Điện từ mặt trời và gió được tạo ra như thế nào?

Bạn sẽ học được gì

• Kể lại từng bước ánh sáng trở thành điện trong tế bào quang điện.
• Kể lại từng bước gió trở thành điện trong tuabin.
• So sánh hai đường theo cùng một tiêu chí.

Cần biết trước

Không cần kiến thức chuyên môn; các thuật ngữ được giải thích ngay trong bài.

Ánh sáng tạo ra điện trong tế bào quang điện thế nào?

Mặt trời phát nhiệt và ánh sáng dưới dạng bức xạ mặt trời. Công nghệ mặt trời thu bức xạ này và biến nó thành dạng năng lượng hữu ích. Công nghệ quen thuộc nhất là quang điện (PV), dùng trong tấm pin mặt trời.

Khi nắng chiếu vào tấm pin, các tế bào quang điện hấp thụ năng lượng của ánh sáng. Năng lượng này tạo ra các điện tích. Điện tích chuyển động theo một điện trường bên trong tế bào, và chuyển động đó làm dòng điện chạy.

Có thể kể theo thứ tự. Ánh sáng đến, tế bào hấp thụ năng lượng, điện tích chuyển động trong điện trường của tế bào, dòng điện xuất hiện. Nếu không có ánh sáng, không có năng lượng để hấp thụ ở đầu chuỗi.

Gió làm máy phát quay ra sao?

Tuabin gió làm việc theo nguyên tắc đơn giản. Quạt dùng điện để tạo gió. Tuabin gió làm ngược lại: dùng gió để tạo điện. Gió làm các cánh giống cánh quạt quay quanh một rôto, rôto làm máy phát quay, và máy phát tạo ra điện.

Cánh tuabin hoạt động như cánh máy bay. Khi gió thổi qua cánh, áp suất không khí ở một mặt giảm xuống. Chênh lệch áp suất giữa hai mặt tạo ra cả lực nâng lẫn lực cản. Lực nâng mạnh hơn lực cản, nên rôto quay.

Rôto nối với máy phát, hoặc trực tiếp ở tuabin truyền động trực tiếp, hoặc qua trục và một bộ bánh răng. Hộp số làm quay nhanh hơn và cho phép dùng máy phát nhỏ hơn về kích thước. Việc lực khí động học trở thành chuyển động quay của máy phát tạo ra điện.

Hai đường chuyển đổi khác nhau ở đâu?

Hai đường khác nhau ở thứ được thu, ở bộ phận chuyển đổi và ở bước trung gian. Bảng dưới so sánh trên cùng tiêu chí.

Còn một loại thứ ba là nhiệt mặt trời tập trung. Hệ thống dùng gương phản xạ và tập trung ánh nắng lên bộ thu, chuyển thành nhiệt. Nhiệt đó dùng để tạo điện hoặc lưu lại dùng sau. Loại này chủ yếu dùng trong các nhà máy rất lớn.

Vì vậy “năng lượng mặt trời” chưa chỉ một công nghệ duy nhất. Nhìn tấm pin hay nhìn cánh quay đều chưa đủ; cần biết bộ phận nào đổi năng lượng thành điện.

Ví dụ trong đời sống

Hãy so sánh một tấm pin trên mái nhà với một tuabin ngoài đồng. Với tấm pin, không có bộ phận chuyển động nào để nhìn. Việc chuyển đổi xảy ra trong tế bào khi ánh sáng đến.

Với tuabin, bạn nhìn thấy cánh quay. Nhưng cánh quay chưa phải điện. Điện chỉ xuất hiện khi rôto làm máy phát quay. Hỏi “năng lượng đi qua bộ phận nào để thành điện?” giúp giải thích cả hai trường hợp.

Hiểu lầm thường gặp

Không phải mọi công nghệ mặt trời đều là quang điện. Nhiệt mặt trời tập trung dùng gương và chuyển ánh nắng thành nhiệt trước.

Tuabin gió không dùng điện để tạo gió như quạt. Nó dùng gió để tạo điện.

Cánh quay chưa giải thích hết quá trình. Cần thêm rôto, máy phát và bước biến chuyển động thành điện.

Câu hỏi thường gặp

Mọi công nghệ mặt trời đều là quang điện không?

Không. Nhiệt mặt trời tập trung dùng gương tập trung ánh nắng thành nhiệt, rồi nhiệt dùng để tạo điện hoặc lưu lại.

Tuabin gió có luôn cần hộp số không?

Không. Rôto có thể nối trực tiếp với máy phát, hoặc qua trục và hộp số. Hộp số làm quay nhanh hơn và cho phép máy phát nhỏ hơn.

Vì sao cánh tuabin quay khi có gió?

Gió thổi qua cánh làm áp suất hai mặt chênh nhau, tạo lực nâng và lực cản. Lực nâng mạnh hơn nên rôto quay.

Tóm tắt

• Quang điện: ánh sáng được tế bào hấp thụ, điện tích chuyển động và tạo dòng điện.
• Gió: cánh quay rôto, rôto làm máy phát quay và tạo điện.
• Hai đường khác nhau ở bộ phận chuyển đổi và bước trung gian.