Trình bày vai trò của năng lượng mặt trời

Trái Đất nhận được 174 petawatts (PW) của bức xạ mặt trời đến (sự phơi nắng) ở phía trên không khí.^[1] Khoảng 30% được phản xạ trở lại không gian trong khi phần còn lại được hấp thụ bởi các đám mây, đại dương và vùng đất. phổ của ánh sáng năng lượng mặt trời ở bề mặt của Trái Đất là chủ yếu lây lan qua nhìn thấy được và cận hồng ngoại phạm vi với một vai nhỏ trong các cận tử ngoại ^[2]

Bề mặt Trái Đất, biển và bầu không khí hấp thụ bức xạ mặt trời, và điều này làm tăng nhiệt độ của chúng. Không khí ấm có chứa nước bốc hơi từ các đại dương tăng lên, gây ra lưu thông khí quyển hoặc đối lưu. Khi không khí đạt đến một độ cao, nơi nhiệt độ thấp, hơi nước ngưng tụ thành mây, mưa lên trên bề mặt của Trái Đất, hoàn thành chu kỳ nước. [[Tiềm ẩn nhiệt ngưng tụ nước khuếch đại đối lưu, sản xuất các hiện tượng khí quyển như gió, cơn bão và chống cơn bão s.^[3] Ánh sáng mặt trời bị hấp thụ bởi các đại dương và các vùng đất giữ bề mặt ở nhiệt độ trung bình là 14 °C.^[4] Bằng cách quang hợp cây xanh chuyển đổi năng lượng mặt trời vào năng lượng hóa học, trong đó sản xuất thực phẩm, gỗ và sinh khối từ nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch ^[5]

Yearly Solar fluxes & Human Energy Consumption

Solar3,850,000 EJ^[6]

Wind2,250 EJ^[7]

Biomass3,000 EJ^[8]

Primary energy use (2005)487 EJ^[9]

Electricity (2005)56.7 EJ^[10]

Tổng số năng lượng mặt trời được hấp thụ bởi bầu khí quyển, đại dương của Trái Đất và vùng đất là khoảng 3.850.000 exajoules (EJ) mỗi năm ^[6] <- - SMIL trích dẫn một thông lượng hấp thụ năng lượng mặt trời của 122 PW. Nhân con số này bằng số giây trong một năm sản lượng 3.850.000 EJ. -> Trong năm 2002, đây là năng lượng trong một giờ so với thế giới được sử dụng trong một năm. |archivedate = ngày 26 tháng 9 năm 2007}}</ref>

Đèn năng lượng mặt trời có tính phí trong ngày và ánh sáng vào lúc hoàng hôn là một cảnh tượng phổ biến dọc theo lối đi ^[11]

Mặc dù ánh sáng ban ngày tiết kiệm thời gian quảng cáo là một cách để sử dụng ánh sáng mặt trời để tiết kiệm năng lượng, nghiên cứu gần đây đã được hạn chế và báo cáo kết quả trái ngược nhau: một số nghiên cứu báo cáo tiết kiệm, nhưng cũng giống như nhiều cho thấy không có hiệu lực hoặc thậm chí bị lỗ, đặc biệt là khi xăng tiêu thụ được đưa vào tài khoản. Sử dụng điện bị ảnh hưởng rất nhiều bởi khí hậu, địa lý và kinh tế, làm cho nó khó có thể khái quát từ các nghiên cứu đơn lẻ ^[12]

Nhiệt mặt trời[sửa | sửa mã nguồn]

Công nghệ nhiệt mặt trời có thể được sử dụng cho đun nước nóng, sưởi ấm không gian, làm mát không gian và quá trình sinh nhiệt.^[13]

Nước nóng[sửa | sửa mã nguồn]

 

năng lượng mặt trời đun nước nóng phải đối mặt với Sun để tối đa hóa được.

Hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời sử dụng ánh sáng mặt trời để làm nóng nước. Trong vĩ độ địa lý thấp (dưới 40 độ) 60-70% sử dụng nước nóng với nhiệt độ lên đến 60 °C có thể được cung cấp bởi hệ thống sưởi ấm mặt trời.^[14] Các loại phổ biến nhất của máy nước nóng năng lượng mặt trời được sơ tán thu ống (44%) và thu gom tấm kính phẳng (34%) thường được sử dụng nước nóng trong nước; và các tấm thu không tráng nhựa (21%) sử dụng chủ yếu để làm nóng bể bơi.^[15]

Đến năm 2007, tổng công suất lắp đặt của các hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời là khoảng 154 GW ^[16] Trung Quốc đi đầu thế giới trong việc triển khai của họ với 70 GW đã được cài đặt. năm 2006 và mục tiêu dài hạn của 210 GW vào năm 2020.^[17] Israel và Síp là các nhà lãnh đạo bình quân đầu người trong việc sử dụng các hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời với hơn 90% hộ gia đình sử dụng chúng ^[18] Tại Hoa Kỳ, Canada và Úc làm nóng bể bơi là ứng dụng ưu thế của nước nóng năng lượng mặt trời với công suất lắp đặt 18 GW vào năm 2005 ^[19]

Hệ thống sưởi ấm, làm mát và thông gió[sửa | sửa mã nguồn]

 

Ngôi nhà mặt trời # 1 của Viện Công nghệ Massachusetts tại Hoa Kỳ, được xây dựng vào năm 1939, sử dụng lưu trữ nhiệt theo mùa để sưởi ấm quanh năm.

Tại Hoa Kỳ, hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí (HVAC) chiếm 30% (4,65 EJ) năng lượng được sử dụng trong các tòa nhà thương mại và gần 50% (10,1 EJ) năng lượng sử dụng trong các tòa nhà dân cư.^[20] Công nghệ sưởi ấm, làm mát và thông gió năng lượng mặt trời có thể được sử dụng để bù đắp một phần năng lượng này.

Nhiệt khối là vật liệu bất kỳ có thể được sử dụng để lưu trữ nhiệt nóng từ Mặt trời trong trường hợp của năng lượng mặt trời. Các vật liệu nhiệt khối phổ biến bao gồm đá, xi măng và nước. Chúng đã được sử dụng trong lịch sử ở vùng khí hậu khô hạn và khu vực ôn đới ấm để giữ mát các tòa nhà bằng cách hấp thụ năng lượng mặt trời vào ban ngày và bức xạ nhiệt đã lưu trữ để không khí mát vào ban đêm. Tuy nhiên, chúng cũng có thể được sử dụng trong khu vực ôn đới lạnh để duy trì sự ấm áp. Kích thước và vị trí của nhiệt khối phụ thuộc vào nhiều yếu tố như điều kiện khí hậu, chiếu sáng bằng ánh sáng ngày và bóng râm. Khi kết hợp đúng cách, nhiệt khối duy trì nhiệt độ không gian trong một phạm vi thoải mái và làm giảm sự cần thiết để sưởi ấm phụ trợ và thiết bị làm mát.^[21]

Một ống khói năng lượng mặt trời (hoặc ống khói nhiệt, trong bối cảnh này) là một hệ thống thông gió năng lượng mặt trời thụ động bao gồm một trục thẳng đứng kết nối nội thất và ngoại thất của một tòa nhà. Do sự nóng lên của ống khói, không khí bên trong được đun nóng gây ra một updraft kéo không khí thông qua tòa nhà. Hiệu suất có thể được cải thiện bằng cách sử dụng kính và vật liệu nhiệt khối^[22] theo cách bắt chước nhà kính.

Rụng lá cây và thực vật đã được phát huy như một phương tiện để kiểm soát năng lượng mặt trời sưởi ấm và làm mát. Khi trồng ở phía nam của một tòa nhà, lá của chúng cung cấp bóng mát trong mùa hè, trong khi các cành trụi lá cho phép ánh sáng đi trong mùa đông.^[23]Kể từ trần, cây trụi lá tạo bóng râm 1/3 đến 1/2 của bức xạ mặt trời, có một sự cân bằng giữa lợi ích của bóng mát mùa hè và mất mát tương ứng của sưởi ấm mùa đông.^[24]Trong khí hậu với tải làm nóng đáng kể, cây rụng lá không nên được trồng ở phía nam của một tòa nhà bởi vì chúng sẽ can thiệp với tính có sẵn năng lượng mặt trời mùa đông. Tuy nhiên, chúng có thể được sử dụng ở phía đông và phía tây để cung cấp một mức độ bóng mát mùa hè mà không làm ảnh hưởng đến tăng năng lượng mặt trời mùa đông.^[25]

Xử lý nước[sửa | sửa mã nguồn]

 

Khử trùng nước năng lượng mặt trời tại Indonesia.

Chưng cất năng lượng mặt trời có thể được sử dụng để làm cho mặn hoặc nước lợ uống được. Ví dụ đầu tiên trong số này là bởi nhà giả kim thuật thế kỷ 16 Ả Rập.^[26] dự án chưng cất năng lượng mặt trời quy mô lớn lần đầu tiên được xây dựng vào năm 1872 tại thị trấn khai thác mỏ Las Salinas của Chile^[27] Nhà máy, trong đó có khu vực thu năng lượng mặt trời 4.700 m², có thể sản xuất lên đến 22.700 L mỗi ngày và hoạt động 40 năm. Các thiết kế chưng cất cụ thể bao gồm dốc đơn, dốc đôi (hay kiểu nhà kính), thẳng đứng, hình nón, hấp thụ ngược, bấc nhiều, và nhiều ảnh hưởng.^[26] Các still này có thể hoạt động trong chế độ thụ động, tích cực, hoặc lai. Still dốc đôi là kinh tế nhất cho các công dụng gia đình phi tập trung, trong khi các đơn vị đa ảnh hưởng tích cực phù hợp hơn cho các ứng dụng quy mô lớn.^[26]

Khử trùng nước năng lượng mặt trời (SODIS) liên quan đến việc phơi sáng các chai nhựa polyethylene terephthalate (PET) đổ đầy nước dưới ánh sáng mặt trời trong vài giờ.^[28] Thời gian phơi sáng khác nhau tùy thuộc vào thời tiết và khí hậu từ tối thiểu là sáu giờ đến hai ngày trong điều kiện hoàn toàn u ám ^[29] Đó là khuyến cáo của Tổ chức Y tế Thế giới như là một phương pháp khả thi cho xử lý nước hộ gia đình và lưu trữ an toàn.^[30] Hơn hai triệu người ở các nước đang phát triển sử dụng phương pháp này đối với nước uống hàng ngày của họ ^[29]

Năng lượng mặt trời có thể được sử dụng trong một ao nước ổn định để điều trị nước thải mà không có hóa chất hoặc điện. Một lợi thế môi trường thêm rằng tảo phát triển trong ao như vậy và tiêu thụ carbon dioxide trong quang hợp, mặc dù tảo có thể sản xuất hóa chất độc hại làm cho các nước không sử dụng được ^[31][32]

Nấu ăn[sửa | sửa mã nguồn]

 

Bát năng lượng mặt trời tạiAuroville, Ấn Độ, tập trung ánh sáng mặt trời trên một bộ thu lưu động để sản xuất hơi cho nấu ăn.

Bếp năng lượng mặt trời sử dụng ánh sáng mặt trời để nấu nướng, làm khô và khử trùng. Chúng có thể được nhóm lại thành ba loại lớn: bếp hộp, bếp tấm và bếp phản xạ.^[33] Bếp năng lượng mặt trời đơn giản nhất là bếp hộp đầu tiên được xây dựng bởi Horace de Saussurevào năm 1767.^[34] Bếp hộp cơ bản bao gồm một thùng cách nhiệt có nắp đậy trong suốt. Nó có thể được sử dụng hiệu quả với bầu trời u ám một phần và thường sẽ đạt đến nhiệt độ 90-150 °C.^[35] Bếp tấm sử dụng một tấm phản chiếu ánh sáng mặt trời trực tiếp vào một thùng chứa cách nhiệt và đạt đến nhiệt độ so sánh với bếp hộp. Bếp phản xạ sử dụng các hình học khác nhau tập trung (đĩa, máng, gương Fresnel) để tập trung ánh sáng vào một bộ chứa nấu ăn. Các bếp này đạt đến nhiệt độ 315 °C và cao hơn nhưng yêu cầu ánh sáng trực tiếp để hoạt động đúng và phải được thay đổi vị trí để theo dõi Mặt trời ^[36]

Bát năng lượng mặt trời là một công nghệ tập trung sử dụng các bếp năng lượng mặt trời tại Auroville, Pondicherry, Ấn Độ, nơi mà một bộ phản xạ tĩnh hình cầu tập trung ánh sáng dọc theo đường thẳng vuông góc nội thất các của hình cầu bề mặt, và một hệ thống điều khiển máy tính di chuyển bộ nhận để giao nhau đường này. Hơi nước được sản xuất trong bộ nhận ở nhiệt độ đạt 150 °C và sau đó được sử dụng cho quá trình nhiệt trong nhà bếp.^[37]

Một bộ phản xạ được phát triển bởi Wolfgang Scheffler vào năm 1986 được sử dụng nhiều trong nhà bếp năng lượng mặt trời. Bộ phản xạ Scheffler là các đĩa parabol linh hoạt kết hợp các khía cạnh của đáy và các bộ tập trung tháp năng lượng. theo dõi cực được sử dụng để theo dõi quá trình hàng ngày của mặt trời và độ cong của phản xạ được điều chỉnh cho các thay đổi theo mùa trong góc tới của ánh sáng mặt trời. Những bộ phản xạ này có thể đạt được nhiệt độ 450-650 °C và có một điểm tiêu cự cố định, đơn giản hoá việc nấu ăn.^[38] Hệ thống bộ phản xạ Scheffler lớn nhất thế giới tại Abu Road, Rajasthan, Ấn Độ có khả năng nấu tới 35.000 suất ăn mỗi ngày.^[39] Trong năm 2008, hơn 2,000 lò nấu Scheffler lớn đã được xây dựng trên toàn thế giới.^[40]

Nhiệt quy trình[sửa | sửa mã nguồn]

Công nghệ năng lượng mặt trời tập trung như đĩa parabol, máng và bộ phản xạ Scheffler có thể cung cấp nhiệt quá trình cho các ứng dụng thương mại và công nghiệp. Hệ thống thương mại đầu tiên là Dự án Năng lượng Tổng số Mặt trời (STEP) ở Shenandoah, Georgia, Mỹ, một khu vực của 114 đĩa parabol cung cấp 50% của các quá trình làm nóng, điều hòa không khí và yêu cầu điện cho một nhà máy sản xuất quần áo. Hệ thống này đồng phát kết nối lưới điện cung cấp 400 kW điện cộng với năng lượng nhiệt dưới dạng hơi nước 401 kW và 468 kW nước lạnh, và có một tải trọng lưu trữ cao điểm một giờ nhiệt ^[41]

Ao bay hơi là các ao cạn tập trung chất rắn hòa tan thông qua bay hơi. Việc sử dụng các ao bốc hơi để có được muối từ nước biển là một trong những ứng dụng lâu đời nhất của năng lượng mặt trời. Sử dụng hiện đại bao gồm các giải pháp ngâm nước muối tập trung được sử dụng trong khai thác mỏ ngấm và loại bỏ các chất rắn hòa tan từ các dòng thải.^[42]

Các dòng quần áo, các clotheshorse, và giá đỡ quần áo làm khô quần áo thông qua bay hơi gió và ánh sáng mặt trời mà không có điện hoặc khí tiêu thụ. Tại một số bang của Hoa Kỳ pháp luật bảo vệ "quyền khô" quần áo.^[43]

Thu không tráng men lộ (UTC) đục tường phải đối mặt với ánh nắng mặt trời được sử dụng để sấy sơ bộ không khí thông gió. UTCs có thể làm tăng nhiệt độ không khí đến lên đến 22 °C và cung cấp nhiệt độ cửa hàng của 45-60 °C.^[44] thời gian hoàn vốn ngắn người thu gom lộ (3 đến 12 năm) làm cho họ một giải pháp thay thế hiệu quả chi phí hơn so với các hệ thống thu thập bằng kính Đến năm 2003, hơn 80 hệ thống kết hợp với một khu vực thu đạt 35.000 m² đã được cài đặt trên toàn thế giới, bao gồm 860 m² thu tạiCosta Rica được sử dụng để làm khô hạt cà phê và 1.300 m² thu tại Coimbatore, Ấn Độ được sử dụng để làm khô cúc vạn thọ

Điện mặt trời[sửa | sửa mã nguồn]

 

Các PS10 tập trung ánh sáng mặt trời từ cánh đồng heliostats trên một tháp trung tâm.

Điện mặt trời là việc chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện, hoặc trực tiếp bằng cách sử dụng quang điện (PV), hoặc gián tiếp bằng cách sử dụng điện mặt trời tập trung (CSP). Hệ thống CSP sử dụng ống kính, gương và các hệ thống theo dõi để tập trung một khu vực rộng lớn của ánh sáng mặt trời vào một chùm nhỏ. PV chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện bằng cách sử dụng hiệu ứng quang điện.

Các nhà máy CSP thương mại được phát triển đầu tiên vào những năm 1980, và lắp đặt CSP SEGS 354 MW là nhà máy điện mặt trời lớn nhất trên thế giới và nằm ở sa mạc Mojave của California. Các nhà máy CSP lớn khác bao gồm Nhà máy điện mặt trời Solnova (150 MW) và Nhà máy điện mặt trời Andasol (100 MW), cả hai ở Tây Ban Nha. Số 97 MW Nhà máy quang điện Sarnia Canada là nhà máy quang điện lớn nhất thế giới.

Điện mặt trời tập trung[sửa | sửa mã nguồn]

Các hệ thống điện mặt trời tập trung (CSP) sử dụng ống kính, gương và các hệ thống theo dõi để tập trung một khu vực rộng lớn của ánh sáng mặt trời vào một chùm nhỏ. Nhiệt tập trung sau đó được sử dụng như một nguồn năng lượng cho một nhà máy điện thông thường. Một loạt các công nghệ tập trung tồn tại, phát triển nhất là máng parabol tập trung phản xạ tuyến tính Fresnel, đĩa Stirling và các tháp điện mặt trời. Kỹ thuật khác nhau được sử dụng để theo dõi Mặt trời và tập trung ánh sáng. Trong tất cả các hệ thống này một chất lỏng làm việc được làm nóng bởi ánh sáng mặt trời tập trung, và sau đó được sử dụng để phát điện hoặc lưu trữ năng lượng.^[45]

Pin quang điện[sửa | sửa mã nguồn]

 

Công viên quang điện Lieberose71,8 MW tại Đức

Pin mặt trời, hay tế bào quang điện (PV), tế bào năng lượng mặt trời là một thiết bị chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện bằng cách sử dụng hiệu ứng quang điện. Các tế bào năng lượng mặt trời đầu tiên được xây dựng bởi Charles Fritts trong những năm 1880.^[46] Năm 1931, một kỹ sư người Đức, tiến sĩ Bruno Lange, phát triển một tế bào hình ảnh bằng cách sử dụng selenua bạc ở vị trí của oxit đồng.^[47]Mặc dù tế bào selenium nguyên mẫu chuyển đổi ít hơn 1% ánh sáng tới thành điện năng, cả hai Ernst Werner von Siemens và [[James Clerk Maxwell đều nhận ra tầm quan trọng của phát hiện này.^[48] Sau công trình của Russell Ohl trong những năm 1940, các nhà nghiên cứu Gerald Pearson, Calvin Fuller và Daryl Chapin tạo ra tế bào năng lượng mặt trời silicon vào năm 1954.^[49] Những tế bào năng lượng mặt trời ban đầu có giá 286 USD mỗi watt và đạt hiệu suất 4,5-6%.^[50]

Hóa học năng lượng mặt trời[sửa | sửa mã nguồn]

Quá trình hóa học năng lượng mặt trời sử dụng năng lượng mặt trời để dẫn dắt phản ứng hóa học. Các quá trình này đã bù đắp năng lượng mà nếu không sẽ phải đến từ nguồn nhiên liệu hóa thạch và cũng có thể chuyển đổi năng lượng mặt trời thành nhiên liệu thỏa mãn điều kiện lưu trữ và vận chuyển. Năng lượng mặt trời gây ra các phản ứng hóa học có thể được chia thành nhiệt hóa hoặc quang hóa ^[51] Một loạt nhiên liệu có thể được sản xuất bởi quang hợp nhân tạo ^[52] Xúc tác hóa học đa điện tử liên quan trong việc đưa ra các nhiên liệu carbon (như methanol) từ giảm lượng khí carbon dioxide là một thách thức, một sự thay thế khả thi là hydrogen sản xuất từ ​​proton, mặc dù sử dụng nước như là nguồn gốc của các điện tử (như các nhà máy) đòi hỏi phải làm chủ quá trình oxy hóa đa điện tử của hai phân tử nước ôxy phân tử.^[53] Một số người dự kiến ​​làm việc nhà máy nhiên liệu năng lượng mặt trời tại các khu vực đô thị ven biển vào năm 2050 - tách nước biển cung cấp hydro để được chạy qua các nhà máy điện dùng tế bào nhiên liệu lân cận và nước tinh khiết được sản ra sẽ đi trực tiếp vào hệ thống nước đô thị.^[54].

Công nghệ sản xuất Hydrogen là một khu vực quan trọng của nghiên cứu hóa học năng lượng mặt trời từ những năm 1970. Ngoài điện phân điều khiển bởi các tế bào quang điện hoặc tế bào hóa nhiệt, quy trình nhiệt hóa cũng đã được khám phá. Một cách như vậy sử dụng các bộ tập trung để phân tách nước thành oxy và hydro ở nhiệt độ cao (2300-2.600 °C).^[55] Cách tiếp cận khác sử dụng nhiệt từ các bộ tập trung năng lượng mặt trời để lái xe tái tạo hơi khí tự nhiên do đó làm tăng tổng sản lượng hydro so với phương pháp tái tạo thông thường.^[56] Chu kỳ nhiệt hóa đặc trưng bởi sự phân hủy và tái sinh của chất phản ứng trình bày một con đường khác để sản xuất hydro. Quá trình Solzinc được phát triển tại Viện Khoa học Weizmann sử dụng một lò năng lượng mặt trời 1 MW để phân hủy oxide kẽm (ZnO) ở nhiệt độ trên 1200 °C. Phản ứng này ban đầu sản xuất kẽm tinh khiết, sau đó có thể phản ứng với nước để sản xuất hydro ^[57]

Công nghệ Sunshine to Petrol (S2P) của Sandia sử dụng nhiệt độ cao tạo ra bằng cách tập trung ánh sáng mặt trời cùng với một chất xúc tác zirconia/ferrite để phá vỡ dioxide carbon trong khí quyển thành oxy và carbon monoxide (CO). Khí carbon monoxide sau đó có thể được sử dụng để tổng hợp các nhiên liệu thông thường chẳng hạn như methanol, xăng và nhiên liệu phản lực ^[58]

Một thiết bị quang điện hóa là một loại pin, trong đó các dung dịch tế bào (hoặc tương đương) tạo ra các sản phẩm hóa học trung gian giàu năng lượng khi được chiếu sáng. Những sản phẩm hóa học trung gian giàu năng lượng có khả năng có thể được lưu trữ và sau đó phản ứng tại điện cực để tạo ra một điện thế. Tế bào hóa học ferric-thionine là một ví dụ của công nghệ này.^[59]

Tế bào điện hóa hay các PEC bao gồm một chất bán dẫn, thường là titanium dioxide hoặc các titanate có liên quan, đắm mình trong điện phân. Khi chất bán dẫn được chiếu sáng một điện thế được phát triển. Có hai loại tế bào điện hóa: tế bào quang điện chuyển đổi ánh sáng thành điện và các tế bào quang sử dụng ánh sáng để điều khiển các phản ứng hóa học như phản ứng điện phân ^[59]

Một tế bào kết hợp nhiệt/quang hóa cũng đã được đề xuất. Quá trình Stanford PETE sử dụng năng lượng nhiệt mặt trời để tăng nhiệt độ của một kim loại nhiệt khoảng 800C để tăng tốc độ sản xuất của điện lực để điện giải CO2 trong khí quyển thành carbon hoặc carbon monoxide sau đó chúng có thể được sử dụng để sản xuất nhiên liệu, và nhiệt dư cũng có thể được sử dụng.^[60]

Xe năng lượng mặt trời[sửa | sửa mã nguồn]

 

Úc tổ chức Thách thức Mặt trời Thế giới nơi mà những chiếc xe năng lượng mặt trời như xe đua Nuna3 thông qua một cuộc đua 3.021 km (1.877 mi) từ Darwin tới Adelaide.

Phát triển của một chiếc xe sử dụng năng lượng mặt trời đã được một mục tiêu kỹ thuật từ những năm 1980. Thách thức Mặt trời Thế giớilà một cuộc đua xe năng lượng mặt trời định kỳ sáu tháng, nơi các đội từ các trường đại học và doanh nghiệp đua tài trên đoạn đường 3.021 kilômét (1.877 mi) qua trung tâm nước Úc từ Darwin Adelaide. Năm 1987, khi nó được thành lập, tốc độ trung bình của người chiến thắng là 67 kilômét một giờ (42 mph) và vào năm 2007 tốc độ trung bình của người chiến thắng đã được cải thiện đến 90,87 kilômét một giờ (56,46 mph)^{[Chuyển đổi: Số không hợp lệ] [61]} Thách thức Mặt trời Bắc Mỹ và Thách thức Mặt trời Nam Phi là các cuộc thi so tài phản ánh sự quan tâm quốc tế về kỹ thuật và phát triển xe năng lượng mặt trời.^[62][63]

Một số xe sử dụng các tấm pin mặt trời năng lượng phụ trợ, chẳng hạn như cho điều hòa không khí, để giữ cho nội thất mát mẻ, do đó giảm nhiên liệu ^[64][65]

Năm 1975, thuyền năng lượng mặt trời thực tế đầu tiên được xây dựng ở Anh ^[66] Năm 1995, tàu thuyền chở khách kết hợp các tấm PV bắt đầu xuất hiện và được sử dụng rộng rãi.^[67] Năm 1996, Kenichi Horie thực hiện chuyến vượt biển năng lượng mặt trời đầu tiên qua Thái Bình Dương, và chiếc bè "sun21" thực hiện chuyến vượt biển năng lượng mặt trời đầu tiên qua Đại Tây Dương trong mùa đông 2006-2007.^[68] Có các kế hoạch đi vòng quanh thế giới trong năm 2010 ^[69]

 

Helios UAV trong chuyến bay sử dụng năng lượng mặt trời

Năm 1974, các máy bay không người lái AstroFlight Sunrise thực hiện chuyến bay năng lượng mặt trời đầu tiên. Ngày 29 tháng tư 1979,Solar Riser thực hiện chuyến bay đầu tiên bằng năng lượng mặt trời, hoàn toàn được kiểm soát, máy bay mang theo con người, đạt độ cao 40 foot (12 m)^{[Chuyển đổi: Tùy chọn không hợp lệ]}. Năm 1980, Gossamer Penguin thực hiện các chuyến bay thử nghiệm đầu tiên chỉ sử dụng pin quang điện. Điều này đã được nhanh chóng theo sau bởi Solar Challenger vượt qua eo biển Anh trong tháng 7 năm 1981. Năm 1990 Eric Scott Raymond trong 21 bước nhảy đã bay từ California đến Bắc Carolina bằng cách sử dụng năng lượng mặt trời.^[70] Sự phát triển sau đó quay trở lại với phương tiện bay không người lái (UAV) Pathfinder (1997) và các thiết kế tiếp theo, mà đỉnh cao là Helios đã thiết lập kỷ lục độ cao cho một máy bay không được đẩy bằng tên lửa tại 29.524 mét (96.864 ft) năm 2001 ^[71] Các Zephyr, phát triển bởiBAE Systems là thứ mới nhất trong dòng máy bay năng lượng mặt trời phá kỷ lục, thực hiện chuyến bay 54 giờ trong năm 2007, chuyến bay kéo dài hàng tháng được hình dung vào năm 2010.^[72]

Một bóng bay năng lượng mặt trời là một quả bóng màu đen được làm đầy với không khí thông thường. Khi ánh sáng mặt trời tỏa sáng trên khinh khí cầu, không khí bên trong được làm nóng và giãn nở gây lực nổi lên, giống như bóng không khí nóng được làm nóng nhân tạo. Một số bóng bay năng lượng mặt trời là đủ lớn cho chuyến bay của con người, nhưng việc sử dụng thường bị hạn chế vào thị trường đồ chơi do tỉ lệ diện tích bề mặt trên tải trọng tương đối cao ^[73]

Các buồm năng lượng mặt trời là một hình thức được đề xuất của động cơ đẩy tàu vũ trụ sử dụng gương màng lớn để khai thác áp suất bức xạ từ mặt trời. Không giống như tên lửa, cánh buồm năng lượng mặt trời không cần nhiên liệu. Mặc dù lực đẩy là nhỏ so với tên lửa, nó vẫn tiếp tục miễn là mặt trời chiếu vào cánh buồm triển khai và trong chân không tốc độ không gian đáng kể cuối cùng có thể đạt được ^[74]

Khí cầu độ cao lớn (HAA) là một phương tiện vận tải nhẹ hơn không khí, không người lái, thời gian dài, sử dụng khí helium để nâng, và tế bào năng lượng mặt trời lớp mỏng làm động lực. Cục phòng chống tên lửa Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ đã ký hợp đồng với Lockheed Martin xây dựng nó để tăng cường Hệ thống phòng chống tên lửa đạn đạo (BMDS) ^[75]Các khí cầu có một số lợi thế cho chuyến bay năng lượng mặt trời: chúng không yêu cầu động lực để duy trì độ cao, và vỏ của khí cầu phơi bày một khu vực rộng lớn cho mặt trời.

Phát triển, triển khai và kinh tế[sửa | sửa mã nguồn]

Bắt đầu với việc tăng sử dụng than đi kèm với Cách mạng công nghiệp, tiêu thụ năng lượng đã dần dần chuyển từ gỗ và sinh khối về nhiên liệu hóa thạch. Sự phát triển sớm của các công nghệ năng lượng mặt trời bắt đầu vào những năm 1860 được thúc đẩy bởi một kỳ vọng rằng than sẽ sớm trở nên khan hiếm. Tuy nhiên, phát triển các công nghệ năng lượng mặt trời trì trệ trong những năm đầu thế kỷ 20 khi đối mặt với sự sẵn có ngày càng tăng, tính kinh tế, và sự tiện dụng của than và dầu mỏ ^[83]

Lệnh cấm vận dầu 1973 và cuộc khủng hoảng năng lượng 1979 gây ra sự tổ chức lại chính sách năng lượng trên toàn thế giới và mang lại sự chú ý đổi mới để phát triển công nghệ năng lượng mặt trời.^[84][85] chiến lược triển khai tập trung vào các chương trình khuyến khích, chẳng hạn như Chương trình Sử dụng quang điện liên bang ở Mỹ và Chương trình Sunshine tại Nhật Bản. Những nỗ lực khác bao gồm việc hình thành các cơ sở nghiên cứu ở Mỹ (SERI, NREL), Nhật Bản (NEDO), và Đức (Viện các hệ thống năng lượng mặt trời Fraunhofer ISE).^[86]

Máy nước nóng năng lượng mặt trời thương mại bắt đầu xuất hiện tại Hoa Kỳ trong những năm 1890.^[87] Các hệ thống này được tăng cường sử dụng cho đến khi những năm 1920 nhưng đã dần dần bị thay thế bằng nhiên liệu sưởi ấm rẻ hơn và đáng tin cậy hơn.^[88] Như với quang điện, nước nóng năng lượng mặt trời thu hút sự chú ý gia tăng như một kết quả của các cuộc khủng hoảng dầu mỏ vào những năm 1970 nhưng lãi suất giảm xuống trong những năm 1980 do giá xăng dầu giảm. Phát triển trong lĩnh vực nước nóng năng lượng mặt trời tiến triển đều đặn trong suốt những năm 1990 và tỷ lệ tăng trưởng trung bình 20% mỗi năm kể từ năm 1999.^[16] Mặc dù thường bị đánh giá thấp, đun nước nóng và làm mát năng lượng mặt trời đến nay là công nghệ năng lượng mặt trời được triển khai rộng rãi nhất với công suất ước tính khoảng 154 GW năm 2007 ^[16]

ngày nay, với tiến bộ trong việc chế tạo các module quang điện, những tấm năng lượng mặt trời với chất lượng tốt (solar panel) đã được sản xuất khá nhiều, hiệu suất cao, phục vụ đa dạng cho các nhu cầu sinh hoạt của con người, các tấm năng lượng mặt trời này đa dạng về hiệu năng (12-24v), công suất. Xu hướng sử dụng năng lượng mặt trời đang ngày càng rõ rệt và đo sẽ là xu thế của thời đại mới

Tiêu chuẩn ISO[sửa | sửa mã nguồn]

Tổ chức Tiêu chuẩn Quốc tế đã thành lập một số các tiêu chuẩn liên quan đến các thiết bị năng lượng mặt trời. Ví dụ, tiêu chuẩn ISO 9050 liên quan đến kính xây dựng trong khi ISO 10217 liên quan đến các vật liệu được sử dụng trong các máy nước nóng năng lượng mặt trời.