Quang năng là gì? Vai trò và ứng dụng trong đời sống

Quang năng là một dạng năng lượng được ứng dụng rất nhiều trong đời sống, chúng có thể chuyển đổi thành nhiều dạng năng lượng khác nhau để đáp ứng nhu cầu đa dạng của con người. Vậy quang năng là gì? Vai trò, tính chất và ứng dụng của chúng ra sao? Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ nhất, cùng tìm hiểu ngay nhé!

Quang năng là gì?

Quang năng là năng lượng của ánh sáng, được tạo ra từ các hạt photon (hạt ánh sáng) khi chúng di chuyển trong không gian. Khi ánh sáng chiếu vào một vật thể, các photon truyền năng lượng cho các electron trong vật thể, kích thích các electron chuyển động và tạo ra năng lượng.

Quang năng có thể đến từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm nguồn ánh sáng tự nhiên và nhân tạo. Chúng chịu trách nhiệm trực tiếp cho quá trình chiếu sáng, có chức năng quan trọng trong quá trình quang hợp, giúp duy trì sự sống của thực vật trên Trái đất. Ngoài ra, nó còn đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi thành các dạng năng lượng khác phục vụ cho đời sống của con người.

• Các nguồn ánh sáng tự nhiên: Bao gồm ánh sáng mặt trời là chủ yếu, chớp, sét, sinh vật phát quang sinh học và các hiện tượng tự nhiên như suối nước nóng phát ra bức xạ hồng ngoại.
• Các nguồn ánh sáng nhân tạo: Thường là các vật chất khi được đốt nóng như:
  • Bóng đèn sợi đốt: Những bóng đèn này tạo ra ánh sáng bằng cách đốt nóng dây tóc cho đến khi nó phát sáng.
  • Bóng đèn huỳnh quang: Bóng đèn sử dụng lớp phủ khí và phốt pho để tạo ra ánh sáng hiệu quả hơn.
  • Điốt phát quang (LED): Đèn LED chuyển đổi năng lượng điện trực tiếp thành năng lượng ánh sáng với lượng nhiệt tỏa ra thấp nhất.
  • Tia laser: Là các chùm năng lượng ánh sáng tập trung được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, từ y học đến viễn thông.

Tính chất và đặc tính của quang năng

Quang năng chính là năng lượng của ánh sáng. Trong đó, ánh sáng là một dạng bức xạ điện từ, bao gồm các sóng có bước sóng khác nhau (từ ánh sáng khả kiến nhìn thấy được cho đến các ánh sáng không nhìn thấy được như tia hồng ngoại và tia cực tím).

Khi ánh sáng (chứa các hạt photon) được chiếu vào một vật thể, năng lượng của photon có thể bị hấp thụ, phản xạ hoặc truyền qua vật thể. Nếu photon bị hấp thụ, năng lượng của nó sẽ kích thích các electron trong vật thể chuyển động và chuyển đến mức năng lượng cao hơn. Từ đó tạo ra các dạng năng lượng khác như điện năng, nhiệt năng và hóa năng.

Cụ thể, khi ánh sáng chiếu vào một bề mặt sẽ xảy ra các hiện tượng quang học sau:

• Phản xạ: Khi ánh sáng chiếu vào một bề mặt, nó sẽ bật ngược trở lại, giống như khi chúng ta nhìn thấy hình ảnh của mình trong gương.
• Khúc xạ: Khi ánh sáng đi qua các môi trường khác nhau (ví dụ từ không khí vào nước), nó sẽ bị bẻ cong và thay đổi hướng. Ví dụ như một chiếc muỗng, nó sẽ nhìn như bị cong nếu bạn nhúng vào ly nước.
• Nhiễu xạ: Ánh sáng có thể uốn cong khi đi qua các vật cản hoặc những khe hẹp. Hiện tượng này khiến bạn nhìn thấy những vòng sáng xung quanh ngọn đèn khi nhìn qua cửa sổ có rèm.
• Giao thoa: Khi hai chùm sóng ánh sáng gặp nhau, chúng có thể kết hợp và tạo ra các hoa văn màu sắc. Tính chất này giúp bạn nhìn thấy các màu sắc lấp lánh trên bong bóng xà phòng hoặc vệt dầu trên mặt nước.
• Hấp thụ: Khi ánh sáng chiếu vào một vật thể, các hạt photon có thể là vật thể hấp thụ. Năng lượng của photon sẽ được chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác (điện năng, hóa năng, nhiệt năng).

Quang năng có thể chuyển đổi thành các dạng năng lượng nào?

Với tính chất hấp thụ ánh sáng, quang năng có thể chuyển đổi thành các dạng năng lượng khác nhau như:

• Điện năng: Phổ biến là các tấm pin mặt trời. Các tế bào quang điện trong tấm pin mặt trời sẽ hấp thụ các photon từ ánh sáng mặt trời và giải phóng các electron, tạo ra dòng điện. Từ đó điện năng sẽ được cung cấp cho các thiết bị điện hoạt động.
• Nhiệt năng: Điển hình là các công nghệ như máy nước nóng năng lượng mặt trời và lò nướng năng lượng mặt trời. Bởi, khi ánh sáng chiếu vào một bề mặt, các photon ánh sáng sẽ truyền năng lượng cho các nguyên tử và phân tử trong vật liệu, khiến động năng của các hạt tăng lên, dẫn đến nhiệt độ tăng.
• Hóa năng: Ánh sáng có thể kích hoạt phản ứng hóa học, chuyển đổi năng lượng của nó thành năng lượng hóa học tiềm năng. Ví dụ điển hình là hiện tượng quang hợp ở thực vật, trong đó năng lượng ánh sáng được sử dụng để chuyển đổi CO2 và nước thành glucose và oxy.

Như vậy, có thể thấy với bản chất linh hoạt của ánh sáng, chúng có thể chuyển đổi thành nhiều dạng năng lượng khác nhau để đáp ứng ngày càng đa dạng nhu cầu của con người.

Các ứng dụng của quang năng trong đời sống

Quang năng là nguồn năng lượng dồi dào và có ở khắp mọi nơi trên trái đất nên chúng được ứng dụng trong đa dạng các ngành nghề và lĩnh vực, cụ thể như sau:

• Sản xuất năng lượng: Ứng dụng trong các hệ thống năng lượng mặt trời (tấm pin quang điện) để chuyển đổi ánh sáng thành điện năng cung cấp cho các thiết bị điện trong gia đình và công nghiệp. Hay các thiết bị máy nước nóng năng lượng mặt trời chuyển đổi ánh sáng thành nhiệt năng giúp làm nóng nước.
• Ứng dụng trong tự nhiên và sinh học: Như quá trình quang hợp ở thực vật. Thực vật hấp thụ ánh sáng mặt trời để tổng hợp chất hữu cơ, giúp duy trì sự sống của thực vật. Bên cạnh đó, quang năng còn là nguồn năng lượng khởi đầu cho các chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái, giúp duy trì sự cân bằng giữa các loài trong tự nhiên.
• Ứng dụng trong công nghiệp: Quang năng được ứng dụng để chế tạo pin mặt trời, cảm biến ánh sáng, kính hiển vi, máy ảnh và thiết bị quang học…
• Ứng dụng trong y học: Quang năng được sử dụng trong nhiều phương pháp điều trị và chẩn đoán. Chẳng hạn như liệu pháp ánh sáng điều trị các bệnh về da. Hay sử dụng tia laser trong hỗ trợ phẫu thuật, nha khoa và thẩm mỹ. Ngoài ra, còn có ánh sáng hồng ngoại dùng trong chẩn đoán y khoa.
• Ứng dụng trong khoa học và công nghệ: Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, tàu vũ trụ và vệ tinh dùng pin mặt trời để cung cấp năng lượng cho các hoạt động của tàu. Trong viễn thông, sợi quang dùng ánh sáng laser để truyền dữ liệu với tốc độ cao…

Ứng dụng quang năng trong điện mặt trời

Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của quang năng chính là điện mặt trời. Với sự phát triển của công nghệ, các ứng dụng của quang năng trong lĩnh vực điện mặt trời ngày càng đa dạng, như:

Hệ thống điện mặt trời dân dụng

Đây là giải pháp phổ biến nhất để tận dụng quang năng. Các tấm pin mặt trời hấp thụ ánh sáng và chuyển hóa quang năng thành dòng điện một chiều (DC). Dòng điện này được chuyển đến biến tần và chuyển hóa thành điện xoay chiều sử dụng cho các thiết bị điện.

Việc sử dụng điện mặt trời cho gia đình hoặc doanh nghiệp không chỉ giúp chủ đầu tư tiết kiệm chi phí điện năng, tự chủ về nguồn điện, giảm phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch, mà còn giúp giảm thiểu lượng khí thải CO2 và góp phần bảo vệ môi trường, hướng đến một tương lai xanh, bền vững hơn.

Nhà máy điện mặt trời

Là các dự án điện mặt trời quy mô lớn, được xây dựng tại những khu vực có bức xạ mặt trời cao để sản xuất điện cho lưới điện quốc gia. Công suất của các nhà máy điện mặt trời này có thể lên đến hàng trăm MW.

Hệ thống điện mặt trời di động

Các tấm pin năng lượng mặt trời được thiết kế dưới dạng di động, có thể gấp gọn hoặc lắp trên xe di động để tạo ra điện năng cung cấp cho các buổi dã ngoại ngoài trời, hoặc sử dụng tại các khu vực không có điện lưới.

Ứng dụng trong các thiết bị nhỏ

Năng lượng mặt trời cũng có thể tích hợp vào các thiết bị nhỏ gọn như máy tính, đồng hồ, đèn năng lượng mặt trời, máy bơm nước, cho phép các thiết bị này hoạt động mà không cần sử dụng đến điện từ lưới.

Như vậy có thể thấy, quang năng là một nguồn năng lượng tái tạo, dồi dào, giá rẻ, dễ khai thác và ứng dụng được đa dạng hơn so với nhiều nguồn năng lượng khác. Do đó, để tận dụng tối đa tiềm năng của quang năng thì đòi hỏi con người phải nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ hơn nữa các công nghệ sử dụng quang năng này. Nếu bạn đang quan tâm đến những sản phẩm năng lượng tái tạo như hệ thống năng lượng mặt trời, hãy để lại thông tin liên hệ để SUNEMIT tư vấn cho bạn nhé!