Tiểu luận Năng lượng tái tạo

Tiểu luận Năng lượng tái tạo Năng lượng tái tạo. Thực trạng: Hiện tại trên thế giới các nguồn năng lượng truyền thống đang dần cạn kiệt, do nhu cầu sử dụng năng lượng không hề có dấu hiệu giảm kể từ sau cuộc cách mạng công nghiệp thế kỷ 18. Qua đây chúng tôi giới thiệu hai loại nhiêu truyền thống, chúng đã nuôi sống hầu hết các ngành công nghiệp nặng trên thế giới, đó là than đá và dầu mỏ. Tuy nhiên, Cùng với sự quan trọng của hai nhiên liệu này thì những tác hại mà chúng để lại cho môi trường cũng rất nặng nề. Việc phát thải CO2 ra môi trường đang là vấn đề được quan tâm nhất với các quốc gia đang phát triển. Mà thủ phạm chính là từ các ngành công nghiệp sự dụng hai loại nhiên liệu này. CO2 gây hiệu ứng nhà kính khiến trái đất nóng lên, biến đổi khí hậu, ảnh hưởng đến hệ sinh thái, và tác hại lớn nhất đó là làm tan băng, nước biển dâng dẫn đến hàng loạt các vấn đề tiêu cực như: ngập úng, diện tích đất liền sẽ thu hẹp, sự di cư của con người và sinh vật lên các vùng cao hơn...  Để bảo vệ tương thì còn người cần phải có những giải pháp lâu dài nhằm giảm ô nhiễm môi trường. Mặt khác các nguồn năng lượng truyền thống đang dần cạn kiệt Than đá là một loại nhiên liệu hóa thạch được hình thành ở các hệ sinh thái đầm lầy nơi xác thực vật được nước và bùn lưu giữ không bị ôxi hóa và phân hủy bởi sinh vật (biodegradation). Thành phần chính của than đá là cacbon, ngoài ra còn có các nguyên tố khác như lưu huỳnh. Than đá, là sản phẩm của quá trình biến chất, là các lớp đá có màu đen hoặc đen nâu có thể đốt cháy được. Dầu mỏ hay dầu thô là một chất lỏng sánh đặc màu nâu hoặc ngả lục. Dầu thô tồn tại trong các lớp đất đá tại một số nơi trong vỏ Trái Đất. Dầu mỏ là một hỗn hợp hóa chất hữu cơ ở thể lỏng đậm đặc, phần lớn là những hợp chất củahydrocarbon, thuộc gốc alkane, thành phần rất đa dạng. nếu không sớm có nguồn năng lượng thay thế thì thế giới sẽ rơi vào tình trang thiếu hụt năng lượng, an ninh năng lượng sẽ không được đảm bảo, chiến tranh và bạo loạn sẽ xảy ra thường xuyên.  Một trong những biện phát khả thi nhất mà tất cả các quốc đã và đang thực hiện đó là tìm ra những nguồn năng lượng mới thay thế những loại truyền thống trên.  Các nguồn năng lượng mới sẽ khắc phục được tối đa những tác hại của năng lượng truyền thống. Chúng sạch hơn, dễ tìm kiếm và dễ khai thác hơn, hơn cả là chúng vô tận, không hạn chế về mặt không gian và thời gian.  Những năng lượng này sẽ đảm bảo cho tương lai loài người. Con cháu chúng ta sẽ được hưởng cuộc sống tốt đẹp hơn.  Các quốc gia trên thế giới rất chú nghiên cứu và phát triển các nguồn năng lượng này. Họ đã tạo ra những thành tự đáng kể, góp phần tích cực vào việc đảm bảo an ninh năng lượng và giảm lượng khí thải ra môi trường.  Một số năng lượng mới :năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng thủy triều, năng lượng sinh khối.... Giới thiệu PMT:  Năng lượng mặt trời được xem là dạng năng lượng ưu việt trong tương lai, đó là nguồn năng lượng sẵn, siêu sạch và miễn phí. Do vậy năng lượng mặt trời ngày càng được sử dụng rộng rãi ở các quốc gia  Năng lượng mặt trời là một dạng năng lượng tái tại, có nhiều ứng dụng trong đời sống: đun nước, sấy khô...và ứng dụng quan trọng nhất là tạo ra điện năng.  PMT là nguồn điện khi có sự tác động của ánh sáng mặt trời nó có khả năng tạo ra dòng điện (tức nó có khả năng chuyển hóa từ quang năng sang điện năng, sự chuyển đổi này gọi là hiệu ứng quang điện). (hiệu ứng quang điện sẽ được biết đến trong phần nguyên lý làm việc).  Đa số PMT được sản xuất từ các silic tinh thể (có kích thước 350-450µm) và nền tảng của PMT là các thế bào mặt trời (SC). Nhiều SC ghép lại được một tấm PMT.  Hiệu suất: từ 15% - 18%, công suất: từ 25Wp đến 175 Wp, số lượng cells trên mỗi tấm pin: 72 cells, kích thước cells: 5" – 6", tuổi thọ trung bình của pin: 25-30 năm. Cấu tạo: SC là một dạng thu nhỏ của PMT gồm đa tinh thể và đa tinh thể. Mỗi SC có kích thước 5-6 inchs, gồm lớp chuyển tiếp p-n, hai điện cực…ngoài ra còn có lớp chống phản xạ, lớp bảo vệ… Lớp chuyển tiếp p-n gồm 2 lớp bán dẫn p-n  Bán dẫn loại p: Khi ta pha thêm một lượng nhỏ chất có hoá trị 3 như Indium (In) vào chất bán dẫn Si thì 1 nguyên tử Indium sẽ liên kết với 4 nguyên tử Si theo liên kết cộng hoá trị và liên kết bị thiếu một điện tử => trở thành lỗ trống ( mang điện dương) và được gọi là chất bán dẫn P. Hạt tải điện chủ yếu là lỗ trống.  Bán dẫn loại n: Khi ta pha một lượng nhỏ chất có hoá trị 5 như Phospho (P) vào chất bán dẫn Si thì một nguyên tử P liên kết với 4 nguyên tử Si theo liên kết cộng hoá trị, nguyên tử Phospho chỉ có 4 điện tử tham gia liên kết và còn dư một điện tử và trở thành điện tử tự do => Chất bán dẫn lúc này trở thành thừa điện tử ( mang điện âm) và được gọi là bán dẫn N (Negative : âm ). Hạt tải điện là e. ….. Nguyên lý hoạt động : PMT hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ: vậy hiện tượng cảm ứng điện từ là gì ? Là hiện tượng xảy ra trong chất bán dẫn, khi ánh sáng có bước sóng thích hợp (có λ > λ0: λ0 giới hạn quang điện của chất bán dẫn) chiếu vào bề mặt chất bán dẫn thì có cung cấp cho e trong mối liên kết một năng lượng đủ lớn để e này bức ra khỏi lên kết và trở thành e tự do. Muốn chuyển hóa quang năng thành điện năng thì PMT phải trải qua 2 công đoạn sau: 1. Hấp thụ photon từ ánh sáng kích thích và chuyển thành cặp điện tử - lỗ trống. 2. Phân tách cặp điện tử lỗ trống và chuyển các điện tích này về các điện cực. Khi chưa có ánh sáng chiếu vào bề mặt PMT thì hầu như trong PMT không có hiện tượng gì xảy ra. Chỉ có sự khuếch tán của e từ bán dẫn n sang bán dẫn p, và để lại lỗ trống trong bán dẫn n, khi đó bán dẫn n thiếu e nên tích điện dương, bán dẫn p thừa e nên tích điện âm. Suy ra sẽ xuất hiện 1 điện trường hướng từ n sang p và nó sẽ cản trở các điện tử chạy từ n sang p, vì thế các điên tử tự do bên bán dẫn n sẽ không khuếch tán hết sang bán dẫn p được. Và trong khoảng điện trường này không có sự xuất hiện của e tự do hay lỗ trống nào cả. Đó là nguyên lý hoạt động của điot bán dẫn. Còn PMT là 1 diot bán dẫn có bề mặt rộng hơn, có lớp n cực mỏng, để khi có ánh sáng chiều xuyên qua lớp bán dẫn n vào tới lớp tiếp, với các bước sóng thích hợp thì mới có sự xuất hiện của e tự (do ánh sáng mặt trời đã cung cấp một năng lượng cho e để chúng bật ra khỏi lên kết) (tại sao) và dưới tác dụng của từ trường thì các e này sẽ bị kéo về phía bán dẫn n, và để lại lỗ trống bên phía p các lỗ trống. Kết quả là nếu ta nối 2 cực của bán dẫn sẽ có một hiệu điến thế. Khi có sự phân cực và đã lấy được điện để sử dụng thì PMT cần có một hệ thống tách riêng với điện lưới để đảm bảo an toàn: Bộ điều khiển : Đây là thiết bị có chức năng điều khiển việc sạc điện từ tấm pin NLMTcho ắc-quy, ổn áp cho dòng điện nạp, bảo vệ cho ắc-quy chống nạp quá tải và xả quá sâu nhằm nâng cao tuổi thọ của bình ắc-quy, và giúp hệ thống pin mặt trời sử dụng hiệu quả và lâu dài. Bộ điều khiển còn cho biết tình trạng nạp điện của tấm pin mặt trờii vào ắc-quy giúp cho người sử dụng kiểm soát được các phụ tải. Bộ điều khiển còn thực hiện việc bảo vệ nạp quá điện thế (>13,8V) hoặc điện thế thấp (<10,5V). Mạch bảo vệ của bộ điều khiển sẽ thực hiện việc ngắt mạch khi bộ điều khiển xác nhận bình ắc-quy đã được nạp đầy hoặc điện áp của tấm pin mặt trời quá thấp. Phần của mày đây: Lịch sử phát triển: Thuận lợi:PMT có những thuận lợi lớn, ưu việt hơn đó là: gọn, nhẹ, an toàn với người dùng, hơn cả nó là nguồn năng lượng vô tâm và siêu sạnh. Đó là những điều kiện tốt cho sự phát triển của PMT. Theo ước tính năm 1990 sản lượng điện năng của PMT sản suất ra là khoảng 46 MW, sao đó 10 năm sản lượng này đã gấp hơn 500 lần, tức năm 2000 là khoảng hơn 23.500MW và đến cuối năm 2010 là hơn 40.000MW. Qua đó thấy nó là một trong những ngành công nghiệp phát triển nhanh nhất trên thế giới.  Trải qua thời gian các thế hệ PMT cũng có nhiều cải tiến đặc biệt cải tiến về mặt công nghệ.  Hiệu ứng quang điện được phát hiện đầu tiên năm 1839 bởi nhà vật lý Pháp Alexandre Edmond Becquerel.  Tuy nhiên cho đến 1883 một pin năng lượng mới được tạo thành, bởi Charles Fritts, ông phủ lên mạch bán dẫn selen một lớp vàng cực mỏng để tạo nên mạch nối.  Năm 1946 Russell Ohl là người tạo ra pin năng lượng mặt trời đầu tiên, thiết bị chỉ có hiệu suất 1%.  Năm 1954, PMT Silic được chế tạo có hiệu suất khoảng 6%.  Đến cuối thập niên 1980, PMT Silic đã đạt đến hiệu suất 20%.  Năm 1989, PMT Silic đã đạt đến hiệu suất 37%. Qua thời gian các thế hệ PMT cũng có nhiều thay đổi trong công nghệ, đặc biệt thay đổi về vật liệu sản xuất PMT. Có 4 thế hệ của PMT : 1. Thế hệ thứ nhất: PMT dạng khối, đơn tinh thể silic (còn gọi là PMT kiểu truyền thống) được chế tạo từ wafer silic, loại PMT này có hiệu suất rất cao, tuy nhiên giá thành đắt, khó lắp đặt, kích thước nhỏ. 2. Thế hệ thứ 2: PMT được chế tạo theo công nghệ màng mỏng, các loại vật liệu tạo thành phong phú hơn như silic đa tinh thể, vô định hình, CdTe (cadmium telurit), các hợp kim của CIGS (gồm đồng, indium, galium và selen) và các loại bán dẫn màng mỏng khác. PMT thế hệ này có hiệu suất không cao bằng thế hệ đầu nhưng giá thành rẻ hơn, diện tích phơi sáng lớn hơn, gọn nhẹ hơn, có thể tích hợp nhiều chức năng hơn. 3. Thế hệ thứ 3: Dạng nano tinh thể, pin quang – điện – hóa, PMT có thành phần hữu cơ như PMT nhuộm, PMT polymer. Ưu điểm lớn nhất của PMT thế hệ này là giá thành rẻ hơn hẳn hai thế hệ trước, việc lắp đặt và vận chuyển rất dễ dàng, kích thước và hình dạng của hệ rất phong phú và có thể tùy chỉnh theo nhu cầu sử dụng, tuy nhiên hiệu suất thường không cao và quá trình chế tạo có thể gây ô nhiễm môi trường. 4. PMT lai vô cơ - hữu cơ, được chế tạo từ vật liệu nano tinh thể phủ trên ma trận nền nhựa. Thế hệ PMT này cải thiện được hiệu suất so với PMT thế hệ thứ ba và thân thiện với môi trường hơn. PMT thế hệ thứ tư đang là hướng nghiên cứu được chú trọng hiện nay ở các nước phát triển. ở thế hệ này PMT có thể được sản xuất ra từ thực vật như rau muống, cải xanh…  Ngoài ra, trên thế giới hiện nay còn có các loại PMT có hình dáng, tính chất độc đáo. Ví dụ như: tấm PMT trong suốt có thể lắp thay kính ở các toàn nhà, hay thay kính oto máy bay…và ý tưởng sản xuất pin mặt trời bằng chất dẻo quang điện có thể cuộn tròn tấm PMT như một tờ giấy… Khó khăn:  Vấn đề giá cả là vần đề cản trở lớn nhất việc đưa PMT vào đời sống thực tiễn.  Nếu chỉ để chạy đèn LED 6W/12VDC, đèn 18w/220VAC thì giá để lắp một thống PMT trời là khoảng 3.000.000vnd -10. 000.000vnd  Nhưng để chạy liên tục tất cả các thiết bị trong nhà đèn LED 6W/12VDC, đèn 18w/220VAC, 3 quạt điện, 1 máy tính, xem ti vi... Thì chi phí lắp đặt khoảng 30.000.000 -45.000.000.  Ta xem bảng so sánh sau: Loại năng lượng Giá sử dụng Điện truyền thống 5-15 cent Điện nguyên tử 0.2-0.7 cent Điện gió 3.5 cent Điện mặt trời 4 cent  Vấn đề môi trường: Sử dụng PMT không gây ô nhiểm nhưng sản xuất PMT cũng sử dụng đến các công đoạn đốt cháy các năng lượng không tái tạo như: than đá, dầu, khí…ví dụ sản xuất nhựa, sản xuất thủy tinh, tách chiết silion…Tuy ảnh huongr không nhiều nhưng không phải là không có.  Vấn đề vị trí, thời tiết…. PMT chỉ hoạt động tốt khi có ánh sáng mạnh chiếu vào, vì thế vào những ngày trời âm u hay ban đêm thì PMT sẽ xó hiệu xuất kém hoặc không hoạt động. Ở những nơi bị khuất ánh nắng mặt trời thì cũng không thể lắp thiết bị…(chém thêm cái phần lắp đặt của mày vào cũng được!) Tiềm năng phát triển điện mặt trời ở Việt Nam.  Việt Nam nằm ở vùng nhiệt đới cận xích đạo nên có số giờ nắng trung bình ngày khá cao, ở miền Nam trung bình đạt 6.5 giờ/ngày, miền Bắc là 4.1 giờ/ngày, một số địa phương có số giờ nắng trung bình ngày cao như Cần Thơ: 6.9 giờ/ngày, Đà Lạt: 6.1 giờ/ngày…  Cường độ tổng lượng bức xạ trung bình ngày thuộc loại cao trên thế giới: 5 kWh/m (các khảo sát trên thế giới cho thấy cường độ tổng lượng bức xạ trung bình ngày cao nhất đạt 7 kWh/m2 , thấp nhất 2 kWh/m2).  Những số liệu trên cho thấy Việt Nam có rất nhiều điều kiện thuận lợi cho việc phát triển năng lượng mặt trời.  Tuy nhiên với mức giá cao thì việc sử dụng điện mặt trời ở nước ta còn khá hạn chế. Những giải pháp cho vẫn đề khó khăn của điện mặt trời.  Đẩy mạnh phát triển khoa học kỹ thuật. Tìm kiếm thêm có vật liệu chính có giá thành rẻ giúp hạ giá thành của loại năng lượng này.  Ngắn gọn các khâu sản xuất , tiết kiệm vật liệu và áp dụng phương thức sản xuất tiên tiến.  Có thêm những loại thiết bị kèm theo PMT để tăng tính linh hoạt và thời gian sử dụng: ví dụ bộ tính điện, acquy…. Ứng dụng: PMT có nhiều ứng dụng thực tiễn. Ngày nay việc sử dụng PMT vào đời sống là rất hữu ích vì vấn đề an ninh năng lượng trên thế giới. Chúng được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực, tuy nhiên gía thành sử dụng còn cao nên việc đưa PMT vào đời sống thực tiễn là rất khó khăn. Nhưng trong một số trường hợp hoặc một số lĩnh vực thì PMT là lựa chọn duy nhất. Ví dụ: Trên các vệ tinh nhân tạo, các trạm nghiên cứu vụ trụ, vùng sâu vùng xa… Phần cái máy bay này m có thể nói thêm một chút về ứng dụng của PMT trong quân đội nhé.vi dụ : trong quân đội thì việc sử dụng PMT là việc đang được các nước có tiềm năng quân sự mạnh tính đến. PMT được đặt trong các căn cứ quân sự thuộc vùng sâu, vùng xa hoặc hải đảo, giúp tiết kiệm chi phí, nâng cao tính linh hoạt trong hoạt đông quân sự…. (xem trên slide nữa nhé !) Rồi kết luận @@ Trên đây là phần t chuẩn bị cho m, không nhất thiết phải nói 100% như thế đâu, tùy cơ ứng biến mà nói cho tốt nhé. Những phần t để chữ đỏ thì nói rõ nhé. Cố gắng nói hay hay nhé, nói thêm một số thứ ngoài slide nữa, nói chung là không phải nhìn slide mà nói đâu, đọc hiểu kỹ rồi tự chém thế thì bài thuyết trình nó mí hay @@.ok. Ak mà nhớ viết lại bài chuẩn bị theo ý của m nhé. Cho dễ nói, t chỉ đưa ra các ý chính cần nói thôi. Chúc thành công!