Năng lượng Mặt Trời
Quang phổ Mặt Trời ngay ngoài khí quyển Trái Đất
Năng lượng Mặt Trời là năng lượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ Mặt Trời,
cộng với một phần nhỏ năng lượng của các hạt hạ nguyên tử khác phóng ra từ ngôi sao
này. Dòng năng lượng này sẽ tiếp tục phát ra cho đến khi phản ứng hạt nhân trên Mặt
Trời hết nhiên liệu, vào khoảng 5 tỷ năm nữa.
Năng lượng bức xạ điện từ của Mặt Trời tập trung tại vùng quang phổ nhìn thấy. Mỗi
giây trôi qua, Mặt Trời giải phóng ra không gian xung quanh 3,827×1026 joule.
Trên Trái Đất
Năng lượng Mặt Trời là một nguồn năng lượng quan trọng điều khiển các quá trình khí
tượng học và duy trì sự sống trên Trái Đất. Ngay ngoài khí quyển Trái Đất, cứ mỗi một
mét vuông diện tích vuông góc với ánh nắng Mặt Trời, chúng ta thu được dòng năng
lượng khoảng 1.400 joule trong một giây.
Tận thu
Một phòng giặt ở Canada hoạt động nhờ năng lượng Mặt Trời thu bởi các tấm năng
lượng Mặt Trời
Đối với cuộc sống của loài người, năng lượng Mặt Trời là một nguồn năng lượng tái tạo
quý báu.
Có thể trực tiếp thu lấy năng lượng này thông qua hiệu ứng quang điện, chuyển năng
lượng các photon của Mặt Trời thành điện năng, như trong pin Mặt Trời. Năng lượng của
các photon cũng có thể được hấp thụ để làm nóng các vật thể, tức là chuyển thành nhiệt
năng, sử dụng cho bình đun nước Mặt Trời, hoặc làm sôi nước trong các máy nhiệt điện
của tháp Mặt Trời, hoặc vận động các hệ thống nhiệt như máy điều hòa Mặt Trời.
Năng lượng của các photon có thể được hấp thụ và chuyển hóa thành năng lượng trong
các liên kết hóa học của các phản ứng quang hóa.
Một phản ứng quang hóa tự nhiên là quá trình quang hợp. Quá trình này được cho là đã
từng dự trữ năng lượng Mặt Trời vào các nguồn nhiên liệu hóa thạch không tái sinh mà
các nền công nghiệp của thế kỷ 19 đến 21 đã và đang tận dụng. Nó cũng là quá trình cung
cấp năng lượng cho mọi hoạt động sinh học tự nhiên, cho sức kéo gia súc và củi đốt,
những nguồn năng lượng sinh học tái tạo truyền thống. Trong tương lai, quá trình này có
thể giúp tạo ra nguồn năng lượng tái tạo ở nhiên liệu sinh học, như các nhiên liệu lỏng
(diesel sinh học, nhiên liệu từ dầu thực vật), khí (khí đốt sinh học) hay rắn.
Năng lượng Mặt Trời cũng được hấp thụ bởi thủy quyển Trái Đất và khí quyển Trái Đất
để sinh ra các hiện tượng khí tượng học chứa các dạng dự trữ năng lượng có thể khai thác
được. Trái Đất, trong mô hình năng lượng này, gần giống bình đun nước của những động
cơ nhiệt đầu tiên, chuyển hóa nhiệt năng hấp thụ từ photon của Mặt Trời, thành động
năng của các dòng chảy của nước, hơi nước và không khí, và thay đổi tính chất hóa học
và vật lý của các dòng chảy này.
Thế năng của nước mưa có thể được dự trữ tại các đập nước và chạy máy phát điện của
các công trình thủy điện. Một dạng tận dụng năng lượng dòng chảy sông suối có trước
khi thủy điện ra đời là cối xay nước. Dòng chảy của biển cũng có thể làm chuyển động
máy phát của nhà máy điện dùng dòng chảy của biển.
Dòng chảy của không khí, hay gió, có thể sinh ra điện khi làm quay tuốc bin gió. Trước
khi máy phát điện dùng năng lượng gió ra đời, cối xay gió đã được ứng dụng để xay ngũ
cốc. Năng lượng gió cũng gây ra chuyển động sóng trên mặt biển. Chuyển động này có
thể được tận dụng trong các nhà máy điện dùng sóng biển.
Đại dương trên Trái Đất có nhiệt dung riêng lớn hơn không khí và do đó thay đổi nhiệt độ
chậm hơn không khí khi hấp thụ cùng nhiệt lượng của Mặt Trời. Đại dương nóng hơn
không khí vào ban đêm và lạnh hơn không khí vào ban ngày. Sự chênh lệch nhiệt độ này
có thể được khai thác để chạy các động cơ nhiệt trong các nhà máy điện dùng nhiệt lượng
của biển.
Khi nhiệt năng hấp thụ từ photon của Mặt Trời làm bốc hơi nước biển, một phần năng
lượng đó đã được dự trữ trong việc tách muối ra khỏi nước mặn của biển. Nhà máy điện
dùng phản ứng nước ngọt - nước mặn thu lại phần năng lượng này khi đưa nước ngọt của
dòng sông trở về biển.
Kỹ thuật nước nóng năng lượng mặt trời
Để sử dụng nước nóng năng lượng mặt trời, một là thu fastened đến mái nhà của một tòa
nhà, hay trên một mặt tường, mặt trời. Trong một số trường hợp, thu có thể được miễn
phí-đứng. Các chất lỏng có thể bơm (hoạt động hệ thống), hoặc định hướng của tự nhiên
(thụ hệ thống) thông qua nó.
Việc thu có thể được làm bằng thủy tinh đơn giản, kêu gọi nhiệt hộp với một căn hộ
absorber năng lượng mặt trời làm bằng tấm kim loại gắn vào ống đồng và sơn màu đen,
hoặc một bộ các ống kim loại bao quanh bởi một di tản (gần chân không) kính cylinder.
Trong một số trường hợp, trước khi được hấp thu năng lượng mặt trời, một parabolic
gương được sử dụng để tập trung ánh sáng mặt trời trên ống. Một số hệ thống có khả
năng chuyển đổi ánh sáng để sưởi ấm và do đó không được tin về nhiệt độ bên ngoài.
[Thermomax. "Facts about Solar Energy".
Một đơn giản, hệ thống sưởi ấm nước sẽ bơm nước lạnh để thu được một nước nóng,
nước nóng cho nước chảy lại về một bộ sưu tập bể. Điều này loại thu có thể cung cấp đủ
nước nóng cho toàn bộ một gia đình.
Đun nóng được lưu giữ trong một bồn chứa nước nóng. Các khối lượng này sẽ được bể
lớn hơn năng lượng mặt trời với các hệ thống sưởi ấm, để cho phép có thời tiết xấu, và vì
cuối cùng, nhiệt độ tối ưu cho các absorber thấp hơn một điển hình hoặc Combustion
immersion heater.
Làm việc cho các absorber chất lỏng có thể là nước nóng từ bồn chứa, nhưng thường (ít
nhất là trong các hệ thống bơm) là một vòng lặp riêng biệt của chất lỏng có chứa chống
đông và một corrosion inhibitor mà cung cấp nhiệt vào bể thông qua một nhiệt
eXchanger ( thường xôn xao về một đồng tubing trong bể). Một thấp hơn và bảo trì khái
niệm là 'drain-back': không có chống đông được yêu cầu, thay vì tất cả các piping là
sloped nước gây ra cho ráo nước quay trở lại bể. Các bồn chứa không phải là áp suất cao
và được mở cho không khí áp lực. Ngay sau khi bơm nước dong, luồng reverses và ống
trống rỗng, của thời gian khi đông có thể xảy ra.
Khi một nước nóng năng lượng mặt trời và nước nóng trung tâm hệ thống sưởi ấm được
sử dụng trong cùng, hơi nóng năng lượng mặt trời, hoặc sẽ được tập trung trong một bồn
chứa trước khi sưởi ấm cho các nguồn cấp dữ liệu vào các bồn chứa nước nóng của các
trung tâm sưởi ấm, hoặc eXchanger nóng năng lượng mặt trời sẽ được thấp hơn trong các
bể hơn một nong hon. Tuy nhiên, chính cần thiết cho các trung tâm được sưởi ấm vào ban
đêm khi không có ánh sáng mặt trời và năng lượng mặt trời vào mùa đông khi đạt được là
thấp hơn. Vì vậy, nước năng lượng mặt trời để sưởi ấm và tắm rửa thường xuyên là một
ứng dụng tốt hơn trung tâm sưởi ấm hơn bởi vì cung và cầu là phù hợp tốt hơn.
Các nước từ thu có thể tiếp cận rất cao, nhiệt độ trong nắng tốt, hoặc nếu máy bơm không
phải là thành công. Nên thiết kế cho phép của các áp lực và vượt quá nhiệt thông qua một
biến nhiệt.
Kinh tế
Trong nang, các địa điểm nóng, nơi đông bảo vệ là không cần thiết, một loạt loại đun
nước nóng năng lượng mặt trời có thể là cực kỳ hiệu quả về chi phí. Trong latitudes cao
hơn, có thường xuyên bổ sung thiết kế cho các yêu cầu của thời tiết lạnh, mà thêm vào hệ
thống phức tạp. Điều này đã ảnh hưởng của tăng chi phí ban đầu (nhưng không phải là
cuộc sống-chu kỳ chi phí) của một hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời, đến một cấp
độ cao hơn nhiều so với một tương đun nước nóng của các loại. Khi tính tổng chi phí để
sở hữu và vận hành, phân tích hợp lý sẽ xem xét rằng năng lượng mặt trời là miễn phí, vì
vậy rất nhiều trong việc giảm chi phí vận hành, trong khi các nguồn năng lượng khác,
chẳng hạn như khí đốt và điện, có thể khá đắt tiền theo thời gian. Vì vậy, khi các chi phí
ban đầu của một hệ thống năng lượng mặt trời được tài trợ và so với chi phí năng lượng,
sau đó trong nhiều trường hợp, tổng số hàng tháng chi phí năng lượng mặt trời nóng có
thể ít hơn ước khác hơn các loại nước nóng nóng (và cũng có thể kết hợp với một hiện tại
đun nước nóng). Tại cao hơn latitudes, nóng năng lượng mặt trời có thể là do chưa có
hiệu quả thấp hơn năng lượng mặt trời, có thể yêu cầu hệ thống sưởi ấm đôi. Ngoài ra,
chính phủ liên bang và địa phương có thể được ưu đãi đáng kể.
Năng lượng mặt trời cho thuê bây giờ đã có tại Tây Ban Nha cho các hệ thống nước nóng
năng lượng mặt trời từ Pretasol [Solar Leasing Pretasol] với một điển hình của hệ thống
chi phí khoảng 59 euro và lên đến 99 euro mỗi tháng cho một hệ thống có thể cung cấp
đủ nước nóng cho một gia đình điển hình của nhà sáu người. Các payback sẽ là khoảng
thời gian năm năm.
Tại Úc, chi phí trung bình cho một hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời được cài đặt
đầy đủ là giữa $ 1.800 và $ 2.800. Đây là sau khi bồi hoàn thuế (có giảm giá là một liên