Khái niệm cơ bản về bức xạ mặt trời

0
31
Rate this post

Bạn có biết bức xạ Mặt Trời là gì không? Bức xạ Mặt Trời, hay còn được gọi là tài nguyên Mặt Trời, là thuật ngữ chung để chỉ bức xạ điện từ từ Mặt Trời phát ra. Bức xạ Mặt Trời có thể được sử dụng để tạo năng lượng hữu ích, chẳng hạn như nhiệt và điện, thông qua các công nghệ khác nhau. Nhưng tính khả thi của việc sử dụng các công nghệ này tại một địa điểm cụ thể phụ thuộc vào nguồn năng lượng Mặt Trời có sẵn.

Nguyên tắc về hướng và lượng tia xạ Mặt Trời

Mọi vị trí trên Trái Đất đều nhận được ánh sáng Mặt Trời ít nhất là một phần trong năm. Lượng bức xạ Mặt Trời chiếu vào bất kỳ điểm nào trên bề mặt Trái Đất thay đổi theo nhiều yếu tố, bao gồm vị trí địa lý, thời gian trong ngày, mùa, cảnh quan địa phương và thời tiết địa phương. Bởi vì Trái Đất có dạng hình cầu, nên Mặt Trời chiếu xuống bề mặt ở các góc khác nhau, từ 0° (ngay trên đường chân trời) đến 90° (ngay phía trên). Khi tia sáng Mặt Trời chiếu thẳng đứng, bề mặt Trái Đất nhận được tất cả lượng năng lượng có thể. Nhưng khi tia sáng nghiêng đi, chúng sẽ đi qua không khí trong thời gian lâu hơn, dẫn đến hiệu ứng phân tán và khuếch tán nhiều hơn. Vì lý do này, các vùng cực không bao giờ có Mặt Trời cao và các vùng này không nhận được ánh sáng Mặt Trời trong suốt cả năm do trục quay của Trái Đất.

Quỹ đạo và ảnh hưởng của nó đến bức xạ Mặt Trời

Trái Đất quay quanh Mặt Trời theo quỹ đạo hình elip và gần Mặt Trời hơn trong một phần của năm. Khi Mặt Trời ở gần Trái Đất hơn, bề mặt Trái Đất nhận thêm một ít năng lượng Mặt Trời. Điều này diễn ra khi mùa hè ở Nam bán cầu và mùa đông ở Bắc bán cầu. Tuy nhiên, sự hiện diện của các đại dương rộng lớn ảnh hưởng đến sự nóng hơn vào mùa hè và lạnh hơn vào mùa đông ở Nam bán cầu so với những gì chúng ta kỳ vọng.

Độ nghiêng 23,5° của trục quay của Trái Đất cũng là một yếu tố quan trọng trong việc xác định lượng ánh sáng Mặt Trời chiếu vào Trái Đất tại một vị trí cụ thể. Độ nghiêng này dẫn đến sự khác biệt về thời gian chiếu sáng giữa các mùa trong năm. Ngày và đêm đều kéo dài chính xác 12 giờ vào ngày phân mùa, xảy ra hàng năm vào khoảng ngày 23 tháng 3 và ngày 22 tháng 9.

Nhiều quốc gia nằm ở vĩ độ trung bình nhận được nhiều năng lượng Mặt Trời hơn vào mùa hè không chỉ vì ngày dài hơn, mà còn vì Mặt Trời gần như ở trên cao. Trong những tháng mùa đông, tia nắng Mặt Trời nghiêng nhiều hơn.

Bức xạ khuếch tán và bức xạ trực tiếp

Khi ánh sáng Mặt Trời đi qua bầu khí quyển, một phần ánh sáng Mặt Trời bị hấp thụ, phân tán và phản xạ bởi các yếu tố như phân tử không khí, hơi nước, mây, bụi bặm, chất ô nhiễm, cháy rừng và núi lửa. Đây được gọi là bức xạ Mặt Trời khuếch tán. Tuy nhiên, khi ánh sáng Mặt Trời không bị khuếch tán và chiếu trực tiếp vào bề mặt Trái Đất, ta gọi đó là bức xạ Mặt Trời trực tiếp. Tổng của bức xạ Mặt Trời khuếch tán và trực tiếp được gọi là bức xạ Mặt Trời toàn cầu. Các điều kiện khí quyển có thể làm giảm 10% bức xạ Mặt Trời trực tiếp trong những ngày trời trong, khô ráo và 100% trong những ngày nhiều mây.

Cách đo lượng bức xạ Mặt Trời

Các nhà khoa học đo lượng ánh sáng Mặt Trời chiếu xuống các địa điểm cụ thể vào các thời điểm khác nhau trong năm. Sau đó, họ ước tính lượng ánh sáng Mặt Trời chiếu xuống các vùng ở cùng vĩ độ với khí hậu tương tự. Công cụ thường được sử dụng để biểu diễn dữ liệu bức xạ Mặt Trời là kWh/m2 hoặc W/m2. Dữ liệu bức xạ Mặt Trời cũng được sử dụng để tính toán năng lượng cho các hệ thống điện Mặt Trời và sưởi ấm nước.

Phân phối năng lượng Mặt Trời

Năng lượng Mặt Trời rất dồi dào cho các hệ thống quang điện (PV) vì chúng sử dụng cả ánh sáng trực tiếp và ánh sáng khuếch tán. Tuy nhiên, lượng năng lượng được tạo ra bởi các công nghệ năng lượng Mặt Trời tại một địa điểm phụ thuộc vào mức độ ánh sáng Mặt Trời. Do đó, các công nghệ năng lượng Mặt Trời hoạt động tốt nhất ở Tây Nam Hoa Kỳ, nơi nhận được lượng ánh sáng Mặt Trời lớn nhất.

Mối quan hệ giữa bức xạ và năng lượng Mặt Trời

Bức xạ Mặt Trời và năng lượng Mặt Trời có mối liên hệ chặt chẽ với nhau. Bức xạ Mặt Trời là nguồn năng lượng ban đầu, trong đó năng lượng từ Mặt Trời được chuyển đổi thành ánh sáng và nhiệt. Năng lượng Mặt Trời được sử dụng để tạo điện năng thông qua việc chuyển đổi bức xạ Mặt Trời thành điện năng sử dụng tấm pin mặt trời.

Quá trình chuyển đổi này bắt đầu khi ánh sáng Mặt Trời chiếu vào tấm pin mặt trời. Trong tấm pin, các hạt năng lượng gọi là photon được hấp thụ bởi vật liệu của pin, tạo ra dòng điện. Như vậy, bức xạ Mặt Trời cung cấp nguồn năng lượng ban đầu cho quá trình chuyển đổi này.

Tấm pin mặt trời có khả năng chuyển đổi ánh sáng Mặt Trời thành điện năng, và điện năng này có thể được sử dụng để cung cấp điện cho các thiết bị hoặc được lưu trữ trong các hệ thống pin mặt trời để sử dụng sau này. Như vậy, năng lượng Mặt Trời là kết quả của quá trình chuyển đổi bức xạ Mặt Trời thành điện năng thông qua sử dụng tấm pin mặt trời.

Được chỉnh sửa bởi: Dnulib