Nhập môn năng lượng tái tạo báo cáo đề tài nhiệt mặt trời và các ứng dụng

Tổng quan về năng lượng tái tạo Năng lượng tái tạo là năng lượng từ các nguồn tài nguyên được bổ sung tự nhiên theo thời gian của con người, hoặc có thể hiểu là nguồn năng lượng có thể

Tổng quan về năng lượng tái tạo

Năng lượng tái tạo là năng lượng từ các nguồn tài nguyên được bổ sung tự nhiên theo thời gian của con người, hoặc có thể hiểu là nguồn năng lượng có thể tự tái tạo trong thời gian ngắn và liên tục.

Năng lượng tái tạo bao gồm:

 Năng lượng từ các nhiên liệu hoá thạch như than đá, than bùn, dầu hoả, khí thiên nhiên, …

 Năng lượng do con người tạo ra như nhiệt điện, thuỷ điện, điện gió,…

 Năng lượng hạt nhân như năng lượng từ các chất phóng xạ uranium,…

 Năng lượng sạch như nước, gió, hydrogen, nhiệt – điện mặt trời,…

Lợi ích của năng lượng tái tạo:

 Nâng cao độ tin cậy, an ninh và khả năng phục hồi của lưới điện quốc gia

 Tạo việc làm trong các ngành năng lượng tái tạo

 Tăng cường sự độc lập về năng lượng

 Tăng khả năng chi trả vì nhiều loại năng lượng tái tạo có chi phí cạnh tranh với các nguồn năng lượng truyền thống

 Mở rộng khả năng tiếp cận năng lượng sạch cho các cộng đồng không có lưới điện hoặc các cộng đồng ở vùng sâu vùng xa, ven biển hoặc hải đảo.

 Năng lượng tái tạo tạo ra lượng khí thải thấp hơn nhiều so với việc đốt nhiên liệu hóa thạch Việc chuyển đổi từ nhiên liệu hóa thạch sang năng lượng tái tạo là chìa khóa để giải quyết cuộc khủng hoảng khí hậu.

1.2.Năng lượng nhiệt mặt trời là gì ?

Năng lượng nhiệt mặt trời là năng lượng có được nhờ việc chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành nhiệt năng.

Công nghệ khai thác năng lượng mặt trời tạo ra nhiệt năng sử dụng trong nông nghiệp, công nghiệp, dân dụng và thương mại.

Thu và trao đổi nhiệt:

 Nhiệt trong hệ thống nhiệt mặt trời được định hướng bởi năm nguyên tắc cơ bản: tăng nhiệt; truyền nhiệt; lưu trữ nhiệt; và cách nhiệt Ở đây, nhiệt là thước đo của lượng nhiệt năng mà một vật chứa và được xác định bởi nhiệt độ, khối lượng và nhiệt dung riêng của vật đó.

 Tăng nhiệt là nhiệt tích lũy từ mặt trời trong hệ thống Nhiệt lượng mặt trời được giữ lại bằng hiệu ứng nhà kính; hiệu ứng nhà kính trong trường hợp này là khả năng của một bề mặt phản xạ truyền bức xạ sóng ngắn và phản xạ bức xạ sóng dài. Bức xạ nhiệt và hồng ngoại (IR) được tạo ra khi ánh sáng bức xạ sóng ngắn chiếu vào tấm hấp thụ, sau đó tấm này bị giữ lại bên trong bộ thu Chất lỏng, thường là nước, trong các ống hấp thụ sẽ thu nhiệt bị giữ lại và chuyển nó vào hầm chứa nhiệt.

 Nhiệt được truyền bằng dẫn nhiệt hoặc đối lưu Khi nước được làm nóng, động năng được truyền bằng cách dẫn đến các phân tử nước trong môi trường Những phân tử này lan truyền năng lượng nhiệt của chúng bằng cách dẫn nhiệt và chiếm nhiều không gian hơn các phân tử lạnh chuyển động chậm phía trên chúng Sự phân phối năng lượng từ nước nóng dâng lên đến nước lạnh chìm xuống góp phần vào quá trình đối lưu Nhiệt được truyền từ các tấm hấp thụ của bộ thu vào chất lỏng bằng cách dẫn nhiệt Chất lỏng thu được lưu thông qua các ống dẫn tới hầm truyền nhiệt Bên trong vòm, nhiệt được truyền khắp môi trường thông qua sự đối lưu.

1.3 Thuận lợi và khó khăn của công nghệ nhiệt mặt trời:

 Là năng lượng vô hạn và có khả năng tự tái tạo rất nhanh trong thời gian ngắn. Theo tính toán của NASA, mặt trời còn có thể cung cấp năng lượng cho chúng ta trong khoảng 6,5 tỉ năm nữa.

 Giảm thiểu ô nhiễm môi trường: hạn chế thải ra các chất có hại cho môi trường, làm giảm bức xạ UV, giảm hiệu ứng nhà kính, không gây ô nhẽm nguồn nước, không gây ô nhiễm tiếng ồn, …

 Hiệu quả cao và chi phí thấp: người tiêu dùng chỉ cần bỏ ra một số tiền lúc đầu cho việc lắp đặt và chi phí bảo trì hàng năm cho sản phẩm thì đòi hỏi một chi phí rất thấp.

 Công nghệ lắp đặt đơn giản và dễ sử dụng, không chiếm nhiều diện tích như các dự án điện mặt trời.

 Do Việt Nam là một quốc gia hùng mạnh trong sản xuất nông nghiệp nên những sản phẩm ứng dụng hiện nay mang lại lợi ích lớn cho người nông dân nói riêng và nền nông nghiệp Việt Nam nói chung.

 Tính bền vững thấp: không phải nguồn cung cấp ổn định và liên tục do phụ thuộc vào thời tiết vì năng lượng mặt trời chỉ có thể được sản xuất khi mặt trời phát ra ánh sáng và nhiệt độ cao Trong những ngày mây mù, mưa liên tục hoặc trong những vùng có khí hậu không thuận lợi, lượng năng lượng mặt trời thu được có thể giảm đáng kể.

 Khó có thể ứng dụng rộng rãi ở bất cứ đâu đặc biệt là tại các điểm mù tại nhiều quốc gia khác nhau VD: ở những vùng thung lũng vì do nằm giữa những ngon núi cao nên khó đón nắng và mưa quanh năm.

 Khó kêu gọi đầu tư: trường hợp ông Nguyễn Văn Khoẻ đã đến chương trình kêu gọi vốn đầu tư – SHARK TANK VIỆT NAM “PHI VỤ BẠC TỶ”, ông bị4/5 SHARK lắc đầu từ chối đầu tư vì lý do họ chưa thấy được tiềm năng và tính bền vững.

CHƯƠNG 2 CÁC ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ NHIỆT MẶT TRỜI 2.1 Ứng dụng

Khái niệm: Là một thiết bị giữ các tia nắng và dùng năng lượng này để đun nấu các loại thực phẩm hoặc đun sôi nước

Cấu tạo: Thiết bị có các gương có các gương hay thấu kính Fresnel để hội tu ánh sáng vào điểm cần nung nấu Các bếp này có thể hoạt động công suất vài trăm Watt và nh độ lên tới 200 độ C

Nguyên lý hoạt động của bếp năng lượng mặt trời rất đơn giản Đó là việc hội tụ ánh nắng về một điểm hay một vùng nhỏ Sau đó ánh sáng được chuyển thành sức nóng, dùng chất liệu dẫn nhiệt tốt làm bếp mau nóng hơn Sức nóng đấy được giữ lại để nấu chín thức ăn.

Thuận lợi và khó khăn của công nghệ nhiệt mặt trời

 Là năng lượng vô hạn và có khả năng tự tái tạo rất nhanh trong thời gian ngắn. Theo tính toán của NASA, mặt trời còn có thể cung cấp năng lượng cho chúng ta trong khoảng 6,5 tỉ năm nữa.

 Giảm thiểu ô nhiễm môi trường: hạn chế thải ra các chất có hại cho môi trường, làm giảm bức xạ UV, giảm hiệu ứng nhà kính, không gây ô nhẽm nguồn nước, không gây ô nhiễm tiếng ồn, …

 Hiệu quả cao và chi phí thấp: người tiêu dùng chỉ cần bỏ ra một số tiền lúc đầu cho việc lắp đặt và chi phí bảo trì hàng năm cho sản phẩm thì đòi hỏi một chi phí rất thấp.

 Công nghệ lắp đặt đơn giản và dễ sử dụng, không chiếm nhiều diện tích như các dự án điện mặt trời.

 Do Việt Nam là một quốc gia hùng mạnh trong sản xuất nông nghiệp nên những sản phẩm ứng dụng hiện nay mang lại lợi ích lớn cho người nông dân nói riêng và nền nông nghiệp Việt Nam nói chung.

 Tính bền vững thấp: không phải nguồn cung cấp ổn định và liên tục do phụ thuộc vào thời tiết vì năng lượng mặt trời chỉ có thể được sản xuất khi mặt trời phát ra ánh sáng và nhiệt độ cao Trong những ngày mây mù, mưa liên tục hoặc trong những vùng có khí hậu không thuận lợi, lượng năng lượng mặt trời thu được có thể giảm đáng kể.

 Khó có thể ứng dụng rộng rãi ở bất cứ đâu đặc biệt là tại các điểm mù tại nhiều quốc gia khác nhau VD: ở những vùng thung lũng vì do nằm giữa những ngon núi cao nên khó đón nắng và mưa quanh năm.

 Khó kêu gọi đầu tư: trường hợp ông Nguyễn Văn Khoẻ đã đến chương trình kêu gọi vốn đầu tư – SHARK TANK VIỆT NAM “PHI VỤ BẠC TỶ”, ông bị4/5 SHARK lắc đầu từ chối đầu tư vì lý do họ chưa thấy được tiềm năng và tính bền vững.

CÁC ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ NHIỆT MẶT TRỜI 2.1 Ứng dụng

So sánh với các ứng dụng của các nguồn năng lượng khác

 Bếp năng lượng mặt trời với các loại bếp khác: Ưu điểm của bếp năng lượng mặt trời parabol:

 Bếp nóng rất nhanh lại có thể đạt nhiệt độ cao nên nấu thức ăn hay đun nước đều nhanh, có thể nấu các món chiên, xào…

 Có thể dùng được quanh năm kể cả những nước có ít nắng, chỉ cần không mưa.

 Nhờ chất liệu của bếp nên bếp có thể chịu được mưa.

 Bếp chỉ nặng khoảng 9 kg.

Nhược điểm của bếp năng lượng mặt trời Parabol:

 Chi phí sản xuất cao, có thể lên đến mấy triệu một cái bếp.

 Vật liệu sản xuất bếp rất đặc biệt và đòi hỏi độ chính xác cao nên khó tự chế tạo bếp.

 Vì nhiệt nhiệt độ của bếp cao nên thức ăn dễ cháy và còn có thể gây bỏng.

 Bếp gây chói mắt nên khi nấu ăn phải có kính bảo vệ mắt.

 Người sử dụng bếp phải đứng ngoài nắng để nấu ăn, vì bếp không đậy kín để giữ nhiệt.

 Cứ khoảng 15 phút là phải chỉnh hướng một lần. Ưu điểm của bếp năng lượng hình hộp:

 Ưu điểm lớn nhất của bếp hình hộp là có thể làm bằng chất liệu rẻ tiền hoặc có thể tự kiểm Như vỏ ngoài thì có thể dùng bìa các tông sơn đen những mặt bên trong (loại sơn không gây độc khi ở nhiệt độ cao), chất cách nhiệt thì dùng giấy báo vò vụn, giẻ rách, cỏ khô, vỏ trấu…, bên trên giữ nhiệt thì chỉ cần tấm kính hay nylon.

 Vì nhiệt độ bêp không quá cao nên không làm thức ăn bị cháy.

 Trong quá trình nấu ăn không nên mở bếp ra vì có thế làm mất nhiệt, nên người nấu có thể ở trong bóng mát.

Nhược điểm của bếp năng lượng mặt trời hình hộp:

 Vì nhiệt độ thấp nên thời gian nấu thức ăn rất lâu.

 Không thể nẩu các món xào, chiên… với bếp này do không đượ mở bếp trong khi nấu.

 Nắp là nơi giữ nhiệt nên cũng rất nóng, khi cầm vào nên cẩn thận, dễ gây bỏng.

 Không dùng được ở những vùng ít nắng, và không chịu được mưa do chất liệu.

 Cứ khoảng nửa giờ cũng phải điều chỉnh bếp một lần.

 Dễ dàng tùy chỉnh nhiệt độ lửa, cung cấp nhiệt tức thời và có thể tắt nhiệt ngay lập tức giúp nấu nướng nhanh chóng.

 Không kén nồi sử dụng, có thể sử dụng những chất liệu nồi khác nhau.

 Có thể điều chỉnh ngọn lửa chính xác, trực quan theo ý muốn của người dùng.

 Giá cả bình dân, phù hợp với nhiều đối tượng sử dụng.

 Đối với bếp ga mini, bạn có thể dễ dàng vận chuyển hoặc đem bếp ga đi bất cứ đâu (dã ngoại, tiệc ngoài trời).

 Bếp ga thường khá cồng kềnh, khó vệ sinh, vì các bếp có kiềng và vòng lửa liền khối.

 Gây lãng phí nhiệt lượng dùng vì phải đốt nóng không khí đến 60%.

 Bếp gas tạo ra khí CO trong quá trình nấu nướng, vậy nên bếp được người dùng đánh giá không thân thiện với môi trường.

 Trong khi sử dụng để nấu nướng thì bếp sẽ làm ám mùi trong phòng bếp, các đồ vật xung quanh.

 Dễ gây ra cháy nổ, hỏa hoạn… sự cố đáng tiếc trong quá trình sử dụng.

 Bất tiện khi cần sử dụng bình ga và tốn chi phí hơn nếu giá ga tăng cao.

BẾP TỪ Ưu điểm bếp Từ:

 Cơ chế hoạt động của bếp từ là truyền nhiệt trực tiếp tới đáy nồi nên hiệu suất đun nấu của bếp đạt đến 90% Nhờ vậy mà thời gian đun nấu và điện năng tiêu thụ sẽ được tiết kiệm ở mức tối đa cho người dùng.

 Ngoài ra, bạn có thể điều chỉnh nhiệt độ bếp dễ dàng, nhanh chóng nhờ vào bảng điều khiển thông minh.

 Bề mặt bếp thường bằng kính chịu lực nên dễ dàng lau chùi và vệ sinh.

 Bếp được tích hợp nhiều chức năng nấu đa dạng, dễ dàng đáp ứng nhu cầu sử dụng của người dùng.

 Trong quá trình nấu không phát sinh nhiệt lượng lớn, không gây nóng, cảm giác khó chịu cho người nấu.

 Chức năng tự động ngắt trong quá trình nấu giúp đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người sử dụng.

 Bếp từ thường khá kén dụng cụ nấu, bất tiện (thích hợp dùng cho những loại nồi, chảo có đáy nhiễm từ).

 Không nấu nướng được khi cúp điện.

 Phải chi ra một khoản chi phí khá lớn từ ban đầu.

 Mất thời gian khá lâu để bếp được làm mát, tản nhiệt.

MÁY NƯỚC NÓNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ CÁC LOẠI MÁY NƯỚC NÓNG KHÁC

Máy tắm nước nóng trực tiếp

Máy tắm nước gián tiếp

Máy nước nóng năng lượng mặt trời ống dầu

Máy nước nóng năng lượng mặt trời ống chân không.

Chi phí lắp đặt ban đầu

Lắp đặt khá dễ dàng và chi phí lắp đặt thấp.

Lắp đặt khó hơn so với máy nước nóng trực tiếp nhưng dễ hơn so với máy năng lượng mặt trời.

Bình nước nóng năng lượng mặt trời khó lắp đặt và tốn kém chi phí hơn.

Bình nước nóng năng lượng mặt trời khó lắp đặt và tốn kém chi phí hơn.

Có giá thành từ 2 - 6 triệu.

Có giá thành từ 2.5 - 4.5 triệu

Giá thành cao hơn máy nước nóng năng lượng mặt trời ống chân không.

Giá thành cao hơn máy nước nóng điện dao động từ 4 triệu đến trên 10 triệu đồng tùy loại.

Dung tích đa dạng: 15 lít ,

Dung tích bình lớn (thường nhỏ nhất là 140 lít) nên có thể sử dụng một bình cho nhiều phòng

Có bình chứa nước dung tích từ 140 đến trên

117 tắm cùng một lúc, đáp ứng nhu cầu sử dụng lớn. Độ an toàn Được trang bị thêm các bộ cảm biến an toàn như: cầu giao chống giật

ELCB, cảm biến lưu lượng nước, cảm biến nhiệt độ Được trang bị các chức năng bảo vệ sự an toàn cho bạn như: bộ ổn định nhiệt TBST, hệ thống tự động ngắt khi quá nhiệt, hệ thống chống rò rỉ điện Độ an toàn cực kỳ cao do sử dụng năng lượng tự nhiên là ánh nắng mặt trời và còn thân thiện với môi trường.

Không sử dụng điện, an toàn khi sử dụng, không bị chập điện, cháy nổ và vô cùng thân thiện với môi trường.

Công suất làm nóng từ

4000W làm nóng nhanh, tiết kiệm điện tiêu thụ và thời gian

15 - 30 lít và công suất làm nóng lên đến

2500 W nên không phải làm nóng nhiều lần, tiết kiệm điện.

Không tốn chi phí tiền điện.

Không tốn chi phí tiền điện. Độ bền, bảo trì

Chi phí bảo trì khá cao.

Chi phí bảo trì cao hơn máy nước nóng

Bền bỉ, ít hư hỏng vặt.

Bền bỉ, ít hư hỏng vặt.

Dùng được khi trời không có nắng, ngày mưa bão, mùa đông kéo dài.

Không dùng được khi mất điện.

Dùng được khi trời không có nắng, ngày mưa bão, mùa đông kéo dài.

Không dùng được khi mất điện.

Dùng được khi mất điện, thích hợp với những nơi điện chập chờn, điện yếu, thường xuyên mất điện.

Không hoạt động khi trời không có nắng.

Dùng được khi mất điện, thích hợp với những nơi điện chập chờn, điện yếu, thường xuyên mất điện.

Không hoạt động khi trời không có nắng.

1 nhà cần mua bao nhiêu máy nước nóng

1 máy chỉ sử dụng được 1 phòng trong nhà.

Chỉ cần 1 máy sử dụng được ở nhiều khu vực trong một lúc như bồn tắm, bồn rửa mặt

Cung cấp nước nóng cho toàn bộ nhà ở.

Cung cấp nước nóng cho toàn bộ nhà ở.

Chỉ phù hợp gia đình ít người.

Phù hợp với các gia đình có từ 3 đến 5 Đáp ứng tốt nhu cầu sử dụng của các Đáp ứng tốt nhu cầu sử dụng của các

119 thành viên gia đình đông thành viên. gia đình đông thành viên.

Những nơi có khí hậu lạnh quá lạnh vào mùa đông như miền

Phù hợp với mọi điều kiện thời tiết, khu vực địa lý.

Thích hợp nhất ở vùng khí hậu khô ít mưa.

Thích hợp nhất ở vùng khí hậu khô ít mưa.

Vậy nên mua máy tắm nước nóng bằng năng lượng mặt trời hay năng lượng điện?

 Các khu vực nắng nhiều như miền Nam, Nam Trung Bộ, các vùng ven biển có thể sử dụng tốt máy nước nóng năng lượng mặt trời, máy nước nóng trực tiếp.

 Trong trường hợp bạn ở trong các căn hộ chung cư, không có không gian để lắp đặt máy nước nóng năng lượng mặt trời cũng như bồn chứa nước hoặc những khu vực khuất nắng, máy nước nóng sử dụng điện sẽ là một lựa chọn lí tưởng

 Đối với những vùng ít nắng và có mùa đông (vùng núi cao, các tỉnh miền Bắc có mùa đông) thì nên sử dụng máy nước nóng gián tiếp, bởi vào mùa đông, thời tiết lạnh, mưa nhiều lại ít nắng sẽ không thể làm nóng được nước, trong khi nhu cầu sử dụng lại nhiều.

 Tuy nhiên vào mùa đông thì nên sử dụng máy nước nóng gián tiếp, còn máy nước nóng trực tiếp thì không thể sử dụng ở những vùng quá lạnh dưới 20 độ C.

Tiềm năng của công nghệ nhiệt mặt trời ở Việt Nam và Thế Giới

Với tổng lượng bức xạ trung bình năm ớ mức cao, Việt Nam được đánh giá là nơi có tiềm năng đặc biệt để phát triển điện mặt trời. Trong xu thế thế giới đang chuyển dịch cơ cấu ngành năng lượng theo hướng sạch và bền vững, cần đẩy mạnh hơn nữa các hoạt động nghiên cứu, ứng dụng công nghệ phục vụ sản xuất điện mặt trời tại Việt Nam.

Vùng Giờ: nắng trong năm

Cường độ BXMT (kWh/m2, ngày) Ứng dụng Đông Bắc 1600 –

 -Tiềm năng tự nhiên: Việt Nam nằm trong khu vực cận xích đạo, với tổng số giờ nắng cao lên đến 2.500 giờ/năm và tổng lượng bức xạ trung bình vào khoảng 230-250 kcal/cm²/ngày.

121 Điều này tạo điều kiện thuận lợi để sử dụng năng lượng mặt trời.

 -Giá điện mặt trời giảm: Theo dự báo, giá điện mặt trời sẽ tiếp tục giảm sâu đến khoảng 5,8 cent/kWh và 5,4 cent/kWh vào năm 2030 và 2035 Công nghệ chế tạo pin mặt trời ngày càng hoàn thiện, hiệu suất cao hơn, và các chính sách hỗ trợ đúng đắn đã giúp giảm giá điện mặt trời.

 -Tiềm năng khai thác: Việt Nam có tiềm năng khai thác năng lượng mặt trời ước tính khoảng 13.000 MW Vùng có bức xạ mặt trời ổn định bao gồm Cao nguyên Miền Trung, duyên hải Miền Trung và Miền Nam, cũng như Đồng bằng sông Cửu Long.

 -Hiệu quả kinh tế: Sử dụng năng lượng mặt trời tại Việt Nam sẽ đem lại hiệu quả kinh tế lớn, đáp ứng nhu cầu điện tăng cao và phù hợp với chiến lược phát triển năng lượng tái tạo.

Tóm lại, công nghệ nhiệt mặt trời có tiềm năng phát triển mạnh mẽ tại Việt Nam và cần được đầu tư bài bản để đảm bảo sự phát triển bền vững và sử dụng nguồn năng lượng sạch.

Công nghệ nhiệt mặt trời đang có tiềm năng phát triển mạnh mẽ trên toàn cầu Dưới đây là một số điểm quan trọng:

 -Tăng trưởng toàn cầu: Năm 2022, thế giới đã kết nối 239 GW công suất năng lượng mặt trời mới vào lưới điện, đạt tốc độ tăng trưởng cao nhất kể từ năm 2016 Tổng công suất lắp đặt toàn cầu đã vượt ngưỡng 1,2 TW, tăng 25% so với năm 2021. Năng lượng mặt trời chiếm 2/3 tổng công suất năng lượng tái tạo mới được lắp đặt vào năm ngoái và có tốc độ tăng trưởng cao nhất về sản lượng điện so với bất kỳ công nghệ sản xuất điện nào (24%).

 -Giá điện mặt trời giảm: Nhờ công nghệ phát triển nhanh, giá quy dẫn điện mặt trời trên thế giới đã giảm 89% trong 10 năm vừa qua Hiện nay, điện mặt trời đã trở thành nguồn năng lượng sạch và có giá rẻ nhất trong các loại nguồn phát điện.

 -Kỷ lục lắp đặt:Trung Quốc là thị trường hàng đầu thế giới, với gần 100 GW được bổ sung chỉ trong một năm và tốc độ tăng trưởng hàng năm khổng lồ, với 72% Tiếp đến là Hoa Kỳ và Ấn Độ.

 -Đông Nam Á: Khu vực Đông Nam Á dự kiến sẽ tăng lên 3,8 GW trong năm nay, tăng 13% so với năm 2022 và tiếp tục tăng lên13,3 GW vào năm 2027.