c ĐIỆN TỬ Tự Thiết K ế- Lắp Ráp Mạch Biện Thông Minh TỈUYÊN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI DANH M Ụ C VẬT Tư - LINH KIỆN HƯỚNG DẪN TỬNG BƯỚC - MINH HỌA X Â Y DỤ N G THÀNH M Ạ C H ĐIỆN Đ Ặ C BIỆT NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỶ THUẬT Tự Thiết Ki'- U p Ráp « Mạdi IHệB Thâai Mim TRẦN THẾ SAN - TRẦN KHÁNH THÀNH Cơ ĐIỆN TỬ Tự Thiết K ế - U p Ráp MạdBiệiTHi| HA CHUYÊN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỶ THUẬT ổ ịiở i tkiêii Trong tiến trình phát triển loài người, việc sử dụng lửa đánh dâu cột mốc quan trọng Từ dó đến nay, loài người sử dụng lượng ngày nhiều, vài kỷ gần Trong câu lượng nay, chiếm phần chủ yếu lượng tàn dư sinh học (than đá, dầu mỏ, khí tự nhiên ), lượng nước (thủy điện), lượng hạt nhân, lượng sinh khối (bio-gas, ), lượng mặt trời, lượng gió chiếm phần khiêm tốn Xã hội loài người không thề phát triển lượng Ngày nay, lượng tàn dư sinh học, lượng không tái sinh, ngày cạn kiệt, giả dầu mỏ tăng ngày, ảnh hưởng xấu đến phát triển kinh tế xã hội môi trường sống Tim kiêm nguồn lượng thay nhiệm vụ cấp bách nhà khoa học, kinh tế, trị gia, người Nguồn lượng thay phải sạch, thân thiện với môi trường, chi phí thấp, không cạn kiệt (tái sinh), dễ sử dụng Từ lâu, loài người mơ ước sử dụng lượng mặt trời - nguồn lượng vô tận, đáp ứng hầu hết tiêu chí nêu Nhiều công trình nghiên cứu thực hiện, lượng mặt trời không lù lương tương lai mà lượng Bạn không nên nghĩ ứng dụng lượng mặt trời công việc riêng nhà khoa học, củng nơi bạn phát huy óc sáng tạo, khéo tay, tính kiên nhẫn bạn Còn thú vị bạn tự thực ứng dụng lượng mặt trời nhà m ình? Cuốn sách giới thiệu chi tiết dự án ứng dụng lượng mặt trời nhà mảnh vườn bạn Các dự án tương đối đơn giản, chi phí tầm tay bạn, hiệu cao, không đòi hỏi lý thuyết cao siêu, cần bạn nhận lợi ích việc sử dụng lượng mặt trời tâm thực Bạn thực bước theo hướng dẫn dự án, đạt kết quà, bạn hoàn toàn có thề sửa, cải tiến đề nâng cao hiệu suất giảm chi phí tùy theo động tính sáng tạo bạn Các dự án thực trường học, trường phổ thông trường dạy nghề, giúp cho thầy cô giáo có thêm phương cách thí nghiệm, học đôi với hành, giúp cho học sinh tính sáng tạo hứng thú học tập C lh ă n ỹ u THẾ C Ủ A N Ă N G LƯỢNG MẶT TRỜI Năng lượng Trong sống hàng ngày, sử dụng khối lượng lượng khổng lồ Cuộc sống xoay quanh tiêu thụ nguồn tài nguyên thiên nhiên tiêu thụ lượng Hình 1-1 minh họa tỷ lệ tiêu thụ lượng tổng quát Vương Quốc Anh Các số liệu Anh cung cấp, đại diện cho mức tiêu thụ lượng nước phát triển Phần lớn tỷ lệ tiêu thụ lượng dùng cho sưởi ấm - 58% - phần số có 24% lượng dùng dể nấu nước thể cung cấp từ lượng mặt trời Kế tiếp nấu nước, chiếm 24% tổng lượng tiêu thụ, hoàn toàn nấu nước lượng mặt trời Điều có nghĩa đáp ứng 83% nhu cầu lượng công nghệ lượng mặt trời Phần lượng, 13%, dùng để tạo điện cung cấp cho chiếu sáng thiết bị gia dụng Trong Chương 10, “Pin mặt trời”, trình bày phương pháp tạo điện từ lượng mặt trời, hoàn toàn không thải khí CƠ2 5% lượng dùng dể nấu ăn / 13% lượng , dùng dể chiếu sáng cung cấp cho thiết bị gia dụng Hình 1-1 Tỷ lệ sử dụng lượng gia đình Vương Quốc Anh Năng lượng dùng cho nấu ăn, 5%, tạo từ lượng m ặt trời Lý chọn lượng mặt tPời Năng lượng m ặt trời dạng lượng sạch, xanh, miễn phí, có giá trị sử dụng tốt Mặt trời xuất cách tỷ năm tiếp tục thêm tỷ năm nữa, đủ cho loài người Chúng ta tìm công nghệ sử dụng dạng lượng cách hiệu nhất, lượng sạch, rấ t thân thiện với môi trường Bạn xem đồ phân bố lượng m ặt trời Bắc Mỹ (Hình 1-2), thực nguồn ': Z - ỷ KVVhmi 3 - tff; KWh/m p i ,i HH 4.43 i ứ S k w iv m ' tài nguyên khổng lồ Tuy lượng m ặt trời chủ yếu tập trung phía Tây Hoa Kỳ, vùng khác có đủ lượng mặt trời để khai thác cách kinh tế hiệu Tái sử dụng không tái sử dụng Hiện tại, hầu hết lượng lấy từ nhiên liệu tàn dư sinh học, khí tự nhiên, than đá, dầu mỏ Thực chất, hydrocarbon, thành phần hóa học, chúng gồm nguyên tử carbon hydro Khi hydrocarbon kết hợp với oxy không khí nhiệt, xảy phản ứng tỏa nhiệt Nhiệt sử dụng trực tiếp chuyển sang dạng lượng khác để sử dụng M U 4.43 4.95 0 kw tvm ' 554 m k V V tV m ' Hình 1-2 Phân bố lượng mặt trời Bắc Mỹ ■ ■>554 m kV A V m Nguồn gốc lượng tàn dư sính học liệu tàn dư thấy ngày Năng lượng tàn dư sinh học, gọi chúng tạo thành từ tàn dư động vật thực vật từ nhiều năm trước Sự hình thành nhiên liệu xảy kỷ địa chất carbon thuộc đại cổ sinh, cách khoảng 360 đến 286 triệu năm Trái đất thời kỳ có lẽ thú vị, màu xanh rừng dương xỉ khổng lồ, biển đại dương phủ đầy tảo lục Nỗi lo nhiên liệu tàn dư sinh học Cây cối chết đi, theo thời gian, lớp đá trầm tích phủ lên tàn dư thực vật giàu carbon Trải qua nhiều năm, nhiệt áp suât tích tụ tác dụng lên lớp carbon, tạo thành dạng nhiên Từ lâu, loài người lo lắng khả cạn kiệt nguồn lượng Khi Cách mạng Công nghiệp phát triển mạnh, nguồn lượng than đá Nhiều người cho than cạn kiệt, nguồn lượng thay kịp thời, châu Âu lâm vào khủng hoảng Chất thải từ lượng tằn dư Bạn quan sát Hình 1-3 Đây sốc Khí thải từ lượng tàn dư tâng mạnh kỷ vừa qua, lượng khí CƠ2 khổng lồ khí gây m ất cân sinh thái, dẫn đến thay đổi khí hậu cách rõ rệt Đỉnh Hubbert đỉnh dẩu mỏ Năm 1956, nhà địa vật lý Hoa Kỳ, Marion King Hubbert, đưa công trình nghiên cứu, dự đoán khai thác dầu mỏ Mỹ đạt đỉnh vào cuối thập niên 1960, sản lượng dầu giới đạt đỉnh khoảng năm 2000 Trên thực tế, sản lượng khai thác dầu Hoa Kỳ đạt giá trị đỉnh vào đầu thập niên 1970, dự báo không hoàn toàn xác, phần công trình có tính cảnh báo rấ t quan trọng Hubbert cho khai thác nhiên liệu tàn dư sinh học tuân theo đường cong hình chuông, sản lượng tăng từ từ, công nghệ trở thành yếu tố làm tăng m ạnh sản lượng khai thác, sản lượng tăng chậm lại chi phí tăng nhanh Khi chi phí khai thác tăng nhanh, sản lượng giảm từ từ, sau giảm nhanh Điều có nghĩa vượt qua sản lượng đỉnh, nguồn cung cấp nhiên liệu tàn dư sinh học bắt đầu giảm nhanh, tác động m ạnh đến sống người Khi giá dầu tăng nhanh cung đáp ứng cầu Năng lượng Cơ quan lượng quốc tế dự báo khai thác lượng 33 số 48 nhà sản xuất dầu mỏ hàng đầu giới giảm Điều trở thành thực Không có đỉnh sản lượng dầu mỏ, có đỉnh than đá, đỉnh khí tự nhiên, đỉnh uranium Tất nguồn tài nguyên có giới hạn, khai thác mải Đỉều có nghĩa người tin tưởng vào lượng h t nhân bị sốc Năng lượng h ạt nhân coi nguồn thay th ế hữu hiệu cho nhiên liệu tàn dư sinh học, người phải đối m ặt với vấn đề Nếu tấ t chuyển sang lượng h t nhân, tốc độ tiêu thụ uranỉum tăng nhanh, chưa kể nguy an toàn h ạt nhân Các Vấn đế vể lượng bạt nhân Hình 1-4 Dự báo Hubbert sản lượng khai thác dẩu mỏ Ỉ0 N ăng lượng hạt nhân thực nguy hiểm, an toàn hạt nhân vấn đề khó giải trọn vẹn Các nhà máy điện hạt nhân mục tiêu tiềm ẩn chủ nghĩa khủng bố Nếu muốn giới an toàn sạch, nàng lượng hạt nhân lựa chọn ưu Vốn đầu tư cho lượng hạt nhân lớn Khi ngành công nghiệp hạt nhân bắt đầu xây dựng nhà máy điện, họ khoản tiền lớn cho công nghệ, điện hạt nhân đắt Mặt khác, lượng mặt trời quà tặng tự nhiên, bạn cần đặt pin mặt trời lên nhà có điện đế sử dụng, không cần phải bảo trì nhiều năm Chất thải từ lượng hạt nhân vấn đề khó giải Chất thải luôn tiềm ẩn nguy phóng xạ, gây vấn đề cho người môi trường sinh thái Chu kỳ bán rã uranium polonium dài Chất thải phân hủy chậm, chứa thùng đặc biệt, chôn sâu đất đáy biển Quá trình xử lý chúng phức tạp, chi phí cao, chưa th ật an toàn Vấn đề môi trưởng Du hành vào không gian với giá rẻ ước mơ xa loài người, có hành tinh đủ điều kiện đế sinh sống Do đó, cần phải bảo vệ trái đất Trái đất có lượng tài nguyên giới hạn để loài người khai thác Khi nguồn tài nguyên cạn dần, cần tìm nguồn khác để thay Nếu nguồn thay thế, loài người đối diện với khó khăn lớn Vấn đề thay đổi khí hậu Hiện nay, vấn đề thay đổi khí hậu toàn cầu tiếp tục xảy với đầy đủ chứng khoa học, nguyên nhân hoạt động người Sự thay đổi khí hậu, với thiên tai ngày trầm trọng phạm vi toàn cầu, kết từ hoạt động khoảng 200 năm qua Thay đối khí hậu vấn đề nghiêm trọng nay, nghiêm trọng nhiều so với nguy khác Cách thức sử dụng lượng mặt trời Khi suy nghĩ nghiêm túc vấn đề này, thật ngạc nhiên hầu hết nguồn lượng xung quanh liên quan chặt chẽ với trình hoạt động mặt trời (Hình 1-5) Mọi nguồn lượng, trình bày Hình 1-5, đến từ mặt trời Ngay nhiên liệu tàn dư sinh học, dầu mỏ, khí tự nhiên, than đá, có nguồn gốc từ mặt trời Nhiên liệu tàn dư động vật thực vật chết, chịu nhiệt độ áp suất cao nhiều triệu năm Động vật ăn cỏ động vật khác chuỗi thức ăn, thực vật lớn lên nhờ lượng m ặt trời chiếu xuống bề mặt trái đất này, khí CO2 lại trở khí quyến, không làm tăng tổng lượng C 02 Sinh khối kết lượng mặt trời, thực vật lấy C 02 từ khí Khi đốt cháy nhiên liệu Bạn tham quan nhà máy thủy điện, bạn ngạc nhiên biết nước đổ xuống NHIÊN LIỆU TÀN DƯ SINH HỌC Nhiên liệu tàn du' sinh học có nguồn gốc từ dộng vật thực vật từ nhiều triệu năm trước, hình thành từ lượng mặt trời chiếu xuống trái đất NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Năng lượng nhận dược từ mặt trời m ộ t / cách trực tiếp ánh nắng chiếu