Tìm hiểu về nhiệt mặt trời - ứng dụng nhiệt mặt trời trong đời sống

Nguyên tắc cơ bản chung cho tất cả các hệ thống nhiệt mặt trời rất đơn giản: bức xạ mặt trời được thu thập và nhiệt tạo thành được truyền đến môi trường truyền nhiệt - thường là chất lỏng nhưng cũng có thể là không khí trong trường hợp bộ thu không khí. Môi trường được gia nhiệt được sử dụng trực tiếp để làm nóng nước chẳng hạn hoặc gián tiếp bằng bộ trao đổi nhiệt để truyền nhiệt đến đích cuối cùng của nó, ví dụ như trong sưởi ấm không gian hoặc nhiệt quy trình công nghiệp.

Nhiệt mặt trời là gì?

Nhiệt mặt trời là quá trình chuyển hóa năng lượng mặt trời thành nhiệt năng. Nó được sử dụng chủ yếu trong các lò sưởi, đun nóng, tạo hơi nước hay các hệ thống nước nóng hiện nay. Nhiệt mặt trời phải được phân biệt rõ ràng với hai công nghệ năng lượng tái tạo khác sử dụng trực tiếp mặt trời - Quang điện và Năng lượng mặt trời tập trung - cả hai đều cung cấp điện năng lượng mặt trời, trong khi nhiệt mặt trời cung cấp sưởi ấm và làm mát. Công nghệ nhiệt mặt trời rất linh hoạt và có thể thích ứng với nhiều tình huống và có thể được sử dụng ở quy mô nhỏ và lớn.

Nguyên lý hoạt động cơ bản của nhiệt mặt trời

Nguyên tắc hoạt động là khá đơn giản. Mặt trời làm nóng chất lỏng trong bộ thu năng lượng mặt trời, sau đó được sử dụng để chứa nước nóng sinh hoạt trong kho chứa nước nóng, sẵn sàng sử dụng. Các hệ thống lớn hơn thường là hệ thống tuần hoàn cưỡng bức, bao gồm bộ thu nhiệt mặt trời, đường ống, kho chứa nước nóng, máy bơm, bộ điều khiển, bộ trao đổi nhiệt, van và bộ gia nhiệt dự phòng. Bức xạ mặt trời được thu giữ bởi một chất hấp thụ và chuyển thành nhiệt. 

Để tăng hiệu suất, chất hấp thụ thường được phủ một cách chọn lọc, có nghĩa là hấp thụ bức xạ là tối đa, nhưng sự phát xạ nhiệt được giảm thiểu. Chất hấp thụ làm nóng chất lỏng lưu thông tiếp xúc với nó. Nhiệt mang theo trong chất lỏng này sau đó được chuyển sang nước nóng sinh hoạt bằng bộ trao đổi nhiệt. Nước nóng sinh hoạt được bơm vào bồn chứa nước nóng, sẵn sàng sử dụng.

Nhiệt mặt trời được sử dụng ở đâu?

Hầu hết các hệ thống nhiệt mặt trời đang được sử dụng ngày nay đều liên quan đến nhu cầu nhiệt ở nhiệt độ thấp trong các tòa nhà: cung cấp nước nóng và sưởi ấm không gian. Nhiệt mặt trời có thể được sản xuất tại chỗ cho các ngôi nhà riêng lẻ hoặc được phân phối thông qua mạng lưới sưởi thành phố. Đối với các quy trình công nghiệp, hệ thống nhiệt năng lượng mặt trời rất thích hợp để tạo ra nhiệt ở nhiệt độ thấp lên đến 150 ° C. Có những ứng dụng nổi tiếng của nhiệt mặt trời trong nhà máy bia, khai thác mỏ, nông nghiệp (làm khô cây trồng) hoặc ngành dệt may.

Làm mát bằng năng lượng mặt trời cũng thích hợp cho sử dụng trong khu dân cư, thương mại, cơ quan và công nghiệp. Một trong những công nghệ được sử dụng cho mục đích làm mát là máy làm lạnh điều khiển bằng nhiệt sử dụng năng lượng nhiệt để làm mát chất khí hoặc chất lỏng. Năng lượng nhiệt này có thể được cung cấp bởi các công nghệ khác nhau, bao gồm cả năng lượng nhiệt mặt trời.

Lợi ích của hệ thống nhiệt mặt trời

Lợi ích của bộ thu nhiệt mặt trời bao gồm một số khía cạnh: môi trường, chính trị và kinh tế.

1 - Lợi ích môi trường

Lợi ích môi trường gắn liền với khả năng giảm phát thải độc hại. Việc giảm lượng khí thải CO2 phụ thuộc vào số lượng nhiên liệu hóa thạch được thay thế trực tiếp hoặc gián tiếp, ví dụ, khi hệ thống thay thế việc sử dụng điện từ carbon được sử dụng để đun nước. Tùy thuộc vào vị trí, một hệ thống 14 kW (20 m²) có thể tạo ra tương đương 11 MWhth / năm, tiết kiệm khoảng 1,75 Mt CO2 (2).

2 - Các lợi ích chính trị và kinh tế

Liên quan đến khả năng tiết kiệm chi phí năng lượng và khả năng cải thiện an ninh năng lượng bằng cách giảm nhập khẩu năng lượng, đồng thời tạo ra việc làm tại địa phương liên quan đến sản xuất, thương mại hóa, lắp đặt và bảo trì các hệ thống nhiệt mặt trời.

3 - Lợi ích về chi phí

Về chi phí năng lượng và khả năng tiết kiệm, có ba khía cạnh chính cần xem xét có tác động lớn hơn đến chi phí tương đương của năng lượng do hệ thống nhiệt mặt trời tạo ra. Đây là chi phí ban đầu của hệ thống, thời gian tồn tại của hệ thống và hiệu suất của hệ thống. Các yếu tố này phụ thuộc vào vị trí (ảnh hưởng đến khí hậu, cách nhiệt, thuế, chi phí sinh hoạt, v.v.) và chất lượng của hệ thống (ảnh hưởng đến hiệu suất, tuổi thọ và chi phí). Điều này có thể thay đổi đáng kể giữa các quốc gia. Do đó, chi phí đầu tư trung bình cho các hệ thống nhiệt mặt trời có thể rất khác nhau giữa các quốc gia và giữa các hệ thống khác nhau.

Lời kết

Việc sử dụng nhiệt mặt trời là cách sử dụng nhiệt mặt trời phổ biến và rộng rãi nhất. Việc sử dụng này có thể được phân khúc theo quy mô hệ thống, từ các ứng dụng nhỏ hơn cho các ngôi nhà và quy mô trung bình, các tiện ích xã hội hoặc các tòa nhà thương mại. Về ứng dụng, nó có thể được chia nhỏ thành cung cấp nước nóng sinh hoạt, sưởi ấm không gian, làm mát hoặc nhiệt độ thấp cho bể bơi.

>>Xem thêm: 
Pin quang điện là gì
Điện năng lượng mặt trời có thể chuyển hóa thành dạng năng lượng nào?