Nghiên ứu, tính toán và đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố về kết cấu và thời tiết đến hiệu suất của bộ thu nhiệt mặt trời kiểu hội tụ

Kể từ đầu những năm 60 thế kỷ 19, khi mà kỹ sư, nhà sáng chế Auguste Mouchout người Pháp sử dụng một chiếc nồi kín bằng thuỷ tinh, một chiếc đĩa hình parabôn mài bóng và sức nóng mặt trờ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-NGUYỄN MINH KHANG

ĐỀ TÀI LUẬN VĂN

NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ VỀ KẾT CẤU VÀ THỜI TIẾT ĐẾN HIỆU SUẤT CỦA BỘ THU NHIỆT MẶT TRỜI KIỂU HỘI TỤ

Mục lục Trang

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

1.1.3 NLMT ngoài vũ trụ- Hằng số mặt trời 16

1.2.1 Sự chuyển động của hệ Mặt Trời- trái đất 17

1.4.2 Các khó khăn trong khai thác, ứng dụng NLMT 26

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ NHIỆT MẶT TRỜI

2.1 Tổng quan về công nghệ năng lượng mặt trời 27 2.2 Công nghệ nhiệt mặt trời áp dụng hiệu ứng nhà kính 27

2.2.2 Công nghệ nhiệt mặt trời áp dụng hiệu ứng nhà kính 28

2.2.2.1 Hệ thống sấy khô 28

2.2.2.4 Bếp mặt trời ứng dụng hiệu ứng nhà kính 35 2.3 Công nghệ nhiệt tập trung NLMT

41

2.3.2.3 Công nghệ nhiệt điện mặt trời máng parabôn 43

2.3.2.5 Đánh giá tình hình phát triển của công nghệ nhiệt điện

mặt trời tập trung

48

CHƯƠNG 3 BỘ THU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

TẬP TRUNG KIỂU MÁNG PARABÔN

3.1 Máng hội tụ parabôn : cấu tạo và hoạt động 51 3.2 Định hướng bộ thu và hiệu chỉnh góc tới 54

3.3.1 Các quá trình nhiệt xảy ra tại ống hấp thụ 57

3.3.2.1 Tính hiệu suất quang 59

CHƯƠNG 4 LẬP TRÌNH TÍNH TOÁN HIỆU SUẤT VÀ CÁC THÔNG SỐ BỘ THU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI KIỂU HỘI TỤ MÁNG PARABÔN

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, đề tài luận văn cao học : ‘Nghiên cứu, tính toán và đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố về kết cấu và thời tiết đến hiệu suất bộ thu nhiệt mặt trời kiểu hội tụ’ là công trình nghiên cứu của tôi, có sự hướng dẫn của PGS.TS Đặng Đình Thống

Các số liệu trong luận văn được sử dụng trung thực, có nguồn trích dẫn được ghi trong phần tài liệu tham khảo Kết quả luận văn là trung thực, và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào trước đây

Hà Nội, ngày 15 tháng 3 năm 2012

Tác giả

Nguyễn Minh Khang

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ CÁI VIẾT TẮT Các chữ viết tắt :

BXMT : Bức Xạ Mặt Trời

NLMT : Năng Lượng Mặt Trời

CĐBX : Cường Độ Bức Xạ

CNMT : Công nghệ Nhiệt điện Mặt trời Tập trung

NHI : Nhiệt Hữu Ích

NLBXT : năng lượng bức xạ mặt trời tới

PFTT : Phản xạ Fresnell Tuyến tính Tập trung

a : ambient – Môi trường không khí bao quanh

b : beam - trực xạ

c : cover - Ống thuỷ tinh bao quanh

con : convection - đối lưu

d : diffuse -Nhiễu xạ

e : external – bên ngoài không gian

ev : evacute – phần chân không vành khuyên

L : Chiều dài bộ thu kiểu máng parabôn

m : Lưu lượng khối của chất lỏng dẫn nhiệt

n : Ngày trong năm

Q : Tổng năng lượng nhiệt

q : sai phân nhiệt

S : Thông lượng ánh sáng tới bề mặt ống hấp thụ

γ : Góc phương vị

Thừa số chặn

ρ : Hệ số phản xạ của gương parabôn

Khối lượng riêng

η : Hiệu suất nhiệt bộ thu kiểu máng parabôn

η0 : Hiệu suất quang bộ thu kiểu máng parabôn

μ : Độ nhớt động lực học

τ : Hệ số truyền qua của ống huỷ tinh

τb : Hệ số truyền qua của khí quyển

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2 1 Bảng thể hiện một số thông số về nhiệt độ của bếp mặt trời trong quá trình sử dụng

Bảng 2 2 Một số nhà máy nhiệt điện mặt trời kiểu máng parabôn

Bảng 2 3 So sánh một số đặc điểm chính của công nghệ nhiệt điện mặt trời tập trung

Bảng 2 4 Tỉ lệ sử dụng nhiệt điện mặt trời trong tổng số nguồn điện của các nước trên thế giới trong tương lai

Bảng 4.1 Một số giá trị ban đầu dùng để khảo sát

Bảng 4.2 Sự thay đổi của hiệu suất theo độ dài và độ mở của máng parabôn

Bảng 4.3 Sự biến thiên nhiệt độ đầu ra trung bình của chất lỏng dẫn nhiệt khi chiều dài và độ mở thay đổi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1 1 Mối liên hệ giữa trái đất và mặt trời

Hình 1 2 Phân bố năng lượng trong phổ của bức xạ mặt trời ở giới hạn trên của khí quyển

Hình 1 3 Vị trí của trái đất trên quỹ đạo chuyển động xung quanh mặt trời trong một năm

Hình 1 4 Các góc tương quan giữa tia sáng tới trên mặt phẳng quan sát Hình 1 5 Tương tác của BXMT với khí quyển

Hình 2 1 Nguyên lý hiệu ứng nhà kính

Hình 2 2 Một thiết bị sấy nông sản

Hình 2 3 Cấu tạo của một collecctor

Hình 2 4 Sơ đồ cấu tạo của bình nước nóng dạng ống chân không

Hình 2 5 Thiết bị đun nước nóng ARISTON dạng dãy ống (trái) và dạng tấm (phải) đang ban trên thị trường

Hình 2 6 Sơ đồ nguyên lý của thiết bị chưng cất nước

Hình 2 7 Hệ thống chưng cất nước ngọt từ nước biển lắp tại Bình Đại, Bến Tre gồm 3 modul, mỗi modul có diện tích đón nắng 4m2

Hình 2 8 Sơ đồ bếp mặt trời

Hình 2 9 Nguyên lý phản xạ ánh sáng

Hình 2 10 Sơ đồ khối tổng quan c ủa công nghệ nhiệt điện mặt trời Hình 2 11 Nhà máy nhiệt điện mặt trời PS10

Hình 2.12 Tháp tập trung ánh sáng của nhà máy điện

Hình 2 13 Sơ đồ nguyên lý của bộ phản xạ Fresnel tuyến tính tập trung Hình 2.14 Hệ thống gương của một nhà máy nhiệt điện

Hình 2 15 Sơ đồ khối của một nhà máy nhiệt điện mặt trời sử dụng công nghệ máng parabôn

Hình 2.16 Các máng parabôn của nhà máy Andasol 1 ở Tây Ban Nha Hình 2 17 Sơ đồ nguyên lý bộ thu kiểu đĩa parabôn

Hình 2.18 Nhà máy nhiệt điện mặt trời sử dụng đĩa parabôn ở California

có công suất 300MW

Hình 3 1 Một bộ thu kiểu máng parabôn

Hình 3 2 Cấu tạo của ống hấp thụ

Hình 3 3 Biểu diễn hình học máng gương parabôn

Hình 3 4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bộ thu máng parabôn

Hình 3.5 Sơ đồ mô tả sự định vị theo mặt trời của máng parabôn

Hình 3.6 Biểu diễn các véc tơ trong hệ trục toạ độ

Hình 3.7 Quay hệ trục rbu một góc ς

Hình 3.8 Các hướng truyền nhiệt chính

Hình 4 1 Đoạn ống Δz trên ống hấp thụ

Hình 4.2 So sánh nhiệt hữa ích (NHI) với năng lượng BXMT tới

(NLBXT), và so sánh CĐBX trực xạ (Ib) với thông lượng ánh sáng tới ống hấp thụ (S)

Hình 4.3 Hiệu suất bộ thu phụ thuộc theo thời gian trong ngày

Hình 4.4 Nhiệt độ chất lỏng dẫn nhiệt ra khỏi ống hấp thụ theo thời gian trong ngày

Hình 4.5 Sự thay đổi của hiệu suất theo thời gian khi độ mở thay đổi Hình 4 6 Sơ đồ biểu thị sự thay đổi của hiệu suất trung bình theo độ mở Hình 4.7 Sự biến thiên của NHI và NLBXT bề mặt mở khi độ mở thay đổi

Hình 4.8 Sơ đồ biểu diễn nhiệt độ đầu ra của chất lỏng dẫn nhiệt trong ngày khi độ mở W thay đổi

Hình 4.9 Sơ đồ biểu thị sự thay đổi của hiệu suất trung bình theo chiều dài

L

Hình 4.10 Sơ đồ biểu diễn nhiệt độ đầu ra trung bình của chất lỏng dẫn nhiệt trong ngày khi chiều dài L thay đổi

Hình 4.11 Sự thay đổi của hiệu suất trung bình theo tiêu cự f

Hình 4.12 Sự thay đổi của góc mở (a) và thừa số chặn γ (b) theo tiêu cự Hình 4.13 Sự biến thiên của hiệu suất trung bình ngày theo sự thay đổi đồng thời của độ mở và độ dài

Hình 4.14 Sự biến thiên của nhiệt độ đầu ra trung bình ngày của chất lỏng dẫn nhiệt theo sự thay đổi đồng thời của độ mở và độ dài

Hình 4.15 Quá trình qúa độ của hiệu suất bộ thu khi mặt trời mới mọc Hình 4.16 Sự tăng đột biến của hiệu suất vào buổi chiều

Hình 4.17 So sánh giữa NHI và NLBXT vào buổi chiều

Hình 4.18 Sơ đồ biểu diễn hiệu suất nhiệt tức thời từ lúc mặt trời mọc đến khi mặt trời lặn của bộ thu máng parabôn

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, nhu cầu sử dụng năng lượng ngày một tăng, trong khi các nguồn năng lượng truyền thống như than đá, dầu mỏ đang dần cạn kiệt, giá thành cao, nguồn cung không ổn định Đặc biệt việc sử dụng quá nhiều năng lượng hóa thạch đã gây ra ô nhiễm rất nặng nề môi trường sống Vì vậy, nhiều nguồn năng lượng thay thế đang được các nhà khoa học quan tâm, trong đó có nguồn năng lượng mặt trời Việc tiếp cận để khai thác ứng dụng nguồn năng lượng này không chỉ góp phần cung ứng nhu cầu năng lượng của xã hội mà còn giúp tiết kiệm điện năng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường

Kể từ đầu những năm 60 thế kỷ 19, khi mà kỹ sư, nhà sáng chế Auguste Mouchout người Pháp sử dụng một chiếc nồi kín bằng thuỷ tinh, một chiếc đĩa hình parabôn mài bóng và sức nóng mặt trời để tạo ra hơi nước, cấp cho chiếc động cơ hơi nước đầu tiên chạy bằng năng lượng mặt trời thì đến nay, công nghệ năng lượng nhiệt mặt trời đã có những bước tiến dài Giờ đây đã có hàng loạt các hệ công nghệ đang được hoặc sẵn sàng sử dụng - trong đó phải

kể đến máng gương parabôn, tháp năng lượng, và hệ thống đĩa/động cơ, và một số hệ khác đang trong quá trình triển khai Các thông báo liên tiếp xuất hiện trong năm 2009 vừa qua cho thấy sự đa dạng và mức độ triển khai của các công nghệ này Tuy nhiên, việc nghiên cứu và ứng dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam cho đến nay chưa phát triển

Một nhược điểm cần được cải thiện của các bộ thu năng lượng mặt trời

là hiệu suất biến đổi năng lượng khá thấp, bởi thông số này bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố Vì vậy, luận văn được viết với mục đích bước đầu có thể sử dụng để làm tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu về công nghệ nhiệt điện mặt trời, cũng như nghiên cứu, học tập việc thiết kế, chế tạo các nhà máy nhiệt điện mặt trời ở Việt Nam trong tương lai

Luận văn được trình bày trong bốn chương:

Chương 1 Trình bày tổng quan về nguồn năng lượng mặt trời

Chương 2 Trình bày hiện trạng cũng như các nghiên cứu, phát triển công nghệ nhiệt mặt trời và các ứng dụng để sản xuất nhiệt và điện

Chương 3 Tập trung nghiên cứu về công nghệ nhiệt điện mặt trời máng parabôn, nghiên cứu sự phụ thuộc hiệu suất thu năng lượng mặt trời phụ thuộc vào kích thước hình dạng hình học của máng thu, vào các tính chất nhiệt của vật liệu làm bộ thu, vào bản chất chất tải nhiệt cũng như vào bức xạ mặt trời

và môi trường xung quanh

Chương 4 Đây là chương quan trọng nhất của luận văn Trong chương này, tác giả xây dựng thuật toán, chương trình phần mềm nhằm nghiên cứu các ảnh hưởng của bức xạ mặt trời, hình dạng kích thước bộ thu cũng như các tính chất nhiệt của vật liệu làm bộ thu và chất tải nhiệt lên hiệu suất của bộ thu Từ đó, đưa ra những kết luận, đánh giá hữu ích cho công việc thiết kế, tính toán và chế tạo bộ thu, góp phần phát triển công nghệ nhiệt điện mặt trời

ở Việt nam

Là một lĩnh vực khoa học công nghệ còn rất mới đối với nước ta và với chính bản thân, nên luận văn không tránh khỏi một số sai sót Vì vậy, tác giả mong nhận được những đóng góp nhận xét của động nghiệp

Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đối với PGS.TS Đặng Đình Thống, và các Thầy, Cô Viện Vật Lý Kỹ Thuật và đồng nghiệp về những sự quan tâm, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

Hà nội, ngày 15 tháng 03 năm 2012

Tác giả

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGUỒN

NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

1.1 NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

1.1.1 Mặt trời

Mặt trời là một khối khí hình cầu cực nóng, có đường kính 1,39.106km (lớn hơn nhiều so với đường kính trái đất 1,27.104km ) Nhiệt độ bề mặt mặt trời khoảng 5778K Nhiệt độ tại tâm mặt trời khoảng 15.106K , với thành phần hoá học, chủ yếu là nguyên tố Hidrô và Hêli (tương ứng với 73,46% và 24,85% tổng khối lượng mặt trời) (nguồn NASA)

Ngoài ra, do trái đất ở cách xa mặt trời, và mặt trời lớn hơn rất nhiều trái đất, nên có thể coi rằng, các tia sáng từ mặt trời đến trái đất là song song nhau, và chúng ta nhìn mặt trời dưới một góc 32’

Hình 1.1 Mối liên hệ giữa trái đất và mặt trời

Với những điều kiện phù hợp như vậy, phản ứng nhiệt hạch luôn luôn xảy ra tại tâm mặt trời:

4 1H  4He + e + γ

Chúng ta lấy một ví dụ đơn giản, nếu có 1g (H) thì năng lượng giải phóng ra trong phản ứng trên cỡ 1012J Với khối lượng của mặt trời khoảng 2.1030kg, thì lượng năng lượng mà mặt trời sinh ra trong quá trình đốt nóng là

vô cùng lớn, theo các nhà khoa học thì phải 4 đến 5 tỷ năm nữa mới hết được

Như vậy, có thể nói rằng, nguồn NLMT là một nguồn năng lượng lớn nhất (gần như vô tận) và sạch nhất hiện nay mà con người có thể biết

1.1.2 Bản chất nguồn năng lượng mặt trời

NLMT truyền tới trái đất dưới dạng sóng điện từ có phổ rất rộng

Hình 1.2 Phân bố năng lượng trong phổ của bức xạ mặt trời

ở giới hạn trên của khí quyển [22]

Trên hình 1.2 là phân bố năng lượng trong phổ của bức xạ mặt trời (BXMT) ở giới hạn trên của khí quyển Phần phổ với bước sóng từ 0,1 đến 4μm bao gồm 99% toàn bộ năng lượng BXMT Bức xạ với bước sóng nhỏ hơn hay lớn hơn kể cả những tia rơnghen và sóng vô tuyến điện chỉ chiếm 1% năng lượng còn lại Phần ánh sáng thấy được chiếm khoảng phổ hẹp có bước sóng từ 0,4 đến 0,75μm Song ở đây bao gồm gần một nửa toàn bộ năng lượng của BXMT (44%) Các tia hồng ngoại chiếm năng lượng trên 48%, còn lại 7% năng lượng là tia cực tím, các tia khác chỉ chiếm dưới 1%

1.1.3.NLMT ngoài vũ trụ- Hằng số mặt trời

Mật độ dòng năng lượng BXMT tới bề mặt đặt vuông góc với tia bức xạ

ở ngay ngoài lớp khí quyển, tính trên 1m2, được tính theo công thức :

Isc = Is (R/b)2 (1.1)

R = 0,695.106 là bán kính mặt trời,

b = 1,496.108km là khoảng cách trung bình giữa trái đất và mặt trời

IS là cường độ bức xạ ở bề mặt mặt trời, được tính theo định luật Stefan – Bolzman : IS = εσTS4 (1.2)

ε hệ số phát xạ của vật, do mặt trời có thể coi là vật đen tuyệt đối nên coi

1.2 ĐẶC ĐIỂM NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

1.2.1 Sự chuyển động của hệ mặt trời- trái đất

Trái đất quay quanh mặt trời theo một quỹ đạo elip và mặt trời nằm trên một trong những tiêu điểm của quỹ đạo này (Hình 1.3 )

Trên hình 1.3 biểu diễn vị trí của trái đất trên quỹ đạo chuyển động xung quanh mặt trời trong một năm Vào đầu tháng 1, trái đất gần mặt trời nhất (với khoảng cách là 147,1 triệu km), vào đầu tháng 7 trái đất xa mặt trời nhất (với khoảng cách là 152,1 triệu km)

Ngoài ra, khi chuyển động quay xung quanh mặt trời, thì trái đất cũng tự quay xung quanh trục của nó Trục quay của trái đất không thẳng góc với mặt

phẳng quỹ đạo mà nghiêng một góc 23,450 Khi trái đất quay quanh mặt trời được một vòng thì nó cũng tự quay xung quanh mình 365,25 vòng

Hình 1 3 Vị trí của trái đất trên quỹ đạo chuyển động

Vì có sự chuyển động giữa mặt trời và trái đất, và sự tự quay của trái đất nên cường độ bức xạ (CĐBX) năng lượng mặt trời (NLMT) bên ngoài khí quyển thay đổi chút ít, và có thể xác định theo công thức :

IE = Isc(1+0,033cos

365

360

n) (1.3)

n : ngày trong năm, n=1 vào ngày 1/1

IE : CĐBX mặt trời ngay bên ngoài khí quyển, được đo trên mặt phẳng vuông góc với tia bức xạ vào ngày thứ n trong năm

1.2.2 Tính không ổn định của nguồn NLMT

BXMT tới trên Mặt Đất phụ thuộc vào hai yếu tố : góc nghiêng của các tia sáng đối với mặt phẳng bề mặt tại điểm quan sát và độ dài đường đi của các tia sáng trong khí quyển, hay nói cách khác là phụ thuộc vào vị trí của mặt trời so với mặt quan sát

a Một số khái niệm

- Hệ số khối khí AM : là tỉ số giữa độ dài của tia mặt trời khi đi qua lớp khí quyển tái Đất và độ dày của lớp khí quyển theo phương thẳng đứng (khi mặt trời ở thiên đỉnh – lúc giữa trưa)

- Trực xạ : là BXMT chiếu đến bề mặt trái đất khi không bị các thành phần của khí quyển gây tán xạ Đây là dòng bức xạ có định hướng

- Tán xạ : Là thành phần BXMT chiếu đến bề mặt trái đất sau khi hướng của nó đã bị thay đổi do sự tán xạ bởi lớp khí quyển

- Tổng xạ : Là tổng của trực xạ vá tán xạ trên một bề mặt

- Cường độ bức xạ (W/m2) : Là cường độ năng lượng BXMT đến một bề mặt tương ứng với một đơn vị diện tích của bề mặt Cường độ BXMT cũng bao gồm CĐBX trực xạ, CĐBX tán xạ

- Giờ mặt trời : Là thời gian dựa trên chuyển động biểu kiến của mặt trời trên bầu trời, với qui ước giờ mặt trời chính ngọ là thời điểm mặt trời đi qua thiên đỉnh của người quan sát

b Vị trí của mặt trời trên bầu trời

Vị trí của mặt trời trên bầu trời luôn thay đổi, phụ thuộc vào không gian (vị trí quan sát), và thời gian Vì vậy, để thuận tiện cho quá trình nghiên cứu

và tính toán, thì một số góc hình học đã được định nghĩa nhằm xác định vị trí của mặt trời trên bầu trời Như trong hình 1.4 thể hiện quan hệ hình học giữa một mặt phẳng định hướng bất kỳ trên mặt đất và tia BXMT truyền tới, hay nói cách khác, nó thể hiện vị trí của mặt trời so với mặt phẳng đó

- Góc giờ ω : là góc xác định vị trí mặt trời trên bầu trời ở thời điểm quan sát Nó là số đo góc của thời gian và có tỉ lệ tương đương 150 trong 1h Góc giờ ω cũng biến đổi từ -1800 đến +1800, và được quy ước tại 12 giờ trưa, góc

ω = 00 Góc giờ sẽ có giá trị (+) vào bưổi sáng và (-) vào buổi chiều

ω=(12-t).15, với t là giờ (h) trong ngày, ω đo bằng độ

- Góc vĩ tuyến φ hay còn gọi là vĩ độ của một địa phương nào đó là góc tạo bởi bán kính của trái đất đi qua địa phương đó và hình chiếu của nó trên mặt phẳng xích đạo của trái đất

Góc φ có giá trị từ -900 (điểm cực Nam) đến +900 (điểm cực Bắc)

- Góc lệch δ là góc nối giữa đường nối tâm của mặt trời với tâm trái đất

và hình chiếu của nó trên mặt phẳng xích đạo

Do trái đất tự quay xung quanh trung nghiêng (trục Bắc Nam) của nó một góc 23,450 nên góc lệch δ sẽ có giá trị từ +23,450 vào ngày Hạ Chí 21/06 đến -23,450 vào ngày Đông Chí 21/12 Vào một ngày bất kì, góc lệch được tính theo công thức Cooper :

δ(đo bằng độ) = 23,45 sin [

365

360

(284 +n) ] (1.4) Trong đó n là số ngày của năm, n = 1 vào ngày 01/01

- Góc Azumith γ hay còn gọi là góc phương vị của mặt phẳng nghiêng :

Là góc nằm trong mặt phẳng nằm ngang giữa hướng Nam và hình chiếu của pháp tuyến của mặt quan sát trên mặt ngang Góc γ có thể biến đổi từ -1800đến +1800 Góc γ nhận dấu (+) nếu hình chiếu pháp tuyến của mặt quan sát nằm ở bên phải hướng Nam, và sẽ nhận dấu (-) nếu hình chiếu pháp tuyến nằm ở bên trái hướng Nam

- Góc nghiêng β là góc giữa mặt quan sát và mặt nằm ngang, và biến đổi

Hình 1.4 Các góc tương quan giữa tia sáng tới trên mặt phẳng quan

sát

- Góc phương vị mặt trời γS Là góc hợp bởi hình chiếu của tia tới trên mặt phẳng nằm ngang và phương chính Nam, nó nhận dấu (+) khi mặt trời ở phía Đông và nhận dấu (-) khi mặt trời ở phía Tây

Quan hệ giữa các góc trên có thể biểu diễn bằng phương trình :

cosα sinγ =-cosδ.sinω (1.5)

cosα.cosγ=sinδ.cosφ-cosδ.cosω.sinφ cosθ = cosθZ cosβ + sinθZ sinβ.cos(γS - γ) (1.6) Đối với bề mặt nằm ngang, góc tới θ cũng chính là góc đỉnh của mặt trời

θz Như vậy, ta cũng có :

cosθz = cosφ.cosδ.cosω + sinφ.sinδ (1.7)

Từ phương trình này, ta thấy, khi mặt trời lặn, θz = +900

sin sin cos s (1.8)

Cường độ BXMT IOE tới bề mặt nằm ngang ngay bên ngoài khí quyển sẽ được xác định theo công thức :

IOE = IE.cosθz (1.10) với IE được tính theo phương trình (1.3)

IOE = Isc(1+0,033cos n).cosθz (1.11) Hay

IOE = Isc(1+0,033cos 360.n/365).( cosφ.cosδ.cosω + sinφ.sinδ) (1.12)

Gọi IO là cường độ BXMT tới bề mặt trái đất, thì ta sẽ có :

IO = f* IOE (1.13) với f*có thể là một hệ số, hoặc có thể là một biểu thức phức tạp mà ta sẽ

giải thích sau

Như vậy, có thể nói rằng, năng lượng BXMT tới trên bề mặt trái đất phụ

thuộc vào các góc, tức là phụ thuộc vào vị trí của mặt trời và thời gian quan

sát, hay nói cách khác là phụ thuộc vào không gian và thời gian

1.2.3 Ảnh hưởng của lớp khí quyển

Khí quyển trái đất là lớp các chất khí bao quanh và được giữ lại bởi lực

hấp dẫn của trái đất, gồm có nitơ (78,084% thể tích), ôxy (20,946%), với một

lượng nhỏ agon (0,934%), điôxít cacbon (khoảng 0,035%), hơi nước và một

số chất khí khác [21]

Bầu khí quyển trái đất hấp thụ, tán xạ các thành phần của BXMT của mặt

trời và tạo ra sự thay đổi phổ BXMT, và thay đổi nhiệt độ trên bề mặt trái đất

Khi đi qua khí quyển, BXMT bị các chất khí trong khí quyển và các tạp

chất khuếch tán một phần và chuyển thành tán xạ Một phần BXMT được các

phân tử chất khí khí quyển và tạp chất hấp thụ và biến nó thành nhiệt đốt

nóng khí quyển Phần trực xạ không bị khuếch tán và hấp thụ trong khí quyển

đi thẳng tới mặt đất, một phần bị mặt đất phản hồi còn phần lớn bị mặt đất

hấp thụ và đốt nóng nó, một phần tán xạ cũng tới mặt đất, trong đó một phần

lại phản hồi và một phần đốt nóng mặt đất Một phần khác của tán xạ đi lên

phía trên và mất vào khoảng không gian giữa các hành tinh Do quá trình hấp thụ và khuếch tán bức xạ trong khí quyển, trực xạ tới mặt đất đã biến đổi so với khi tới giới hạn trên của khí quyển Cường độ của bức xạ giảm đi, thành phần phổ của nó cũng biến đổi, do những tia bức xạ có bước sóng khác nhau

bị khí quyển hấp thụ và khuếch tán khác nhau

Ngoài sự hấp thụ, trực xạ trên đường xuyên qua khí quyển còn giảm yếu

do bị khuếch tán và sự giảm yếu này lớn hơn sự giảm yếu do hấp thụ Quá trình khuếch tán là sự biến đổi từng phần trực xạ có một hướng lan truyền nhất định thành bức xạ lan theo mọi hướng (Hình 1.5)

1.2.4 Các thành phần BXMT trên mặt đất

Tổng BXMT tới một bề mặt đặt trên mặt đất bao gồm hai thành phần là trực xạ, và tán xạ Nhưng thành phần tán xạ lại khá phức tạp

Hướng của các tia tán xạ truyền tới bề mặt quan sát phụ thuộc thành phần các phân tử khí trong khí quyển, hay nói cách khác, chính là độ trong suốt của khí quyển, mà đại lượng này lại thay đổi khá nhiều tuy nhiên, chúng ta có thể coi tán xạ là tổng hợp của ba thành phần : Thành phần tán xạ đẳng hướng (phần tán xạ nhận được đồng đều từ toàn bộ vòm trời), thành phần tán xạ quanh tia (Phần tán xạ bị phát tán của BXMT xung quanh các tia trực xạ), và thành phần tán xạ chân trời (thành phần tán xạ tập trung gần đường chân trời) Góc khếch tán của thành phần tán xạ chân trời phụ thuộc vào hệ số phản

xạ của mặt đất Ví dụ như bề mặt tuyết xốp có độ phản xạ cao, lên đến 0,7 sẽ phản xạ mạnh BXMT trở lại bầu trời và lần lượt bị phát tán và trở thành thành phần tán xạ chân trời

Như vậy, CĐBX tới bề mặt nằm ngang IO sẽ là :

IO = Ib + Id (1.15)

Trong đó : Ib : CĐBX trực xạ tới mặt nằm ngang

Id : CĐBX tán xạ tới mặt nằm ngang

1.3 ƯỚC TÍNH CƯỜNG ĐỘ BỨC XẠ MẶT TRỜI

Để tính toán CĐBX tại bất kì thời điểm nào thì nguồn dữ liệu về CĐBX của các ngày trong tháng, trong năm là một yếu tố khá cần thiết Hoặc cần phải sử dụng các thiết bị đo chuyên dụng để đo

Ảnh hưởng của khí quyển trong việc tán xạ và hấp thụ BXMT thì rất khác nhau trong điều kiện khí quyển và khối khí AM thay đổi

Hottel (1976) đã đưa ra một phương pháp tính hệ số truyền qua của khí quyển trong điều kiện trời trong xanh dựa vào góc zenith và độ cao so với mặt

* k

* 1 1 1

* 0 0

Với A là độ cao của mặt quan sát (<2,5km)

Còn các hệ số r0, r1 và rk là các hệ số kinh nghiệm, có giá trị thay đổi tuỳ thuộc vào miền khí hậu

Như vậy, ta có

z b

OE

b I cos

I    (1.24)

1.4 ƯU NHƯỢC ĐIỂM NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

1.4.1 Các ưu việt của nguồn NLMT

Một trong những lợi thế lớn nhất của NLMT là nó là một nguồn năng lượng tái tạo, có thể khai thác lâu dài, trong hàng triệu năm tới Do đó, NLMT thực sự có thể được gọi như là một nguồn năng lượng vô tận

NLMT có thể được sản xuất tại bất kỳ phần nào của thế giới, ở bất cứ đâu, ở nơi tập trung dân cư, khu công nghiệp, hay hộ gia đình nhỏ lẻ, miễn là nơi đó có nhiều ánh sáng mặt trời

Một trong những lợi thế quan trọng nhất về môi trường của NLMT là nó

là một nguồn gây ô nhiễm phi năng lượng như không có khí thải carbon dioxide hoặc các khí khác trong sản xuất điện, vì vậy, ngành NLMT không gây nguy hiểm cho môi trường và do đó, nó là một nguồn năng lượng sạch

Về lợi ích kinh tế của NLMT, thì ngoài các chi phí cài đặt ban đầu, thì NNLMT sử dụng miễn ph (trong khi đó, giá than, khí thiên nhiên và dầu mỏ

và nhiên liệu hóa thạch khác có xu hướng tăng liên tục.)

NLMT có rất nhiều ứng dụng :có thể được sử dụng để nấu ăn, làm nóng nước, và cũng để vận hành các thiết bị điện khác nhau như ở nhà, văn phòng Cuối cùng, một trong những lợi ích lớn khác của NLMT là năng lượng tái tạo, sạch, an toàn và dễ dàng sử dụng tại nhà, văn phòng …

1.4.2 Các khó khăn trong khai thác, ứng dụng NLMT

Bên cạnh những lợi thế trên, thì việc ứng dụng nguồn NLMT cũng có một số nhược điểm, NLMT là không liên tục,và đồng đều, phụ thuộc vào không gian và thời gian khá nhiều, và còn phụ thuộc vào thời tiết, nhất là ban đêm thì chúng ta không thể dùng được

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ NHIỆT MẶT TRỜI

2.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Hiện nay, việc ứng dụng và khai thác NLMT phổ biến dưới hai hình thức, thứ nhất, NLMT được sử dụng dưới dạng quang năng, biến đổi trực tiếp thành điện năng nhờ các tế bào quang điện, còn được gọi là Pin mặt trời Thứ hai, NLMT được sử dụng dưới dạng nhiệt năng, các thiết bị thu hấp thu nhiệt BXMT và tích trữ nó dưới dạng nhiệt để dùng cho các mục đích khác nhau Việc ứng dụng NLMT dưới dạng nhiệt hiện nay chủ yếu gồm hai công nghệ Công nghệ thứ nhất sử dụng các bộ thu nhiệt bức xạ để dùng trực tiếp (hiệu ứng nhà kính) Công nghệ thứ hai là dùng gián tiếp (hiệu ứng hội tụ), nhiệt năng được thu, tập trung vào để nâng nhiệt lượng của một môi chất trung gian (dung dịch có độ sôi cao, nhiệt dung lớn), môi chất trung gian này có nhiệm vụ làm bay hơi nước ở nhiệt độ và áp suất cao, hơi nước sẽ làm chạy tua bin hơi nước và phát ra điện

2.2 CÔNG NGHỆ NHIỆT MẶT TRỜI ÁP DỤNG HIỆU ỨNG NHÀ KÍNH

Hình 2.1 Nguyên lý hiệu ứng nhà kính 1.Kính 2 lớp cách nhiệt 3 Tấm hấp thụ

Do tấm kính có hệ số truyền qua τλ giảm dần khi bước sóng λ tăng, còn bước sóng λm khi cường độ năng lượng đạt cực đại, là bước sóng mang nhiều năng lượng nhất thì lại giẳm dần theo định luật Wien :

λ = 2,9.10-3/T

BXMT phát ra từ nguồn

nhiệt mặt trời có nhiệt độ rất

cao TS = 5778K có năng lượng

tập trung quanh bước sòng λm0

nhiệt độ thấp, khoảng T < 400K, có năng lượng tập trung quanh bước sóng λm

= 8μm, hầu như không xuyên qua kính, vì τ(λm) ≈ 0, và bị phản xạ lại mặt hấp thụ Khi đó hiệu số năng lượng (vào - ra) > 0, nên năng lượng được tích luỹ dưới tấm kính, làm nhiệt độ trong hộp tăng lên

2.2.2 Công nghệ nhiệt mặt trời áp dụng hiệu ứng nhà kính

Hiện nay, việc sử dụng bộ thu NLMT kiểu nhà kính khá phổ biến bởi cấu tạo khá đơn giản và tiện lợi

2.2.2.1 Hệ thống sấy khô

Sấy là quá trình tách ẩm từ vật liệu, và thông thường là cần phải cung cấp nhiệt để làm bay hơi nước trong vật sấy, và dùng không khí thổi vào để mang hơi nước đi

Các thiết bị sấy dùng NLMT ở qui mô nhỏ thì thường là dạng sấy trực tiếp Thiết bị sấy sẽ có dạng như một chiếc tủ, một mặt của tủ làm bằng kính, các mặt còn lại thì được bọc cách nhiệt, bên trong tủ sẽ phủ lớp sơn đen NLMT được hấp thu theo nguyên lý hiệu ứng nhà kính, sẽ làm tăng nhiệt độ buồng sấy và các sản phẩm sấy, thông thường, ánh sáng sẽ chiếu trực tiếp đến sản vật sấy, hơi ẩm thoát ra được không khí lưu thông cuốn đi

Đối với các thiết bị sấy gián tiếp, BXMT không trực tiếp chiếu vào sản phẩm sấy mà thông qua tác nhân sấy là không khí được làm nóng bởi các bộ thu NLMT Quá trình lưu thông

và tuần hoàn của không khí nóng

có thể là đối lưu tự nhiên hoặc

dùng quạt đối lưu cưỡng bức

Đối với thiết bị sấy này, nhiệt độ

sấy có thể cao hơn nên thời gian

sấy ngắn hơn và chất lượng sản

phẩm tốt hơn

Các thiết bị sấy dùng

NLMT có ưu điểm: Kết cấu đơn

giản, dễ chế tạo, dễ sử dụng, giá

thành thấp Tuy nhiên cần phải

thường xuyên vệ sinh thiết bị sấy để tránh ẩm mốc

Collector làm nhiệm vụ hấp thụ BXMT, truyền nhiệt cho nước chứa bên trong nó, nhờ quá trình đối lưu tự nhiên, nước nóng chứa trong collector lại trao đổi nhiệt với nước lạnh trong bình chứa

Việc chế tạo Collector phải đảm bảo rằng collector có khả năng hấp thụ nhiệt tốt nhất, đồng thời cũng phải được bọc cách nhiệt tốt nhất

Hình 2 3 Cấu tạo của một collecctor 1.Lớp cách nhiệt; 2 Lớp đệm tấm phủ trong suốt; 3 Tấm phủ trong suôt; 4 Đường nước nóng ra; 5 Bề mặt hấp thụ nhiệt; 6 Lớp tôn bọc; 7

Đường nước lạnh vào; 8 Khung đỡ Collector

Lớp cách nhiệt : Do lượng nhiệt toả ra từ collector là rất lớn, nên yêu

cầu của lớp cách nhiệt cần phải giảm tối đa thất thoát nhiệt, đồng thời cũng phải chịư được nhiệt độ lên tới 1000C Thông thường, lớp cách nhiệt có chiều dày khoảng 5cm hoặc mỏng hơn tuỳ thuộc vào vật liệu (điều này được quyết định bởi giá thành và tính sẵn có trên thị trường), và điều kiện khí hậu

Tấm phủ trong suốt : Dùng để cách ly bề mặt hấp thụ với môi trường,

tạo ra hiệu ứng nhà kính, đồng thời bảo vệ bề mặt hấp thụ khỏi bị bám bẩn Tuy nhiên, vì dùng tấm phủ nên sẽ làm giảm cường độ bức xạ, và tăng giá thành sản phẩm, vì vậy cần dùng vật liệu có khả năng cho ánh sáng xuyên qua cao, mà vẫn đảm bảo về độ bền và giá thành phù hợp

Bề mặt hấp thụ : đây là thành phần trung gian nhận nhiệt và truyền

nhiệt giữa năng lượng BXMT và nước cần đun nóng Bề mặt hấp thụ thường được phủ lên bề mặt một lớp sơn đen, có tỉ lệ hấp thụ đạt đến 90% năng lượng BXMT Thông thường, người ta sử dụng một lớp mỏng ôxit niken và đồng hoặc sunfit niken và kẽm màu đen [19]

Hình 2.4 Sơ đồ cấu tạo của bình nước nóng dạng ống chân không

Hình 2.5 Thiết bị đun nước nóng ARISTON dạng dãy ống (trái)

và dạng tấm (phải) đang ban trên thị trường

Khung đỡ collector : Khung đỡ dùng để bảo vệ collector khỏi tác động

của môi trường Khung đỡ thường được làm bằng kim loại (thép), để đảm bảo được độ bền cho thiết bị

Nguyên lý hoạt động của bình nước nóng NLMT : BXMTchiếu tới bề

mặt collector, được hấp thu chuyển thành nhiệt năng, nhờ quá trình dẫn nhiệt giữa collector và nước chứa trong collector, cùng với quá trình đối lưu tự nhiên, nên nước chứa trong collector và bình nước nóng sẽ nóng dần lên Giá thành của một thiết bị nước nóng rất khác nhau, phụ thuộc chất lượng của tấm hấp thụ, dung lượng bình chứa, và kết cấu vật liệu Đối với sản phẩm

có ống hấp thụ chân không sản xuất trong nước có giá mỗi bộ thiết bị khoảng

từ 6,5 triệu trở lên, còn đối với các thiết bị nhập ở nước ngoài thì từ 11 triệu đồng trở lên

Ưu điểm của thiết bị bình nước nóng NLMT : Do sử dụng NLMT nên không tốn chi phí trong quá trình sử dụng, đồng thời khá an toàn, và tiện lợi Tuy nhiên, bình nước nóng NLMT cũng có nhược điểm :

 Yêu cầu nguồn nước phải sạch để tránh đóng cặn bẩn, gây ôxi hoá làm hỏng thiết bị, và độ nóng của nước thì phụ thuộc thời tiết, dung lượng nước nóng cố định với mỗi ngày

 Do thiết bị thường đặt trên mái nhà, nên cần một đường bảo ôn để dẫn nước, gây tốn kém, và khó khăn trong việc lắp đặt, đồng thời, với giá thành hiện nay thì đắt hơn so với các sản phẩm dùng điện hoặc ga (cho quá trình cài đặt ban đầu)

2.2.2.3 Hệ thống chưng cất nước

Nước ngọt là nhu cầu cơ bản cho sự sống con người, tuy nhiên, hiện nay nguồn nước ngọt ngày càng khan hiếm, nhất là những nơi nắng nóng Bởi vậy, NLMT đã được sử dụng một cách triệt để để dùng chưng cất nước

Nguyên lý hoạt động của thiết bị khá đơn giản : Nước cần chưng cất được đưa vào khay ở dưới và được đun nóng, do phần đáy của khay được sơn đen để tăng khả năng hấp thụ BXMT, nước có thể xem như trong suốt trong viêc truyền ánh sáng từ mặt trời Bề mặt hấp thụ nhận nhiệt BXMT và truyền nhiệt cho nước Khi nhiệt độ phù hợp, nước bốc hơi lên chạm vào mặt dưới của tấm kính phủ, được làm mát nên ngưng tụ, rồi chảy xuống máng chứa ở góc dưới (hình 2.6)

Lượng nước chưng cất được trong ngày trên một đơn vị diện tích phụ thuộc vào các yếu tố như : cấu tạo của thiết bị, CĐBX tổng xạ trong ngày cũng như hướng của tia nắng chiếu tới mặt đáy, tốc độ gió, nhiệt độ nước cấp vào, nhiệt độ môi trường

Theo Robert Foster, đại học New Mexico State University thì thiết bị chưng cất nước bằng NLMT có thể loại bỏ được hầu hết các loại : muối khoáng (v.d., Na, Ca, As, Fl, Fe, Mn), kim loại nặng (Pb, Cd, Hg), vi khuẩn (E Coli, Cholera, Botulinus), ký sinh trùng (Giardia, Cryptosporidium) Chính quá trình bay hơi đã bỏ lại thành phần chất rắn, còn tia cực tím có trong phổ bức xạ mặt trời là tác nhân tiêu diệt vi sinh vật có trong nước nhiểm bẩn,

và cả vi khuẩn Ecoli, thường gặp trong nước bẩn

Thiết bị chưng cất nước dùng NLMT có ưu điểm : Dễ chế tạo và dễ sử dụng, và phù hợp với những nơi thiếu nước ngọt

Tuy nhiên hệ vẫn có nhược điểm : Hiệu suất thấp, và không thể lọc nước khi trời hết nắng

Hiện nay việc dùng các biện pháp : lắp thêm gương phản xạ để tập trung năng lượng vào hộp thu; hay đưa vật liệu biến đổi pha ở nhiệt độ thấp như parafin (nến) vào đáy để tích nhiệt, sau khi mặt trời lặn nhiệt ẩn hóa lỏng được giải phóng và truyền cho nước có thể tăng thời gian chưng cất

Hình 2 6 Sơ đồ nguyên lý của thiết bị chưng cất nước

Hình 2.7 Hệ thống chưng cất nước ngọt từ nước biển lắp tại Bình Đại,

2.2.2.4 Bếp mặt trời ứng dụng hiệu ứng nhà kính

Cấu tạo của bếp khá đơn giản, gồm một hộp có một tấm gương phản xạ, một tấm kính phủ và một hộp kim loại được bọc cách nhiệt, bên trong hộp được sơn đen Nhiệt mặt trời được hấp thụ bởi nồi nấu và bề mặt trong của bếp Tấm gương phản xạ được dùng để làm tăng cường độ ánh sáng tới bề mặt hấp thụ

Hiện nay, các bếp mặt trời được dùng rất nhiều và phổ biến Tại Việt Nam, tổ chức Vietnam Solar Serve đã giới thiệu và cung cấp những bếp mặt trời cho người dân sử dụng từ năm 2000 Theo thông báo của tổ chức này thì hiện nay có đến hơn 1500 hộ gia đình đã được cung cấp bếp, trong đó có khoảng 79% số bếp đó được sử dụng thường xuyên

Giá thành của một chiếc bếp từ 850.000 ÷ 1.000.000 đồng đối với loại bếp có thể nấu được hai nồi, và tuổi thọ bếp lên tới 15 năm

Việc sử dụng bếp mặt trời có khá nhiều ưu điểm như :

 An toàn, dễ sử dụng, không thể cháy khét, không ô nhiễm môi trường

 Có thể làm bằng vật liệu rẻ tiền, tiết kiệm

Hình 2.8 Sơ đồ bếp mặt trời

Bảng 2.1 Bảng thể hiện một số thông số về nhiệt độ của bếp

trong quá trình sử dụng [20]

Ngày Thông số kỹ thuật Kết quả đo Ghi chú

5/6/2008 Nhiệt độ không khí trong bếp 670C

Nhiệt độ của sản phẩm nấu 1020C Kho cá Nhiệt độ của sản phẩm nấu 970C Nấu cơm Nhiệt độ của sản phẩm nấu 950C Nước sôi Nhiệt độ của sản phẩm nấu 1010C Hầm gà

Tuy nhiên bếp mặt trời vẫn còn những hạn chế :

 Nồi phải bằng kim loại và cần sơn đen

 Vì độ sôi của nước là 100 °C, nên cần lưu ý với các thức ăn có hơi ẩm, không nên để lâu quá

 Không nên được mở trong khi đun nấu, vì hơi nóng sẽ thoát ra ngoài

 Thường xuyên phải chỉnh vị trí của bếp để bề mặt hấp thụ có thể tiếp xúc tối đa với ánh sáng mặt trời

 Nếu để ngoài trời khi có mưa phải bưng gấp vào nhà

2.3 CÔNG NGHỆ NHIỆT TẬP TRUNG NLMT

2.3.1 Hiệu ứng hội tụ

2.3.1.1 Hiệu ứng phản xạ và hội tụ ánh sáng

Như chúng ta đã biết, khi ánh sáng chiếu đến bề mặt một vật, nó sẽ có thể bị phản xạ theo định luật phản xạ ánh sáng Và tuỳ theo tính chất bề mặt

mà ánh sáng phản xạ là có định hướng hoặc khuếch tán

Đối với một số bề mặt đặc biệt, như gương cầu lồi hoặc lõm, khi chùm ánh sáng tới song song nhau thì chùm tia phản xạ sẽ giao cắt nhau tại tiêu

điểm của gương Đối với gương cầu lõm ánh sáng phản xạ sẽ hội tụ ở trước gương, cùng phía với chùm tia sáng tới, nhờ có các hiệu ứng này mà các gương phản xạ dùng trong công nghệ nhiệt mặt trời được dùng rất phổ biến

Hình 2 9 Nguyên lý phản xạ ánh sáng

a.Góc tới bằng góc phản xạ; b Phản xạ trên gương cầu lõm

c.Phản xạ không định hướng; d Phản xạ có định hướng

2.3.1.2 Gương phản xạ

Gương phản xạ là các bề mặt nhẵn bóng, coi là vật đục τ= 0 (τ là hệ số truyền qua), có hệ số hấp thụ α bé, và hệ số phản xạ ρ = (1 –α) lớn Gương phản xạ có thể có dạng phẳng, côn, nón, parabon trụ hoặc parabon tròn xoay Gương phản xạ thường được chế tạo từ kính hoặc bằng mặt kim loại đánh bóng như inôc, nhôm… có tráng bạc

Đặc trưng của một gương phản xạ bao gồm :

 Các thông số hình học và kết cấu (chiều dài, chiều rộng, đường kính, diện tích hứng nắng …)

 Độ phản xạ ρ

 Độ tập trung năng lượng bức xạ C (hay còn gọi là tỉ số hội tụ)

Hiện nay, phổ biến 3 loại gương phản xạ dùng trong công nghệ nhiệt điện mặt trời là gương phẳng (dùng trong các nhà máy nhiệt điện mặt trời kiểu tháp và phản xạ Fresnel tuyến tính tập trung), gương parabôn trụ (nhà máy công nghệ máng parabôn) và gương parabôn tròn xoay (công nghệ đĩa parabôn)

2.3.2 Công nghệ nhiệt điện tập trung NLMT

Công nghệ nhiệt điện tập trung NLMT : sử dụng các tấm gương phản xạ tập trung BXMT vào một thiết bị nhận, hấp thụ nhiệt, trong có chứa một loại chất lỏng, dùng để lưu dẫn nhiệt tới bộ phận chuyển đổi, để làm bay hơi nước

ở nhiệt độ và áp suất cao Hơi nước này sẽ làm quay tuabin hơi nước và phát

ra điện

Hiện nay công nghệ nhiệt điện mặt trời tập trung (CNMT) ngày càng phát triển mạnh mẽ với số lượng các nhà máy tăng lên đáng kể, với vốn đầu

tư ngày càng tăng

Các nhà máy nhiệt điện mặt trời được xây dựng một cách đặc thù với quy mô rộng lớn hơn các nhà máy kiểu khác, nên dĩ nhiên chi phí thấp hơn nhiều So với các nguồn năng lượng tái sinh khác, công nghệ này phù hợp với việc sử dụng điện trên diện rộng Hơn nữa, hệ thống nhà máy này sẽ hoạt động tốt nhất trong điều kiện trời nắng và nhu cầu tiêu dùng lớn Thêm nữa,

do nhiệt năng có thể dự trữ được, nên điện năng cung cấp cho tiêu dùng của nhà máy nhiệt mặt trời không biến đổi thất thường như hệ thống quang điện Ngoài ra, với việc sử dụng tua bin để sản xuất điện từ nhiệt, thì hầu hết các nhà máy nhiệt mặt trời có thể dễ dàng vận hành với chi phí thấp bằng khí tự nhiên và đảm bảo an toàn hơn nhà máy chạy bằng năng lượng hoá thạch Ngoài những lợi ích kinh tế trên, lý do khác thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp năng lượng nhiệt mặt trời là mục tiêu giảm khí thải gây ô nhiễm, đòi hỏi chính phủ các nước tăng nguồn năng lượng có thể tái tạo

Hình 2 10 Sơ đồ khối tổng quan của công nghệ nhiệt điện mặt trời

2.3.2.1 Công nghệ nhiệt điện mặt trời tháp năng lượng

Nguyên lý : Các gương phẳng được gắn thiết bị định vị theo mặt trời sẽ tập trung ánh sáng lên tới 500 lần, tại đình của toà tháp tua bin (khoảng 100m) hướng tới thiết bị nhận, có chứa chất lỏng làm việc, hiện nay muối nóng chảy đang được dùng rộng rãi

Nước được bơm áp lực từ áp suất 0,02 bar tới 100 bar để chuẩn bị cho lò hơi Dòng chất lỏng làm việc sẽ làm sôi, bay hơi tạo ra hơi khô ở 5500C của dòng nước áp lực, làm quay các tua bin hơi nước và phát ra điện Vì cung cấp nhiệt cho tua bin, nên nước sẽ mất nhiệt và được dẫn trở lại bình ngưng

Năng lượng nhiệt được lưu trữ trong các thùng chứa muối nóng chảy để

sử dụng cho tua bin khi trời không nắng, có thể lên tới 4h hoặc cao hơn

Ưu điểm của công nghệ tháp năng lượng :

- Nhiệt độ sôi cao, diện tích nhận nhiệt nhỏ, giá thành rẻ, và hiệu năng cao của tua bin nên khả năng mở rộng nhà mày là rất lớn

- Do có thể lưu trữ nhiệt, nên có thể sản suất điện ngay cả khi không có nắng, và nếu các chi phí được nghiên cứu và giảm hơn nữa thì có thể sản suất điện cả ngày

Hình 2 10 Nhà máy nhiệt điện mặt trời PS10 [10]

Hình 2 12 Tháp tập trung ánh sáng của nhà máy điện [10]