Hiển thị các bài đăng có nhãn tai-lieu-ky-thuat. Hiển thị tất cả bài đăng
Hiển thị các bài đăng có nhãn tai-lieu-ky-thuat. Hiển thị tất cả bài đăng

Thứ Năm, 5 tháng 11, 2015

Công nghệ pin Li-Air: bước tiến vượt bậc của xe điện

Pin nhiên liệu công nghệ Li-Air đang được phát triển sẽ giúp các mẫu xe EV đạt phạm vi hoạt động xa gấp 10 lần so với các mẫu xe điện hiện nay.


BMW I3
 
Pin-Lithium-Ion
Nguyên lý hoạt động của pin Lithium-Ion
 
Hạn chế của các dòng xe chạy điện hoàn toàn (EV) hiện nay là phạm vi hoạt động gần, chỉ thích hợp với nhu cầu di chuyển nội thị và hàng ngày. Các hãng xe hơi vẫn chọn phương pháp sử dụng hệ động cơ lai dùng cả động cơ điện và động cơ đốt trong truyền thống. Nhưng với công nghệ pin Li-Air, xe điện sẽ đạt một bước tiến vượt bậc vươn tới khả năng của xe sử dụng nhiên liệu truyền thống.
 
 
Cong-nghe-pin-Li-Air-2
Li-Air là pin hoá học tận dụng quá trình oxy hoá của lithium để tạo ra dòng điện, ưu việt hơn quá trình điện hoá trên các loại pin truyền thống. Tức là Li-Air là loại pin nhiên liệu dùng kim loại rắn và dung môi, sử dụng cả oxy từ môi trường trong quá trình điện hoá. Công nghệ này được quan tâm và phát triển từ cuối năm 2000 nhờ những tiến bộ trong ngành công nghiệp vật liệu mới và nhu cầu ngày càng tăng đối với các nguồn năng lượng tái tạo.
Pin-nhien-lieu-Li-Air
Nguyên lý hoạt động của pin Li-Air
Sự vượt trội của công nghệ này là điện năng riêng cao trên khối lượng và kích thước pin nhất định. Một pin Li-Air có mật độ năng lượng tương đương với năng lượng của xăng với cùng khối lượng. Đó là nhờ sử dụng oxy trong không khí cho quá trình điện hoá chứ không lưu trữ trong pin.Công nghệ pin Li-Air đang được nhóm nghiên cứu khoa Hoá học tại đại học Cambridge phát triển ứng dụng. Trong đó, tấm Lithium được sử dụng dưới dạng graphene (một dạng thù hình khác của nguyên tử Carbon dạng tấm). Trong đó, loại pin này sử dụng hydroxide lithium thay vì lithum peroxide trong grapene lưu trữ. Nhờ hydroxide lithium, loại pin này ổn định hơn 93% so với công nghệ hiện tại và có vòng đời sạc đạt 2.000 chu trình mà không giảm hiệu suất. Ngoài ra, pin Li-Air có thể lưu trữ lượng điện năng gấp 10 lần pin Lithium-Ion truyền thống. Thậm chí, chi phí chế tạo pin mới được kì vọng bằng 80% loại pin nhiên liệu hiện có và nhẹ hơn 80% nếu cùng công suất.
Nếu công nghệ pin này được đưa vào sản xuất khi chi phí chế tạo đảm bảo ưu thế thương mại, các loại xe hơi chạy điện hoàn toàn sẽ đạt được bước tiến mới. Qua những kết quả nghiên cứu sơ bộ của nhóm phát triển của địa học Cambridge, chi phí chế tạo công nghệ pin Li-Air không đắt hơn pin Li-Ion quá nhiều. Đồng thời, xe EV sẽ có khả năng cạnh tranh với các dòng xe sử dụng động cơ đốt trong truyền thống nhờ ưu thế thân thiện, yên tĩnh, chi phí nhiên liệu tiết kiệm và phạm vi di chuyển không hề thua kém.
 
Solarv Team

Vật liệu kỳ diệu có thể thu năng lượng từ không khí lỏng

Theo một nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature, các màng graphene có thể được sử dụng để sàng lọc khí hydro từ khí quyển - một sự phát triển có thể mở đường cho việc ra đời máy phát điện chạy bằng không khí.

Tuyên bố táo bạo về công nghệ pin mới có được khoảng hơn 150 năm trước đây từ việc phát minh ra pin chì-axit.
Nhưng các nhà nghiên cứu tại Đại học Manchester ở Anh cho biết phát hiện mới nhất của họ liên quan đến vật liệu graphene mới có thể kỳ diệu hơn cả công nghệ pin trước cách mạng.
Graphen là tấm riêng của các nguyên tử cácbon được bó thành mạng hình tổ ong hai chiều (2D), và là khối căn bản cho các vật chất kiểu than chì bất chấp số chiều. Nó có thể được bọc lại thành những fulleren 0D, cuộn lại thành ống nanô cácbon 1D hoặc xếp thành than chì 3D. Fullerene là những phân tử cấu thành từ các nguyên tử cacbon, chúng có dạng rỗng như mặt cầu, ellipsoid, hay ống. Fullerene có cấu trúc tương tự với than chì, là tổ hợp của lớp than chì độ dày một nguyên tử (còn gọi là graphene) liên kết với nhau tạo thành vòng lục giác; nhưng chúng cũng có thể tạo thành vòng ngũ giác hoặc thất giác.

Theo một nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature, các màng graphene có thể được sử dụng để sàng lọc khí hydro từ khí quyển - một sự phát triển có thể mở đường cho việc ra đời máy phát điện chạy bằng không khí.
"Nghe có vẻ đơn giản và đầy hứa hẹn", Tiến sĩ Sheng Hu, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ trong dự án cho biết. "Bởi vì graphene hiện nay có thể được sản xuất ở dạng tấm mét vuông, chúng tôi hy vọng rằng nó sẽ sớm được kết hợp với các tế bào nhiên liệu thương mại.”
Chùm năng lượng
Trung tâm của công nghệ này là các tính chất vật lý đáng chú ý của graphene - một chất có cấu trúc nguyên tử giống như chì được tìm thấy trong các cây bút chì bình thường.
Vào năm 2004 một nhóm nghiên cứu từ Đại học Manchester, đứng đầu là Andre Geim và Kostya Novoselov - cả hai đều đoạt giải Nobel Vật lý cho khám phá của họ trong năm 2010 – đã phát hiện ra graphene , từ đó graphene đã được biết đến như là một công nghệ thay đổi cuộc chơi.
Graphene Các tinh thể hai chiều đầu tiên, mỏng nhất, nhẹ nhất và mạnh mẽ nhất được khoa học biết đến, cứng hơn so với kim cương và cứng hơn thép 200 lần.
130429155622-pencil-key-graphene-horizontal-large-gallery
Linh hoạt, trong suốt và có khả năng dẫn điện tốt hơn so với đồng, các chất này mang tính đột phá được thiết lập để cách mạng hóa tất cả mọi thứ từ điện thoại thông minh và công nghệ có thể mặc được,  đến công nghệ xanh và y học.
Nổi tiếng bởi khả năng ngăn cản, graphene chỉ dày bằng một nguyên tử - mỏng hơn một triệu lần so với một sợi tóc của con người.
Công nghệ màng
Phát hiện mới nhất cho thấy graphene có sức hút hơn màng proton-tiến hành đó là cốt lõi của công nghệ pin nhiên liệu hiện đại.
Tế bào nhiên liệu hoạt động bằng cách sử dụng oxy và hydro làm nhiên liệu, chuyển đổi năng lượng hóa học được sản xuất bởi đầu vào của nó trực tiếp thành điện năng. Tuy nhiên, hiện tại màng tách proton cần thiết cho quá trình này là tương đối không hiệu quả, vẫn còn ô nhiễm chéo trong nhiên liệu.
Bằng cách sử dụng màng graphene giúp tăng hiệu quả và độ bền cho pin hơn.
Nhóm nghiên cứu đã tìm thấy proton qua các tinh thể siêu mỏng tương đối dễ dàng, đặc biệt là ở nhiệt độ lớn và với việc sử dụng một chất xúc tác là bạch kim tráng trên màng phim.
141222145600-graph4-horizontal-large-gallery
Thu hoạch hydro
Khía cạnh đáng ngạc nhiên nhất của nghiên cứu đó là tìm thấy màng có thể được sử dụng để trích xuất hydro từ khí quyển. Các nhà khoa học cho biết việc thu hoạch như vậy có thể kết hợp với các tế bào nhiên liệu để tạo ra một máy phát điện di động thúc đẩy đơn giản bằng cách có mặt hydro trong không khí.
Khi bạn biết nó  làm việc như thế nào, bạn sẽ bất ngờ bởi đây là một thiết lập rất đơn giản. Bạn chỉ cần đặt một bình chứa khí hydro ở một bên, đưa một dòng điện nhỏ vào và thu thập hydro tinh khiết ở phía bên kia. Hydro này sau đó có thể được dùng đốt cháy trong một tế bào nhiên liệu.
"Chúng tôi đã làm việc với các màng nhỏ và dòng chảy đạt được của hydro cũng là nhỏ cho đến nay. Tuy nhiên, đây là giai đoạn ban đầu của sự khám phá và chứng nhận này là để các chuyên gia nhận thức được các khách hàng tiềm năng hiện có. Để xây dựng và thu hoạch thử nghiệm hydro sẽ đòi hỏi nỗ lực mở rộng hơn nhiều. "
Hiện nay, hydro thu được gần như hoàn toàn từ nhiên liệu hóa thạch.
Cuộc cách mạng graphene
Các nhà khoa học đã đang tìm cách mới chế biến graphene và ứng dụng mới cho các vật chất vô hình. Bởi vì nó linh hoạt và khả năng co dãn khiến nó trở thành một ứng cử viên lý tưởng cho thế hệ năng lượng mặt trời.
141222145553-graph3-horizontal-large-gallery-2
Nghiên cứu mới của Viện Khoa học Photonic ở Tây Ban Nha đã cho thấy rằng graphene có thể hiệu quả hơn trong việc chuyển đổi ánh sáng thành năng lượng.
Nghiên cứu phát hiện rằng: không giống như silicon chỉ tạo ra một electron cho mỗi photon nó hấp thụ, graphene có thể sản xuất nhiều electron.
Mặc dù các ứng dụng của graphene trong các tế bào năng lượng mặt trời chỉ là lý thuyết, tiềm năng có thể là đáng kinh ngạc. Các tế bào năng lượng mặt trời được làm bằng graphene có thể cung cấp 60% hiệu suất pin mặt trời – được coi là tăng gấp đôi hiệu quả tối đa của các tế bào silicon.
Ngoài sử dụng trong giao thông vận tải vì độ nhẹ và sức mạnh của nó để chuyển đổi hiệu quả nhiên liệu cho sản xuất xe hơi và máy bay, graphene đã được nghiên cứu như một lớp phủ chống ăn mòn cho bao bì và thậm chí cả bao cao su siêu mỏng.
130429160355-graphine-explainer-2-horizontal-large-gallery
Trong y học, các nhà nghiên cứu nói rằng nó có thể được sử dụng để đưa thuốc vào các vùng cụ thể trong cơ thể và đang được phát triển như là một phương pháp  điều trị có điều kiện cho những người có bệnh não.
Trong công nghiệp, màng graphene đang được nghiên cứu sử dụng như một phương tiện làm sạch nước và thậm chí như một cách để trích xuất muối và các yếu tố khác từ nước biển để thành nước thể uống được.
Linh Linh
tham khảo CNN

Thứ Hai, 2 tháng 11, 2015

Pin siêu bền cho ôtô điện chạy hơn 600 km một lần sạc

Các nhà nghiên cứu ở đại học Cambridge chế tạo thành công mẫu pin lithium - oxy, có thể sạc được 2.000 lần, mỗi lần đủ năng lượng cho ôtô điện chạy hàng trăm km.

Nguyên mẫu pin trong phòng thí nghiệm. Ảnh: Tao Liu, Clare Grey, Gabriella Bocchetti
Theo Telegraph, công nghệ chế tạo pin lithium-air mới, hay còn gọi là Li-O2, có thể ứng dụng để sản xuất pin với giá thành và trọng lượng chỉ bằng 1/5 so với pin ôtô điện hiện nay, sử dụng năng lượng tái tạo như quang năng hay phong năng, thay thế xe chạy xăng và dầu diesel gây ô nhiễm trong tương lai.
Loại pin sạc phổ biến hiện nay là lithium – ion, thường được sử dụng trong máy tính xách tay, điện thoại thông minh hay xe điện. Nó tuy nhẹ nhưng lưu trữ được ít năng lượng, dung lượng pin cũng ít dần theo số lần sạc.
Pin Li-O2 được coi là loại pin lý tưởng cho xe điện chạy đường dài vì oxy có sẵn trong không khí, nên trọng lượng pin sẽ nhẹ bớt được thành phần này, mà bản thân lithium cũng được coi là vật liệu có khối lượng riêng thấp. Điều này có nghĩa là pin Li-O2 có thể lưu trữ được rất nhiều năng lượng. Tuy nhiên, các phiên bản trước đây của công nghệ này thường thiếu hiệu quả và không ổn định, pin chai nhanh sau vài lần sạc và xả, hoặc mắc các lỗi như đoản mạch và phát nổ.
Trong nghiên cứu mới, graphene được sử dụng làm điện cực carbon cho pin. Graphene là một dạng cacbon trong đó các nguyên tử được kết nối theo cấu trúc tổ ong có độ xốp cao, được đánh giá là siêu vật liệu với các đặc tính siêu cứng, siêu bền, siêu dẫn nhiệt.
Chất điện phân là dung môi hữu cơ dimethoxyethane, được trộn với muối lithium iot (LiI). Khi các ion phản ứng với oxy ở cực âm, chúng sẽ tạo ra các tinh thể lithium hydroxit (LiOH), bị phân hủy rất nhanh khi sạc điện. Các thiết kế pin trước đây tạo ra sản phẩm Lithium peroxit (Li2O2), một chất rắn màu trắng không tan và bám trên bề mặt điện cực, khiến việc sạc khó khăn hơn, và pin chai nhanh sau vài lần sạc. Ngược lại, pin có điện cực làm từ graphene vẫn sử dụng tốt sau 2.000 lần sạc.
Khó khăn lớn nhất là pin mẫu được phát triển trong phòng thí nghiệm, đòi hỏi sử dụng oxy tinh khiết, chứ không phải là oxy sẵn trong không khí. Do đó, các nhà khoa học cho biết, cần phải ít nhất một thập kỷ nữa mới có thể đưa công nghệ này vào sản xuất pin hàng loạt. Tuy nhiên, họ rất lạc quan về tương lai của pin Li-O2.
"Mặc dù còn nhiều nghiên cứu cơ bản cần phải hoàn thành để giải quyết vấn đề về các chi tiết cơ học, kết quả đạt được này rất thú vị. Chúng tôi đã chỉ ra được rằng có giải pháp cho những khó khăn của công nghệ này", giáo sư Clare Grey, hiện đang làm việc tại khoa Hóa, Đại học Cambridge chia sẻ. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature hôm 29/10.
Sơ đồ quá trình hoạt động của pin Li-O2. Ảnh: Nature
Nguyễn Thành Minh

Thứ Năm, 22 tháng 10, 2015

Kỹ sư Nguyễn Thanh Thảo với mô hình sử dụng năng lượng mặt trời

Mô hình sử dụng năng lượng mặt trời  phục vụ điện sinh hoạt trong gia đình của kỹ sư Nguyễn Thanh Thảo, Phòng kỹ thuật PC Gia Lai đã góp phần tiết kiệm nguồn điện năng truyền thống và sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng mặt trời, để thay thế lượng điện tương đương sản xuất ra từ các nguyên liệu hóa thạch (than, sản phẩm dầu) đang ngày càng cạn kiệt.

Trước thực tế nhu cầu điện ngày một tăng cao, vượt mức tăng trưởng của nguồn điện, để đảm bảo nguồn điện phục vụ đời sống và sản xuất, PC Gia Lai nói riêng đã tổ chức nhiều hoạt động tuyên truyền khách hàng sử dụng an toàn, tiết kiệm.

Là người được đào tạo chuyên môn về điện lại công tác trong ngành điện, anh Nguyễn Thanh Thảo đã nghiên cứu áp dụng những cái mình đã được học để thực hiện nghiên cứu, lắp đặt và đưa vào sử dụng năng lượng mặt trời phục vụ điện sinh hoạt trong gia đình, nhằm tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí trong gia đình, đồng thời tuyên truyền cho nhân dân hướng đến sử dụng nguồn năng lượng mới, năng lượng tái tạo.


 


Để biến ý tưởng của mình thành hiện thực, sau khi mày mò nghiên cứu một cách bài bản, anh Thảo đã mạnh dạn bỏ tiền túi để đầu tư trên 25 triệu đồng nhằm thực hiện ý tưởng mà bấy lâu mình đeo đuổi.

Nói thì vậy, nhưng để biến ý tưởng trở thành hiện thực không hề đơn giản chút nào. Trao đổi với chúng tôi anh Nguyễn Thanh Thảo cho biết, việc sử dụng điện từ nguồn năng lượng mặt trời, không phải là mới ở nước ta, các nhà chuyên môn đã nghiên cứu ứng dụng vào lắp đặt những khu vực không thể kéo lưới điện Quốc gia đến những nới này từ rất lâu rồi.

Tuy nhiên, đối với những nơi lưới điện Quốc gia đưa đến tận nhà, hầu như không ai quan tâm đến nguồn năng lượng này. Bởi, hầu hết người dân cho rằng ngày nay điện lưới Quốc gia kéo về tận nhà, chỉ cần đầu tư chưa đến 1 triệu đồng là có điện dùng. Chính vì thế, khi anh triển khai ý tưởng, gia đình và bạn bè không mấy ủng hộ.

Song những điều đó không thể cản trở quyết tâm của anh Thảo; anh đã nghiên cứu tài liệu, khảo sát và tìm hiểu mô hình một số nơi và tranh thủ thời gian ngày nghỉ anh đến một số tiệm bán đồ ở Gia Lai, đồng thời vào tận Thành phố Hồ Chí Minh tìm mua những thiết bị cần thiết.

 


Sau hơn 2 tháng triển khai thực hiện, anh Thảo hoàn thành đưa vào sử dụng đúng thời điểm chào mừng 40 năm thành lập Khoa điện Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng - nơi anh từng học tập và kỷ niệm 40 năm Ngày thành lập EVNCPC- nơi anh đang công tác... Thật là món quà mừng các sự kiện trên đầy ý nghĩa!

Võ Hiển

Chủ Nhật, 4 tháng 10, 2015

Cảnh báo khi không sử dụng bộ điều khiển sạc khu dùng Năng Lượng Mặt Trời

Thời gian qua có 1 số khách hàng và đại lý chỉ mua pin và cắm pin trực tiếp vào bình gây ra 1 số hư hỏng cho tấm pin… và thậm chí nổ ắc quy gây thương tích.



Công ty Vũ Phong xin đưa ra một số khuyến cáo cho khách hàng sử dụng như sau :



1. NẾU CẮM PIN TRỰC TIẾP VÀO ẮC QUY SẼ GÂY HỎNG PIN

Mặc dù cắm tấm pin trực tiếp vào ắc quy nếu đúng chiều âm dương thì vẫn sạc được cho ắc quy, tuy nhiên sẽ gây ra các sự cố sau:

- Nếu vô ý cắm ngược cực ắc quy sẽ nổ DIODE trong hộp, và sẽ không có điện ra

- Khách hàng tự thay DIODE do không quen nên gắn sai DIODE, dẫn tới tấm pin hỏng hoàn toàn không sửa được.

- Khi trời tối không có thiết bị ngắt tự động nên điện từ ắc quy sẽ đi ngược lên đốt tấm pin, về lâu dài tấm pin sẽ giảm hiệu suất từ từ và hỏng hoàn toàn không sửa được.



Hình ảnh DIODE BYPASS của tấm pin bị nổ do cắm ngược cọc ắc quy



Hình ảnh khách hàng gắn ngược DIODE dẫn tới hỏng tấm pin và KHÔNG SỬA ĐƯỢC

- Một số trường hợp nạp đầy bình, gây sôi bình làm giảm tuổi thọ của bình. Thậm chí có trường hợp bình bị sôi nhưng không thoát hơi ra được gây nổ bình gây thương tích.



Ắc quy bị nổ do nạp trực tiếp tấm pin vào mà không có mạch sạc bảo vệ quá nạp

2. CÁC LƯU Ý KHI DIODE BỊ CHÁY

Khi tấm pin bị cháy DIODE phải nhờ hỗ trợ từ kỹ thuật có dụng cụ và đồng hồ đo để chắc chắn thay đúng chủng loại DIODE và đúng chiều.



Hình ảnh tấm pin gắn đúng chiều DIODE

3.CÁC LỢI ÍCH KHI SỬ DỤNG ĐÚNG BỘ ĐIỀU KHIỂN SẠC:

- Hoạt động hoàn toàn tự động, tự động ngắt khi bình đầy, và ngắt khi bình cạn.

- Chống điện áp ngược từ ắc quy lên tấm pin khi ban đêm xuống

- Nâng cao hiệu suất sạc & tuổi thọ của tấm pin. Nếu dùng bộ sạc thì tuổi thọ của tấm pin mặt trời sẽ kéo dài hơn 50 năm. Ngược lại nếu không dùng thì tuổi thọ của pin sẽ giảm 5 năm hoặc hơn và hiệu suất sạc của tấm pin sẽ bị giảm nhanh.

- Đạt hiệu quả kinh tế vì bảo vệ được tấm pin và ắc quy, cũng như đạt hiệu suất sạc cao hơn. Giá thành bộ điều khiển sạc cũng rất thấp so với pin và ắc quy

- Khách hàng lưu ý mua đúng bộ sạc có điều khiển,. Nên nói không với các sản phẩm có tên là “Bộ chỉnh lưu” bên trong chỉ chứa mấy con DIODE trên thị trường không phải là bộ điều khiển sạc, không bảo vệ được ắc quy và ngược cực.


SolarV Vũ Phong






Thứ Sáu, 2 tháng 10, 2015

Hướng dẫn sử dụng ắc quy an toàn nhất

Ắc quy chì axit hiện nay rất thông dụng, tuy nhiên rất nhiều bạn mua ắc quy sử dụng nhưng không biết cách sử dụng sao cho bền nhất, đặc biệt là mua ắc quy dùng cho điện năng lượng mặt trời, với tần suất sử dụng ắc quy gần như hằng ngày, chỉ cần sử dụng ắc quy không đúng cách sẽ bị thiệt hại tiền của thay ắc quy thường xuyên.



Bài viết này SolarV Vũ Phong sẽ phân tích thông số kỹ thuật 1 loại ắc quy làm ví dụ, sau đó hướng dẫn mọi người cách sử dụng ắc quy sao cho tuổi thọ cao nhất, cũng như kiểm tra thông số kỹ thuật của hãng ắc quy xem ắc quy của mình tốt hay không. 

Trước hết hãy xem qua thông số của 1 ắc quy mẫu 100Ah kín khí và cùng phân tích các thành phần trong đó:
- Ở hình 1: Dung lượng ắc quy là 100Ah, điện áp 12V. Một số thông tin quan trọng trên bảng thông số kỹ thuật: nhiệt độ hoạt động không được quá 60 độ C, mỗi tháng ắc quy tự mất 3% điện dù không sử dụng gì, dòng sạc tối đa cho phép bình 100Ah là 30A, tốt nhất là 10A...
- Ở hình 2: thể hiện sự tương quan của lượng điện xả được trên thời gian theo điện áp ngắt của cell ắc quy. Nếu tính điện áp cho ắc quy thì ta lấy điện áp cell nhân 6. Ví dụ điện áp ngắt mỗi cell là: 1.8V thì điện áp ngắt của ắc quy là 1.8 x 6 = 10.8V. Đây là mức điện áp ngắt thấp nhất theo khuyến cáo của nhà sản xuất. 

Ta thấy: nếu xả ắc quy 10 giờ và ngắt ở điện áp cell 1.8V (ắc quy: 10.8V) thì ta được 19.1 W/1cell/giờ nghĩa là được tổng 19.1 x 6 = 114 W/giờ, còn nếu xả ắc quy 10 giờ và ngắt ở điện áp cell 1.6V (ắc quy 9.6V) thì ta được 20.3 W/1cell/giờ nghĩa là được tổng 20.3 x 6 = 121 W/giờ. So sánh 2 trường hợp trên thì khi xả sâu tới 9.6V sẽ được nhiều điện hơn xả sâu tới 10.8V một lượng điện là: (121-114)x10 giờ = 70W! Rất bé so với tổng lượng điện xả được là hơn 1000W. Tuy nhiên tác hại thì vô cùng lớn, hãy xem tiếp ở hình 3

- Ở hình 3 có rất nhiều biểu đồ, mình sẽ nói trước cái biểu đồ thể hiện sự tương quan giữa tuổi thọ ắc quy (số chu kỳ nạp xả) và mức điện áp xả sâu tới đâu. Các bạn hãy nhìn vào biểu đồ cuối cùng của hình 3, gọi là Cycle service life in relation to depth of discharge (dịch là: sự tương quan giữa độ xả sâu và số chu kỳ nạp xả của ắc quy). 
Ta thấy rằng, nếu các bạn cứ xả 100% dung lượng ắc quy (xả tới 10.8V theo tiêu chuẩn nhé) thì sau 250 chu kỳ nạp xả, dung lượng ắc quy sẽ giảm dưới 60%. Ồ, 250 chu kỳ, mỗi ngày 1 chu kỳ thế thì không tới 1 năm nhỉ. Nhưng nếu các bạn xả chỉ 50% rồi nạp lại, thì sau khoảng 500 chu kỳ dung lượng ắc quy mới giảm dưới 60%. Và nếu các bạn chỉ xả 30% rồi nạp lại, thì sau hơn 1300 chu kỳ dung lượng ắc quy mới giảm dưới 60%. 
Kết luận này rất quan trọng, nghĩa là càng xả nông (ngắt ở mức điện áp cao) chừng nào rồi nạp lại, thì thời gian sử dụng ắc quy càng dài, thay vì ít hơn 1 năm thì có thể kéo dài tới 5-7 năm ở mức dung lượng trên 60%.
Và các bạn sẽ thấy tác hại của việc xả sâu dưới 10.8V, các bạn đang tự phá huỷ ắc quy của mình đấy! Nhiều người cứ xả thoải mái khi nào không ra điện nữa thì thôi. Giờ thì các bạn hiểu là không được làm vậy rồi nhé.
Mình sẽ phân tích tiếp các biểu đồ khác lần tiếp theo nhé, hôm nay là cuối tuần nên viết tới đây thôi. Cảm ơn các bạn đã đọc. Góp ý xin gửi về vp@vuphong.vn
Hình 1
 Hình 2
Hình 3
SolarV Vũ Phong

Pin kim loại lỏng – Bước đột phá phát triển năng lượng tái tạo

Tại Triển lãm Năng lượng và Điện thế giới khu vực châu Á 2015, giáo sư Donald Sadoway - Viện Công nghệ Massachusettes, Mỹ - đã công bố ý tưởng về chế tạo pin kim loại lỏng.

Công trình nghiên cứu này khi hoàn thiện sẽ góp phần tạo ra những trạm lưu trữ điện quy mô lớn, hiệu suất cao với giá thành rẻ, làm nền tảng quan trọng để đưa các nguồn năng lượng tái tạo như điện gió, điện mặt trời trở thành nguồn năng lượng chính trong tương lai.

Điện gió hay điện mặt trời là những nguồn năng lượng tái tạo phổ biến nhưng đều có hạn chế là nguồn năng lượng không ổn định, phụ thuộc vào thời tiết. Trong khi đó, các pin ắc-quy tích điện hiện nay chỉ có công suất nhỏ, giá thành cao và chỉ có thể đáp ứng quy mô hộ gia đình.

Giáo sư Donald Sadoway đến từ Viện Công nghệ Massachusettes, Mỹ đã tìm ra lời giải khi phát minh ra pin kim loại lỏng với các thành phần điện cực và điện phân đều là chất lỏng.

Giáo sư Donald Sadoway cho biết: “Thông thường pin vẫn có thanh đặc làm cực dương và dung dịch điện phân. Tôi cho rằng hình thức như vậy không phù hợp cho việc tích điện quy mô lớn và bắt đầu tìm hướng khác. Khi tôi nhìn thấy quy trình điện phân để sản xuất nhôm và thấy rằng nó duy trì dòng điện liên tục cường độ cao, ổn định và chi phí thấp, tôi nghĩ đến việc chuyển mô hình này vào chế tạo pin kim loại lỏng”.

Các nghiên cứu và thử nghiệm ban đầu cho thấy, loại pin kim loại lỏng này có công suất mạnh hơn nhiều so với pin truyền thống; độ tiêu hao rất thấp, theo tính toán vận hành 10 năm mới chỉ sụt 15% dung lượng.

Giáo sư Donald Sadoway cho biết thêm: “Pin kim loại lỏng giúp thiết lập ra các hệ thống lưu trữ năng lượng cố định, rất hữu ích khi đưa điện đến với những khu vực vẫn chưa thể tiếp cận với nguồn điện. Với hệ thống pin này, người ta có thể kết hợp tích trữ nguồn điện mặt trời, điện gió và thiết lập mạng điện nhỏ rất nhanh để cung cấp điện cho khu vực mà ko cần phải kết nối các trạm phát điện lớn tập trung, như vậy sẽ làm giảm giá thành và tăng độ tin cậy”.

Giáo sư Donald Sadoway cho biết, hiện ông và các cộng sự tiếp tục nghiên cứu thử nghiệm để tìm ra loại hợp kim làm điện cực có nhiệt độ nóng chảy thấp nhất và mức độ tiêu hao ít hơn nữa để có thể đưa vào sản xuất đại trà trong thời gian tới. Phát minh của ông sẽ tạo điều kiện để các nguồn năng lượng tái tạo sẽ ngày càng phát triển và được sử dụng rộng rãi hơn trong tương lai.

Theo VTV

Pin Lithi: Tạo động lực phát triển ngành năng lượng tái tạo

Tương lai của công nghệ tái tạo có lẽ phụ thuộc vào những tiến bộ kĩ thuật của một loại pin, đó là pin Lithi. Với kích cỡ nhỏ, pin Lithi thường được tìm thấy trong đồ chơi trẻ em, máy tính xách tay…
Chìa khóa của sự phát triển bền vững

Pin Lithi là một loại pin tái sử dụng, có nghĩa là có thể sạc lại để dùng tiếp. Hiện pin tái sử dụng chỉ chiếm 10% so với tổng số lượng pin được sử dụng, nhưng lại chiếm 60% về giá trị sử dụng. Ngoài pin Lithi, pin tái sử dụng còn bao gồm các loại pin axit chì, niken-cađimi, natri lưu huỳnh…


Thị trường pin Lithi sẽ phát triển mạnh mẽ trong thời gian tới - Ảnh minh họa

Theo báo cáo về thị trường pin thế giới năm 2012, nhu cầu về pin dùng một lần và pin tái sử dụng được dự đoán sẽ tăng 8,5% mỗi năm và đạt 114 tỷ USD vào năm 2016. Trung Quốc đang là thị trường pin lớn nhất và phát triển nhanh nhất nhờ vào việc sản xuất thiết bị điện tử và các loại phương tiện giao thông.

Thị trường pin Lithi dự kiến sẽ tiếp tục tăng trưởng khoảng 10% hàng năm về công suất, do sự phổ biến của thiết bị điện tử cầm tay phát triển rất nhanh đã giúp pin Lithi và pin tái sử dụng mở rộng thị phần. Báo cáo của Marketresearch.com gần đây cho biết, chi phí của pin Lithi sẽ giảm 45% vào năm 2022.

Pin Lithi lần đầu tiên được nhắc tới vào năm 1970 và được thương mại hóa từ năm 1990.

Từ đó tới nay, thị trường pin Lithi đã phát triển và đạt 11 tỷ USD vào năm 2010, dự kiến sẽ đạt 43 tỷ USD vào năm 2020.
Theo Global Industry Analysts (GIA), pin tiêu dùng trên toàn cầu dự kiến sẽ đạt 55,4 tỷ USD vào năm 2017.

Tương lai tươi sáng của pin Lithi

Pin Lithi sẽ chiếm ưu thế ở thị trường pin tiêu dùng và pin dành cho ô tô trong một thời gian dài bởi tính hiệu quả và mật độ năng lượng, thời gian sử dụng dài và khá an toàn.

Hệ thống pin Lithi kim loại có thể sẽ có mật độ năng lượng cao hơn. Nhưng những vấn đề nội tại của pin Lithi kim loại như tính thuận nghịch, sự an toàn... cần được giải quyết để việc sử dụng loại pin này khả thi hơn.

Những nghiên cứu hiện nay đang cố gắng cải thiện hiệu quả và giảm kích cỡ của pin Lithi. Tháng 8/2012, các nhà nghiên cứu tại Học Viện khoa học và công nghệ Hàn quốc (KAIST) đã phát triển một công nghệ mới cho pin Lithi và công bố đây là công nghệ tạo ra loại pin có mật độ năng lượng cao nhất từ trước tới giờ.

Công nghiệp sản xuất pin Lithi còn có một hướng cách mạng hóa khác là sự phát triển của loại pin này giúp cho máy tính bảng có thể mỏng như một tờ giấy và thậm chí có thể gấp được.

Sự phát triển của pin Lithi dành cho công nghệ năng lượng tái tạo đòi hỏi sự hợp tác tham gia của các nhà tiên phong về công nghệ pin tiên tiến, các viện nghiên cứu, các chính sách và sự khuyến khích của các chính phủ để khích lệ những khám phá mới về công nghệ dự trữ năng lượng.

Lê Thu Huyền (biên dịch từ renewableenergyworld) - Theo tietkiemnangluong

Phát triển thành công pin năng lượng mặt trời Silicon cho các vùng hẻo lánh

Trong nghiên cứu vừa công bố trên tạp chí Nature nanotechnology, các khoa học tại Đại học Aalto cho biết rằng họ đã chế tạo thành công tế bào năng lượng mặt trời sillicon đen với hiệu suất chuyển hóa 22,1%.


Mặc dù hiệu suất này chưa thể vượt mặt tế bào tinh thể silic dang dùng phổ biến hiện nay, nhưng đây lại là một bước tiến lớn, hứa hẹn sẽ được dùng tại các khu vực ít ánh sáng Mặt Trời nhưng vẫn tận dụng được nguồn năng lượng này.
Một trong những nguồn năng lượng có thể tái tạo phổ biến nhất là năng lượng Mặt Trời. Nhưng để thu thập ánh sáng Mặt Trời và chuyển hóa nó thành điện năng, bạn cần phải có các tế bào năng lượng Mặt Trời, chính xác hơn là các tế bào quang điện. Hiện nay, 90% các tế bào năng lượng Mặt Trời được dùng là tinh thể Silic (số liệu năm 2011) và trong điều kiện lý tưởng nhất, nó có hiệu suất chuyển hóa năng lượng là 25%. Nhược điểm lớn nhất của dạng tế bào năng lượng này là có kích thước khá cồng kềnh.

Một dạng tế bào năng lượng Mặt Trời khác cũng được sử dụng trước giờ là màng mỏng làm từ hợp chất Cadimi (Cd). Tế bào dạng này mỏng hơn khoảng 75% nhưng lại hấp thu ánh sáng Mặt Trời hiệu quả hơn so với Silic. Mặt khác, nó có trọng lượng nhẹ hơn, linh hoạt hơn nên được đánh giá là vật liệu lý tưởng để thu thập ánh sáng Mặt Trời. Tuy nhiên, nhược điểm rất lớn của Cadimi là có hiệu suất chuyển hóa thành điện năng thấp hơn so với đối thủ tinh thể Silic mặc dù hồi năm ngoái, một nhóm nghiên cứu báo cáo đã tăng hiệu suất chuyển hóa của Cadimi lên tới 20,4%.

Vậy loại Silic đen được phát triển mới đây có ưu điểm gì so với tinh thể silic hay Cadimi? Sự khác biệt đơn giản chỉ là nó được làm cho có bề mặt màu đen và nó sẽ vẫn hoạt động với hiệu suất cao trong những ngày ít nắng. Hãy hình dung việc bạn mặc một chiếc áo thun màu đen giữa trưa hè nắng nóng như hiện nay, chúng ta sẽ hiểu được lợi ích của việc chế tạo tế bào năng lượng màu đen. Về cơ bản, màu đen có xu hướng hấp thụ ánh sáng Mặt Trời nhiều hơn và nên sẽ thu thập được nhiều năng lượng hơn. Do đó, loại tế bào năng lượng Silic đen sẽ rất thích hợp để dùng tại các khu vực không có nhiều ánh sáng Mặt Trời nhưng vẫn đảm bảo tận dụng được nguồn năng lượng ít ỏi từ đó.

Từ trước đến nay, các tế bào năng lượng Mặt Trời khi chế tạo thành màu đen sẽ kéo theo việc sụt giảm hiệu suất chuyển đổi năng lượng. Tuy nhiên, việc tạo ra hiệu suất 22,1% bằng tế bào năng lượng Mặt Trời silic đen là một bước đột phá và đầy hứa hẹn. Hiện tại, dự án đã nhận được sự hỗ trợ của Liên minh châu Âu nhằm tiếp tục hoàn thiện công nghệ tế bào năng lượng Mặt Trời silic đen, tiến tới sản xuất trên quy mô công nghiệp. Công nghệ này hứa hẹn sẽ được trang bị tại khu vực Bắc Âu hoặc những khu vực có ít ánh sáng Mặt Trời (về cường độ và số ngày nắng) nhưng vẫn đảm bảm tận dụng được nguồn năng lượng gần như vô tận này.

Hà Vũ (Theo Science Daily, TTe)

Sai lầm trong những suy nghĩ về năng lượng thay thế.

Chúng ta đang được sống trong một thời đại mà công nghệ, khoa học phát triển mạnh hơn bao giờ hết. Nhưng cùng với đó là những vấn đề về môi trường năng lượng cũng nóng hổi và có vẻ có nhiều điều cần suy xét.
Hiện tại chúng ta đang đứng trước một thời kì chuyển đổi khi giữa việc phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch như than đá, dầu mỏ và sự thay thế của các nguồn năng lượng tái tạo. Sự chuyển đổi đang diễn ra nhanh chóng nhưng cũng cần có hiểu biết và chọn lựa. Bài viết này sẽ cung cấp đến bạn 5 quan niệm chưa được đúng về các nguồn năng lượng thay thế.
5. Than sạch là câu trả lời ?

Than đá có nhiều vấn đề, chúng bẩn và làm hại môi trường. Một vài thông số cho biết các nhà máy điện đốt than chiếm khoảng 59% tổng ô nhiễm sulfur dioxide của Hoa Kì, 40% tổng lượng khí CO2 thái ra môi trường. Ngoài ra vấn đề của than còn là khói, làm hại tầng ozone, sức khỏe con người… Và còn chưa kể đến những vấn đề tiêu cực trong lao động khi khai thác than đá.
Mặc dù là như vậy nhưng than đá vẫn đóng một vai trò cực kì quan trọng trong việc sản xuất ra năng lượng cho toàn cầu. Và việc yêu cầu dừng tất cả lại là bất khả thi. Tuy nhiên dường như chúng ta đã có cách giải quyết vấn đề là than sạch – về mặt lý thuyết thì nó có thể giảm thiểu tác hại tới môi trường.
Tưởng chừng như tất cả đã ổn thoải nhưng thực sự không phải vậy. Vì chúng vẫn gây ô nhiễm, chỉ là có giảm thiểu so với than đá. Thêm vào đó, các nhà môi trường cũng chỉ ra việc khai thác than vẫn còn phụ thuộc nhiều đến biến động địa chất, cơ cấu đất … Quan điểm than sạch hoàn hảo là sai lầm, nó có thể là một giải pháp thay thế ổn hơn so với than đá nhưng không hoàn toàn loại bỏ được tác động xấu cũng như việc khai thác tinh chế chưa thể phục vụ được cho nhu cầu lớn của thế giới.
4. Năng lượng mặt trời sẽ không cung cấp đủ điện
Năng lượng mặt trời cho đến thời điểm này có lẽ đã không còn quá xa lạ với chúng ta. Có không ít những ứng dụng nguồn năng lượng này thông dụng trong cuộc sống như bình nóng lạnh, một vài loại xe ô tô, …
Điện mặt trời nghĩa là phát điện dựa trên động cơ nhiệt và pin quang điện. Công nghệ năng lượng mặt trời được mô tả rộng rãi như là hoặc năng lượng mặt trời thụ động hoặc năng lượng mặt trời hoạt động tùy thuộc vào cách chúng nắm bắt, chuyển đổi và phân phối năng lượng mặt trời. Kỹ thuật năng lượng mặt trời hoạt động bao gồm việc sử dụng các tấm quang điện và năng lượng mặt trời nhiệt thu để khai thác năng lượng. Kỹ thuật năng lượng mặt trời thụ động bao gồm các định hướng một tòa nhà về phía Mặt trời, lựa chọn vật liệu có khối lượng nhiệt thuận lợi hoặc tài sản ánh sáng phân tán, và thiết kế không gian lưu thông không khí tự nhiên (nguồn : Wikipedia).
Tuy nhiên rằng chúng ta có vẻ chưa thực sự khai thác triệt để nguồn năng lượng này và có suy nghĩ rằng năng lượng mặt trời sẽ không bao giờ có thể cung cấp đủ lượng điện năng cần thiết. Người ta thường chỉ nghiên cứu và đưa ra những ứng dụng nho nhỏ, cổ vũ cho phong trào sống xanh … hầu như chúng không có ảnh hưởng mấy đến lượng tiêu thụ năng lượng toàn cầu và chúng ta vẫn phải phụ thuộc gần như hoàn toàn vào những nguồn năng lượng hóa thạch là chính.
Nhưng có lẽ quan niệm này cần phải xem xét lại một chút vì năng lượng mặt trời hoàn toàn có khả năng cung cấp đủ lượng điện năng chúng ta cần. Bộ Năng Lượng Hoa Kì (DOE) đã ước tính rằng nguồn năng lượng mặt trời chỉ trong khu vực 229km vuông trong bang Nevada có thể cung cấp đủ điện cho Hoa Kỳ, ước tính con số là 800 gigawat điện. Và điều đó chứng minh rằng mặt trời hoàn toàn có khả năng cung cấp đủ điện năng. Vấn đề chỉ là cách chúng ta khai thác nó mà thôi. Tất nhiên là điều này phụ thuộc vào nhiều yếu tố.
Trong tương lai, chắc chắn rằng chúng ta sẽ phải chú trọng ơn đến công nghệ điện mặt trời nếu muốn có một nguồn thay thế đáng kể và đủ lớn.
3. Năng lượng gió : đắt đỏ, gây ồn và hại đến loài chim?
Ngoài năng lượng mặt trời ra thì năng lượng gió cũng là một nguồn năng lượng thay thế đáng để trông đợi. Tuy nhiên rằng loại hình sản xuất năng lượng này được cho là quá ồn ã, đắt đỏ và chúng được ví như một lò xay chim (?).Những tin đồn này là thất thiệt hay thực là vậy ???
Công bằng mà nói thì chúng có làm chết loài chim. Nhưng hãy nhìn nhận một chút là mọi hoạt động khác của con người như xây dựng, công nghiệp … tất cả đều làm chết loài này và thậm chí còn nhiều loài khác nữa. Và cũng theo thống kê của Bộ Năng Lượng Hoa Kì thì lượng chim bị chết do các tubin gió chẳng là gì so với những lý do khác.
Nhưng ngay cả không phải vấn đề liên quan đến loài chim thì vẫn có một cái nhìn tiêu cực khác về các tua bin gió – chúng phát ra tiếng ồn. Nhưng đó chỉ là trong quá khứ mà thôi vì với công nghệ hiện đại, chúng cơ bản chạy tương đối êm và ổn dịnh.
Theo Bộ Năng Lượng Mỹ, nếu bạn đứng cách khoảng 229 mét từ một trang trại tua bin gió thì tiếng ồn chỉ như một chiếc tủ lạnh trong bếp. Nếu 0 decibel là ngưỡng trần và 140 là ngưỡng đau đớn, âm thanh từ trang trại gió nằm trong mức 35 đến 45, kẹp giữa một phòng ngủ yên tĩnh (35 decibel) và một chiếc xe hơi đi với vận tốc 64 km/giờ (55 decibel).
Vấn đề cuối cùng chính là chi phí. Giống như mọi loại năng lượng khác, chúng ta phải chấp nhận một khoản đầu tư lớn ban đầu để đi vào thu hoạch. Theo các thống kê thì các trang trại gió trung bình sẽ trả lại được năng lượng dùng cho sản xuất trong từ 3 -5 tháng. Từ khi các trang trại gió phụ thuộc vào mô hình thời tiết biến thiên, chi phí hoạt động có xu hướng tăng lên.
Lý do đơn giản là gió sẽ không thổi với tốc độ cao trong cả một năm, tức là không sản xuất được điện năng tối đa theo lý thuyết. Nhưng tất nhiên rằng so với số đầu tư ban đầu thì về lâu dài lợi nhuận vẫn là đáng kể. Và vì nó là nguồn năng lượng thay thế nên so với những tài nguyên cũ thì chúng ta phải có sự đánh đổi nhất định ban đầu. Năng lượng gió rất hứa hẹn với môi trường và lâu dài thì cả với túi tiền của người tiêu thụ nữa.
2. Chính phủ chưa quan tâm đúng mức nên năng lượng mới không phát triển được mấy
Chính phủ, tất nhiên là chính phủ luôn là vấn đề. Họ là những người cầm quyền, việc khuyến khích hay không khuyến khích thứ gì đó sẽ đem lại ảnh hưởng lớn. Vấn đề năng lượng mới dường như cũng phụ thuộc vào thái độ của chính phủ. Nhiều người đã ngao ngán cho rằng không có biện pháp khuyến khích của chính phủ thì những loại năng lượng thay thế sẽ chẳng đi đâu về đâu. Chúng tôi không bác bỏ quan niệm này, nhưng nó cũng không hoàn toàn chính xác.

Đối với một số đất nước không chú trọng lắm thì việc đầu tư vào năng lượng thay thế có vẻ như chưa cần thiết. Vấn đề của họ là cần phân phối nguồn tiền vào nhiều lĩnh vực khác để phát triển.

Trong năm 2007, Hoa Kỳ đã cấp 724 triệu USD trợ cấp cho dự án phát triển năng lượng gió, 174 triệu USD cho năng lượng mặt trời và 14 triệu USD cho năng lượng địa nhiệt. Tuy nhiên, cùng thời gian đó số tiền đầu tư vào sản xuất than là 854 triệu USD và 1,267 tỉ USD cho năng lượng hạt nhân. Những thông số trên cho chúng ta cái nhìn toàn cảnh.

Nếu so sánh với số tiền đầu tư vào than hay hạt nhân thì rõ ràng năng lượng thay thế đã bị bỏ xó. Nhưng khi nhìn riêng biệt thì năng lượng mới đã được đầu tư một số tiền lớn phù hợp. Điều này cho thấy có thể chính phủ không quan tâm đến lĩnh vực này nhiều nhưng chắc chắn rằng nó vẫn phát triển và trong tương lai sẽ còn hơn thế, ngoài ra thì chúng ta nên nhìn nhận riêng biệt chứ không nên nhìn trên cục diện quá lớn bởi hiện nay thế giới vẫn phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch là chính. Quá trình xây dựng nền tảng mới chỉ bắt đầu và không cần phải đổ nguồn tài chính quá lớn vào đó.
1. Năng lượng thay thế không thể thay thế hoàn toàn nhiên liệu hóa thạch
Chúng ta đã trải qua quá nhiều thế kỉ bị phụ thuộc vào nguồn máu đen của trái đất – dầu mỏ. Và đây là nguồn tài nguyên không tái tạo nên có lẽ chúng ta sẽ phải sớm tạm biệt nó thôi. Và liệu nền văn minh của chúng ta liệu có thể tiếp tục bằng cách chỉ dựa vào các nguồn năng lượng tái tạo như là gió và mặt trời.
Trong năm 2007, nhiên liệu hóa thạch chiếm gần 72 % sản xuất điện của Hoa Kỳ , trong khi thuỷ điện cung cấp chỉ có 5,8% và năng lượng tái tạo khác cung cấp chỉ 2,5% [nguồn : Manhattan Institute ]. Ước tính rằng đến năm 2030 thì nhiên liệu hóa thạch và uranium vẫn sẽ là nguồn cung cấp chính.
Và với sự phát triển tương đối từ từ của năng lượng thay thế thì suy nghĩ rằng chẳng bao giờ nguồn năng lượng này thay thế được nhiên liệu hóa thạch cũng là dễ hiểu. Nhưng vấn đề là chúng ta đang phải đối mặt với nhiều nguy cơ và đòi hỏi cần một hướng đi mới. Và điều không thể cũng sẽ phải trở thành điều có thể.
Điều cần thiết chính là thúc đẩy sự phát triển của những nguồn năng lượng này. Việc chuyển đổi sẽ mất nhiều thời gian nhưng không phải là không thể. Chúng ta có nhiều loại năng lượng thay thế như gió, mặt trời, thủy triều, … sự thay thế trong tương lai là hoàn toàn có thể trông chờ.
Theo Genk

Các công nghệ ứng dụng sử pin dụng năng lượng mặt trời

Hầu như tất cả các nguồn năng lượng (NL) mà con người hiện nay đang sử dụng xét cho cùng đều xuất phát hay có liên quan tới năng lượng mặt trời (chỉ trừ năng lượng nguyên tử, địa nhiệt và các nhà máy phát điện hoạt động bằng năng lượng thuỷ triều). Người ta chia các nguồn NL thành 2 nhóm năng lượng chính:
- Năng lượng hoá thạch như dầu, than đá hay khí đốt;
- Năng lượng tái tạo từ những nguồn NL như Mặt trời, Gió, Hợp chất hữu cơ (sinh khối), NL đại dương và ®Þa nhiệt của trái đất.
Các nguồn năng lượng được tạo ra từ quá trình hoá thạch chính là năng lượng mặt trời được biến đổi, lưu trữ trong các hợp chất hữu cơ. Ngược lại ở các nguồn năng lượng mới mang tính tại tạo thì năng lượng mặt trời được sử dụng dưới rất nhiều hình thức khác nhau.
Hiện nay mức tổng tiêu thụ năng lượng trên thế giới vào khoảng 1,07 x 1011 MWh/năm. Trong đó mức tiêu thụ điện năng là 1,87 x 109 MWh, chiếm khoảng 17% mức năng lượng tiêu thụ NL tổng cộng. Có thể thấy rằng trong những thập niên tới thì tổng mức tiêu thụ NL nói chung cũng như mức tiêu thụ điện năng nói riêng sẽ tăng lên rất mạnh trên phạm vi toàn thế giới.
Năng lượng mặt trời (NLMT) là NL được tạo ra từ các phản ứng nhiệt hạt nhân trên mặt trời. NL này có thể thu được dưới dạng sóng bức xạ điện từ truyền đến trái đất.
Ở ngoài khí quyển quả đất cường độ của bức xạ mặt trời có giá trị là E = 1,367 kW/m² và được gọi là hằng số mặt trời. Nhưng khi đi qua lớp khí quyển quả đất, do bị hấp thụ và tán xạ, nên NLMT bị giảm khoảng 30%.
Nếu các tia bức xạ mặt trời chiếu vuông góc tới một mặt phẳng trên bề mặt trái đất thì cường độ bức xạ chỉ còn vào khoảng 1 kW/m² đối với ngày thời tiết đẹp. Thông qua các tia bức xạ mặt trời quả đất có thể thu được một năng lượng là 1,74 x 1011 MWh. Hay nói cách khác là trái đất nhận được một công suất NLMT là 1,74 x 1011 MW.
NLMT này dùng chủ yếu để làm ấm bầu khí quyển, vỏ trái đất và nước. Chỉ có khoảng 1 - 2 % NLMT được biến thành năng lượng gió, khoảng 0,02 – 0, 03 % được sử dụng để tạo ra các hợp chất hữu cơ sinh khối.
Các Công nghệ sử dụng NLMT
Hiện nay có 2 công nghệ chính sử dụng NLMT. Đó là công nghệ điện mặt trời dựa trên hiệu ứng quang điện và công nghệ nhiệt mặt trời dựa trên hiệu ứng nhà kính (nhiệt độ thấp) và công nghệ nhiệt mặt trời hội tụ (nhiệt độ cao).
a- Công nghệ điện mặt trời Quang điện
Khi chiếu sáng một lớp tiếp xúc bán dẫn pn thì NL ánh sáng có thể được bíến đổi thành NL của dòng điện một chiều. Hiện tượng đó được gọi là hiệu ứng quang-điện (photovoltaic) và nó được ứng dụng đề chuyển đổi NLMT thành điện năng. Trong công nghệ quang-điện này người ta sử dụng các mô đun pin mặt trời (PMT) mà thành phần chính của nó là các lớp tiếp xúc bán dẫn Silic loại n và loại p, nSi/pSi (hình 1).

Hình 1- Nguyên lý cấu tạo PMT (trên) và môđun PMT (dưới)
Hiệu suất biến điổi quang-điện của các môđun PMT Si thương mại trong khoảng 11-14%. Công nghệ sản xuất điện năng này hoàn toàn không gây ra ô nhiễm môi trường.
Hình 2- Hệ PMT 500W cho Trạm xá Yên Lập, Phú Thọ (ảnh trên) và hệ 500W cho hộ gia đình Đảo Quan Lạn, Quảng Ninh
b- Công nghệ Nhiệt năng từ mặt trời
Từ lâu nhiệt năng từ bức xạ mặt trời đã được dùng để phơi sấy, sưởi ấm,... một cách tự nhiên. Hiện nay nhờ các thiết bị mới nên nhiệt mặt trời được sử dụng hiệu quả hơn. Có 2 công nghệ thông dụng khai thác nhiệt mặt trời dựa trên hiệu ứng nhà kính và hiệu ứng hội tụ bức xạ mặt trời.
Hiệu ứng nhà kính là hiệu ứng như sau: các tấm kính có đặc tính là cho các bức xạ MT có bước sóng nhỏ hơn khoảng 0,7x 10-6m đi qua dễ dàng, nhưng lại ngăn không cho các bức xạ MT có bước sóng lớn hơn khoảng 0,7x 10-6m. Bức xạ MT có bước sóng lớn hơn khoảng 0,7x 10-6m là các bức xạ nhiệt nó nung nóng các vật khi bị các tia này chiếu vào. Lợi dụng đặc tính này của kính người ta tạo ra các hộp thu NLMT như hình 3 để sản xuất nước nóng, sấy nông sản phẩm, sưởi ấm,....
Hình 3- Cấu tạo và nguyên lý thu NLMT nhờ hiệu ứng nhà kính
Tia mặt trời xuyên qua tấm kính (1) tới tấm hấp thụ (2) bị hấp thụ phần lớn NL. Các tia nhiệt thứ cấp từ tấm hấp thụ có bước sóng Λ > 0,7μm bị tấm kính ngăng lại. Như vậy hộp thu cho ánh sáng MT vào mà không cho ra nên tấm hấp thụ ngày càng nóng lên. Nhiệt từ tấm hấp thụ có thể sử dụng để đun nước, sấy, sưởi ấm,... Hiệu suất thu nhiệt của bộ thu có thể đạt đến 50%.
Để sản xuất điện từ nhiệt NLMT người ta sử dụng các hệ thống gương cầu hay gương parabol để hội tụ các tia mặt trời vào các điểm hay trục hội tụ. Tại các điểm hội tụ nhiệt độ có thể lên đến hàng trăm hay thậm chí đến hàng nghì độ. Nếu cho chất lỏng như nước, dầu,... qua vùng hội tụ thì chất lỏng bị bay hơi ngay cả dưới áp suất cao. Cho hơi này qua các tua bin sẽ phát ra điện. Công nghệ này được gọi là công nghệ nhiệt điện mặt trời.
Các công nghệ NLMT đã được ứng dụng rộng rãi trên thế giới.
Hình 4- Hệ nước nóng NLMT 60m2, 5m3/ngày để sấy gỗ (ảnh trên) và Thiết bị đun nước nóng NLMT do TT năng lượng mới thiết kế, sản xuất (ảnh dưới)
PGS.TS. Đặng Đình Thống

Pin năng lượng mặt trời và nguyên lý hoạt động

Pin năng lượng mặt trời (hay pin quang điện, tế bào quang điện), là thiết bị bán dẫn chứa lượng lớn các diod p-n, duới sự hiện diện của ánh sáng mặt trời có khả năng tạo ra dòng điện sử dụng được. Sự chuyển đổi này gọi là hiệu ứng quang điện.

Các pin năng lượng mặt trời có nhiều ứng dụng. Chúng đặc biệt thích hợp cho các vùng mà điện năng trong mạng lưới chưa vươn tới, các vệ tinh quay xung quanh quỹ đạo trái đất, máy tính cầm tay, các máy điện thoại cầm tay từ xa, thiết bị bơm nước... Pin năng lượng mặt trời (tạo thành các module hay các tấm năng lượng mặt trời) xuất hiện trên nóc các tòa nhà nơi chúng có thể kết nối với bộ chuyển đổi của mạng lưới điện.

Lịch sử
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 cực mỏng vàng để tạo nên mạch nối. Thiết bị chỉ có hiệu suất 1%, Russell Ohl xem là người tạo ra pin năng lượng mặt trời đầu tiên năm 1946. Sven Ason Berglund đã có phương pháp liên quan đến việc tăng khả năng cảm nhận ánh sáng của pin.

Nền tảng
Để tìm hiểu về pin mặt trời, thì cần một ít lý thuyết nền tảng về vật lý chất bán dẫn. Để đơn giản, miêu tả sau đây chỉ giới hạn hoạt động của một pin năng lượng tinh thể silic.
Silic thuộc nhóm IV, tức là có 4 electron lớp ngoài cùng. Silic có thể kết hợp với silicon khác để tạo nên chất rắn. Cơ bản có 2 loại chất rắn silicon, đa thù hình (không có trật tự sắp xếp) và tinh thể (các nguyên tử sắp xếp theo thứ tự dãy không gian 3 chiều). Pin năng lượng mặt trời phổ biến nhất dùng đa tinh thể silicon.
Silic là chất bán dẫn. Tức là thể rắn silic, tại một tầng năng lượng nhất định, electron có thể đạt được, và một số tầng năng lượng khác thì không được. Các tầng năng lượng không được phép này xem là tầng trống. Lý thuyết này căn cứ theo thuyết cơ học lượng tử.
Ở nhiệt độ phòng, Silic nguyên chất có tính dẫn điện kém. Trong cơ học lượng tử, giải thích thất tế tại mức năng lượng Fermi trong tầng trống. Để tạo ra silic có tính dẫn điện tốt hơn, có thể thêm vào một lượng nhỏ các nguyên tử nhóm III hay V trong bảng tuần hoàn hóa học. Các nguyên tử này chiếm vị trí của nguyên tử silic trong mạng tinh thể, và liên kết với các nguyên tử silic bên cạnh tương tự như là một silic. Tuy nhiên các phân tử nhóm III có 3 electron ngoài cùng và nguyên tử nhóm V có 5 electron ngoài cùng, vì thế nên có chỗ trong mạng tinh thể có dư electron còn có chỗ thì thiếu electron. Vì thế các electron thừa hay thiếu electron (gọi là lỗ trống) không tham gia vào các kết nối mạng tinh thể. Chúng có thể tự do di chuyển trong khối tinh thể. Silic kết hợp với nguyên tử nhóm III (nhôm hay gali) được gọi là loại bán dẫn p bởi vì năng lượng chủ yếu mang điện tích dương (positive), trong khi phần kết hợp với các nguyên tử nhóm V (phốt pho, asen) gọi là bán dẫn n vì mang năng lượng âm (negative). Lưu ý rằng cả hai loại n và p có năng lượng trung hòa, tức là chúng có cùng năng lượng dương và âm, loại bán dẫn n, loại âm có thể di chuyển xung quanh, tương tự ngược lại với loại p.

Vật liệu và hiệu suất
Nhiều lọai vật liệu khác nhau được thử nghiệm cho pin mặt trời. Và hai tiêu chuẩn, hiệu suất và giá cả.
Hiệu suất là tỉ số của năng lượng điện từ ánh sáng mặt trời. Vào buổi trưa một ngày trời trong, ánh mặt trời tỏa nhiệt khoảng 1000 W/m². trong đó 10% hiệu suất của 1 module 1 m² cung cấp năng lượng khoảng 100 W. hiệu suất của pin mặt trời thay đổi từ 6% từ pin mặt trời làm từ silic không thù hình, và có thể lên đến 30% hay cao hơn nữa, sử dụng pin có nhiều mối nối nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.
Có nhiều cách để nói đến giá cả của hệ thống tạo điện, là tính toán cụ thể trên từng kilo Watt giờ (kWh). Hiệu suất của pin mặt trời kết hợp với sự bức xạ là 1 yếu tố quyết định trong giá thành. Nói chung hiệu suất của toàn hệ thống là tầm quan trọng của nó. Để tạo nên ứng dụng thực sự của pin tích hợp năng lượng, điện năng tạo nên nối với mạng lưới điện sử dụng inverter; trong các phương tiện di chuyển, hệ thống ắc quy sử dụng để lưu trữ nguồn năng lượng không sử dụng hiện tại. Các pin năng lượng thương mại và hệ thống công nghệ có hiệu suất từ 5% đến 15%. Giá của điện từ 50 Eurocent/kWh (Trung Âu) xuống tới 25 eurocent/kWh trong vùng có ánh mặt trời nhiều.
Cho tới hiện tại thì vật liệu chủ yếu cho pin mặt trời (và cho các thiết bị bán dẫn) là các silic tinh thể. Pin mặt trời từ tinh thể silic chia ra thành 3 loại:
* Một tinh thể hay đơn tinh thể module sản xuất dựa trên quá trình Czochralski. Đơn tinh thể loại này có hiệu suất tới 16%. Chúng thường rất mắc tiền do được cắt từ các thỏi hình ống, các tấm đơn thể này có các mặt trống ở góc nối các module.
* Đa tinh thể làm từ các thỏi đúc-đúc từ silic nung chảy cẩn thận được làm nguội và làm rắn. Các pin này thường rẻ hơn các đơn tinh thể, tuy nhiên hiệu suất kém hơn. Tuy nhiên chúng có thể tạo thành các tấm vuông che phủ bề mặt nhiều hơn đơn tinh thể bù lại cho hiệu suất thấp của nó
* Dải silic tạo từ các miếng phim mỏng từ silic nóng chảy và có cấu trúc đa tinh thể, Loại này thường có hiệu suất thấp nhất, tuy nhiên loại này rẻ nhất trong các loại vì không cần phải cắt từ thỏi silicon.
Công nghệ trên là sản suất tấm, nói cách khác, các lọai trên có độ dày 300 μm tạo thành và xếp lại để tạo nên module.

Sự chuyển đổi ánh sáng
Khi một photon chạm vào mảnh silic, một trong hai điều sau sẽ xảy ra:
1. Photon truyền trực xuyên qua mảnh silic. Điều này thường xảy ra khi năng lượng của photon thấp hơn năng lượng đủ để đưa các hạt electron lên mức năng lượng cao hơn.
2. Năng lượng của photon được hấp thụ bởi silic. Điều này thường xảy ra khi năng lượng của photon lớn hơn năng lượng để đưa electron lên mức năng lượng cao hơn.
Khi photon được hấp thụ, năng lượng của nó được truyền đến các hạt electron trong màng tinh thể. Thông thường các electron này lớp ngoài cùng, và thường được kết dính với các nguyên tử lân cận vì thế không thể di chuyển xa. Khi electron được kích thích, trở thành dẫn điện, các electron này có thể tự do di chuyển trong bán dẫn. Khi đó nguyên tử sẽ thiếu 1 electron và đó gọi là "lỗ trống". Lỗ trống này tạo điều kiện cho các electron của nguyên tử bên cạnh di chuyển đến điền vào "lỗ trống", và điều này tạo ra lỗ trống cho nguyên tử lân cận có "lỗ trống". Cứ tiếp tục như vậy "lỗ trống" di chuyển xuyên suốt mạch bán dẫn.
Một photon chỉ cần có năng lượng lớn hơn năng luợng đủ để kích thích electron lớp ngoài cùng dẫn điện. Tuy nhiên, tần số của mặt trời thường tương đương 6000°K, vì thế nên phần lớn năng lượng mặt trời đều được hấp thụ bởi silic. Tuy nhiên hầu hết năng lượng mặt trời chuyển đổi thành năng lượng nhiệt nhiều hơn là năng lượng điện sử dụng được.

SolarV Team