2.1.4.3. Cƣờng độ bức xạ mặt trời biến đổi theo thời gian
Mô hình lý thuyết để tính toán cƣờng độ bức xạ mặt trời trực tiếp gọi tắt là trực xạ đƣợc xây dựng dựa trên các tài liệu đo đạc khí tƣợng trong nhiều năm. Mô hình này dựa trên giả thiết cho rằng mặc dù các thông số khí quyển thay đổi từ miền này đến miền khác và từ thời gian này đến thời gian khác, nhƣng hệ số truyền qua hiệu dụng của bầu trời thay đổi không nhiều. Vì khi lƣợng nƣớc có thể ngƣng tụ trong khí quyển giảm, thì lƣợng bụi lại tăng lên và ngƣợc lại. Theo định nghĩa “khí quyển chuẩn” (đối với ngày trong tháng) là khí quyển mà lƣợng hơi nƣớc có thể ngƣng tụ là 15 mm, lƣợng Ozon là 2,5 mm, bụi có mật độ 300 hạt/cm3 và ở áp suất 760 mmHg và với hằng số mặt trời 1.353 W/m2. Khi đó cƣờng độ bức xạ trực tiếp đƣợc tính theo biểu thức:
(2.2) Trong đó: m là airmass
Một công thức khác tổng quát hơn cho cƣờng độ trực xạ khi tia tới vuông góc với mặt phẳng nằm ngang đã đƣợc Majumdar và cộng sự đƣa ra là:
(2.3)
Trong đó: p: áp suất ở địa phƣơng quan sát (milibar); m. Air mass; W = độ dày lƣợng hơi nƣớc có thể ngƣng tụ (cm).
Các công thức trên (2.2) và (2.3) chỉ áp dụng đƣợc cho các ngày trong sáng.
2.1.4.4. Cƣờng độ bức xạ mặt trời biến đổi theo không gian
Nhƣ đã phân tích, bức xạ nhiễu xạ tới mặt đất từ tất cả mọi phía của vòm bầu trời và là do sự tán xạ, phản xạ của tia bức xạ mặt trời trong khí quyển quả đất. Ngay cả những ngày trời đẹp nhất, khi bầu trời rất trong sáng, vẫn có bức xạ nhiễu xạ phụ thuộc vào lƣợng bụi, Ozon và hơi nƣớc trong khí quyển. Trong những ngày mây mù, lúc ta không
sự biến đổi của thời tiết nên sự phân bố bức xạ nhiễu xạ cũng biến đổi ngẫu nhiên theo không gian và thời gian. Những công thức tính toán lý thuyết thành phần này của bức xạ mặt trời đều phải dựa trên một số giả thiết để làm đơn giản bài toán. Theo lý thuyết của Buckuist và King thì hệ số truyền qua τs, đặc trƣng cho bức xạ nhiễu xạ tới một mặt phẳng nằm ngang trên mặt đất đƣợc xác định bởi biểu thức:
(2.4)
Trong đó: 0 = 1/m, m = airmass; KL: độ dày quang học (quang lộ) của lớp khí quyển; a1= tham số tán xạ dị hƣớng. Mô hình lý thuyết này chỉ có giá trị đối với bầu trời không có mây mù.
2.2. Khai thác, sử dụng trực tiếp năng lƣợng mặt trời
Việt Nam là một quốc gia đang phát triển, do đó nhu cầu năng lƣợng ngày càng tăng với tốc độ tăng trƣởng khoảng (15-20)%. Hiện tại chính sách quốc gia của Việt Nam về nhu cầu năng lƣợng dựa vào việc thiết lập hệ thống các nhà thủy điện, nhà máy nhiệt điện tua bin hơi và tua bin khí, một số nhà máy điện nguyên tử...
Tuy nhiên, để đảm bảo phát triển bền vững và đặc biệt cân bằng đƣợc năng lƣợng của quốc gia trong tƣơng lai, Việt Nam đã và đang tập trung nghiên cứu phát triển các nguồn năng lƣợng mới. Trong đó, năng lƣợng mặt trời vẫn là một nguồn năng lƣợng tối ƣu trong tƣơng lai cho điều kiện Việt Nam trên phƣơng diện địa dƣ và nhu cầu phát triển kinh tế. Nguồn năng lƣợng này sẽ góp phần vào:
Hạn chế hiệu ứng nhà kính và sự hâm nóng toàn cầu.
Giải quyết ô nhiễm môi trƣờng do việc gia tăng dân số và phát triển xã hội của các quốc gia trên thế giới.
Bổ túc vào sự thiếu hụt năng lƣợng trong tƣơng lai khi nguồn năng lƣợng trong thiên nhiên sắp bị cạn kiệt.
Vị trí địa lý đã ƣu ái cho Việt Nam nguồn năng lƣợng tái tạo vô cùng lớn, đặc biệt là năng lƣợng mặt trời. Việt Nam nằm trong khu vực có cƣờng độ bức xạ mặt trời tƣơng
Châu, Sơn La, Lào Cai)… Tuy nhiên, để khai thác nguồn năng lƣợng này, đòi hỏi rất nhiều nỗ lực. Những chuyển biến gần đây cho thấy, ứng dụng, khai thác năng lƣợng mặt trời đã có những bƣớc tiến mới.
Năng lƣợng mặt trời (NLMT) là nguồn năng lƣợng mà con ngƣời biết sử dụng từ rất sớm, nhƣng ứng dụng NLMT vào các công nghệ sản xuất và trên quy mô rộng thì mới chỉ thực sự vào cuối thế kỉ 18 và cũng chủ yếu ở những nƣớc nhiều NLMT, những vùng sa mạc. Từ sau các cuộc khủng hoảng năng lƣợng thế giới năm 1968 và 1973, NLMT càng đƣợc đặc biệt quan tâm. Các nƣớc công nghiệp phát triển đã đi tiên phong trong việc nghiên cứu ứng dụng NLMT. Các ứng dụng NLMT phổ biến hiện nay bao gồm các lĩnh vực chủ yếu sau:
2.2.1. Thiết bị sấy khô dùng NLMT
Hiện nay NLMT đƣợc ứng dụng khá phổ biến trong các lĩnh vực nông nghiệp để sấy các sản phẩm nhƣ ngũ cốc, thực phẩm… nhằm giảm tỷ lệ hao hụt và tăng chất lƣợng sản phẩm. Ngoài mục đích để sấy các loại nông sản, NLMT còn đƣợc dùng để sấy các loại vật liệu nhƣ gỗ.