Thiết kế và chế tạo thiết bị chưng cất nước sử dụng năng lượng mặt trời kết hợp điện trở

1.2 Nguồn bức xạ mặt trời 1.2.1 Bản chất của bức xạ mặt mặt trời và bức xạ khí quyển Bức xạ mặt trời là bức xạ điện từ do bề mặt nóng sáng của mặt trời chiếu lên các tấm hấp thu bức

NGUYỄN ĐỨC THÀNH

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ CHƯNG CẤT NƯỚC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT

TRỜI KẾT HỢP ĐIỆN TRỞ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH

Nha Trang, Tháng 07 Năm 2013

NGUYỄN ĐỨC THÀNH

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ CHƯNG

CẤT NƯỚC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT

TRỜI KẾT HỢP ĐIỆN TRỞ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH

GVHD: TRẦN ĐẠI TIẾN

NGUYỄN ĐÌNH KHƯƠNG

Nha Trang, Tháng 07 Năm 2013

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 2

1.1 Vị trí, cấu trúc, kích thước của mặt trời 2

1.2 Nguồn bức xạ mặt trời 3

1.2.1 Bản chất của bức xạ mặt mặt trời và bức xạ khí quyển 3

1.2.2 Các quá trình ảnh hưởng đến bức xạ mặt trời 6

1.2.3 Bức xạ mặt trời khi trời quang 9

1.2.4 Bức xạ mặt trời trên mặt phẳng nghiêng 11

1.2.5 Năng lượng tia bức xạ và trực xạ 12

1.2.6 Năng lượng tia bức xạ nhiễu xạ 14

1.2.7 Năng lượng tia bức xạ phản xạ 14

1.2.8 Năng lượng mặt trời tới mặt nghiêng 14

CHƯƠNG 2: NHỮNG ỨNG DỤNG CỦA NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 16

2.1 Tình hình sử dụng năng lượng mặt trời trên thế giới 16

2.2 Một số ứng dụng của năng lượng mặt trời trên thế giới 18

2.2.1 Cao ốc văn phòng sử dụng năng lượng mặt trời 18

2.2.2 Cầu đi bộ sử dụng năng lượng mặt trời 19

2.2.3 Tàu 3 thân 19

2.2.4 Sân vận động World Games (Đài Loan) 20

2.2.5 Nhà máy điện mặt trời PS20 (Tây Ban Nha) 21

2.2.6 Hệ thống nấu ăn sử dụng năng lượng mặt trời 21

2.2.7 Nhà máy điện mặt trời sản xuất điện cả đêm 22

2.2.8 Máy bay năng lượng mặt trời 23

2.2.9 Nhà máy điện Greenough River 23

2.3 Ở Việt Nam 24

2.3.1 Tiềm năng và tình hình sử dụng năng lượng mặt trời tại Việt Nam 24

2.3.1.1 Tiềm năng 24

2.3.1.2 Tình hình sử dụng năng lượng mặt trời tại Việt Nam 29

2.3.2 Những ứng dụng ở Việt Nam 32

2.3.2.1 Bình nước nóng năng lượng mặt trời 32

2.3.2.2 Sử dụng năng lượng mặt trời cho phát điện (pin mặt trời) 38

2.3.2.3 Hệ thống chưng cất nước bằng năng lượng mặt trời 41

2.3.2.4 Thiết bị sấy khô dùng năng lượng mặt trời 43

2.3.2.5 Bếp nấu dùng năng lượng mặt trời 44

2.2.3 Nhận xét 46

CHƯƠNG 3: CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ THU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 47

3.1 Chọn phương án thiết kế 47

3.1.1 Thiết bị chưng cất nước 47

3.1.2 Thiết bị thu năng lượng mặt trời 48

3.1.2.1 Thí nghiệm sử dụng chảo thu hình parabol tròn xoay để làm sôi nước 48

3.1.2.2 Kết luận 53

3.2 Tính toán, thiết kế thiết bị thu năng lượng mặt trời 54

3.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bếp parabol 54

3.2.2 Tính toán thiết kế chảo parabol 55

3.3 Chế tạo thiết bị 56

3.3.1 Thiết bị thu năng lượng mặt trời 56

3.3.1.1 Vật liệu và dụng cụ 56

3.3.1.2 Tiến hành làm 57

3.3.2 Khung và giá đỡ 58

3.3.2.1 Vật liệu và dụng cụ 58

3.3.2.2 Tiến hành làm 58

3.3.3 Thiết bị chưng cất nước 60

CHƯƠNG 4: LẮP ĐẶT, CHẠY THỬ VÀ ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG

SỐ KỸ THUẬT 61

4.1 Lắp đặt và chạy thử lần một 61

4.2 Chạy thử lần hai 62

4.3 Lắp thêm điện trở và chạy thứ lần ba 62

4.3.1 Lắp thêm điện trở 62

4.3.2 Chạy thử nghiệm lần ba 63

CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA THIẾT BỊ CHƯNG CẤT NƯỚC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 64

5.1 Kết quả so sánh 64

5.2 Nhận xét và đánh giá kết quả 64

5.3 Kết luận và đề xuất 64

5.3.1 Kết luận 64

5.3.2 Đề xuất 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

LỜI NÓI ĐẦU

Khi xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu về mặt năng lượng lại đòi hỏi không ngừng trong khi đó nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt do khai thác quá mức Đứng trước tình thế đó bắt buộc chúng ta phải tìm ra các nguồn năng lượng mới để đáp ứng Và giải pháp sử dụng năng lượng mặt trời (MLMT) được cho là giải pháp tối ưu nhất Bởi vì năng lượng mặt trời là một nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường và có trữ lượng vô cùng lớn

Vị trí địa lý đã ưu ái cho Việt Nam một nguồn năng lượng tái tạo vô cùng lớn, đặc biệt là năng lượng mặt trời Trải dài từ vĩ độ 23°23’ Bắc đến 8°27’ Bắc, Việt Nam nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao Sử dụng năng lượng mặt trời như một nguồn năng lượng tại chỗ để thay thế cho các dạng năng lượng truyền thống sẽ có ý nghĩa rất lớn về mặt kinh tế và môi trường Trong thực tế ở Việt Nam đã có nhiều ứng dụng của năng lượng mặt trời vào cuộc sống và sản xuất Nhận thức được tầm quan trọng của nguồn năng lượng dồi dào từ mặt trời

nên em quyết định chọn đề tài “Thiết kế và chế tạo thiết bị chưng cất nước sử dụng năng lượng mặt trời kết hợp điện trở’’ nhằm khai thác và sử dụng năng

lượng tái tạo, giảm chi phí cho quá trình sản xuất

Mặc dù trong quá trình quá trình thực hiện đề tài bản thân em đã có nhiều cố gắng, xong không tránh khỏi những thiếu xót Em rất mong nhận được những đóng góp, ý kiến phê bình của các thầy cô và bạn bè

Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Đình Khương, Trần Đại Tiến và Phòng TN-Nhiệt Lạnh đã giúp đỡ em trong suốt quá trình làm đồ án này

Nha Trang ngày 06 tháng 07 năm 2013

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Đức Thành

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

1.1 Vị trí, cấu trúc, kích thước của mặt trời

Hình 1.1 mặt trời

Mặt trời là ngôi sao ở trung tâm Hệ Mặt Trời, chiếm khoảng 99,86% khối

lượng của Hệ Mặt Trời Trái Đất và các thiên thể khác như các hành tinh, tiểu hành

tinh, thiên thạch, sao chổi, và bụi quay quanh Mặt Trời Ánh sáng Mặt Trời cần 8

phút 19 giây mới đến được Trái Đất Năng lượng Mặt Trời ở dạng ánh sáng hỗ trợ

cho hầu hết sự sống trên Trái Đất thông qua quá trình quang hợp, và điều khiển khí

hậu cũng như thời tiết trên Trái Đất Thành phần của Mặt Trời gồm hydro (khoảng

74% khối lượng, hay 92% thể tích), heli (khoảng 24% khối lượng, 7% thể tích), và

một lượng nhỏ các nguyên tố khác, gồm sắt, nickel, oxy, silic, lưu huỳnh, magiê,

carbon, neon, canxi, và crom

Nhiệt độ bề mặt của mặt trời khoảng 5762K nghĩa là có giá trị đủ lớn để các

nguyên tử tồn tại trong trạng thái kích thích, đồng thời đủ nhỏ để ở đây thỉnh thoảng

lại xuất hiện những nguyên tử bình thường và các cấu trúc phân tử Dựa trên cơ sở

phân tích các phổ bức xạ và hấp thụ của mặt trời người ta xác định được rằng trên

mặt trời có ít nhất 2/3 số nguyên tố tìm thấy trên trái đất Nguyên tố phổ biến nhất trên mặt trời là nguyên tố nhẹ nhất Hydro Vật chất của mặt trời bao gồm chừng 92,1% là Hydro và gần 7,8% là Hêli, 0,1% là các nguyên tố khác Nguồn năng lượng bức xạ chủ yếu của mặt trời là do phản ứng nhiệt hạch tổng hợp hạt nhân Hydro, phản ứng này đưa đến sự tạo thành Hêli Hạt nhân của Hydro có một hạt mang điện dương là proton Thông thường những hạt mang điện cùng dấu đẩy nhau, nhưng ở nhiệt độ đủ cao chuyển động của chúng sẽ nhanh tới mức chúng có thể tiến gần tới nhau ở một khoảng cách mà ở đó có thể kết hợp với nhau dưới tác dụng của các lực hút Khi đó cứ 4 hạt nhân Hyđrô lại tạo ra một hạt nhân Hêli, 2 neutrino và một lượng bức xạ γ

4H => He + 2 Neutrino + γ Neutrino là hạt không mang điện, rất bền và có khả năng đâm xuyên rất lớn Sau phản ứng các Neutrino lập tức rời khỏi phạm vi mặt trời và không tham gia vào các “biến cố” sau đó Trong quá trình diễn biến của phản ứng có một lượng vật chất của mặt trời bị mất đi Khối lượng của mặt trời do đó mỗi giây giảm chừng 4.106tấn, tuy nhiên theo các nhà nghiên cứu, trạng thái của mặt trời vẫn không thay đổi trong thời gian hàng tỷ năm nữa Mỗi ngày mặt trời sản xuất một nguồn năng lượng qua phản ứng nhiệt hạch lên đến 9.1024Kwh (tức là chưa đầy một phần triệu giây mặt trời đã giải phóng ra một lượng năng lượng tương đương với tổng số điện năng sản xuất trong một năm trên Trái Đất)

1.2 Nguồn bức xạ mặt trời

1.2.1 Bản chất của bức xạ mặt mặt trời và bức xạ khí quyển

Bức xạ mặt trời là bức xạ điện từ do bề mặt nóng sáng của mặt trời chiếu lên các tấm hấp thu bức xạ mặt trời đặt trên bề mặt của trái đất Bức xạ mặt trời bao gồm bức xa tử ngoại (tia cực tím), tia sáng thường và vùng hồng ngoại gần Bên cạnh bức xạ mặt trời mặt đất còn nhận bức xạ khí quyển, đó là bức xạ nhiệt do bầu khí quyển phát ra trong vùng hồng ngoại xa của phổ điện từ

Dựa vào quan hệ giữa bước sóng của bức xạ ánh sáng thường và bức xạ tia cực tím người ta thường gọi bức xạ mặt trời là bức xạ sóng ngắn, còn bức xạ khí quyển là bức xạ sóng dài Bức xạ mặt trời thường có bước sóng nằm trong khoảng 0,3µm đến 3µm, bức xạ khí quyển có bước sóng nằm trong khoảng 5µm đến 50µm

Do vậy, trong thực tế hai dãy bước sóng này sẽ không trùng nhau

Hình 1.2 Dải bức xạ điện từ

Bên cạnh bức xạ mặt trời và bức xạ khí quyển đến từ bầu trời, một tấm hấp thụ bức xạ còn có thể nhận bức xạ từ các vật thể khác trên mặt đất phát ra, khi ta đặt các tấm hấp thụ gần các vật thể ấy Bức xạ loại này gồm các sóng bước dài do bản thân các vật thể này phát ra, và bức xạ sóng ngắn thì chúng phản chiếu lại ánh sáng mặt trời chiếu đến chúng Các bức xạ này rất khó tính toán theo lý thuyết, trong thực tế chúng ta thường bỏ qua vi chúng không quan trọng lắm

Bức xạ mặt chiếu đến bề mặt của trái đất có thế chia thành hai loại: trực xạ (tia) đến trực tiếp từ mặt trời, và tán xạ đến từ phần còn lại của bầu trời Trực xạ là bức xạ có khả năng tạo bóng và có thể tập trung được bằng các hệ thống quang học Tán xạ không thể tạo ra bóng và cũng không thể tập trung được

Mặt trời Bầu trời Mây

Tổng cường độ của trực xạ chiếu lên một bề mặt nằm ngang hướng lên được gọi là cường độ bức xạ của mặt trời Nếu ta gọi Ib là cường độ tia, θ là góc chiếu của tia sáng mặt trời chiếu lên một bề mặt ngang( góc giữa tia và phương thẳng đứng ),

Id là cường độ tán xạ , thì cường độ bức xạ của mặt trời được tính bằng công thức

Ig = Ibcosθ + Id Bức xạ của khí quyển chỉ là khuyếch tán, đo bằng bức xạ sóng dài chiếu lên một bề mặt nằm ngang hướng lên Nó được gọi là cường độ bức xạ khí quyển Giá trị của nó phụ thuộc vào nhiệt độ của lớp không khí ở gần vùng bề mặt trái đất, đồng thời phụ thuộc vào số lượng và độ cao của các đám mây trên bầu trởi.Thông thường cường độ bức xạ khí quyển bằng với cường độ của môt vật thể đen ở nhiệt

độ thấp hơn nhiệt độ của lớp không khí ở gần bề măt trái đất vài oC Trong khoảng nhiệt độ từ 10oC đến 30oC thì cường độ bức xạ khí quyển có giá trị nằm trong khoảng từ 300W/m2 đến 450W/m2

Tổng dòng năng lượng bức xạ sóng ngắn và sóng dài chiếu xuống một bề mặt nằm ngang hướng lên được gọi là tổng cường độ bức xạ.Nếu gọi Ia là cường độ bức

xạ của khí quyển, thì tổng cường độ bức xạ được tính là Ig+Ia

1.2.2 Các quá trình ảnh hưởng đến bức xạ mặt trời

Các quá trình ảnh hưởng đến bức xạ mặt trời gồm có sự tán xạ, hấp thụ, và

phản xạ Sự tán xạ tia mặt trời được tạo ra chủ yếu là do các phân tử khí và hơi nước, các giọt nước nhỏ, và các hạt bụi Quá trình này làm khoảng 6% bức xạ chiếu tới bị mất vào không gian, và khoảng 20% bức xạ chiếu tới được mặt trái đất dưới dạng tán xạ

Các phân tử khí tán xạ ánh sáng mặt trời với một mức độ tỷ lệ với λ-4 , với λ là bước sóng của bức xạ Chúng được gọi là tán xạ Reyleigh; sự phân tán này rất quan trọng đối với các phần tử có đường kính nhỏ hơn

 Ảnh hưởng này của bước sóng thể hiện qua màu xanh của bầu trời khi trời quang và màu đỏ khi mặt trời lặn Bầu trời trở nên xanh vì khi đó ánh sáng xanh có bước sóng ngắn được phân tán mạnh hơn là ánh sáng đỏ có bước sóng dài Màu đỏ xuất hiện trên bầu trời khi mặt trời lặn bởi vì hầu hết ánh sáng màu xanh đã bị phân tán khỏi tia nắng Sự phân tán ánh sáng mặt trời từ những phần tử lớn hơn có kích thước đường kính khoảng 25λ trở lên thì không phụ thuộc vào bước sóng Kết quả là ánh sáng mặt trời được phân tán bởi các giọt nước trong những đám mây, sương mù và những hạt bụi đều có màu trắng

Sự hấp thụ bức xạ mặt trời chủ yếu là do các phần tử khí ozon và hơi nước (hình 1.3) Sự hấp thụ ở ozon xảy ra ở tầng khí quyển, ở độ cao trên 40km Sóng bị hấp thụ

mạnh chủ yếu ở vùng tia cực tím của quang phổ, vì vậy các bước sóng nhỏ hơn 0.3µm ít khi đến mặt đất Có khoảng 3% bức xạ mặt trời bị hấp thụ bằng cách này

Ở tầng thấp hơn của khí quyển, có khoảng 14% bức xạ mặt trời bị hấp thụ bởi hơi nước,chủ yếu xảy ra ở vùng tia hồng ngoại của quang phổ Các đám mây hấp thụ một lượng rất nhỏ bức xạ mặt trời, điều đó giải thích tại sao chúng không bay hơi dưới ánh nắng Ảnh hưởng của đám mây đến bức xạ mặt trời chủ yếu là tán xạ

Hình 1.4 Quang phổ mặt trời.Đường bên trên của đồ thị biểu diễn bức xạ bên ngoài

khí quyển; đường bên dưới là bức xạ nhận được trên bề mặt trái đất khi trời quang

Dãy hấp thụ do các khí các khí biểu diễn bởi các công thức hóa học

Sự phản xạ bức xạ mặt trời phụ thuộc vào bản chất của bề mặt phản xạ Phân

số của cường độ bức xạ của mặt trời phản xạ từ các bề mặt trên trái đất được gọi là suất phản chiếu của bề mặt Tổng suất phản chiếu, bao gồm tất cả các bước sóng

gần như trùng với suất phản chiếu nhìn thấy được của quang phổ Bảng 1.1 dưới

đây là các suất phản chiếu tiêu biểu của một số bề mặt khi mặt trời ở vị trí đỉnh đầu

Khi mặt trời ở vị trí thấp hơn trên bầu trời( khi góc chiếu đỉnh θz lớn) suất phản chiếu của mặt nước sẽ có giá trị lớn hơn trong bảng Suất phản chiếu của các đám mây phụ thuộc váo độ dày cùa chúng

xạ lại tia nắng mặt trời sẽ làm tăng cường độ tán xạ, còn các đám mây dày sẽ làm giảm cường độ tán xạ

Cường độ bức xạ mặt trời thông thường sẽ bị giảm khi trời có mây, nhưng nếu mặt trời đang chiếu vào một vùng nào đó trong bầu trời mà lại có các đám mây sáng ở gần bên, thì cường độ bức xạ mặt trời sẽ có giá trị lớn hơn so với khi trời quang

Các biến đổi do địa lý, mùa, thiên văn của bức xạ mặt trời đối với bề mặt trái đất được kiểm soát thông qua các tác động của đám mây theo sự di chuyển của mặt trời Kết quả là các nghiên cứu về những biến đổi có liên hệ mật thiết đến những

nghiên cứu về thời tiết, và có rất nhiều trạm quan sát khí tượng đã được xây dựng nên để có thể có những dự báo đầy đủ về chúng

1.2.3 Bức xạ mặt trời khi trời quang

Đây có thể xem là phần trình bày một cách đơn giản bức xa mặt trời xảy ra

trên bề mặt trái đất ở khu vực nhiệt đấy châu Á

Các thông số chính ảnh hưởng đến cường độ bức xạ mặt trời là góc chiếu đỉnh θz của mặt trời, lượng hơi nước chứa trong khí quyển w, và hệ số vẫn đục của không khí B

Lượng hơi nước chứa trong khí quyển w chính là lượng nước kết tủa được

đo bằng cm Để xác định chính xác lượng nước w cần phải có số liệu về lớp không khí bên trên Nếu những số liệu này không có sẵn, ta có thể dự đoán tương đương qua công thức

w = 0.18e Trong đó, e là áp suất hơi nước trong khí quyển trên bề mặt trái đất và đo bằng milibars Ở vùng nhiệt đới ẩm và khô, w dao động từ 2cm vào mùa khô đến 5cm hoặc hơn vào mùa mưa

Hệ số vẫn đục không khí B bẳng 0 khi bầu khí quyển không có bụi, và giá trị của nó sẽ tăng lên khi không khí bị vẫn đục Giá trị của B được xác định trực triếp thông qua việc đo cường độ tia trực xạ trong các dãy khác nhau của quang phổ nhờ các lọc sắc Ở vùng khí hậu nhiệt đới ẩm và khô B dao động từ gần 0 vào mùa mưa đến 0,2 vào mùa khô Nếu có khói trong không khí thì giá trị của B có thể lớn hơn Thường B được tính theo công thức

B = 0.25 – 0.17V Trong đó V là tầm nhìn xa đo bằng km Giá trị dự đoán của B chính xác đến ± 0.02

Các giá trị của cường độ tia trực xạ Ib theo mức mức nước biển được đưa ra

trong bảng 1.2 dựa theo các giá trị của lượng hơi nước chứa trong khí quyển w, góc

chiếu đỉnh θ của mặt trời, và hệ số vẫn đục B Các hiệu chỉnh nhỏ do sự biến đổi lượng ozon trong khí quyển và sự biến đổi áp suất không khí ở bề mặt được bỏ qua Các giá trị của cường độ tia trực xạ cho trong khi được tính ở các ngọn núi

Bảng 1.2: Cường độ tia cực xạ ở mức nước biển

Ib(kW/m2) W(cm) Góc chiếu đỉnhn θ

Cường độ bức xạ tán xạ được xác định chủ yếu dựa vào góc chiếu đỉnh θ, hệ

số vẫn đục B, và suất phản chiếu của mặt đất tại từng vị trí Bảng 1.3 cho biết giá trị

của cường độ tán xạ Id dựa vào các giá trị của θ và B khi suất phản chiếu ở mặt đất

là 0.25 Đối với các giá trị suất phản chiếu 0.1, 0.2, và 0.3, ta nhân giá trị Id cho trong bảng tương ứng với các thông số hiệu chỉnh 0.90, 0.96 và 1.04

Bảng 1.4 cho ta số liệu về tổng năng lượng mặt trời trong điều kiện trời

quang ở vùng nhiệt đới vào ngày 15 của các tháng 3,6,9 và 12 Giá trị trong bảng được áp dụng với lượng hơi nước cho trước là w = 0.2cm và hệ số vẫn đục B = 0 Khi lượng hơi nước w = 5 cm, ta lấy giá trị trong bảng nhân với hệ số hiệu chỉnh 0.93 ; còn khi hệ số vẫn đục B = 0.1 và 0.2, ta lấy giá trị bảng nhân với hệ số tương ứng 0.90 và 0.84

Bảng1.4: năng lượng bức xạ mặt trời hằng ngày khi trời quang

Năng lượng bức xạ mặt trời hằng ngày (MJ/m2)

1.2.4 Bức xạ mặt trời trên mặt phẳng nghiêng

Bức xạ mặt trời luôn phụ thuộc vào góc tới của nó đối với mặt phẳng hứng bức xạ Mà thực tế thì độ nghiêng của mặt phẳng hứng bức xạ và vị trí của mặt trời

so với nó luôn thay đổi Đa số các thiết bị thu năng lượng mặt trời được đặt nghiêng một góc nào đó, còn các số liệu cho sổ tay bức xạ nhận trên mặt phẳng nằm ngang

Vì vậy cần thiết phải tính toán dòng năng lượng tới trên mặt phẳng nghiêng từ các

số liệu thu được trên mặt phẳng nằm ngang

N’ ;pháp tuyến mặt nghiêng N :pháp tuyến mặt cắt ngang Tia trực xạ θh

Hình 1.5 Các góc xác định tia mặt trời tới trên mặt ngang và mặt nghiêng

1.2.5 Năng lượng tia bức xạ và trực xạ

Tỷ số của dòng năng lượng trực xạ tới mặt nghiêng và dòng năng lượng trực

xạ tới mặt phẳng ngang được gọi là “ hệ số nghiêng “ đối với tia bức xạ, được ký

hiệu bằng rb

Đối với trường hợp mặt nghiêng hướng nam ( γ = 0 ), ta có:

cosθ = sinδ sin(φ – β) + cosδ.cosω.cos(φ – β) (1.1) Đối với mặt phẳng ngang (β = 0) ,hướng nam, θ = θz nên:

cosθz = sinδ sinφ + cosδ cosɷ cosφ (1.2)

⟹    sin   

Trong đó :

θ vĩ độ hay vĩ tuyến của địa điểm quan sát ở bắc hoặc nam bán cầu

δ góc lệch là góc giữa tia mặt trời và mặt phẳng xích đạo, xác định ngày quan sát:

δ (đo bằng độ) = 23.45sin 284  $ (1.4)

Trong đó n là số ngày của năm

Góc azimuth γ (Az) là góc lệch khỏi hướng nam của tia mặt trời trên mặt phẳng ngang

θz góc Zenith , góc của tia mặt trời và pháp tuyến của mặt phẳng ngang (mặt đất) tại vị trí quan sát, xác định thời gian quan sát

α góc độ cao mặt trời

β góc nghiêng

θh là góc tới của mặt nằm ngang

θi là góc tới của tia trực xạ trên mặt phẳng nghiêng

AZS là góc lệch Azimuth của mặt phẳng nghiêng đang xét, đó là góc giữa hướng nam và hình chiếu pháp tuyến của mặt phẳng nghiêng trên mặt phẳng ngang Quy ước góc AZS>0

Khi mặt nghiêng lệch về hướng đông, và AZS < 0 khi mặt phẳng nghiêng lệch về

hướng tây (hình 1.4)

1.2.6 Năng lượng tia bức xạ nhiễu xạ

Hệ số nghiêng rd đối với bức xạ nhiễu xạ là tỷ số của dòng năng lượng nhiễu xạ tới trên mặt nghiêng và tới trên mặt ngang Giá trị rd này phụ thuộc vào sự phân bố bức xạ nhiễu xạ trên bầu trời và trên phần bầu trời mà mặt nghiêng thu bức

xạ Nếu giả thuyết bức xạ nhiễu xạ là đẳng hướng, ta có thừa số nghiêng rd xác định bằng công thức :

% 12

Ở đây là góc nghiêng của mặt nghiêng đối với mặt ngang

1.2.7 Năng lượng tia bức xạ phản xạ

Bức xạ phản xạ là thành phần bức xạ tới mặt quan sát do phản xạ từ mặt nền

xung quang mặt quang sát và hệ số phản xạ bằng ρ, thì hệ số nghiêng đối với bức xạ phản xạ sẽ là

'  ( ) 2 *  1.6

1.2.8 Năng lượng mặt trời tới mặt nghiêng

Gọi IT là tổng các thành phần bức xạ tới trên mặt nghiêng, thì:

IT = Ibrb + Idrd + (Ib + Id)rr (1.7) Trong đó : Ib,Id là các mật độ dòng năng lượng mặt trời ứng với các thành phần trực xạ và nhiễu xạ đo được trên mặt nằm ngang

Cần chú ý rằng phương trình (1.3) chỉ đúng với mặt hướng nam (γ =0), còn các phương trình (1.5), (1.6) là đúng với mặt nghiêng bất kỳ có góc nghiêng Gọi Ig là tổng xạ trên mặt ngang, Ig=Ib+Id, thì (1.7) ta có :

,,.  /1 ,,.%0  ,,.%% '  1.8

-Khi ứng dụng phương trình (1.7) ta cần biết hệ số phản xạ ρ, mà trong nhiều trường hợp là không đo được Vì vậy người ta thường thừa nhận giá trị ρ = 0.2 để tính toán May mắn là thành phần phản xạ chiếm tỷ lệ khá nhỏ trong tổng IT, nên sai

số không đáng kể

CHƯƠNG 2: NHỮNG ỨNG DỤNG CỦA NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TRÊN

THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 2.1 Tình hình sử dụng năng lượng mặt trời trên thế giới

* Lịch sử sử dụng năng lượng mặt trời

Ở thế kỷ XIX, các nước phương Tây vẫn chưa có khái niệm về giữ nhiệt cho nước Người ta chứa nước trong một thùng giống thùng phuy Nhiệt độ của nước được tăng lên bằng phương pháp thủ công, đó là dùng gỗ hoặc than đá để đốt nóng Phương pháp này rất tốn kém và bất tiện Ở những vùng nông thôn có nhiều nắng hơn thì nông dân đã nghĩ ra phương pháp khác Họ chứa nước trong một thùng phuy sơn đen bên ngoài và đậy nắp Sau đó đem phơi dưới ánh nắng Mặt Trời suốt cả ngày Phương pháp đó có vẻ khá hơn nhưng những thùng phuy này nhanh chóng bị mất nhiệt về ban đêm, khi nhiệt độ hạ xuống Năm 1891, Clarence Kemp, bang Maryland, Mỹ, đã chế ra một loại bồn kim loại giữ được nhiệt của nước từ năng lượng Mặt Trời Ông đã đặt tên cho sản phẩm của mình là Climax và đây là máy nước nóng từ năng lượng Mặt Trời đầu tiên trên thế giới được thương mại Đầu năm

1900, Kemp đã đưa Climax đến với người dân các tiểu bang khác có nắng và nhiệt

độ thường cao hơn Tại miền Nam California, Mỹ, hàng trăm máy được lắp đặt vào năm 1900

Sau đó, hệ thống thu nhiệt của Climax đã có nhiều cải tiến và hoàn thiện dần, trong đó có việc sử dụng hộp thủy tinh bao xung quanh các ống kim loại giống như phương pháp hiệu ứng nhà kính Do đó, nước được nóng nhanh hơn Khối lượng riêng của nước nóng thường nhẹ hơn nước lạnh, khi thông qua ống dẫn thì nước nóng sẽ được dồn vào bình chứa (bình bảo ôn) và đảm bảo cho nhu cầu cả ngày và đêm

* Sử dụng năng lượng mặt trời trên thế giới

NLMT chiếu trên mặt đất ở những nơi khác nhau là không giống nhau, trung bình khoảng 100 W/m2, cao nhất khoảng 1000 W/m2 Trong thực tế trữ lượng NLMT có thể sử dụng là khoảng 170 TOE/năm, ở quy mô toàn cầu thì năng lượng

này không lớn lắm, nhưng nó lại có ý nghĩa đối với các quốc gia mạng lưới phân phối điện năng vẫn còn thưa thớt như: Ấn Độ, Trung Quốc hoặc Châu Phi

Khả năng ứng dụng NLMT thay đổi theo từng vùng miền, điều kiện thời tiết Nếu tính trung bình cho toàn bộ diện tích trái đất, trong vòng 24 giờ, một ngày, trung bình 1m2 nhận được 4,2 kWh Ở sa mạc, không khí rất khô và có ít mây che phủ, nguồn NLMT là nhiều nhất, hơn 6,0 kWh/ngày/m2 Ánh sáng mặt trời cũng thay đổi theo mùa, có những vùng nhận được rất ít nguồn NLMT vào mùa đông chỉ khoảng 0,7 kWh/ ngày

Bảng 2.1 Năng lượng mặt trời tỏa đến trái đất và con người sử dụng hàng năm

Năng lượng chính sử dụng (2005) 487 EJ

Số năng lượng mặt trời hấp thụ mỗi năm bởi bầu khí quyển, đại dương và các vùng đất là khoảng 3.850.000 exajoules (EJ = 1018J), số liệu trong năm 2002 Mức năng lượng mặt trời tỏa xuống trái đất trong 1 giờ nhiều hơn năng lượng thế giới sử dụng trong một năm Năng lượng mặt trời đến bề mặt của trái đất lớn gấp đôi so với tổng tất cả nguồn năng lượng hóa thạch của trái đất như: than, dầu, khí đốt tự nhiên, và uranium được khai thác

Từ bảng các nguồn tài nguyên có thể thấy rằng, năng lượng mặt trời, gió hay sinh khối sẽ đủ để cung cấp tất cả các nhu cầu năng lượng của chúng ta Tuy nhiên, tăng sử dụng năng lượng sinh khối đã có một tác động tiêu cực về sự nóng lên toàn cầu và tăng đáng kể giá lương thực vì phải chuyển rừng và cây trồng vào sản xuất nhiên liệu sinh học Nhưng tăng sử dụng nguồn năng lượng mặt trời và gió thì sẽ tốt hơn Năng lượng mặt trời có thể được khai thác ở mức độ khác nhau trên thế giới,

tùy thuộc vào vị trí địa lý, gần với đường xích đạo hơn "tiềm năng" năng lượng mặt trời hiệu quả hơn

Năng lượng mặt trời có tiềm năng lớn, nhưng trong năm 2008 chỉ cung cấp 0,02% của tổng cung cấp năng lượng của thế giới Tuy nhiên, việc sử dụng đã tăng lên gấp đôi mỗi năm, trong đó có tiềm năng cung cấp hơn 1000 lần tổng tiêu thụ năng lượng, sẽ trở thành nguồn năng lượng thống trị trong vòng một vài thập kỷ tới

Trên thế giới, nhiều nước đã sử dụng năng lượng mặt trời như một giải pháp thay thế những nguồn tài nguyên truyền thống Tại Đan Mạch, năm 2000 hơn 30%

hộ dân sử dụng tấm thu năng lượng mặt trời, có tác dụng làm nóng nước Ở Brazil, những vùng xa xôi hiểm trở điện năng lượng mặt trời luôn chiếm vị trí hàng đầu

Vào năm 2009, tổng công suất lắp đặt hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời là khoảng 184GW Ngày nay thế giới đang đẩy mạnh ứng dụng công nghệ mặt trời nhằm giảm bớt sự phụ thuộc vào sử dụng các nguồn năng lượng hóa thạch như than dầu…

2.2 Một số ứng dụng của năng lượng mặt trời trên thế giới

2.2.1 Cao ốc văn phòng sử dụng năng lượng mặt trời

Hình 2.1 Tòa nhà Sun and the Moon Altar (Trung Quốc

Cao ốc được xây dựng ở thành phố Đức Châu, tỉnh Sơn Đông, tây bắc Trung Quốc Tòa nhà rộng 75.000m2 được thiết kế dạng cấu trúc đồng hồ mặt trời và đáp ứng yêu cầu sử dụng năng lượng tái sử dụng để thay thế các loại nhiên liệu hóa

thạch gây ô nhiễm môi trường Tòa nhà cung cấp không gian cho các trung tâm triển lãm, khu vực nghiên cứu, trung tâm hội họp và huấn luyện và một khách sạn

2.2.2 Cầu đi bộ sử dụng năng lượng mặt trời

Cầu sử dụng hệ thống chiếu sáng bằng đèn LED được lập trình để tạo ra một loạt các hiệu ứng ánh sáng khác nhau Hệ thống chiếu sáng tiết kiệm năng lượng sử dụng 84 panel mặt trời phát điện với công suất khoảng 100KW/giờ mỗi ngày và trung bình 38MW/giờ mỗi năm Lượng điện thừa có được từ các panel mặt trời sẽ được chuyển sang cho mạng lưới điện quốc gia (hệ thống đèn LED chỉ sử dụng 75% điện năng mặt trời)

2.2.3 Tàu 3 thân

Hình 2.3 Thuyền Planet Solar

Tàu dài 30m, rộng 15m và các tế bào năng lượng mặt trời được lắp trên phần nóc rộng 508m2 Các panel mặt trời có khả năng sản xuất ra 1.000 watt điện mỗi ngày Lượng điện thừa ra sẽ được trữ trong những bình điện giúp chiếc tàu nặng 58 tấn này tiếp tục hành trình mà không cần ánh nắng mặt trời trong vòng 3 ngày Tàu chạy với tốc độ khoảng 18km/giờ

Đây cũng chính là con thuyền đã xuất phát từ Monte Carlo (Monaco) vào ngày 27/9/2010, để thực hiện cuộc hành trình vòng quanh thế giới với thông điệp về chống biến đổi khí hậu Trên hành trình du ngoạn, Planet Solar đã ghé qua thành phố biển Nha Trang (Việt Nam) vào ngày 29/8/2011 và lưu lại đây đến ngày 1/9/2011

2.2.4 Sân vận động World Games (Đài Loan)

Hình 2.4 Sân vận động World Games (Đài Loan)

Với sức chứa 55.000 khán giả, tọa lạc trên một khu đất với diện tích 19 hecta

ở thành phố Cao Hùng (Kaohsiung), Sân vận động siêu hiện đại trị giá 5 tỉ USD có phần mái cực rộng 14.155m2 lắp đặt 8.844 panel mặt trời và tạo ra điện năng 1,14 triệu KW/giờ mỗi năm giúp giảm bớt 660 tấn khí thải carbon dioxide vào bầu khí quyển trong một năm, đủ để cung cấp điện cho 3.300 bóng đèn, 2 màn hình tivi khổng lồ và hệ thống phát thanh trong sân

2.2.5 Nhà máy điện mặt trời PS20 (Tây Ban Nha)

PS20 bao gồm 1.255 tấm gương lớn có thể di chuyển được (còn gọi là kính định nhật) Mỗi kính định nhật rộng hơn 350 m2 và tổng diện tích kính bao phủ toàn

bộ khu vực là khoảng 155.000 m2

Hình 2.5 Nhà máy điện mặt trời PS20 (Tây Ban Nha)

Trong một ngày, kính định nhật sẽ xoay theo 2 trục hướng về mặt trời và tập trung bức xạ đến một bình chứa ở phần trên ngọn tháp cao 162 m Sau đó, bình chứa chuyển đổi 92% ánh sáng nhận được thành dòng hơi nước, dẫn xuống một turbine làm chạy máy phát điện ở chân tháp

Nhà máy điện mặt trời PS20 được xây dựng từ năm 2006, hoàn thành và đi vào hoạt động trong năm 2009 PS20 có thể sản xuất được 48.000 MWh/năm, cung cấp cho 10.000 hộ gia đình trong khu vực, giúp giảm khoảng 12.000 tấn CO2 vào khí quyển (giảm 2 lần so với tòa nhà PS10 được xây dựng trước đó)

2.2.6 Hệ thống nấu ăn sử dụng năng lượng mặt trời

Trong nỗ lực ngăn chặn khí thải gây ô nhiễm môi trường của thế giới, Ấn

Độ đang phát triển dự án hệ thống phục vụ nấu ăn được sử dụng bằng năng lượng mặt trời lớn nhất thế giới Dự án được xây dựng ở Shirdi, bang Maharashtra

Hệ thống này trị giá khoảng 280.000USD có nhiệm vụ biến nước thành 3.500kg hơi nước mỗi ngày và sau đó được dùng để nấu nướng phục vụ cho khoảng 20.000 khách hành hương đến lăng thánh Sai Baba mỗi ngày và giúp tiết kiệm được khoảng 100.000kg gas mỗi năm Nhà nước sẽ chi trả 43% trong tổng kinh phí xây dựng hệ thống

2.2.7 Nhà máy điện mặt trời sản xuất điện cả đêm

Nhà máy điện Gemasolar ở miền Nam Tây Ban Nha có tới 2.650 tấm thu năng lượng mặt trời nằm trên diện tích 185 ha Những tấm gương, còn gọi là kính định nhật, tập trung năng lượng bức xạ mặt trời vào một máy thu khổng lồ nằm ở trung tâm

Mức nhiệt độ lên tới 900 độ C được dùng để làm nóng các thùng muối nấu chảy, tạo ra hơi nước để chạy các turbine của nhà máy trị giá 428 triệu USD Không giống những nhà máy điện mặt trời khác, nhiệt độ được dự trữ trong những thùng này có thể được giải phóng trong suốt 15 tiếng, nên nhà máy vẫn hoạt động bình thường vào ban đêm Dự án được hoàn thành sau 2 năm và được kỳ vọng sẽ tạo ra 110 GWh/năm – đủ để cung cấp điện cho 25.000 hộ gia đình ở khu vực Andalucia

2.2.8 Máy bay năng lượng mặt trời

Máy bay Solar Impulse hoạt động hoàn toàn nhờ vào năng lượng mặt trời, có chiều dài sải cánh 63m như chiếc Airbus A340 Tuy nhiên, trọng lượng của Solar Impulse khoảng 1.600kg, tương đương trọng lượng chiếc ôtô nhỏ.Cánh của Solar Impulse được bao phủ bởi 12.000 tấm pin mặt trời cung cấp năng lượng cho động

cơ, đồng thời có thể nạp năng lượng cho hệ thống 400kg pin lithium-ion dự trữ, nhờ vậy, máy bay có thể bay cả ngày lẫn đêm trong vòng 26 giờ

2.2.9 Nhà máy điện Greenough River

Nhà máy Greenough River công suất 10MW nằm trên 80 hecta đất gần thành phố Geraldton, đã chính thức kết nối lưới điện vào ngày 9 tháng 10 năm 2012

Hình 2.6 Trang trại năng lượng mặt trời Greenough River

"First Solar giúp cho dự án điện mặt trời quy mô lớn đầu tiên tại nước Úc trở thành hiện thực," ông Mark Widmar, giám đốc tài chính First Solar cho biết "Dự án

mang tính bước ngoặt này sẽ là nền tảng vững chắc cho việc phát triển những dự án năng lượng mặt trời quy mô lớn khác trong thị trường điện tái tạo của nước Úc Chúng tôi hài lòng vì đã được hợp tác với các các nhà thầu cùng nhà cung cấp địa phương để thực hiện dự án này và dẫn đầu sự phát triển ngành công nghiệp năng

lượng mặt trời tại Úc Trang trại năng lượng mặt trời Greenough River sử dụng hơn

150.000 tấm pin mặt trời công nghệ màng mỏng, với công suất 10MW dự kiến sẽ

tạo ra điện năng cung cấp cho 3.000 hộ gia đình

ổn định trong suốt thời gian của năm, giảm khoảng 20% từ mùa khô sang mùa mưa

Số giờ nắng trong năm ở miền Bắc vào khoảng 1500-1700 giờ trong khi ở miền Trung và miền Nam Việt Nam, con số này vào khoảng 2000-2600 giờ mỗi năm Theo tài liệu khảo sát lượng bức xạ mặt trời cả nước:

- Các tỉnh ở phía Bắc (từ Thừa Thiên – Huế trở ra) bình quân trong năm có chừng 1800 - 2100 giờ nắng Trong đó, các vùng Tây Bắc (Lai Châu, Sơn La, Lào Cai) và vùng Bắc Trung Bộ (Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh) được xem là những vùng có nắng nhiều

- Các tỉnh ở phía Nam (từ Đà Nẵng trở vào), bình quân có khoảng 2000-2600 giờ nắng, lượng bức xạ mặt trời tăng 20% so với các tỉnh phía Bắc Ở vùng này, mặt trời chiếu gần như quanh năm, kể cả vào mùa mưa Do đó, đối với các địa phương ở Nam Trung bộ và Nam bộ, nguồn bức xạ mặt trời là một nguồn tài nguyên to lớn để khai thác sử dụng

Việt Nam có nguồn NLMT dồi dào cường độ bức xạ mặt trời trung bình ngày trong năm ở phía bắc là 3,69 kWh/m2 và phía nam là 5,9 kWh/m2 Lượng bức

xạ mặt trời tùy thuộc vào lượng mây và tầng khí quyển của từng địa phương, giữa các địa phương ở nước ta có sự chêng lệch đáng kể về bức xạ mặt trời Cường độ bức xạ ở phía Nam thường cao hơn phía Bắc

Trong đó:

+ Vùng Tây Bắc

- Nhiều nắng vào các tháng 8 Thời gian có nắng dài nhất vào các tháng 4,5 và 9,10 Các tháng 6,7 rất hiếm nắng, mây và mưa rất nhiều Lượng tổng xạ trung bình ngày lớn nhất vào khoảng 5,234 kWh/m2ngày và trung bình trong năm là 3,489 kWh/m2/ngày

- Vùng núi cao khoảng 1500m trở nên thường ít nắng Mây phủ và mưa nhiều, nhất

là vào khoảng tháng 6 đến thàng 1 Cường độ bức xạ trung bình thấp (< 3,489 kWh/m2/ngày)

+ Vùng Trung Bộ

- Từ Quảng Trị đến Tuy Hòa, thời gian nắng nhiều nhất vào các tháng giữa năm với khoảng 8 - 10h/ngày Trung bình từ tháng 3 đến tháng 9, thời gian nắng từ 5 - 6

h/ngày với lượng tổng xạ trung bình trên 3,489 kWh/m2/ngày (có ngày đạt 5,815 kWh/m2/ngày)

+ Vùng phía Nam:

- Ở vùng này, quanh năm dồi dào nắng Trong các tháng 1, 3, 4 thường có nắng từ 7h sáng đến 17h Cường độ bức xạ trung bình thường lớn hơn 3,489 kWh/m2/ngày Đặc biệt là các khu vực Nha Trang, cường độ bức xạ lớn hơn 5,815 kWh/m2/ngày trong thời gian 8 tháng/năm

Dưới đây là bảng số liệu về lượng bức xạ mặt trời tại các vùng miền nước ta

Bảng 2.1 Số liệu về bức xạ mặt trời tại VN

Vùng Giờ nắng trong

năm

Cường độ BXMT (kWh/m2, ngày)

hơn Lượng bức xạ mặt trời giữa các vùng miền là khác nhau và nó cũng phụ thuộc vào từng tháng khác nhau

Dưới đây là bảng số liệu lượng bức xạ trung bình các tháng ở các địa phương

Bảng 2.2 Lượng tổng xạ bức xạ mặt trời trung bình ngày của các tháng trong năm ở

một số địa phương của nước ta, (đơn vị: MJ/m2.ngày)

phương

Tổng xạ Bức xạ Mặt Trời của các tháng trong

năm (đơn vị: MJ/m2.ngày)

10,43 17,60

12,70 13,57

16,81 11,27

17,56 9,37

2 Móng

Cái

18,81 17,56

19,11 18,23

17,60 16,10

13,57 15,75

11,27 12,91

9,37 10,35

3 Sơn La 11,23

11,23

12,65 12,65

14,45 14,25

16,84 16,84

17,89 17,89

17,47 17,47

4 Hà Nội 8,76

20,11

8,63 18,23

9,09 17,22

12,44 15,04

18,94 12,40

19,11 10,66

21,79

8,13 16,39

9,34 15,92

14,50 13,16

20,03 10,22

18,02 17,93

20,28 14,29

22,17 10,43

21,04 8,47

7 Cần Thơ 17,51

16,68

20,07 15,29

20,95 16,38

20,88 15,54

16,72 15,25

16,38 15,00

15,54 14,87

15,25 15,75

16,38 10,07

Như vậy lượng tổng xạ nhận được ở mỗi vùng miền cũng khác nhau ở mỗi tháng Ta nhận thấy rằng các tháng nhận được nhiều nắng hơn là tháng 4, 5, 6, 7, 8,

9, 10 Nếu sử dụng bình năng lượng mặt trời vào các tháng này sẽ cho hiệu suất rất cao

Tóm lại, Việt Nam là nước có tiềm năng về NLMT, trải dài từ vĩ độ 8’’ Bắc đến 23’’ Bắc, nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao, với trị

số tổng xạ khá lớn từ 100 – 175 kcal/cm2.năm, do đó việc sử dụng NLMT ở nước ta

sẽ đem lại hiệu quả kinh tế lớn Giải pháp sử dụng năng lượng mặt trời hiện đang được cho là giải pháp tối ưu nhất Đây là nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường và có trữ lượng vô cùng lớn do tính tái tạo cao Đồng thời, phát triển ngành công nghiệp sản xuất pin mặt trời sẽ góp phần thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch, giảm phát khí thải nhà kính, bảo vệ môi trường Vì thế, đây được coi là nguồn năng lượng quý giá, có thể thay thế những dạng năng lượng cũ đang ngày càng cạn kiệt Từ lâu, nhiều nơi trên thế giới đã sử dụng năng lượng mặt trời như một giải pháp thay thế những nguồn tài nguyên truyền thống

Khu vực Tây Bắc được đánh giá có tiềm năng năng lượng mặt trời vào loại khá trong toàn quốc do không bị ảnh hưởng nhiều bởi gió mùa và hoàn toàn có thể ứng dụng hiệu quả các công nghệ sử dụng năng lượng mặt trời tại khu vực Tây Bắc Bức xạ mặt trời trung bình năm từ 4,1 – 4,9 kWh/m2/ngày Số giờ nắng trung bình

cả năm đạt từ 1800 – 2100 giờ nắng, các vùng có số giờ nắng cao nhất thuộc các tỉnh Điện Biên, Sơn La Thời điểm trong năm khai thác hiệu quả nhất NLMT tại

khu vực Tây Bắc là vào tháng 3 đến tháng 9, trong khi vào các tháng mùa đông hiệu quả khai thác NLMT là rất thấp

Bảng 2.3 Số giờ nắng và cường độ bức xạ tại khu vực Tây Bắc

Tiềm năng điện mặt trời tốt nhất ở các vùng Thừa Thiên Huế trở vào Nam và vùng Tây Bắc Vùng Tây Bắc gồm các tỉnh Lai Châu, Sơn La, Lào Cai… và vùng Bắc Trung bộ gồm các tỉnh Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh… có năng lượng mặt trời khá lớn Mật độ năng lượng mặt trời biến đổi trong khoảng 300 đến 500 cal/cm2.ngày Số giờ nắng trung bình cả năm trong khoảng 1800 đến 2100 giờ Như vậy, các tỉnh thành ở miền Bắc nước ta đều có thể sử dụng hiệu quả

Còn ở miền Nam, từ Đà Nẵng trở vào, năng lượng mặt trời rất tốt và phân bố tương đối điều hòa trong suốt cả năm Trừ những ngày có mưa rào, có thể nói trên 90% số ngày trong năm đều có thể sử dụng năng lượng mặt trời cho sinh hoạt Số giờ nắng trung bình cả năm trong khoảng 2000 đến 2600 giờ Đây là khu vực ứng dụng năng lượng mặt trời rất hiệu quả

2.3.1.2 Tình hình sử dụng năng lượng mặt trời tại Việt Nam

Việt Nam là nước có tiềm năng về NLMT, trải dài từ vĩ độ 8’’ Bắc đến 23’’ Bắc, nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao, với trị số tổng

xạ khá lớn từ 100 – 175 kcal/cm2/năm, do đó việc sử dụng NLMT ở nước ta sẽ

mang lại hiệu quả kinh tế lớn Giải pháp sử dụng năng lượng mặt trời hiện đang được cho là giải pháp tối ưu nhất Đây là nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường và có trữ lượng vô cùng lớn do tính tái tạo cao Đồng thời, phát triển ngành công nghiệp sản xuất pin mặt trời sẽ góp phần thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch, giảm phát khí thải nhà kính, bảo vệ môi trường Vì thế, đây được coi là nguồn năng lượng quý giá, có thể thay thế những dạng năng lượng cũ đang ngày càng cạn kiệt Từ lâu, nhiều nơi trên thế giới đã sử dụng năng lượng mặt trời như một giải pháp thay thế những nguồn tài nguyên truyền thống

Là một nước có tiềm năng lớn về nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng bức

xạ mặt trời trung bình đạt 4 đến 5kWh/m2 mỗi ngày, Việt Nam có nhiều lợi thế phát triển hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời Trong đó, hiệu quả nhất là sử dụng năng lượng mặt trời vào đun nước nóng Tuy vậy, Việt Nam mới chỉ khai thác được 25% nguồn năng lượng tái tạo (trong đó có năng lượng mặt trời) và còn lại 75% vẫn chưa được khai thác Với sự tăng trưởng kinh tế mạnh mẽ của Việt Nam trong hơn thập kỷ qua đã khiến cho nhu cầu về điện năng tăng thêm khoảng 15% mỗi năm Tuy nhiên, lĩnh vực điện năng đang chủ yếu dựa vào nhiệt điện và thủy điện Thiếu hụt nguồn cung cấp điện của Việt Nam cũng đang gia tăng, đặc biệt là vào mùa khô

do sự phụ thuộc quá lớn vào thủy điện Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới như Việt Nam, nguồn năng lượng mặt trời sử dụng hầu như quanh năm … Tiềm năng điện mặt trời tốt nhất ở các vùng Thừa Thiên Huế trở vào Nam và vùng Tây Bắc Vùng Tây Bắc gồm các tỉnh Lai Châu, Sơn La, Lào Cai… và vùng Bắc Trung bộ gồm các tỉnh Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh… có năng lượng mặt trời khá lớn

Mật độ năng lượng mặt trời biến đổi trong khoảng 300 đến 500 cal/cm2.ngày

Số giờ nắng trung bình cả năm trong khoảng 1800 đến 2100 giờ Như vậy, các tỉnh thành ở miền Bắc nước ta đều có thể sử dụng hiệu quả Tuy nhiên, do có sự bức xạ mặt trời nhiều hơn mùa đông nên mùa hè sử dụng thiết bị đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời đạt hiệu quả cao hơn Còn ở miền Nam, từ Đà Nẵng trở vào, năng lượng mặt trời rất tốt và phân bố tương đối điều hòa trong suốt cả năm Trừ những