Năng lượng mặt trời là gì? Câu hỏi được nhiều người quan tâm trong bối cảnh nguồn năng lượng này đang dần trở thành xu hướng phát triển bền vững trên toàn cầu. Trong bài viết này, Du Long sẽ giải đáp cho bạn chi tiết về năng lượng mặt trời và ứng dụng của năng lượng trong sản xuất và đời sống.
1. Tổng quan về năng lượng mặt trời
1.1 Năng lượng mặt trời là gì?
Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng được sinh ra từ bức xạ mặt trời. Nguồn năng lượng này được con người khai thác và chuyển hóa thành điện năng hoặc nhiệt năng thông qua các công nghiệp hiện đại như pin quang điện, hệ thống thu nhiệt mặt trời. Năng lượng mặt trời được sử dụng trong nhiều mục đích khác nhau như sản xuất, hệ thống sưởi, làm mát, chiếu sáng,….
1.2 Vai trò của năng lượng mặt trời
Năng lượng mặt trời là năng lượng tái tạo bền vững. Bên cạnh đó, năng lượng mặt trời không chỉ mang đến nhiều lợi ích thiết thực và còn đóng vai trò quan trọng trong sản xuất và cuộc sống của con người.
- Duy trì sự sống trên trái đất: Năng lượng mặt trời chính là nguồn năng lượng nuôi dưỡng hệ sinh thái và góp phần duy trì sự sống trên trái đất. Ví dụ: Ánh nắng giúp cây cối quang hợp phát triển mang đến bầu không khí trong lành cho con người, ánh sáng mặt trời duy trì các hoạt động sống của con người,….
- Duy trì bầu không khí trong lành của khí quyển: Sử dụng nguồn năng lượng mặt trời giúp giảm thiểu lượng khí CO2, N2O,…và các chất ô nhiễm khác từ việc đốt nhiên liệu giúp cải thiện bầu không khí và duy trì bầu khí quyển trong lành.
- Giảm chi phí sử dụng năng lượng: Khi lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời người dùng có thể sử dụng chúng để phục vụ cho cuộc sống hàng ngày như hệ thống lò sưởi, pin năng lượng mặt trời, bình nước nóng, đèn mặt trời,…giúp nâng cao đời sống và giảm thiểu chi phí trong việc sử dụng điện.
- Năng lượng mặt trời tạo ra điện: Hệ thống chuyên dụng sẽ chuyển hóa từ quang năng thành điện năng cung cấp nguồn điện cho các thiết bị điện tử như đèn LED, thiết bị gia dụng, thiết bị điện tử,… và các công trình kiến trúc.
- Hóa học năng lượng mặt trời: Năng lượng mặt trời có thể gây ra các phản ứng nhiệt hóa hoặc quang hóa. Quá trình này sẽ tạo ra các tế bào quang điện, đây là một yếu tố quan trọng trong việc sản xuất pin dự trữ năng lượng.
2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động năng lượng mặt trời
Dưới đây là cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống năng lượng mặt trời, giúp bạn hiểu thêm về cách thức hoạt động và các thành phần chính tạo nên nguồn năng lượng tái tạo này.
- Pin năng lượng (pin quang điện): Pin quang điện có nhiệm vụ nhận và chuyển hóa năng lượng mặt trời thành nhiệt năng và cung cấp điện cho hệ thống.
- Hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng: Hệ thống lưu trữ có nhiệm vụ lưu trữ năng lượng từ tấm pin mặt trời để sử dụng khi những lúc không có ánh nắng mặt trời như vào ban đêm hoặc trời âm u.
- Hệ thống sạc năng lượng: Là bộ phận trung gian giúp điều tiết, giám sát quá trình sạc pin, ắc quy giúp tăng hiệu suất và tối ưu hóa nguồn năng lượng. Ngoài ra, hệ thống còn có chức năng chống quá tải, tự động xả ngắt pin, chống ngược mạch giúp tăng tuổi thọ pin lâu hơn.
- Inverter chuyển đổi nguồn điện: Inverter có nhiệm vụ chuyển đổi nguồn điện một chiều của pin mặt trời thành nguồn điện xoay chiều chuẩn 220V.
Nguyên lý hoạt động của năng lượng mặt trời bắt đầu bằng việc hấp thụ ánh sáng mặt trời qua các tấm pin mặt trời, thường làm từ dạng đa tinh thể silicon. Ánh nắng sẽ được chuyển đổi từ quang năng thành điện năng thông qua các tấm pin mặt trời. Dòng điện một chiều đi qua Inverter sẽ được chuyển thành dòng điện xoay chiều (AC) 220V cùng tần số và công suất với lưới điện quốc gia.
Hệ thống sạc năng lượng nạp đầy điện vào ắc quy lưu trữ, đảm bảo nguồn điện dự phòng cho những thời điểm không có ánh sáng mặt trời. Cuối cùng, dòng điện được chuyển đổi và lưu trữ sẽ hòa vào mạng lưới điện quốc gia, cung cấp điện cho các thiết bị và tải tiêu thụ.
3. Ưu và nhược điểm của năng lượng mặt trời
Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch, đóng góp quan trọng vào việc bảo vệ môi trường và tạo ra nguồn năng lượng bền vững. Tuy nhiên, năng lượng mặt trời cũng tồn tại những ưu nhược điểm sau
3.1. Ưu điểm
Năng lượng mặt trời sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội mà con người có thể tận dụng trong sản xuất và đời sống như:
- Bền vững tái tạo: Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng vô hạn đáp ứng nhu cầu sử dụng năng lượng của con người đến hàng nghìn năm sau.
- Nguồn năng lượng có sẵn: Ánh sáng mặt trời chiếu sáng các khu vực trên trái đất bạn có thể dùng được bất cứ đâu khi có ánh sáng mặt trời chiếu vào.
- Tiết kiệm ngân sách: Chi phí đầu vào thấp giúp người dùng tiết kiệm ngân sách, chi phí hóa đơn điện đáng kể trong thời gian dài.
- Lợi ích về môi trường: Sử dụng năng lượng mặt trời giúp giảm phát thải khí ô nhiễm ra môi trường, hạn chế tình trạng nhà kính, bảo vệ môi trường và làm giảm biến đổi khí hậu.
- Mang tính ổn định: Hệ thống năng lượng mặt trời cung cấp nguồn nhiên liệu ổn định cho các thiết bị, máy móc sản xuất. Đặc biệt khi kết hợp với hệ thống lưu trữ, người dùng không phải lo khi thiếu điện trong các trường hợp trời tối, không có ánh sáng mặt trời hoặc những ngày mây nhiều.
- Bảo trì thấp và tuổi thọ lâu dài: Tấm pin mặt trời thường có tuổi thọ cao khoảng từ 25 – 30 năm và chi phí bảo trì thấp.
- Đơn giản dễ vận hành: Hệ thống năng lượng dễ dàng lắp đặt và vận hàng giúp người dùng dễ dàng tiếp cận và sử dụng.
3.2. Nhược điểm
Bên cạnh những ưu điểm vượt trội, năng lượng mặt trời cũng tồn tại một số hạn chế như:
- Chi phí đầu tư cao: Mặc dù nguồn năng lượng có sẵn nhưng chi phí lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời khá cao, có thể là rào cản đối với một số gia đình và đơn vị kinh doanh.
- Nguồn năng lượng phụ thuộc vào thời tiết: Nguồn năng lượng phụ thuộc 100% vào thời tiết, nếu trời mưa hoặc có mây nhiều hiệu suất của hệ thống sẽ giảm đi đáng kể.
- Không gian không hiệu quả: Tấm pin năng lượng đòi hỏi không gian lắp đặt lớn để sản xuất. Vì vậy, chúng hạn chế sử dụng trong nội thành, trên các mái nhà nhỏ hoặc các không gian hẹp.
- Không sử dụng cho các mái nhà cũ: Việc lắp đặt các tấm pin mặt trời trên mái và hệ thống lắp đặt được kết nối điều này sẽ gặp khó khăn đối với các ngôi nhà cũ.
- Khó di chuyển: Khi lắp đặt các hệ thống năng lượng mặt trời, các tấm pin mặt trời lớn sẽ gặp khó khăn trong việc di dời và thay đổi vị trí sẽ khiến bạn tốn nhiều chi phí.
- Sản xuất có tác động tiêu cực đến môi trường: Quy trình sản xuất của các thiết bị năng lượng mặt trời sẽ kèm theo các phát thải carbon, khí nhà kính, khí đốt nhiên liệu,…ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường sống và sức khỏe của con người.
4. 7 Ứng dụng năng lượng mặt trời trong sản xuất công nghiệp và đời sống
Năng lượng mặt trời đã và đang trở thành một phần quan trọng trong sản xuất và cuộc sống hàng ngày của người dân. Dưới đây là một số ứng dụng tiêu biểu của năng lượng mặt trời
4.1 Sản xuất điện từ năng lượng mặt trời cho sản xuất
Năng lượng mặt trời phát triển mạnh mẽ trong việc sản xuất điện trong công nghiệp vào những năm gần đây. Để tạo ra nguồn điện, các tấm pin mặt trời sẽ hấp thụ ánh sáng và chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều thông qua inverter.
Hiện nay, trong công nghiệp nhiều nhà máy các cơ sở sản xuất đã lắp đặt hệ thống pin năng lượng mặt trời để cung cấp điện cho máy móc và quy trình sản xuất. Trong nông nghiệp, hệ thống được lắp đặt liền kề như mái chuồng trại nhằm cung cấp điện và sưởi ấm cho vật nuôi.
4.2 Hệ thống sưởi ấm, làm mát, thông gió
Hệ thống sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời hoạt động theo nguyên lý thu bức xạ mặt trời trực tiếp vào các tòa nhà thông qua cửa sổ. Sau đó, sử dụng bộ năng lượng chuyên dụng để làm nóng nước hoặc không khí. Điều này cho phép các hệ thống sưởi ấm duy trì nhiệt độ ấm áp vào mùa đông và làm mát không khí vào mùa hè.
Bên cạnh việc tạo ra môi trường sống thoải mái, việc áp dụng năng lượng mặt trời trong hệ thống điều hòa không khí của các hộ gia đình, văn phòng, khách sạn và nhiều công trình khác, giúp giảm thiểu việc sử dụng điện từ lưới điện, từ đó giảm phát thải khí nhà kính.
4.3 Sấy khô các sản phẩm nông nghiệp
Máy sấy nông sản được cấu tạo từ hộp cách nhiệt lắp đặt ưới đáy, mặt trong được phủ tấm kính nghiêng trong suốt. Các khay đục lỗ và giá sẽ được thiết kế sao cho sản phẩm sấy được tiếp xúc có kiểm soát với bức xạ mặt trời.
Hệ thống này không chỉ đảm bảo các sản phẩm được sấy khô hoàn toàn mà còn đảm bảo chất lượng và giá trị dinh dưỡng của thực phẩm theo ý muốn. Bằng cách áp dụng máy sấy năng lượng người dân có thể nâng cao hiệu quả sản xuất và hạn chế sự tấn công của côn trùng và vi khuẩn.
4.4 Năng lượng cho phương tiện di chuyển
Sử dụng năng lượng mặt trời để cung cấp điện cho các phương tiện di chuyển đang ngày càng trở nên phổ biến, đặc biệt trong lĩnh vực xe điện và phương tiện công cộng. Hệ thống pin mặt trời được lắp đặt trên phương tiện sẽ hấp thụ ánh sáng và chuyển đổi thành điện năng, giúp xe hoạt động mà không cần sử dụng nhiên liệu hóa thạch.
Ví dụ, ô tô chạy bằng năng lượng mặt trời là Lightyear one là một minh chứng tiêu biểu cho sự phát triển xanh bền vững trong ngành giao thông vận tải. Xe được trang bị những tấm pin mặt trời trên mui xe, nhờ đó xe có thể tăng tốc lên đến 100km trong vòng 10s và quãng đường di chuyển tối đa là 725km.
4.5 Pin sạc năng lượng mặt trời
Pin sạc năng lượng mặt trời đang phát triển nhanh chóng và dần thay thế các phương pháp sạc pin truyền thống bằng dây sạc. Pin thu nhận năng lượng từ ánh sáng mặt trời và chuyển đổi thành dòng điện để lưu trữ trong bộ sạc.
Giờ đây, các thiết bị như điện thoại, iPad,…với dung lượng pin 4,300 mAh, có thể sạc đầy pin khoảng 2 tiếng. Đặc biệt, người dùng có thể dễ dàng sạc ở bất cứ nơi đâu mà không cần đến ổ cắm điện. Điều này không chỉ mang lại sự tiện lợi và linh hoạt cho cuộc sống hàng ngày mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường xung quanh.
4.6 Xử lý nước bằng năng lượng mặt trời
Nước có khả năng khử trùng khi đạt đến 65 độ C và được phơi trực tiếp dưới ánh nắng mặt trời. Lúc này, nước phải được đựng trong chai nhựa PET được phơi sáng dưới ánh nắng mặt trời từ 6 – 48 tiếng.
Nước mặn được đặt trong bồn thủy tinh và dốc về một phía, sức nóng của mặt trời sẽ làm nước bốc hơi và khi gặp tấm kính sẽ ngưng tụ lại thành nước tinh khiết. Nước này có thể uống được và phương pháp này sẽ góp phần bảo vệ môi trường bằng cách sử dụng năng lượng tái tạo để xử lý nước.
4.7 Ứng dụng năng lượng mặt trời trong hệ thống giám sát
Hệ thống giám sát năng lượng mặt trời là nền tảng trực tuyến thực hiện giám sát hệ thống bằng cách sử dụng các thành phần cảm biến và bộ ghi dữ liệu. Dữ liệu được phân tích và chuyển đến ứng dụng di động IoT (Internet vạn vật) để đánh giá nguyên nhân sự cố.
Thiết bị này được ứng dụng ở các khu vực khó tiếp cận với mạng lưới điện giúp tiết kiệm chi phí vận hành mà còn đảm bảo tính liên tục trong việc theo dõi. Hơn nữa, nhờ vào việc sử dụng năng lượng tái tạo, các hệ thống giám sát góp phần giảm thiểu khí thải và bảo vệ môi trường xung quanh.
5. Thực trạng và tiềm năng phát triển của năng lượng mặt trời tại Việt Nam
Trong những năm gần đây, năng lượng mặt trời đã trở thành một nguồn năng lượng tiềm năng và được chú trọng phát triển tại Việt Nam. Năm 2018, công suất tăng từ 105 MW lên đến hơn 16.500 MW vào tháng 12/2020 đã giúp Việt Nam trở thành thị tường năng lượng mặt trường lớn nhất Đông Nam Á. Tuy nhiên, tình hình phát triển năng lượng mặt trời vẫn chưa đồng đều giữa các vùng miền.
- Miền Bắc: Điều kiện bức xạ mặt trời thấp hơn so với các vùng khác, với mức trung bình chỉ khoảng 4 – 4.5 kWh/m²/ngày. Khu vực này chủ yếu dựa vào nguồn năng lượng từ than đá và thủy điện, dẫn đến sự phát triển năng lượng mặt trời chậm hơn so với các vùng khác.
- Miền Trung: Tổng bức xạ năng lượng mặt trời ở các tỉnh miền Trung khoảng 5 kWh/m²/ngày. Tuy nhiên, khu vực này chủ yếu vẫn dựa vào nguồn năng lượng từ thủy điện, dẫn đến tốc độ phát triển năng lượng mặt trời chưa đạt được mức nhanh chóng.
- Miền Nam: Tổng bức xạ năng lượng mặt trời khoảng 5 – 5.5 kWh/m²/ngày. Miền Nam không chỉ phụ thuộc vào nguồn năng lượng từ than đá và khí đốt mà còn tích cực khai thác năng lượng mặt trời như một giải pháp bền vững trong tương lai. Trong đó, Ninh Thuận là tỉnh có tiềm năng phát triển năng lượng mặt trời với hơn 8.000 MW điện mặt trời.
Khu công nghiệp Du Long đang nổi lên như một điểm sáng trong lĩnh vực phát triển năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng mặt trời. Với vị trí địa lý thuận lợi và điều kiện khí hậu lý tưởng, KCN Du Long đã thu hút nhiều nhà đầu tư lớn vào các dự án và các khu công nghiệp ứng dụng sản xuất bằng năng lượng mặt trời.
Bên cạnh đó, chính sách hỗ trợ từ chính phủ cùng với sự cam kết phát triển bền vững đến năm 2030, KCN Du Long đã tận dụng các nguồn năng lượng tái tạo như mặt trời và gió trong sản xuất. Điều này không chỉ giúp giảm chi phí năng lượng và áp lực lên lưới điện EVN mà còn góp phần bảo vệ môi trường, khẳng định vị thế của KCN Du Long trong xu hướng phát triển công nghiệp xanh.
Trên đây, chúng tôi đã giải đáp mọi thắc mắc liên quan đến năng lượng mặt trời là gì và ứng dụng của nguồn năng lượng này vào sản xuất và đời sống. Hy vọng bạn đọc sẽ hiểu rõ hơn về tiềm năng to lớn của năng lượng mặt trời trong tương lai. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào liên quan đến khu công nghiệp, vui lòng truy cập vào website của Du Long để được giải đáp nhanh chóng nhé!
