C3-Trình bày nguyên lý chuyển hóa quang nhiệt từ năng lượng mặt trời

Các quá trình chuyển hoá quang nhiệt dựa trên một trong hai nguyên lý sau:

* Nguyên lý bẫy nhiệt nhờ hiệu ứng lồng kính

Bộ phận thu nhiệt có cấu tạo như một chiếc hộp gồm tấm che làm bằng vật liệu trong suốt như kính hoặc vật liệu tổng hợp PVC, mặt đáy được làm bằng vật liệu hấp thụ nhiệt, có thể là kim loại sơn đen hoặc vật liệu tương tự có bề mặt đen không bóng.

Khi có bức xạ mặt trời chiếu qua tấm che trong suốt thì phần lớn phổ bức xạ sẽ đi qua tấm che vì các tia bức xạ mặt trời đi đến bề mặt colector hầu hết có bước sóng ngắn với λ < 3 μm và được hấp thụ bởi bề mặt bôi đen nằm dưới đáy. Sau khi bị đốt nóng tấm hấp thụ phát ra các tia bức xạ có bước sóng dài hơn, những tia bức xạ này sẽ bị giữ lại trong bộ thu nhiệt bởi tấm che theo hiệu ứng lồng kính. Nếu không có tấm che thì bức xạ nhiệt sẽ tản ra môi trường và nhiệt độ của mặt hấp thụ sẽ ổn định ở giá trị không cao. Nhờ có tấm che trong suốt ngăn bức xạ có bước sóng dài nên nhiệt độ trong bộ thu nhiệt tăng dần. Nếu tăng số tấm che trong suốt lên 2 đến 3 lần thì nhiệt độ trong bộ thu nhiệt càng cao.

Hình 1.32. Sơ đồ nguyên lý bẫy nhiệt.

Để sấy sản phẩm người ta cho không khí đi qua hộp thu nhiệt. không khí tiếp xúc với các phần tử được hấp thụ và được làm nóng lên và được đưa vào buồng sấy nhờ đối lưu tự nhiên và đối lưu cưỡng bức. để tăng bề mặt hấp thụ ta có thể áp dụng các biện pháp sau tăng diện tích bề mặt hấp thụ như dùng mặt hấp thụ có dạng uốn sóng, có lá thu nhiệt....và có tăng lớp nắp trong suốt lên hai lớp

Để đun nước ,có thể cho nước chảy qua bề mạt dưới của bề mặt hấp thụ, ống có gắn các cánh hấp thụ nhiệt

* Nguyên lý hội tụ bức xạ:

Tất cả các tia tới của bức xạ mặt trời đến một mặt gọi là mặt phản xạ, các tia bức xạ sẽ bị khúc xạ, các tia khúc xạ này sẽ hướng về một điểm hay một đường tuỳ thuộc vào cấu tạo của mặt phản xạ, do cường độ tia bức xạ quá lớn ở tại điểm hoặc đường mà tia khúc xạ tới nên làm nóng vật đặt tại đó. Dựa trên nguyên lý hội tụ bức xạ người ta chia làm hai loại:

- Loại hội tụ bức xạ theo điểm là các thiết bị dùng gương cầu lõm có dạng paraboloit tròn xoay, mặt trong có độ phản xạ cao, nhờ vậy tập trung ở tiêu điểm nhiệt độ từ vài trăm đến trên 3000 oC.

- Loại hội tụ theo đường là các thiết bị dùng gương hình lòng máng dài, mặt cắt ngang có dạng parabol, mặt phản xạ phía trong làm hội tụ bức xạ theo đường tiêu cự. Nếu đặt tại đường tiêu cự một ống dài cho nước đi qua thì nước sẽ được đun nóng lên.

Nói chung các thiết bị chuyển hoá quang nhiệt làm việc theo nguyên lý hội tụ ít được phổ biến do có một số nhược điểm sau:

Mặt phản xạ nhanh bị mờ sau một thời gian làm việc ngoài trời do đó mà hiệu suất giảm nhanh, phải thường xuyên xoay mặt phản xạ theo hướng mặt trời, nếu dùng thiết bị tự động thì giá thành sẽ cao mà xoay thủ công cũng không được thuân tiện, thiết bị này chỉ thu được phần trực xạ (tia nắng trực tiếp) còn phần tán xạ thì không thu được, nếu khi bị mây che khuất thì thiết bị không thu được năng lượng.