Đề tài Tìm hiểu năng lượng tái tạo, phân tích, đánh giá hiệu quả khai thác sử dụng năng lượng mặt trời

i thác được vì các lý do khác như môi trường. Lợi ích lớn nhất của thuỷ điện là hạn chế được giá thành nhiên liệu. Các nhà máy thuỷ điện không phải chịu cảnh tăng giá của nhiên liệu hóa thạch như dầu mỏ, khí thiên nhiên hay than đá, và không cần phải nhập nhiên liệu. Các nhà máy thuỷ điện cũng có tuổi thọ lớn hơn các nhà máy nhiệt điện, một số nhà máy thuỷ điện đang hoạt động hiện nay đã được xây dựng từ 50 đến 100 năm trước. Chi phí nhân công cũng thấp bởi vì các nhà máy này được tự động hoá cao và có ít người làm việc tại chỗ khi vận hành thông thường. Các nhà máy thuỷ điện hồ chứa bằng bơm hiện là công cụ đáng chú ý nhất để tích trữ năng lượng về tính hữu dụng, cho phép phát điện ở mức thấp vào giờ thấp điểm (điều này xảy ra bởi vì các nhà máy nhiệt điện không thể dừng lại hoàn toàn hàng ngày) để tích nước sau đó cho chảy ra để phát điện vào giờ cao điểm hàng ngày. Việc vận hành cách nhà máy thuỷ điện hồ chứa bằng bơm cải thiện hệ số tải điên của hệ thống phát điện. Những hồ chứa được xây dựng cùng với các nhà máy thuỷ điện thường là những địa điểm thư giãn tuyệt vời cho các môn thể thao nước, và trở thành điểm thu hút khách du lịch. Các đập đa chức năng được xây dựng để tưới tiêu, kiểm soát lũ, hay giải trí, có thể xây thêm một nhà máy thuỷ điện với giá thành thấp, tạo nguồn thu hữu ích trong việc điều hành đập. 2.2. Năng lượng mặt trời 2.2.1.Khái niệm   Năng lượng mặt trời là năng lượng của dòng bức  xạ điện từ xuất phát từ mặt trời cộng với một phần nhỏ năng lượng từ các hạt nguyên tử khác phóng ra từ mặt trời.       Đây là một dạng năng lượng mà mặt trời cung cấp cho chúng ta từ ngàn xưa. Nhờ ánh sáng của mặt trời mà chúng ta có thể nhìn thấy vạn vật cũng như nhờ sức nóng mà con người bao đời qua có thể phơi khô quần áo, phơi lúa, trồng cây….Cho đến gần đây, sức nóng mặt trời được chú trọng trong việc ứng dụng vào việc chuyển hóa sang nhiệt năng, điện năng phục vụ nhu cầu của cuộc sống. Sức nóng của ánh nắng mặt trời được tập trung lại bằng những thiết bị đặc biệt để đun nóng nước sử dụng trong gia đình hay tạo ra hơi nước để sản xuất điện cho tiêu dùng 2.2.2.Tiềm năng và tình hình 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.       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… 2.3.Tiềm năng và tình hình sử dụng năng lượng mặt trời tại Việt Nam 2.3.1. Tiềm năng         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 Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ        - Ở Bắc Bộ, nắng nhiều vào tháng 5. Còn ở Bắc Trung bộ càng đi sâu về phía Nam thời gian nắng lại càng sớm, nhiều vào tháng 4. Tổng bức xạ trung bình cao nhất  ở Bắc Bộ khoảng từ thàng 5, ở Bắc Trung Bộ tù tháng 4. Số giờ nắng trung bình thấp nhất là trong tháng 2. 3 khoảng 2h/ngày, nhiều nhất vào tháng 5 với khoảng 6 – 7h/ngày và duy trì ở mức cao từ tháng 7. + 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. Bảng2.1 : Số liệu về bức xạ mặt trời tại VN Vùng Giờ  nắng trong năm Bức xạ (kcal/cm2/năm) Ứng dụng Đông Bắc 1600 – 1750 100 – 125 Trung bình Tây Bắc 1750 – 1800 125 – 150 Trung bình Bắc Trung Bộ 1700 – 2000 140 -160 Tốt Tây Nguyên và Nam Trung Bộ 2000 – 2600 150 – 175 Rất tốt Nam Bộ 2200 – 2500 130 – 150 Rất tốt Trung bình cả nước 1700 – 2500 100 – 175 Tốt Qua bảng trên cho ta thấy nước ta có lượng bức xạ mặt trời rất tốt, đặc biệt là khu vuc phía Nam, ở khu vực phía bắc thì lượng bức xạ mặt trời nhận được là ít 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. Bảng2.2 : 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) TT Địa phương Tổng xạ  Bức xạ Mặt Trời của các tháng trong năm (đơn vị: MJ/m2.ngày) 1 7 2 8 3 9 4 10 5 11 6 12 1 Cao Bằng 8,21 8,72 10,43 12,70 16,81 17,56 18,81 19,11 17,60 13,57 11,27 9,37 2 Móng Cái 18,81 19,11 17,60 13,57 11,27 9,37 17,56 18,23 16,10 15,75 12,91 10,35 3 Sơn La 11,23 12,65 14,45 16,84 17,89 17,47 11,23 12,65 14,45 16,84 17,89 17,47 4 Láng (Hà Nội) 8,76 8,63 9,09 12,44 18,94 19,11 20,11 18,23 17,22 15,04 12,40 10,66 5 Vinh 8,88 8,13 9,34 14,50 20,03 19,78 21,79 16,39 15,92 13,16 10,22 9,01 6 Đà Nẵng 12,44 14,87 18,02 20,28 22,17 21,04 22,84 20,78 17,93 14,29 10,43 8,47 7 Cần Thơ 17,51 20,07 20,95 20,88 16,72 15,00 16,68 15,29 16,38 15,54 15,25 16,38 8 Đà Lạt 16,68 15,29 16,38 15,54 15,25 16,38 18,94 16,51 15,00 14,87 15,75 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. 2.3.2. 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 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.        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 ngày có mưa rào, có thể nói trên 90% số ngày trong năm đều có thể sử dụng năng lượng mặt trời để đun nước nóng dùng 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.       Tuy nhiên, cả nước mới có khoảng 600 hệ thống đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời tập thể  và trên 5000 hệ thống cho gia đình đã được lắp đặt. Trong đó, khoảng 95% được lắp đặt sử dụng ở khu vực thành thị, 5% đươc sử dụng  ở các huyện hoặc một số hộ nông thôn .Đối tượng lắp đặt và sử dụng chủ yếu là các hộ gia đình chiếm khoảng 99%, 1% cho các đối tượng khác như: nhà trẻ, trường mẫu giáo,bệnh xá, khách sạn, trường học, nhà hàng,…..          Cả  nước hiện có khoảng 2,5 triệu bình đun nước nóng bằng điện có công suất trong khoảng 2 đến 5 kW, hàng năm tiêu tốn khoảng 3,6 tỷ kWh điện năng và sẽ  tăng nhanh theo tốc độ xây dựng nhà ở, dịch vụ và du lịch. Khi thay thế toàn bộ bằng thiết bị năng lượng mặt trời, mỗi năm sẽ tiết kiệm được khoảng hơn 1 tỷ kWh điện, tương đương một nửa lượng điện nhập khẩu 11 tháng đầu năm 2009 từ Trung Quốc, chiếm khoảng 1,5% lượng điện tiêu thụ trên toàn quốc. Đây là một con số rất lớn cho thấy một thị trường đầy tiềm năng đối với thiết bị bình đun nước nóng năng lượng mặt trời.       Trên tổng thể, điện mặt trời chiếm 0,009% tổng lượng điện toàn quốc. Gần đây có dự án phát điện ghép giữa pin mặt trời và thuỷ điện nhỏ, công suất 125 kW được lắp đặt tại xã Trang, huyện Mang Yang, tỉnh Gia Lai, và dự án phát điện lai ghép giữa pin mặt trời và động cơ gió với công suất 9 kW đặt tại làng Kongu 2, huyện Đăk Hà, tỉnh Kon Tum, do Viện Năng lượng (EVN) thực hiện, góp phần cung cấp điện cho khu vực đồng bào dân tộc thiểu số. Từ thành công của Dự án này, Viện Năng lượng (EVN) và Trung tâm Năng lượng mới tiếp tục triển khai ứng dụng giàn pin mặt trời nhằm cung cấp điện cho một số hộ gia đình và các trạm biên phòng ở đảo Cô Tô (Quảng Ninh), đồng thời thực hiện dự án “Ứng dụng thí điểm điện mặt trời cho vùng sâu, vùng xa” tại xã Ái Quốc, tỉnh Lạng Sơn. Dự án được hoàn thành vào tháng 11/2002.       Mặc dù có nhiều ưu điểm, nhưng thời gian qua, các sản phẩm sử dụng năng lượng mặt trời vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi mà chỉ  tập trung tại nông thôn, miền núi – nơi mức sống tương đối thấp. Hiện nước ta có hơn 3.000 hộ dân vùng sâu, vùng xa được điện khí hóa bằng hệ điện mặt trời gia đình, 8.500 hộ sử dụng điện mặt trời qua các trạm sạc ắc quy, … nhưng tại khu vực nội thành như thành phố Hồ Chí Minh, chỉ có duy nhất ngôi nhà sử dụng điện mặt trời (của kỹ sư Trịnh Quang Dũng do tổ chức SIDA Thụy Điển tài trợ). Ở Hà Nội, số công trình sử dụng pin mặt trời mới chỉ đếm trên đầu ngón tay như: Hệ thống pin mặt trời hòa vào mạng điện chung của Trung tâm Hội nghị Quốc gia, trạm pin mặt trời nối lưới lắp đặt trên mái nhà làm việc Bộ Công Thương, hai cột đèn năng lượng mặt trời kết hợp năng lượng gió đầu tiên được lắp đặt tại Ban quản lý dự án Công nghệ cao Hòa Lạc…       Khó  khăn lớn nhất của  lớn nhất của vấn đề này bắt nguồn từ kinh phí. Dù năng lượng mặt trời ở dạng “nguyên liệu thô”, nhưng chi phí đầu tư để khai thác, sử dụng lại rất cao do công nghệ, thiết bị sản xuất đều nhập từ nước ngoài. Phần lớn những dự án điện mặt trời đã và đang triển khai đều sử dụng nguồn vốn tài trợ hoặc vốn vay nước ngoài. Do đó, mới chỉ có một vài tổ chức, viện nghiên cứu và các trường đại học tham gia, còn phía doanh nghiệp, cá nhân vẫn chưa “mặn mà” với việc ứng dụng, sản xuất cũng như sử dụng các thiết bị năng lượng mặt trời. 2.4. Một số công nghệ ứng dụng pin mặt trời hiện nay 2.4.1 Bình nước nóng năng lượng mặt trời 2.4.1.1. Ứng dụng       Tận dụng nhiệt từ năng lượng mặt trời là một  ứng dụng có quy mô lớn nhất trong các ứng dụng năng lượng mặt trời. Những thiết bị thu hoặc tập trung năng lượng đạt hiệu suất rất cao, do đó nó được ứng dụng rộng rãi để phục vụ cho các hộ gia đình, phục vụ cho các ngành công nghiệp khác nhau.       Ứng dụng đơn giản, phổ biến và hiệu quả nhất hiện nay của năng lượng mặt trời là dùng để đun nước nóng. Các hệ thống thiết bị cung cấp nước nóng dùng nănglượng mặt trời ngày nay được sử dụng ngày càng nhiều lĩnh vực khác nhau trên thế giới. Ở Việt Nam trong những năm gần đây thiết bị cung cấp nước nóng với qui mô hộ gia đình đã được nhiều cơ sở sản xuất và đã thương mại hoá, với giá thành có thể chấp nhận được nên người dân sử dụng ngày càng nhiều. 2.4.1.2. Công nghệ a) Dạng tấm phẳng Ưu điểm:       + Hiệu suất và tuổi thọ cao: Việc truyền nhiệt được thực hiện gián tiếp thông qua dung dịch truyền nhiệt. Nước lạnh cần làm nóng để sử dụng không luân chuyển trong tấm hấp thụ năng lượng mặt trời. Điều này giúp cho tấm hấp thụ trong mọi trường hợp không bị đóng cặn canxi và bị ăn mòn dẫn tới hiệu suất hấp thụ nhiệt bị giảm sút hoặc trong một số trường hợp làm thủng tấm hấp thụ sau một thời gian sử dụng như vẫn thường gặp ở các sản phẩm cùng loại sử dụng công nghệ truyền nhiệt trực tiếp từ tấm hấp thụ vào nước lạnh chứa trong bình bảo ôn khi cho nước lạnh này luân chuyển qua tấm hấp thụ. Nhờ đó hiệu số hấp thụ nhiệt của bình  luôn được duy trì ổn định ở mức cao nhất (95,3%), đồng thời tuổi thọ của bình cũng được kéo dài tới trên 15 năm.       + Ứng dụng luân chuyển kép và chịu áp lực kép: Dung dịch truyền nhiệt luân chuyển độc lập với nước nóng tạo ra để sử dụng. Hệ thống van bảo vệ giúp cho bình USolar tấm phẳng có độ tin cậy cao, hoạt động ổn định.        + Sử dụng thuận tiện: Bình bảo ôn chịu được áp lực cao, cấp nước tự động, điều khiển tự động, đảm bảo cung cấp nước nóng cho toàn bộ thời gian trong năm khi sử dụng kết hợp năng lượng mặt trời và hỗ trợ điện.        + Dễ lắp đặt: Tấm hấp thu năng lượng mặt trời và bình bảo ôn có thể được lắp đặt tích hợp hoặc tách rời nhau tùy theo yêu cầu lắp đặt và sử dụng. Bên cạnh đó, hệ thống chân giá được thiết kế điều chỉnh linh hoạt nên với cùng một chân giá có thể lắp đặt bình trên mái phẳng hoặc mái nghiêng mà không cần phải gia công thêm. Cấu tạo:   Cấu tạo máy nước nóng năng lượng mặt trời tấm phẳng gồm có bình bảo ôn và tấm hấp thu năng lượng mặt trời Hình : Bình nước nóng NLMT tấm phẳng Nguyên lý hoạt động:        Bức xạ mặt trời chiếu vào tấm hấp thu năng lượng mặt trời sẽ chuyển hóa làm nóng dung dịch truyền nhiệt nằm sẵn trong hệ thống các ống dẫn bằng đồng nguyên chất của tấm hấp thụ. Dung dịch này sẽ luân chuyển tuần hoàn lên trên và đi vào lõi bình chứa dung dịch truyền nhiệt làm nhiệt độ của dung dịch truyền nhiệt tăng lên cao nhanh chóng. Tiếp theo, dung dịch truyền nhiệt sẽ truyền toàn bộ nhiệt lượng hấp thu được từ mặt trời sang nước lạnh chứa ở lõi bình trong cùng làm nước nóng lên. Nước nóng nằm ở lõi bình trong cùng này sẽ được sử dụng để phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt. b) Dạng chân không * Bình nước nóng năng lượng mặt trời tích hợp  Cấu tạo: Bình nước nóng năng lượng mặt trời tích hợp có cấu tạo dàn ống hấp thu năng lượng thuỷ tinh chân không để dọc. Đầu trên của dàn ống đầu ống được gắn trực tiếp vào bình bảo ôn và nước trong bình bảo ôn sẽ luân chuyển trong dàn ống. Nguyên lý hoạt động: Bình hoạt động theo nguyên lý tuần hoàn tự nhiên, bình bảo ôn được đặt cao hơn dàn ống hấp thụ năng lượng mặt trời. Khi bức xạ mặt trời chiếu vào ống hấp thụ, nhiệt độ nước nằm bên trong ống tăng lên nhanh chóng, mật độ các phân tử nước dãn ra làm cho trọng lượng riêng của phần nước nóng này giảm xuống. Nước nóng nhẹ hơn này sẽ tự chuyển động lên phía đầu trên của ống hấp thụ và đi sang bình bảo ôn. Đồng thời lúc này phần nước lạnh, có tỷ trọng lớn hơn nằm ở phía đáy bình bảo ôn sẽ chyển động sang ống và di chuyển về phía đáy của ống để lấp chỗ trống. Phần nước lạnh này đến lượt mình lại được làm nóng nhờ bức xạ mặt trời do ống hấp thụ thu được và chuyển động lên trên đầu ống và về trở lại bình bảo ôn.        Lưu chuyển nước nóng - lạnh như trên diễn ra một cách tự nhiên, liên tục làm nước lạnh chứa trong bình bảo ôn được đun nóng. Bình nước nóng năng lượng mặt trời tách rời Cấu tạo:     Bình nước nóng năng lượng mặt trời tách rời có cấu tạo ống hấp thu năng lượng mặt trời nằm riêng rẽ và đầu ống không gắn trực tiếp vào bình bảo ôn. Nguyên lý hoạt động: Loại sản phẩm này sử dụng hai dàn ống hấp thụ năng lượng thuỷ tinh chân không nằm ngang, đầu mỗi dàn ống được gắn với ống góp. Ống góp có 2 đầu, trong đó đầu dưới của ống góp được nối với đáy của bình bảo ôn để cấp nước lạnh từ bình bảo ôn cho dàn ống hấp thụ năng lượng mặt trời. Đầu trên của ống góp được nối với thân bình bảo ôn nhằm thu hồi nước được làm nóng trong dàn ống hấp thụ do bức xạ mặt trời tuần hoàn về lại bình bảo ôn, nhờ đó nước lạnh chứa trong bình được làm nóng.  * Bình nước nóng năng lượng mặt trời áp lực  Cấu tạo:    Bình nước nóng năng lượng mặt trời áp lực sử dụng ống nhiệt bằng đồng làm thiết bị trao đổi nhiệt để chuyển hóa trực tiếp nhiệt năng thu được thông qua dàn ống hấp thu năng lượng mặt trời vào nước chứa trong bình bảo ôn. Nguyên lý hoạt động:   Ống nhiệt được gắn trực tiếp vào bình bảo ôn và truyền nhiệt năng của bức xạ mặt trời do dàn ống hấp thu được trực tiếp vào nước lạnh trong bình bảo ôn dựa vào tuần hoàn của dung dịch truyền nhiệt chứa bên trong thân ống nhiệt, theo đó tốc độ truyền nhiệt nhanh gấp hàng trăm lần so với phương pháp tuần hoàn tự nhiên thông thường.Làm nóng nước bằng ống nhiệt là một giải pháp công nghệ mới cho bình nước nóng năng lượng mặt trời. Do không có nước luân chuyển bên trong dàn ống hấp thu năng lượng mặt trời nên nếu có một vài ống bị vỡ do ngoại lực hoặc bất cẩn thì hệ thống vẫn hoạt động bình thường. Đồng thời, cặn bẩn hay khoáng chất can xi có sẵn trong nước sinh hoạt không bám vào thành ống hấp thu nên ống luôn duy trì được hiệu số hấp thụ năng lượng mặt trời ở mức cao nhất 94%.  Ưu điểm chung của bình nước nóng năng lượng mặt trời:       + Tuổi thọ sử dụng: tương đối cao, có thể  đạt tới 15 năm và còn cao hơn phụ thuộc vào sự bảo dưỡng thường xuyên của người sử dụng.       + Chỉ phải vận hành, không phải chi trả tiền năng lượng hàng tháng.       + Không gây ô nhiễm môi trường mà còn góp phần bảo vệ môi trường. + Độ tin cậy trong vận hành: thiết bị vận hành dựa trên nguyên lý đối lưu tự nhiên của hai dòng nước nóng và lạnh. Do đó về cơ bản không phát sinh sự cố trong thời gian vận hành.       + Độ an toàn: độ an toàn rất cao không gây cháy, Chập hay nổ trong suốt quá trình hoạt động. 2.4.2. Sử dụng năng lượng mặt trời cho phát điện (pin mặt trời)     Pin mặt trời là phương pháp sản xuất điện trực tiếp từ năng lượng mặt trời qua thiết bị biến đổi quang điện.  Pin mặt trời có ưu điểm là gọn nhẹ có  thể lắp bất kỳ đâu có ánh sáng mặt trời đặc biệt là trong lĩnh vực tàu vũ trụ. Ứng dụng năng lượng mặt trời dưới dạng này được phát triển với tốc độ rất nhanh, nhất là các nước phát triển. Hiện nay có 4 ứng dụng của hệ thống pin mặt trời        - Mạng cục bộ không nối lưới: Cung cấp điện cho việc chiếu sáng, làm lạnh và các phụ tải khác cho các hộ gia đình cách ly ở các vùng hẻo lánh trên toàn thế giới, đặc biệt là ở các nước phát triển (những nước có những công nghệ rất thích hợp để đáp ứng nhu cầu điện cho người dân ở khu vực hẻo lánh, cách xa đường điện).       - Mạng toàn cục không nối lưới: Hệ thống pin mặt trời được lắp đặt trên mặt đất, cung cấp điện cho các ứng dụng trong phạm vi rộng như truyền hình, bơm nước, hệ thống làm lạnh Vacin, các hỗ trợ về hàng hải, tín hiệu cảnh báo của hàng không và thiết bị ghi của khí tượng.       - Nối lưới phân tán: Cung cấp điện cho các khu nhà  ở, tòa nhà thương mại và công nghiệp với công suất khoảng 0,4 – 100 kW. Khi nhu cầu điện của phụ tải nhỏ hơn sản lượng điện do hệ  thống phát ra, hệ thống sẽ cung cấp điện trở lại cho mạng lưới điện. Hệ thống này được lắp đặt tại vị trí sử dụng nên tổn thất đường dây nhỏ. So với mạng không dây, chi phí của hệ thống này thấp hơn, hiệu suất cao hơn và sự ảnh hưởng tới môi trường ít hơn.       - Nối lưới tập trung: Được lắp đặt với hai mục đích chính là nhằm thay thế các nhà máy điện hạt nhân hoặc nhà máy điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch, và tăng cường sử dụng mạng lưới phân phối. Một số nước đang ứng dụng như: Đức, Italia, Nhật Bản, Tây Ban Nha, Thụy Sĩ, Mỹ.       Ở Việt Nam pin mặt trời được nghiên cứu và triển khai ứng dụng muộn nhất – bắt đầu từ những năm 90, mãi đến năm 1994 việc triển khai ứng dụng các thiết bị này mới được phát triển mạnh mẽ. Đi đầu trong việc phát triển ứng dụng là ngành Bưu chính viễn thông và ngành bảo đảm hàng hải. Ngày nay con người đã ứng dụng pin năng lượng mặt trời để chạy xe thay thế dần nguồn năng lượng truyền thống.       Khu vực phía Nam là nơi ứng dụng sớm nhất các giàn pin mặt trời phục vụ thắp sáng và sinh hoạt văn hoá dân cư tại một vùng nông thôn xa lưới điện. Các trạm điện mặt trời có công suất từ 500 - 1000 Wp được lắp đặt ở các trung tâm xã để nạp điện vào ắc quy cho các gia đình đưa về sử dụng. Các giàn pin mặt trời có công suất từ 250 - 500 Wp phục vụ thắp sáng cho các bệnh viện, trạm xá và các cụm văn hoá thôn, xã. Đến nay, có khoảng 800 giàn pin mặt trời đã được lắp đặt và sử dụng cho các hộ gia đình với công suất 22,5 - 50 Wp.       Khu vực miền Trung là vùng có bức xạ mặt trời khá tốt và số lượng ngày nắng tương đối cao, rất thích hợp cho việc ứng dụng pin mặt trời. Hiện tại, ở khu vực miền Trung có 2 dự án lai ghép của pin mặt trời có công suất lớn nhất Việt Nam:       +Dự  án phát điện ghép giữa pin mặt trời và thuỷ  điện nhỏ với công suất 125 kW trong đó công suất của hệ thống pin mặt trời là 100 kW.       +Dự  án phát điện ghép giữa pin mặt trời và động cơ gió phát điện với công suất là 9 kW, trong đó pin mặt trời là 7 kW và gió là 2 kW.       Khu vực phía Bắc bắt đầu triển khai ứng dụng pin mặt trời có chậm hơn khu vực phía Nam. Song việc ứng dụng các giàn pin mặt trời cho các hộ gia đình ở  các vùng núi cao, hải đảo và cho các trạm biên phòng được triển khai khá nhanh.  2.4.3. Hệ thống chưng cất nước bằng năng lượng mặt trời      Các thiết bị chưng cất nước bằng năng lượng mặt trời được nghiên cứu và triển khai ứng dụng nhằm cung cấp nước ăn, uống cho nhân dân vùng hải đảo và vùng nước chua phèn, đặc biệt là cung cấp nước ngọt cho chiến sĩ ở quần đảo Trường Sa. Ngoài ra nước chưng cất còn phục vụ cho công nghiệp tráng gương và sản xuất ắc qui.       Có  hai loại thiết bị chưng cất nước bằng NLMT được  đưa ra ứng dụng để phục vụ công nghiệp tráng gương, nạp ắc quy:       - Loại thứ nhất: Hệ thống xây tại chỗ, diện tích vào khoảng 10 – 40m2. Đối với miền Bắc, năng suất vào khoảng 3 -4 lít/m2/ngày vào mùa đông và 4-5 lít/m2/ngày vào mùa hè.       - Loại thứ hai: Là thiết bị dạng khay, có  thể di chuyển được, diện tích bộ thu của thiết bị này thường là 1m2.