Tìm hiểu 2 công nghệ sử dụng năng lượng mặt trời phổ biến

Các công nghệ sử dụng năng lượng mặt trời đang ngày càng phổ biến, nhưng bạn có thực sự hiểu rõ cách chúng hoạt động? Sự nhầm lẫn giữa công nghệ quang điện và nhiệt năng có thể khiến bạn khó lựa chọn giải pháp phù hợp nhất với nhu cầu của mình. Bài viết này sẽ đi sâu phân tích hai công nghệ cốt lõi này, giải thích rõ ràng nguyên lý hoạt động từ hiệu ứng quang điện trong pin mặt trời đến cơ chế thu nhiệt bằng hiệu ứng nhà kính. Qua đó, bạn sẽ có cái nhìn tổng quan và chính xác để khai thác hiệu quả nguồn năng lượng sạch vô tận này.

Các công nghệ sử dụng năng lượng mặt trời

Hiện nay, có hai nhóm công nghệ sử dụng năng lượng mặt trời chính được ứng dụng rộng rãi. Đó là công nghệ điện mặt trời dựa trên hiệu ứng quang điện (Photovoltaic – PV) và công nghệ nhiệt năng từ mặt trời (Solar Thermal).

Công nghệ điện mặt trời quang điện (Photovoltaic – PV)

Công nghệ điện mặt trời quang điện khai thác trực tiếp bức xạ mặt trời để tạo ra điện năng. Nguyên lý cốt lõi của công nghệ này dựa trên hiện tượng hiệu ứng quang điện: khi ánh sáng chiếu vào một lớp tiếp xúc bán dẫn p-n, năng lượng ánh sáng sẽ được chuyển hóa thành năng lượng của dòng điện một chiều (DC). Để thực hiện quá trình này, các mô-đun Pin mặt trời (PMT) được sử dụng, với thành phần chính là các lớp tiếp xúc bán dẫn Silic loại n và loại p (nSi/pSi).

Hình 1: Nguyên lý cấu tạo tổng thể của Pin mặt trời (PMT)

Hình 2: Sơ đồ cấu tạo chi tiết của Pin mặt trời

Công nghệ nhiệt năng từ mặt trời (Solar Thermal)

Nhiệt năng từ bức xạ mặt trời đã được con người sử dụng từ xa xưa cho các hoạt động cơ bản như phơi sấy nông sản hay sưởi ấm tự nhiên. Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các thiết bị hiện đại đã giúp việc khai thác nhiệt mặt trời trở nên hiệu quả hơn đáng kể. Có hai nhóm công nghệ chính khai thác nhiệt mặt trời là dựa trên hiệu ứng nhà kính (tạo nhiệt độ thấp) và hiệu ứng hội tụ bức xạ mặt trời (tạo nhiệt độ cao).

Hệ thống thu nhiệt hiệu ứng nhà kính (nhiệt độ thấp)

Nguyên lý hoạt động của các hệ thống thu nhiệt này dựa trên hiệu ứng nhà kính. Cụ thể, các tấm kính trong suốt có khả năng cho phép các bức xạ mặt trời có bước sóng ngắn (nhỏ hơn khoảng 0,7 x 10^-6m) đi qua dễ dàng vào bên trong. Tuy nhiên, chúng lại ngăn cản các bức xạ nhiệt thứ cấp có bước sóng dài hơn (lớn hơn khoảng 0,7 x 10^-6m) thoát ra ngoài. Điều này dẫn đến sự tích tụ nhiệt bên trong hộp thu. Bức xạ mặt trời khi xuyên qua tấm kính sẽ đến tấm hấp thụ (thường có màu tối để tối ưu khả năng hấp thụ) và phần lớn năng lượng được chuyển hóa thành nhiệt. Các tia nhiệt thứ cấp phát ra từ tấm hấp thụ bị tấm kính giữ lại, làm cho nhiệt độ bên trong hộp thu và tấm hấp thụ ngày càng tăng lên.

Nhiệt độ này có thể được sử dụng để đun nước nóng, sấy khô nông sản phẩm hoặc sưởi ấm không gian. Hiệu suất thu nhiệt của các bộ thu dạng hiệu ứng nhà kính có thể đạt tới 50%.

Hình 3: Cấu tạo và nguyên lý thu nhiệt năng lượng mặt trời nhờ hiệu ứng nhà kính

Công nghệ nhiệt điện mặt trời (Concentrated Solar Power – CSP) (nhiệt độ cao)

Để sản xuất điện từ nhiệt năng lượng mặt trời ở quy mô lớn hơn, người ta sử dụng công nghệ nhiệt điện mặt trời. Công nghệ này áp dụng các hệ thống gương cầu hoặc gương parabol để hội tụ hàng nghìn tia sáng mặt trời vào một điểm hoặc một trục hội tụ cụ thể. Tại các điểm hội tụ này, nhiệt độ có thể đạt mức cực cao, từ hàng trăm đến thậm chí hàng nghìn độ C. Khi một chất lỏng như nước hoặc dầu được cho chảy qua vùng hội tụ này, nó sẽ nhanh chóng bay hơi, ngay cả dưới áp suất cao. Hơi nước hoặc chất lỏng ở trạng thái hơi này sau đó được dẫn qua các tua-bin để làm quay chúng, từ đó phát ra điện năng.

Xem thêm:

• Công Nghệ Cửa Sổ Năng Lượng Mặt Trời Là Gì + Hoạt Động Ra Sao?
• Năng lượng mặt trời là gì và ứng dụng của nó trong ngành năng lượng?
• Những công nghệ sẽ giải cứu Trái đất

PGS.TS. Đặng Đình Thống

Câu hỏi thường gặp về công nghệ sử dụng năng lượng mặt trời:

Có những công nghệ sử dụng năng lượng mặt trời chính nào?: Hiện nay có hai công nghệ chính là công nghệ quang điện (Photovoltaic – PV) biến trực tiếp bức xạ mặt trời thành điện năng và công nghệ nhiệt mặt trời (Solar Thermal) sử dụng nhiệt từ mặt trời để đun nước hoặc tạo ra điện.

Công nghệ quang điện hoạt động như thế nào?: Công nghệ quang điện sử dụng các tấm pin mặt trời chứa tế bào quang điện (thường làm từ Silic). Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào, các electron được giải phóng, tạo ra dòng điện một chiều (DC).

Công nghệ nhiệt năng từ mặt trời khác gì so với quang điện?: Thay vì tạo ra điện trực tiếp từ ánh sáng, công nghệ nhiệt năng tập trung sức nóng của mặt trời để làm nóng một chất lỏng (như nước hoặc dầu). Hơi nước áp suất cao sau đó được dùng để quay tua-bin và máy phát điện, tương tự như các nhà máy điện truyền thống.