Tìm hiểu về nguồn năng lượng mặt trời trong tự nhiên

Mặt Trời là nguồn năng lượng lớn nhất mà con người có thể tận dụng được: sạch, mạnh mẽ, dồi dào, đáng tin cậy, gần như vô tận, và có ở khắp nơi dù ít hay nhiều. Việc thu giữ năng lượng Mặt Trời (NLMT) gần như không có ảnh hưởng tiêu cực gì đến môi trường. Việc sử dụng NLMT không thải ra khí và nước độc hại, do đó không góp phần vào vấn đề ô nhiễm môi trường và hiệu ứng nhà kính. 

Hai phương pháp phổ biến dùng để thu nhận và trữ năng lượng Mặt Trời là phương pháp thụ động và phương pháp chủ động. Phương pháp thụ động sử dụng các nguyên tắc thu giữ nhiệt trong cấu trúc và vật liệu của các công trình xây dựng. Phương pháp chủ động sử dụng các thiết bị đặc biệt để thu bức xạ nhiệt và sử dụng các hệ thống quạt và máy bơm để phân phối nhiệt. Phương pháp thụ động có lịch sử phát triển dài hơn hẳn, trong khi phương pháp chủ động chỉ mới được phát triển chủ yếu trong thế kỷ 20.

Hai ứng dụng chính của NLMT là: 

+ Nhiệt Mặt Trời: chuyển bức xạ Mặt Trời thành nhiệt năng, sử dụng ở các hệ thống sưởi, hoặc để đun nước tạo hơi quay turbin điện

             + Điện Mặt Trời: chuyển bức xạ Mặt Trời (dưới dạng ánh sáng) trực tiếp thành điện năng (hay còn gọi là quang điện-photovoltaics) 

Hai dạng hệ thống dân dụng sử dụng NLMT phổ biến nhất hiện nay là hệ thống sưởi nhiệt Mặt Trời và hệ thống Quang Điện cá nhân. Các hệ thống khác bao gồm: hệ thống đun nước Mặt Trời, máy bơm NLMT, và Điện MT dùng tại các trạm TT Vô Tuyến ở vùng xâu vùng xa. 

Bài viết này sẽ tập trung vào phần ứng dụng sản xuất điện từ năng lượng Mặt Trời (nhiệt điện Mặt Trời và quang điện). 

Tuy rằng công suất lắp đặt ĐMT vẫn tương đối thấp so với một số dạng NL mới khác như thủy điện và gió, nhu cầu Điện Mặt Trời tăng rất nhanh trong vòng 15 năm qua, với tốc độ trung bình là 25% mỗi năm. Riêng trong năm 2004, tổng công suất lắp đặt điện Mặt Trời toàn cầu đạt 927 MW, tăng gần gấp đôi so với năm 2003 (574) và gấp hơn 40 lần so với 20 năm trước[ii]. Các quốc gia phát triển trên thế giới đang thúc đẩy mạnh mẽ các kế hoạch phát triển Điện Mặt Trời thông qua cải thiện kỹ thuật cũng như trợ vốn.
Mặt Trời là một khối cầu có đường kính khoáng 1,4 triệu km với thành phần gồm các khí có nhiệt độ rất cao. Nhiệt độ bên trong Mặt Trời đạt đến gần 15 triệu độ, với áp suất gấp 70 tỷ lần áp suất khí quyển của Trái Đất. Đây là điều kiện lý tưởng cho các phản ứng phân hạch của các nguyên tử hydro. Bức xạ gamma từ các phản ứng phân hạch này, trong qua trình được truyền từ tâm Mặt Trời ra ngoài, tương tác vơi các nguyên tố khác bên trong Mặt Trời và chuyển thành bức xạ có mức năng lượng thấp hơn, chủ yếu là ánh sáng và phần nhiệt của phổ năng lượng. Bức xạ điện từ này, với phổ năng lượng trải dài từ cực tím đến hồng ngoại, phát ra không gian ở mọi hướng khác nhau. Quá trình bức xạ của Mặt Trời diễn ra từ 5 tỷ năm nay, và sẽ còn tiếp tục trong vài tỷ năm nữa.
Mỗi giây, Mặt Trời phát ra một khối năng lượng khổng lồ vào Thái Dương Hệ, tuy nhiên chỉ một phần rất nhỏ tổng lượng bức xạ đến được Trái Đất. Tuy nhiên, phần năng lượng này vẫn được xem là rất lớn, vào khoảng 1.367 MW/m2 ở ngoại tầng khí quyển của Trái Đất. Một phần lớn bức xạ Mặt Trời phản xạ lại về không gian trên bề mặt các đám mây. 99% bức xạ Mặt Trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất chuyển thành nhiệt và sau đó tỏa nhiệt lại về không gian. Chỉ cần một phần nhỏ năng lượng Mặt Trời được sử dụng thì có thể đáp ứng được nhu cầu về năng lượng của thế giới.