Xây một tháp dòng thăng năng lượng mặt trời

Mặt trời là một nguồn nhiệt và năng lượng vô cùng đồ sộ. Trên thực tế, trong vòng chưa đến 15 giây, mặt trời có thể cung cấp cho Trái Đất năng lượng tương đương mức tiêu thụ của loài người trong một ngày! Phần nhiều năng lượng này đến Trái Đất dưới dạng ánh sáng và nhiệt lượng. Không có gì ngạc nhiên khi từ lâu người ta đã suy tính cách khai thác và đưa vào sử dụng nguồn năng lượng này. Suốt hai thế kỷ vừa qua, các nhà khoa học nghiên cứu và phát triển các công nghệ để trực tiếp chuyển hoá năng lượng mặt trời thành điện năng. Ngày nay chúng ta có nhiều phương thức phát điện từ năng lượng mặt trời, như là các tấm pin mặt trời, các bộ thu nhiệt mặt trời, hay các hệ thống tập trung năng lượng mặt trời.

Một trong những hệ thống như vậy, gọi là tháp dòng thăng năng lượng mặt trời, là một công nghệ thu nhiệt mặt trời. Một tháp dòng thăng như vậy có thể phát điện từ nguồn nhiệt mặt trời nhiệt độ thấp. Ý tưởng khoa học ở đây dựa trên hiệu ứng nhà kính và hiệu ứng ống khói hay còn gọi là hiệu ứng cột khí. Những tháp năng lượng này bao gồm một hệ thống dàn thu cỡ lớn và một tháp cao, mảnh. Hệ dàn thu trông giống một nhà kính khổng lồ gồm một hệ vòm trong suốt treo cao hơn mặt đất từ 2 đến 20 mét. Tháp đặt ở giữa hệ dàn, đáy tháp có nhiều cửa thông khí. Bên trong tháp ống này là những tuabin gió cỡ đại để sinh điện.

Khi mặt trời chiếu vào dàn thu nhiệt, nhiệt lượng từ mặt trời bị nhốt lại ở bên dưới, tương tự như hiện tượng ở các nhà kính trồng cây, hun nóng không khí cũng như mặt đất bên dưới hệ vòm. Bởi khí nóng có khối lượng riêng thấp hơn khí lạnh, chúng dâng lên tạo ra một dòng lưu không còn được gọi là dòng đối lưu nhiệt. Không khí không còn cách nào khác để thoát ra – nó buộc phải chạy theo trục tháp ra ngoài. Không khí trong tháp dâng lên cao tạo ra vùng áp thấp ở đáy tháp, tiếp tục hút vào khí nóng từ dàn thu nhiệt qua các cửa thông khí. Kết quả là bức xạ nhiệt mặt trời tạo ra một dòng thăng liên tục trong tháp. Các tuabin gió trong tháp chuyển hoá năng lượng trong dòng thăng thành cơ năng quay các cánh tuabin. Tiếp đó cơ năng được chuyển hoá thành điện năng nhờ các máy phát. Dù công nghệ này có vẻ tương đối đơn giản và có thể tạo ra nhiều năng lượng, vẫn chưa có hệ thống nào đang được vận hành ở quy mô toàn diện. Tuy nhiên một vài mô hình nguyên mẫu đã và đang được thi công và nghiên cứu.

• Hiểu rằng có thể chuyển hoá nhiệt lượng từ mặt trời thành điện năng
• Hiểu rằng một tháp dòng thăng năng lượng mặt trời dùng mặt trời hun nóng không khí, khí nóng này sau đó truyền năng lượng cho tuabin đặt trong một tháp lớn
• Hiểu rằng cánh quạt động cơ có thể chạy chỉ cần khí nóng

1. Điều gì xảy ra với cánh quạt đặt trên mũi kim? Cánh quạt có chuyển động không?
2. Hiện tượng gì xảy ra khi ta bật đèn?
3. Ta nhận thấy điều gì về nhiệt độ? Nhiệt độ có thay đổi không? Nếu có thì thay đổi như thế nào? Ta có thể giải thích tại sao không?