................................32
Hinh̀ 2.17: Tab Communiications......................................................................................33
Hinh̀ 2.18: Tab SPI vàLCD................................................................................................34
Hinh̀ 2.19: Tab Timer..........................................................................................................34
Hinh̀ 2.20: Tab Analog.......................................................................................................35
Hinh̀ 2.21: ĐôngC̣ cơ bước 6 dây.........................................................................................36
Hinh̀ 3.1: Pin măṭtrời AD12 – 18 – P.................................................................................39
Hinh̀ 3.2: Sơ đồkhối hê C̣thống............................................................................................40
Hinh̀ 3.3: Sơ đồnguyên lýmacḥ nguồn...............................................................................41
Hinh̀ 3.4: Sơ đồnguyên lýmacḥ sacC̣ ắc quy........................................................................42
Hinh̀ 3.5: Sơ đồkhối bô C̣nghicḥ lưu áp...............................................................................43

Hinh̀ 3.6: Sơ đồnguyên lýmacḥ nghicḥ lưu áp............................................................ 44
Hinh̀ 3.7: DangC̣ sóng ngõra biến áp nghicḥ lưu........................................................... 45


Hinh̀ 3.8: Sơ đồnguyên lýmacḥ PIC điều khiển đôngC̣ cơ............................................ 46
Hinh̀ 3.9: Sơ đồnguyên lýmacḥ điều khiển đôngC̣ cơ................................................... 46
Hinh̀ 3.10: Lưu đồgiải thuâṭđiều khiển đôngC̣ cơ......................................................... 47

x


Hinh̀ 4.1: Sơ đồmacḥ in macḥ nguồn.......................................................................... 49
Hinh̀ 4.2: Sơ đờmacḥ napC̣ ắc quy................................................................................ 49
Hinh̀ 4.3: Macḥ napC̣ khi hồn thành...................................................................................50
Hinh̀ 4.4: Sơ đồmacḥ in macḥ nghicḥ lưu áp....................................................................50

Hinh̀ 4.5: Macḥ nghicḥ lưu áp khi hoàn thành............................................................ 51
Hinh̀ 4.6: Sơ đồmacḥ in macḥ PIC điều khiển đôṇg cơ.............................................. 51
Hinh̀ 4.7: Macḥ PIC điều khiển đơngC̣ cơ khi hồn thành............................................ 52
Hinh̀ 4.8: Sơ đồmacḥ in macḥ điều khiển đôngC̣ cơ..................................................... 52
Hinh̀ 4.9: Macḥ in macḥ điều khiển đơngC̣ cơ khi hồn thành...................................... 53


xi


DANH MUCG BẢNG

Bảng 2.1.3a: phân bố phổ bức xạ Mặt Trời theo bước sóng.......................................... 8
Bảng 2.1.3b: màu sắc và ánh sang của bức xạ Mặt Trời............................................... 9
Bảng 3.1: Thông sốpin năng lươngC̣ măṭtrời AD12 – 18 – P......................................... 39

xii


̀

PHÂN B

NÔỊ DUNG

1


Đồán tốt nghiêpC̣

Chương 1:

Dẫn nhập

2


Đồán tốt nghiêpC̣
1.1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Nhân loại đang sống trong thế kỷ thứ 21- kỷ nguyên của sự phát triển vượt bậc về
khoa học công nghệ và ứng dụng các thành quả công nghệ mới. Đồng hành cùng sự
phát triển này là sự tiêu tốn các nguồn năng lượng không tái tạo là dầu mỏ, than đá,
điện năng...
Bên cạnh sự phát triển mạnh mẽ đó nhân loại cũng đang phải đối mặt với nhiều nguy
cơ do sự phát triển đó mang lại như hiệu ứng nhà kính, ơ nhiễm mơi trường, thiên tai, địch
hoạ...Theo ước tính của Liên Hợp Quốc thì trong vịng mợt trăm năm qua nhân loại đã sử
dụng khoảng 30% tổng trữ lượng dầu mỏ mà thế giới có được và dự báo trong vịng 30
năm tiếp theo thì nhu cầu này sẽ tăng lên gấp ba(số liệu tính đến tháng 5 năm 2008), tuy
nhiên đối với mỗi quốc gia và vùng lãnh thổ thì nhu cầu về năng lượng là khơng thể
khơng có và nó là điều kiện tiên quyết cho sự phát triển của bản thân quốc gia đó, đặc biệt

là đối với các quốc gia đang phát triển. Vì thế, ý thức về việc sử dụng năng lượng hợp lý,
tiết kiệm đã dần trở thành nhu cầu ở mỗi quốc gia và đòi hỏi các quốc gia phải có những
biện pháp tích cực để sử dụng năng lượng được hợp lý nhất ?

Để có thể làm được việc này, thì bên cạnh việc sử dụng và quản lý nhu cầu năng
lượng hợp lý thì việc nghiên cứu, phát triển, ứng dụng và sử dụng các nguồn năng
lượng mới như năng lượng hạt nhân, năng lượng gió, năng lượng Mặt Trời...là vơ cùng
bức thiết bởi sự dời dào, sẵn có và đặc biệt là khơng gây ô nhiễm môi trường của các
nguồn năng lượng này.
1.2

LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Đối với năng lượng Mặt Trời nói riêng thì nhân loại đã nghiên cứu và ứng dụng nó
từ những năm 40 của thế kỷ trước để chế tạo các Pin Mặt Trời cung cấp năng lượng
cho các vệ tinh nhân tạo. Tuy nhiên phải đến những năm 70, sau cuộc khủng hoảng
dầu lửa đầu tiên trên thế giới thì việc nghiên cứu, phát triển và ứng dụng Pin năng
lượng Mặt Trời mới được quan tâm thực sự và đã phát triển mạnh mẽ từ đó đến nay. Ở
các nước phát triển như Đức, Mỹ, Nhật Bản...thì việc sử dụng năng lượng Mặt Trời
thay cho các nguồn năng lượng khác đã trở nên phổ biến và nhận được nhiều sự ủng
hợ. Cịn với các nước nghèo hoặc đang phát triển thì việc nghiên cứu, sử dụng các
ng̀n năng lượng này mới chỉ đạt được các kết quả ban đầu, bởi chi phí ban đầu của
mợt “HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MỚI” là khá lớn và để có thể thay đổi được thói
quen sinh hoạt của người dân thì cịn phụ thuộc vào nhiều yếu tố...
Riêng ở Việt Nam, các hoạt động nghiên cứu, ứng dụng và sử dụng các nguồn năng
lượng mới và năng lượng tái tạo nói chung cũng như năng lượng Mặt Trời nói riêng trong
những năm gần đây được triển khai khá mạnh mẽ. Tuy nhiên chưa được sâu rộng và mới
chỉ dừng ở quy mô các dự án giành cho người nghèo được chính phủ và các tổ chức nước
ngồi tài trợ, cịn đối với đại đa số người dân thì vẫn khơng muốn sử dụng ng̀n năng
lượng này do chưa nhận thức được ích lợi của nó cũng như giá thành chi phí ban đầu là
quá cao trong khi thu nhập bình quân của người dân lại ở mức thấp? Vì

CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP


Đồán tốt nghiêpC̣
vậy việc nghiên cứu, triển khai cho sinh viên tiếp cận đối với các hệ thống ứng dụng
các nguồn năng lượng mới là việc cần được sớm thực hiện.
Vì những lý do trên, nhóm sinh viên qút định thực hiện đề tài “thiết kế hệ
thống bám cho modul pin năng lượng mặt trời”.
1.3

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Nhóm sinh viên thiết kế và thi cơng mơ hình hệ thống bám cho modul pin năng
lượng mặt trời làm sao cho tấm pin ln vng góc với ánh sáng mặt trời nhằm mục
đích đạt được hiệu suất cao nhất. Năng lượng thu được sẽ được tích trữ sử dụng với
mục đích khác như ứng dụng làm hệ thống chiếu sáng trên đường đi vào các khu C,D
ở trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM.

1.4

GIỚI HẠN
 Tìm hiểu về năng lượng mặt trời.
 Tìm hiểu về pin năng lượng mặt trời.
 Tìm hiểu, thiết kế mạch điều khiển bám cho pin mặt trời.
 Thiết kế các mạch mơ hình sử dụng ng̀n năng lượng thu được từ pin
năng lượng mặt trời vào các mục đích khác nhau trong c̣c sống.

1.5

BỐ CỤC ĐỀ TÀI

CHƯƠNG 1: Dẫn nhập.
CHƯƠNG 2: Cơ sởlýthuyết.
CHƯƠNG 3: Thiết kế hê C̣thống.
CHƯƠNG 4: Kết quả.
CHƯƠNG 5: Kết luận vàhướng phát triển.

CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP


Đồán tốt nghiêpC̣

Chương 2:

Cơ sởlýthuyết

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT


Đồán tốt nghiêpC̣
2.1 NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀPIN NĂNG LƯƠNGG MĂṬ TRỜI
2.1.1 Năng lươngG măṭtrời
Năng lượng Mặt Trời là một trong các nguồn năng lượng tái tạo quan trọng nhất
mà thiên nhiên ban tặng cho hành tinh chúng ta. Đồng thời nó cũng là ng̀n gốc của
các ng̀n năng lượng tái tạo khác như năng lượng gió, năng lượng các dịng sơng…
Năng lượng mặt trời có thể nói là vơ tận. Tuy nhiên để khai thác, sử dụng nguồn năng
lượng này cần phải biết các đặc trưng và tính chất cơ bản của nó, đặc biệt khi tới bề
mặt Trái Đất.
Cấu trúc măṭtrời
8
Có thể xem mặt trời là mợt quả cầu khí cách quả đất 1,495.10 km. Từ Trái Đất

chúng ta nhìn mặt trời dưới mợt góc mở là 31’59. từ đó có thể tính được bán kính của Mặt
6
Trời là R=1,4.10 km, tức là bằng 109 lần đường kính Trái Đất và do đó thể tích của Mặt
4
Trời cũng lớn hơn thể tích của Trái Đất khoảng 130.10 lần. Từ định luật Vạn Vật Hấp
27
Dẫn người ta cũng tính được khối lượng của mặt trời là 1,989.10 tấn, lớn hơn khối
14
3
lượng của Trái Đất là 33.10 lần. Mật độ trung bình của mặt trời là 1,4 g/cm , lớn hơn
khối lượng riêng của nước khoảng 50%. Tuy nhiên mật độ ở các lớp vỏ khác nhau của
Mặt Trời rất khác nhau, ở phần lõi do bị nén với áp suất cao nên mật đợ có thể lên đến
3
160g/cm nhưng càng xa ra phía ngồi thì mật đợ càng giảm và giảm rất nhanh.
Mợt cách khái qt ta có thể chia mặt trời thành hai phần chính là phần phía
trong và phần khí quyển bên ngồi:
- Phần khí quyển bên ngoài lại chia thành ba miền khác nhau là
Quang cầu, Sắc cầu và Nhật miện.
Phần bên trong được chia thành ba lớp là tầng đối lưu, tầng trung gian,
lõi
Mặt Trời.

Hinh̀ 2.1: Cấu trúc măṭtrời.

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT


Đờán tốt nghiêpC̣
Từ mặt đất nhìn lên, ta có cảm giác Mặt Trời là một quả cầu lửa ổn định. Thực
ra đó là mợt khối khí khổng lờ, bên trong nó ln ln có sự vận đợng mạnh mẽ khơng

ngừng, đó là các phản ứng nhiệt hạch vơ cùng lớn, sự ẩn hiện của các đám đen, sự biến
đổi của các quầng sáng và sự bùng phát dữ dội của khu vực xung quanh các đám đen
là các bằng chứng về sự vận đợng khơng ngừng trong lịng Mặt Trời. Ngồi ra, bằng
kính thiên văn có thể quan sát được cấu trúc hạt, vật thể hình kim, hiện tượng phụt
khói, phát xung sáng...luôn luôn thay đổi và rất dữ dội.
Về mặt vật chất thì Mặt Trời chứa đến 78,4% khí hydro(H 2), Heli(He) chiếm
19,8%, các nguyên tố khác chiếm 1,8 %. Năng lượng mặt trời do bức xạ là khổng lờ,
26
16
mỗi dây nó phát ra 3,865.10 J tương đương với năng lượng đốt cháy hết 1,32.10 tấn
than đá tiêu chuẩn. Tuy vậy nhưng bề mặt của Trái Đất chỉ nhận được một năng lượng
16
6
rất nhỏ khoảng 17,57.10 J tương đương 6.10 tấn than đá.
Năng lượng mặt trời
Năng lượng Mặt Trời được sử dụng trên Trái Đất dưới nhiều dạng khác nhau và
hình thức khác nhau. Thực tế hiện nay, chúng ta sử dụng năng lượng Mặt Trời để cấp
nhiệt và điện:
-

Năng lượng mặt trời dưới dạng nhiệt: sinh nhiệt, giữ nhiệt...
Năng lượng mặt trời dưới dạng điện: tạo ra điện năng…

Năng lượng Mặt Trời được xác định là sản phẩm của các phản ứng nhiệt hạt nhân.
Theo thuyết tương đối của Einstein và qua phản ứng nhiệt hạch, khối lượng có thể chuyển
thành năng lượng. Nhiệt đợ mặt ngồi của Mặt Trời khoảng 6000K(đợ Kenvin), cịn ở bên
8

trong nhiệt đợ có thể lên đến hàng triệu đợ. áp suất bên trong Mặt Trời lớn hơn 340.10
MPa. Do nhiệt độ và áp suất bên trong Mặt Trời cao như vậy nên vật chất đã nhanh chóng

bị ion hố và chuyển đợng với năng lượng rất lớn, chúng va chạm vào nhau và gây ra
hàng loạt các phản ứng hạt nhân. Người ta đã xác định nguồn năng lượng Mặt Trời chủ
yếu do hai loại phản ứng hạt nhân gây ra; đó là các phản ứng tuần hoàn giữa các hạt nhân
Cacbon và Nitơ(C – N) và phản ứng hạt nhân proton – proton.

Mặt trời là Nguồn năng lượng vô tận mà thiên nhiên ban tặng cho con người,
hiện hữu khắp nơi trên Trái Đất và là người bạn thân thiết của môi trường. Vượt trên
tất cả các dạng năng lượng khác, hiện nay năng lượng mặt trời đang được chọn là
nguồn năng lượng tốt nhất cho tương lai.
Phổ bức xạ mặt trời
Bức xạ Mặt Trời có bản chất là sóng điện từ, là q trình chuyển các dao đợng
điện từ trường trong khơng gian. Trong q trình truyền sóng, các vecteur cường độ
điện trường và cường độ từ trường luôn vuông góc với nhau và vng góc với phương
truyền của sóng điện từ. Quãng đường mà sóng điện từ truyền được sau mợt chu kỳ
dao đợng gọi là bước sóng .
Trong chân khơng, vận tốc truyền sóng của sóng điện từ đúng bằng tốc đợ của
8

ánh sáng 3.10 m/s. Cịn trong mơi trường vật chất, vận tốc truyền của sóng nhỏ hơn và
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT


Đờán tốt nghiêpC̣
bằng v=c/n, trong đó c là vận tốc ánh sáng, n là chiết suất tuyệt đối của môi
trường(n≤1). Các sóng điện từ có bước sóng trải dài trong mợt phạm vi rất rợng từ 10
7
nm đến hàng nghìn km.

Hình 2.2: Phổ bức xạ mặt trời.
Ánh sáng nhìn thấy có bước sóng từ 0,4nm đến gần 0,8nm, chỉ chiếm mợt phần rất

nhỏ trong phổ sóng điện từ của bức xạ Mặt Trời. Cần chú ý rằng, mặc dù có cùng bản chất
là sóng điện từ nhưng các loại sóng điện từ có bước sóng khác nhau thì gây ra các tác
dụng lý, hố, sinh khác nhau. Nói riêng trong vùng phổ nhìn thấy được, sự khác nhau về
bước sóng gây cho ta cảm giác và màu sắc khác nhau của ánh sáng. Khi đi từ bước sóng
dài  =0,8nm đến bước sóng ngắn  =0,4nm ta nhận thấy màu sắc của ánh sáng thay đổi
liên tục từ đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Mắt người nhạy nhất đối
với ánh sáng màu vàng có bước sóng
bước sóng khác nhau cũng khác nhau.
Bảng 2.1.3a sau đây sẽ cho chúng ta thấy quan hệ giữa mật độ năng lượng của
bức xạ điện từ phụ tḥc vào bước sóng của nó, cịn bảng 2.1.3b là mối quan hệ giữa
màu sắc ánh sáng và bước sóng của nó.
Bảng 2.1.3a: phân bố phổ bức xạ Mặt Trời theo bước sóng.
Quang phổ

Tia vũ trụ
Tia X
Tia tử ngoại C
Tia tử ngoại B
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT


Đờan tốt nghiêpC̣
́́

Tia tử ngoại A
Tia nhìn thấy

Tia hờng ngoại

Sóng vô tuyến

Từ bảng trên ta thấy rằng mật độ năng lượng bức xạ Mặt Trời chủ yếu phân bố
trong dải bước sóng từ
ngoại, mật đợ năng lượng 1,93%), cịn ngồi vùng đó mật đợ năng lượng khơng đáng
kể.
Bảng 2.1.3b: màu sắc và ánh sang của bức xạ Mặt Trời.

Phổ bức xạ của năng lượng mặt trời
Trái Đất bị bao bọc bởi mợt tầng khí quyển có chiều dày H khoảng 7991 km,
bao gờm các phần tử khí, hơi nước, các hạt bụi, các hạt chất lỏng, chất rắn và các đám
mây,.. Vì vậy khi bức xạ Mặt Trời xuyên qua lớp khí quyển đến mặt đất thì năng lượng
và phổ của nó bị thay đổi rất nhiều.
Ở
bên ngồi lớp khí quyển Trái Đất, năng lượng bức xạ Mặt Trời có
giá trị là
2
1353W/m ( là hằng số) và gọi là hằng số Mặt Trời. Phổ của bức xạ Mặt Trời là mợt
đường cong liên tục có năng lượng chủ ́u nằm trong vùng có bước sóng trong khoảng
0,1nm đến 0,3nm. Khi các tia Mặt Trời xuyên vào khí quyển để đến Trái Đất, gặp các
phần tử khí, hơi nước, các hạt bụi,.. sẽ bị tán xạ, phản xạ và hấp thụ nên mợt phần năng
lượng của nó khơng tới được mặt đất và sự suy giảm năng lượng này do các quá trình
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT