Đồ án Thiết kế hệ thống bám cho modul pin năng lượng mặt trời (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết kế hệ thống bám cho modul pin năng lượng mặt trời (Phần 1)

1. 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 S K L 0 0 4 1 9 0 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 2/2016
2. PHẦN A GIỚI THIỆU i
3. 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: Nguyễn Văn Sơn MSSV: 11141176 Lớp: 1114DT1D Lê Văn Tuyển MSSV: 10101163 Lớp: 101011A Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện – Điện tử Mã ngành: 141 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Khóa: 2011 I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾ T KẾ HÊ ̣ THỐNG BÁM CHO MODUL PIN NĂNG LƯƠNG̣ MĂṬ TRỜ I II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: - Tìm hiểu về pin năng lượng mặt trời. - Tìm hiểu về lập trình PIC. - Tìm hiểu về một số macḥ điện tử liên quan đến nguồn pin năng lượng măṭ trời. 2. Nội dung thực hiện: - Tìm hiểu về pin năng lượng mặt trời. - Thiết kế mạch điều khiển bám. - Thiết kế mạch cấp nguồn cho hệ thống hoạt động. - Tìm hiểu về bộ tích trữ điện. - Tìm hiểu về các sự cố liên quan đến pin mặt trời, bộ tích trự điện. - Tính toán, thiết bộ bộ nghịch lưu để sử dụng nguồn điện tích trữ được với các thiết bị điện xoay chiều. - Tính toán, thiết kế mô hình chiếu sáng tiết kiệm điện cho đường vào 2 khu C,D. - Lắp ráp hoàn thành mô 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: 10/10/2015 ii
4. 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. NGUYỄN MINH TÂM iii
5. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Khoa Điện - Điện Tử Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Bộ Môn Điện Tử Công Nghiệp Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2015 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Văn Sơn Lớ p: 11141DT1D MSSV: 11141176 Lê Văn Tuyển Lớ p: 101011A MSSV: 10101163 Tên đề tài: THIẾ T KẾ HÊ ̣ THỐ NG BÁ M CHO MODUL PIN NĂNG LƯƠNG̣ MĂṬ TRỜ I Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) iv
6. 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, ô nhiễm môi trường, thiên tai, địch họa Theo ước tính của Liên Hợp Quốc thì trong vòng một trăm năm qua nhân loại đã sử dụng 30% tổng trữ lượng dầu mỏ mà thế giới có được và dự báo trong vòng 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 không thể không 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 vô cùng bức thiết bởi sự dồi dào, sẵn có và đặc biệt là không gây ô nhiễm môi trường của các nguồn năng lượng này. v
7. LỜ I CÁ M 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 động 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 nguồn động 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 còn hạn chế nên việc tìm thêm nhiều tài liệu làm giàu cho đồ án còn thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được nhiều hơn nữa ý kiến phê bình của các thầy cô giáo, sự chia sẻ tài liệu của các bạn sinh viên để chúng em có thể hoàn thiện hơn kiến thức của mình. Chúng em xin chân thành cảm ơn. vi
8. MUC̣ LUC̣ Nôị Dung Trang PHẦN A i GIỚI THIỆU i NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iv LỜI NÓI ĐẦU v LỜ I CÁ M ƠN vi MUC̣ LUC̣ vii DANH SÁ NH HÌNH x DANH MUC̣ BẢ NG xii PHẦ N 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 sở lý thuyết 5 2.1 NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ PIN NĂNG LƯƠNG̣ MĂṬ TRỜ I 6 2.1.1 Năng lương̣ măṭ trời 6 Cấu trúc măṭ trời 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 lương̣ măṭ trờ i 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
9. 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 về vi điều khiển PIC 16 Các dòng PIC và cách lưạ choṇ vi điều khiển PIC 16 Sơ đồ chân vi điều khiển PIC16F877A 17 Môṭ vài thông số về vi điều khiển PIC16F877A 17 Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F877A 18 Tổ chứ c bô ̣nhớ 18 Các cổng xuất nhâp̣ PIC16F877A 22 Các bô ̣đinh thờ i 24 Bộ chuyển đổi ADC 26 Bộ so sánh COMPARATOR 27 2.1.4 Bô ̣tích trữ năng lương̣ (ắc quy) 27 Quá trình hóa hoc̣ trong Ắ c quy Chì/Acid 28 Các sự cố thường gặp ở ắc quy và cách khắc phục 28 2.1.5 Phần mềm lâp̣ trình CCS 29 Giới thiêụ 29 Taọ PROJECT đầu tiên trong CCS 30 Taọ PROJECT sử dung̣ PIC Wizard 30 2.1.6 Đông̣ cơ bướ c 6 dây 36 Chương 3: 37 Thiết kế hê ̣thống 37 3.1 ĐĂṬ VẤ N ĐỀ 38 3.2 Ý TƯỞ NG THIẾ T KẾ VÀ THIẾ T BI ̣HIÊṆ CÓ 38 3.2.1 Ý tưởng thiết kế 38 3.2.2 Thiết bi ̣hiêṇ có 39 3.3 SƠ ĐỒ KHỐ I HÊ ̣ THỐ NG 40 3.4 THIẾ T KẾ MACḤ CẤ P NGUỒ N CHO HÊ ̣ THỐ NG 40 3.4.1 Bô ̣điều khiển nap̣ cho ắc quy 41 3.4.2 Bô ̣nghicḥ lưu áp 42 viii
10. 3.4.3 Macḥ PIC điều khiển đông̣ cơ bước 46 3.4.4 Macḥ điều khiển đông̣ cơ bước 46 3.4.5 Lưu đồ giải thuâṭ điều khiển 47 Chương 4: 48 Kết quả 48 4.1 KẾ T QUẢ ĐAṬ ĐƯƠC̣ PHẦ N LÝ THUYẾ T 49 4.2 KẾ T QUẢ ĐĂṬ ĐƯƠC̣ PHẦ N THỰC HÀ NH 49 Chương 5: 54 Kết luân,̣ hướ ng phát triển 54 5.1 KẾ T LUÂṆ 55 5.2 HƯỚ NG PHÁ T TRIỂ N 56 PHẦ N C 57 PHU ̣ LUC̣ 57 ix
11. DANH SÁ NH HÌNH Hinh̀ 2.1: Cấu trúc măṭ trời. 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 và nguyên lý hoaṭ đông̣ của pin năng lương̣ măṭ trời 13 Hình 2.5: Sơ đồ tương đương, đường đặc trưng sáng của pin mặt trời. 14 Hình 2.6: Sơ đồ khối hệ thống nguồn điện pin Mặt Trời. 15 Hinh̀ 2.7: sơ đồ chân vi điều khiển PIC16F877A. 17 Hinh̀ 2.8: Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F877A. 18 Hinh̀ 2.9: Bô ̣nhớ chương trình PIC 16F877A. 19 Hinh̀ 2.10: Bô ̣nhớ dữ liêu.̣ 20 Hinh̀ 2.11: Sơ đồ khối Timer0. 24 Hinh̀ 2.12: Sơ đồ khối Timer1. 25 Hinh̀ 2.13: Phần mềm lâp̣ trình CCS. 29 Hinh̀ 2.14: Taọ Project sử dung̣ Winzard. 30 Hinh̀ 2.15: Cử a sổ Save As. 31 Hinh̀ 2.16: Tab General. 32 Hinh̀ 2.17: Tab Communiications. 33 Hinh̀ 2.18: Tab SPI và LCD. 34 Hinh̀ 2.19: Tab Timer. 34 Hinh̀ 2.20: Tab Analog. 35 Hinh̀ 2.21: Đông̣ cơ bước 6 dây. 36 Hinh̀ 3.1: Pin măṭ trời AD12 – 18 – P. 39 Hinh̀ 3.2: Sơ đồ khối hê ̣thống. 40 Hinh̀ 3.3: Sơ đồ nguyên lý macḥ nguồn. 41 Hinh̀ 3.4: Sơ đồ nguyên lý macḥ sac̣ ắc quy. 42 Hinh̀ 3.5: Sơ đồ khối bô ̣nghicḥ lưu áp. 43 Hinh̀ 3.6: Sơ đồ nguyên lý macḥ nghicḥ lưu áp. 44 Hinh̀ 3.7: Dang̣ sóng ngõ ra biến áp nghicḥ lưu. 45 Hinh̀ 3.8: Sơ đồ nguyên lý macḥ PIC điều khiển đông̣ cơ. 46 Hinh̀ 3.9: Sơ đồ nguyên lý macḥ điều khiển đông̣ cơ. 46 Hinh̀ 3.10: Lưu đồ giải thuâṭ điều khiển đông̣ cơ. 47 x
12. Hinh̀ 4.1: Sơ đồ macḥ in macḥ nguồn. 49 Hinh̀ 4.2: Sơ đồ macḥ nap̣ ắc quy. 49 Hinh̀ 4.3: Macḥ nap̣ khi hoàn thành. 50 Hinh̀ 4.4: Sơ đồ macḥ in macḥ nghicḥ lưu áp. 50 Hinh̀ 4.5: Macḥ nghicḥ lưu áp khi hoàn thành. 51 Hinh̀ 4.6: Sơ đồ macḥ in macḥ PIC điều khiển đôṇ g cơ. 51 Hinh̀ 4.7: Macḥ PIC điều khiển đông̣ cơ khi hoàn thành. 52 Hinh̀ 4.8: Sơ đồ macḥ in macḥ điều khiển đông̣ cơ. 52 Hinh̀ 4.9: Macḥ in macḥ điều khiển đông̣ cơ khi hoàn thành. 53 xi
13. DANH MUC̣ BẢ NG 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 số pin năng lương̣ măṭ trờ i AD12 – 18 – P. 39 xii
14. PHẦ N B NÔỊ DUNG 1
15. Đồ án tốt nghiêp̣ Chương 1: Dẫn nhập 2
16. Đồ án tốt nghiêp̣ 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, ô nhiễm môi trường, thiên tai, địch hoạ Theo ước tính của Liên Hợp Quốc thì trong vòng một trăm năm qua nhân loại đã sử dụng khoảng 30% tổng trữ lượng dầu mỏ mà thế giới có được và dự báo trong vòng 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 không thể không 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 vô cùng bức thiết bởi sự dồi dào, sẵn có và đặc biệt là không 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 hộ. Còn với các nước nghèo hoặc đang phát triển thì việc nghiên cứu, sử dụng các nguồn năng lượng này mới chỉ đạt được các kết quả ban đầu, bởi chi phí ban đầu của một “HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MỚI” là khá lớn và để có thể thay đổi được thói quen sinh hoạt của người dân thì còn 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 ngoài tài trợ, còn đối với đại đa số người dân thì vẫn không muốn sử dụng nguồn 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 3 3
17. Đồ án tốt nghiêp̣ 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 quyết 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 công mô hình hệ thống bám cho modul pin năng lượng mặt trời làm sao cho tấm pin luôn vuông 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 mô hình sử dụng nguồn năng lượng thu được từ pin năng lượng mặt trời vào các mục đích khác nhau trong cuộc sống. 1.5 BỐ CỤC ĐỀ TÀI CHƯƠNG 1: Dẫn nhập. CHƯƠNG 2: Cơ sở lý thuyết. CHƯƠNG 3: Thiết kế hê ̣thống. CHƯƠNG 4: Kết quả. CHƯƠNG 5: Kết luận và hướng phát triển. CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP 4 4
18. Đồ án tốt nghiêp̣ Chương 2: Cơ sở lý thuyết CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5 5
19. Đồ án tốt nghiêp̣ 2.1 NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ PIN NĂNG LƯƠNG̣ MĂṬ TRỜ I 2.1.1 Năng lương̣ măṭ trời 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 nguồn gốc của các nguồn năng lượng tái tạo khác như năng lượng gió, năng lượng các dòng sông Năng lượng mặt trời có thể nói là vô 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. Cấ u trú c măṭ trời Có thể xem mặt trời là một quả cầu khí cách quả đất 1,495.108 km. Từ Trái Đất chúng ta nhìn mặt trời dưới một góc mở là 31’59. từ đó có thể tính được bán kính của Mặt Trời là R=1,4.106km, tức là bằng 109 lần đường kính Trái Đất và do đó thể tích của Mặt Trời cũng lớn hơn thể tích của Trái Đất khoảng 130.104 lần. Từ định luật Vạn Vật Hấp Dẫn người ta cũng tính được khối lượng của mặt trời là 1,989.1027 tấn, lớn hơn khối lượng của Trái Đất là 33.1014 lần. Mật độ trung bình của mặt trời là 1,4 g/cm3, 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 độ có thể lên đến 160g/cm3 nhưng càng xa ra phía ngoài thì mật độ càng giảm và giảm rất nhanh. Một cách khái quát ta có thể chia mặt trời thành hai phần chính là phần phía trong và phần khí quyển bên ngoài: - 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 măṭ trời. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6 6
20. Đồ án tốt nghiêp̣ Từ mặt đất nhìn lên, ta có cảm giác Mặt Trời là một quả cầu lửa ổn định. Thực ra đó là một khối khí khổng lồ, bên trong nó luôn luôn có sự vận động mạnh mẽ không ngừng, đó là các phản ứng nhiệt hạch vô 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 động không ngừng trong lòng Mặt Trời. Ngoài 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(H2), Heli(He) chiếm 19,8%, các nguyên tố khác chiếm 1,8 %. Năng lượng mặt trời do bức xạ là khổng lồ, mỗi dây nó phát ra 3,865.1026J tương đương với năng lượng đốt cháy hết 1,32.1016 tấn than đá tiêu chuẩn. Tuy vậy nhưng bề mặt của Trái Đất chỉ nhận được một năng lượng rất nhỏ khoảng 17,57.1016J tương đương 6.106 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 độ mặt ngoài của Mặt Trời khoảng 6000K(độ Kenvin), còn ở bên trong nhiệt độ có thể lên đến hàng triệu độ. áp suất bên trong Mặt Trời lớn hơn 340.108 MPa. Do nhiệt độ và áp suất bên trong Mặt Trời cao như vậy nên vật chất đã nhanh chóng bị ion hoá và chuyển động 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 quá trình chuyển các dao động điện từ trường trong không gian. Trong quá trình truyền sóng, các vecteur cường độ điện trường và cường độ từ trường luôn vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền của sóng điện từ. Quãng đường mà sóng điện từ truyền được sau một chu kỳ dao động gọi là bước sóng  . Trong chân không, vận tốc truyền sóng của sóng điện từ đúng bằng tốc độ của ánh sáng 3.108m/s. Còn trong môi trường vật chất, vận tốc truyền của sóng nhỏ hơn và CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7 7
21. Đồ án tốt nghiêp̣ 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 một phạm vi rất rộng từ 10-7nm 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 một 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, hoá, 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 =580nm. Sự phân bố năng lượng đối với các 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 thuộc vào bước sóng của nó, còn 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 Bước sóng Mật độ năng lượng T ỷ l ệ (%) (W/m2) Tia vũ trụ < 0,1nm 6,978.10-5 Tia X 0,1nm 6,978.10-7 0,7 Tia tử ngoại C 0,2 ÷ 0,28nm 7,864.106 1,55 Tia tử ngoại B 0,28 ÷ 0,32nm 2,122.101 5,90 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8 8
22. S K L 0 0 2 1 5 4