Luận văn Khả năng sử dụng năng lượng mặt trời phục vụ các hoạt động của con người vùng ven biển trung bộ

........................................................ 21 Hình 3.7. Biểu đồ phân bố số giờ nắng các tháng trong năm 2009 khu vực Trung Trung Bộ .......................................................................... 22 Hình 3.8. Biểu đồ phân bố số giờ nắng các tháng trong năm 2010 khu vực Trung Trung Bộ .......................................................................... 22 Hình 3.9. Biểu đồ phân bố số giờ nắng các tháng trong năm 2009 trạm Lý Sơn .............................................................................................. 23 Hình 3.10. Biểu đồ phân bố số giờ nắng các tháng trong năm 2010 trạm Tuyên Hóa .................................................................................. 23 Hình 3.11. Biểu đồ phân bố số giờ nắng các trạm trong năm 2009 khu vực Trung Trung Bộ .......................................................................... 24 Hình 3.12. Biểu đồ phân bố số giờ nắng các trạm trong năm 2010 khu vực Trung Trung Bộ .......................................................................... 24 Hình 3.13. Biểu đồ phân bố số giờ nắng các tháng trong năm 2009 khu vực Nam Trung Bộ ............................................................................ 25 Hình 3.14. Biểu đồ phân bố số giờ nắng các tháng trong năm 2010 khu vực Nam Trung Bộ ..................................................................... 25 Hình 3.15. Biểu đồ phân bố số giờ nắng các tháng trong năm 2010 trạm Phan Thiết ................................................................................... 26 Hình 3.16. Biểu đồ phân bố số giờ nắng các tháng trong năm 2010 trạm Hoài Nhơn .................................................................................. 26 Hình 3.17. Biểu đồ phân bố số giờ nắng các trạm trong năm 2009 khu vực Nam Trung Bộ ............................................................................ 27 Hình 3.18. Biểu đồ phân bố số giờ nắng các trạm trong năm 2010 khu vực Nam Trung Bộ ............................................................................ 27 Hình 3.19. Bản đồ số giờ nắng trung bình năm 2009 – 2010 [6] ................... 29 Hình 3.20. Bản đồ số ngày nắng trung bình năm 2009 – 2010 [6] ................ 31 Hình 3.21. Giàn đun nƣớc nóng bằng năng lƣợng mặt trời ............................ 35 Hình 3.22. Thiết bị sấy bằng năng lƣợng mặt trời .......................................... 36 Hình 3.23. Lễ khởi công dự án nhà máy điện mặt trời ở Quảng Ngãi ........... 37 Hình 3.24. Lễ khởi công dự án nhà máy điện mặt trời ở Quảng Bình ........... 38 Hình 3.25. Các giàn pin mặt trời hộ gia đình ................................................. 39 Hình 3.26. Bếp năng lƣợng mặt trời hình hộp và hình parabol ...................... 40 Hình 3.27. Xích lô chạy bằng năng lƣợng Mặt trời ........................................ 40 Hình 3.28. Hệ thống sản xuất mắm bằng năng lƣợng mặt trời ...................... 41 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BXMT : Bức xạ mặt trời NL : Năng lƣợng NLMT : Năng lƣợng mặt trời NLTT : Năng lƣợng tái tạo PMT : Pin mặt trời TCTK : Tổng cục thống kê 1 MỞ ĐẦU Mặt trời là một nguồn năng lƣợng khổng lồ. Hoạt động của mặt trời thƣờng xuyên tạo ra các dòng bức xạ có năng lƣợng lớn truyền vào không gian vũ trụ. Song, phần bức xạ của mặt trời truyền vào trái đất chỉ là một phần rất nhỏ. Mặc dù vậy, nguồn năng lƣợng mặt trời (NLMT) đến với Trái đất cũng đủ nuôi sống toàn bộ quả đất chúng ta. Ngoài việc năng lƣợng mặt trời tự nó tạo ra các hoạt động sống bình thƣờng cho các loài sinh vật, trong đó có con ngƣời thì từ xa xƣa, loài ngƣời đã biết tận dụng nguồn năng lƣợng quý giá này trong nhiều hoạt động thực tiễn để nhằm cải tạo thiên nhiên, chinh phục vũ trụ, cải thiện và nâng cao chất lƣợng cuộc sống của mình. Tuy dòng bức xạ mặt trời đến trái đất là rất nhỏ so với tổng thể khổng lồ của nó, nhƣng so với chúng ta, đó lại là một nguồn năng lƣợng vô tận. Bức xạ mặt trời, trƣớc hết là bức xạ trực tiếp, khi đến trái đất lại tạo ra nhiều dạng bức xạ thứ cấp khác nhƣ phản xạ, tán xạ (bức xạ khuếch tán), bức xạ mặt đất, bức xạ khí quyển,Nếu khai thác có hiệu quả các dạng bức xạ này, có thể mang đến cho chúng ta một nguồn năng lƣợng hết sức dồi dào. Các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu và cho thấy rằng, các nguồn năng lƣợng do bức xạ tạo nên đều không có ảnh hƣởng độc hại gì đến môi trƣờng xung quanh. Từ lâu, nhiều nơi trên thế giới đã sử dụng năng lƣợng mặt trời nhƣ 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 lƣợng mặt trời, có tác dụng làm nóng nƣớc. Ở Brazil, những vùng xa xôi hiểm trở nhƣ Amazon, điện năng lƣợng mặt trời luôn chiếm vị trí hàng đầu. Ngay tại Đông Nam Á, điện mặt trời ở Philipines cũng đã đảm bảo nhu cầu sinh hoạt cho 400.000 dân. Việt Nam nằm trong khu vực cận nhiệt đới, trải dài từ vĩ độ 23o23’ Bắc đến 8 o27’ Bắc, có số giờ nắng khá dồi dào. Trung bình cả nƣớc từ 1700 đến 1900 giờ nắng, có nơi đạt tới trên 2500 giờ/năm – nguồn Tổng cục Thống kê (TCTK). Việc khai thác sử dụng năng lƣợng mặt trời phục vụ cho các hoạt động đời sống của con ngƣời cũng đã đƣợc tiến hành ở một số địa phƣơng dƣới những dạng khác nhau nhƣ: bình nƣớc nóng thái dƣơng năng, bếp đun nấu cho gia đình, thu điện mặt trời quy mô nhỏ (cấp cho đèn chiếu sáng cho các vật dụng sinh hoạt trong gia đình hoặc cho cụm dân cƣ,) 2 Do đó, việc nghiên cứu khả năng sử dụng năng lƣợng mặt trời của con ngƣời ở Việt Nam là cần thiết để đƣa ra giải pháp tối ƣu nhằm vừa đạt đƣợc mục đích kinh tế vừa tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trƣờng. Rất tiếc, đối với Việt Nam, do điều kiện thực tế, các máy đo bức xạ mặt trời trên lãnh thổ (chủ yếu trong ngành khí tƣợng) rất ít và tình trạng các thiết bị đo không đƣợc tốt lắm nên số liệu đo trực tiếp không có nhiều. Tuy nhiên, bù vào đó, ở hầu hết các trạm khí tƣợng của nƣớc ta lại có các máy đo nắng (nhật quang ký) hoạt động và thu đƣợc số liệu về số giờ nắng rất tốt. Nắng là một dòng bức xạ trực tiếp của mặt trời xuống trái đất, số giờ nắng là thể hiện lƣợng ánh sáng mặt trời trực tiếp chiếu xuống bề mặt trái đất. Trong các thiết bị đo bức xạ mặt trời, trực xạ là nguồn bức xạ lớn nhất đƣợc đo trực tiếp từ nắng. Nhiều công trình trên thế giới cũng nhƣ trong nƣớc trƣớc đây đã cho thấy rằng, số giờ nắng có mối tƣơng quan tuyến tính khá chặt chẽ với tổng lƣợng bức xạ mặt trời. Vì thế, để đánh giá đƣợc tài nguyên năng lƣợng mặt trời ở địa phƣơng, có thể sử dụng phƣơng pháp gián tiếp tính tổng lƣợng bức xạ qua số giờ nắng. Trƣớc đây, ở Việt Nam đã có một số công trình nghiên cứu đánh giá khả năng và đề xuất giải pháp khai thác năng lƣợng mặt trời cho một vài địa phƣơng ở miền Bắc. Tuy nhiên, chƣa có công trình nào nghiên cứu theo hƣớng này cho khu vực miền Trung. Vì vậy, đề tài luận văn này chon đề tài có tên: Nghiên cứu khả năng sử dụng năng lượng mặt trời phục vụ các hoạt động của con người vùng ven biển Trung Bộ với những mục đích sau:  Đánh giá tiềm năng năng lƣợng mặt trời khu vực ven biển Trung Bộ thông qua số liệu nắng và số liệu bức xạ.  Nghiên cứu hiện trạng sử dụng năng lƣợng mặt trời cho các hoạt động của con ngƣời ở khu vực ven biển Trung Bộ.  Đánh giá khả năng và đề xuất đƣợc một số giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng năng lƣợng mặt trời đối với khu vực nghiên cứu. 3 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan sơ lƣợc về khu vực nghiên cứu 1.1.1. Tổng quan vùng Bắc Trung Bộ Khu vực Bắc Trung Bộ gồm các tỉnh Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh. Phía Đông giáp biển là những đồng bằng tƣơng đối rộng châu thổ sông Mã, sông Chu và sông Cả. Địa hình nâng cao về phía Tây từ 100 đến 200m ở vùng đồi chuyển tiếp tới vùng núi giáp biên giới Việt – Lào, mà từ phía Nam sông Cả đã bắt đầu dãy Trƣờng Sơn. Vùng núi phía Tây có những đỉnh vƣợt quá 1000-1500m, địa hình phức tạp bị chia cắt sâu bởi những thung lũng sông bắt nguồn từ bên Lào và có chỗ hạ thấp độ cao thành đèo cắt ngang Trƣờng Sơn (đèo Noọng Dẻ, đèo Keo Nƣa). Đặc biệt ở phía Nam có dãy Hoành Sơn là một dãy núi ngang từ Trƣờng Sơn tiến ra biển. Khu vực Bắc Trung Bộ có 20 trạm Khí tƣợng thuộc đài Khí tƣợng Thủy văn Khu vực Bắc Trung Bộ có kinh độ từ 104o26 (Tƣơng Dƣơng) đến 106o17 (Kỳ Anh), vĩ độ từ 18o05 (Kỳ Anh) đến 20o22 (Hồi Xuân). Đặc điểm quan trọng nhất của khu vực Bắc Trung Bộ là sự xuất hiện một thời kỳ khô nóng gió Tây (gió Lào) vào đầu mùa Hạ, liên quan với hiệu ứng phơn (foehn) do ảnh hƣởng của áp thấp nóng phía tây mang lại. Đặc biệt ở đồng bằng Nghệ An – Hà Tĩnh và trong thung lũng sông Cả, thời tiết gió Tây phát triển rất mạnh (hàng năm có tời 20-30 ngày gió Tây và trên nữa). Khu vực Bắc Trung Bộ có sự phân hóa khí hậu khá mạnh theo chiều từ Bắc xuống Nam. Khí hậu khu vực Thanh Hóa có tính chất chuyển tiếp với khí hậu đồng bằng Bắc Bộ: mùa Đông lạnh hơn, gió Tây khô nóng ít hơn. Khí hậu khu vực Nghệ An đặc trƣng bằng sự hoạt động mạnh của gió Tây khô nóng, đem lại một thời kỳ khô nóng gay gắt đầu mùa Hạ và một tình trạng ít mƣa nói chung. Khu vực Hà Tĩnh có khí hậu khô ẩm đặc biệt phong phú liên quan với tác dụng chắn gió của dãy Hoành Sơn. Lƣợng mƣa ở đây lớn gấp 2 lần lƣợng mƣa ở Nghệ An và khu vực này đã trở thành một trong những trung tâm mƣa lớn ở nƣớc ta với lƣợng mƣa năm đạt tới 2500-3000mm. Ảnh hƣởng khắc nghiệt khô nóng của khí hậu cộng thêm phải gánh chịu hầu hết các cơn bão từ biển Đông đổ vào Việt Nam khiến khu vực Bắc Trung Bộ có nền 4 kinh tế khó khăn, nông nghiệp kém phát triển do chịu ảnh hƣởng lớn từ thiên tai. Để có thể phát huy tiềm năng năng lƣợng mặt trời ở khu vực này cần sự hỗ trợ chính sách lớn của Chính phủ. 1.1.2. Tổng quan vùng Trung Trung Bộ Khu vực Trung Trung Bộ là một dải hẹp uốn theo hình vòng cung dọc theo đƣờng bờ biển gồm các tỉnh Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên Huế, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Đà Nẵng. Khu vực Trung Trung Bộ có địa hình rất phức tạp bao gồm một vùng núi nằm gọn bên sƣờn đông dốc đứng của dãy Trƣờng Sơn với nhiều nhánh núi ngang nhô ra sát biển (dãy Bạch Mã, dãy Vọng Phu..) chia cắt dải đồng bằng ven biển thành nhiều cánh đồng nhỏ nối tiếp từ Bắc xuống Nam. Trên dải ven biển đâu đâu cũng hiện lên một quang cảnh giống nhau: sát bờ biển là những cồn cát trắng xóa, xen giữa có những đầm phá đang bồi đắp dở, phần giữa là những cánh đồng phù sa. Khu vực Trung Trung Bộ có 15 trạm Khí tƣợng thuộc Đài Khí tƣợng Thủy văn Khu vực Trung Trung Bộ có kinh độ từ 106001 (Tuyên Hóa) đến 109009 (Lý Sơn), vĩ độ từ 14046 (Ba Tơ) đến 17053 (Tuyên Hóa). Khu vực Trung Trung Bộ là một dải hẹp uốn theo hình vòng cung phù hợp với đƣờng bờ biển, bao gồm một vùng núi nằm gọn bên sƣờn đông dốc đứng của dãy Trƣờng Sơn cùng với dải đồng bằng ven biển. Địa hình rất phức tạp với nhiều nhánh núi ngang nhô ra sát biển (dãy Bạch Mã, dãy Vọng Phu..) chia cắt dải đồng bằng thành nhiều cánh đồng nhỏ nối tiếp từ Bắc xuống Nam. Trên dải ven biển đâu đâu cũng hiện lên một quang cảnh giống nhau: sát bờ biển là những cồn cát trắng xóa, xen giữa có những đầm phá đang bồi đắp dở, phần giữa là những cánh đồng phù sa. Khí hậu vùng Trung Trung Bộ lại khá độc đáo vì những nét dị thƣờng với khí hậu gió mùa trong sự phân hóa mùa mƣa ẩm, mùa mƣa ẩm bắt đầu từ giữa mùa hạ kéo dài đến giữa mùa đông. Sự sai lệch đó trong diễn biến gió mùa đã từng đƣợc nhắc đến nhƣ một trƣờng hợp dị thƣờng của khí hậu gió mùa (kiểu khí hậu Huế). Trong mùa gió mùa mùa hạ, luồng gió ấm từ phía Tây thổi tới bị dãy Trƣờng Sơn ngăn cản. Sau khi để lại một lƣợng ấm đáng kể dƣới dạng mƣa bên sƣờn Tây, vƣợt qua núi dƣới tác dụng 5 của phơn (“foehn”), đã đem lại cho sƣờn Đông và vùng đồng bằng ven biển Trung Trung Bộ một kiểu thời tiết khô nóng rất đặc trƣng (thời tiết gió Tây). Mặc dù chịu sự phân hóa về địa hình cũng nhƣ khí hậu, nhƣng thiên nhiên đã ban tặng cho vùng đất Trung Trung Bộ nhiều tài nguyên khoáng sản cũng nhƣ những vùng đất với phong cảnh đẹp. Trung Trung Bộ là vùng có kinh tế phát triển, tuy nhiên các ứng dụng trong công nghệ năng lƣợng mặt trời chƣa đƣợc sử dụng nhiều ở khu vực này. 1.1.3. Tổng quan vùng Nam Trung Bộ Khu vực Nam Trung Bộ gồm các tỉnh Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa, Ninh Thuận, Bình Thuận. Nam Trung Bộ có núi tiến ra gần biển nên đồng bằng bị thu hẹp. Đằng sau những cồn cát trắng xóa chạy dài hàng chục kilomet là những cánh đồng phù sa có nhiều sông nhỏ chạy qua. Vùng cửa sông thƣờng bị cát chắn, nƣớc ứ lại tạo ra những bãi lầy sú vẹt và những cây nƣớc mặn mọc. Phần sát núi là những dãy đồi hoa cƣơng. Phía Tây của vùng là khối núi Nam Trung Bộ đồ sộ cao vƣợt 1500 – 2000m nằm án ngữ, với những nhánh núi ngang tiến ra sát biển ôm lấy cánh đồng Khánh Hòa và cánh đồng Phan Rang. Các trạm khí tƣợng thuộc đài khí tƣợng thủy văn khu vực Nam Trung Bộ có kinh độ từ 107046 (La Gi) đến 114020 (Song Tử Tây), vĩ độ từ 8039 (Trƣờng Sa) đến 14031 (Hoài Nhơn). Đặc điểm quan trọng nhất và rất độc đáo của khí hậu Nam Trung Bộ là tình trạng khô hạn kéo dài, liên quan với vị trí che khuất của vùng này bởi các vòng cung núi bao bọc khắp các phía Bắc, Tây, Nam với các luồng gió trong cả hai mùa. Lƣợng mƣa năm chỉ vào khoảng 1300 – 1400mm ở vùng Bắc (Khánh Hòa), giảm xuống dƣới 1000mm ở phía Nam (Ninh Thuận) với trung tâm khô hạn nhất toàn quốc là Phan Rang với lƣợng mƣa trung bình năm không tới 700mm. Độ ẩm rất thấp, mƣa ít nắng nhiều, nhiều nhất toàn quốc với số giờ nắng năm lên tới 2500 giờ. Do khí hậu khô hạn, số giờ nắng cao nên Nam Trung Bộ rất phù hợp cho việc ứng dụng các thiết bị năng lƣợng mặt trời. Ninh Thuận, Bình Thuận cũng là 6 vùng đƣợc đầu tƣ nghiên cứu các loại hình năng lƣợng khác nhƣ năng lƣợng gió (phong điện), năng lƣợng hạt nhân. 1.2. Tổng quan về năng lƣợng mặt trời 1.2.1. Khái niệm chung Mặt trời là quả cầu lửa khổng lồ với đƣờng kính trung bình khoảng 1,36 triệu km ở cách Trái đất khoảng 150 triệu km. Theo các số liệu hiện có, nhiệt độ bề mặt của mặt trời vào khoảng 6000 0K, trong khi đó nhiệt độ ở vùng trung tâm của mặt trời rất lớn, vào khoảng 8x106 0K đến 40x106 0K. Mặt trời đƣợc xem là một lò phản ứng nhiệt hạch hoạt động liên tục. Do luôn luôn bức xạ năng lƣợng vào trong vũ trụ nên khối lƣợng của mặt trời sẽ giảm dần. Điều này dẫn đến kết quả là đến một ngày nào đó mặt trời sẽ thôi không tồn tại nữa. Tuy nhiên, do khối lƣợng của mặt trời vô cùng lớn, vào khoảng 1,991x1030kg, nên thời gian để mặt trời còn tồn tại đƣợc tính hàng tỷ năm. Bên cạnh sự biến đổi nhiệt độ rất đáng kể theo bán kính, một điểm đặc biệt khác của mặt trời là sự phân bố khối lƣợng rất không đồng đều. Ví dụ, khối lƣợng riêng ở vị trí gần tâm mặt trời vào khoảng 100g/cm3, trong khi đó khối lƣợng riêng trung bình của mặt trời chỉ vào khoảng 1,41g/cm3. Các kết quả nghiên cứu cho thấy, khoảng cách từ mặt trời đến Trái đất không hoàn toàn ổn định mà dao động trong khoảng ±1,7% xoay quanh giá trị trung bình đã trình bày ở trên. Trong kỹ thuật năng lƣợng mặt trời, ngƣời ta rất chú ý đến khái niệm hằng số mặt trời (Solar Constant). Về mặt định nghĩa, hằng số mặt trời đƣợc hiểu là lƣợng bức xạ mặt trời nhận đƣợc trên bề mặt có diện tích 1m2 đặt bên ngoài bầu khí quyển và thẳng góc với tia tới. Tại khoảng cách trung bình từ trái đất đến mặt trời (1.5x1011 m), hằng số mặt trời là S0 = 1367 W/m 2. Mặt trời phát ra dòng năng lƣợng gần nhƣ không đổi đƣợc gọi là độ chói của mặt trời, có giá trị: L0 = 3.9x10 26 W. [11] Trong tự nhiên, bức xạ mặt trời là dòng vật chất và năng lƣợng của quá trình phong hóa, bóc mòn, vận chuyển, bồi tụ cũng nhƣ chiếu sáng và sƣởi ấm cho các hành tinh trong hệ mặt trời. Ngày nay, con ngƣời đã có thể biến đổi năng lƣợng bức xạ mặt trời ra nhiều dạng năng lƣợng khác để sử dụng: 7 - Biến đổi ra nhiệt năng nhờ các kỹ thuật làm nóng và làm lạnh. - Biến đổi ra nhiệt năng rồi từ nhiệt năng thành cơ năng bằng các quá trình nhiệt động lực và từ cơ năng thành điện năng. - Biến đổi trực tiếp ra điện năng nhờ các pin quang điện. - Biến đổi ra nhiệt năng rồi từ nhiệt năng ra hóa năng nhờ các phản ứng nhiệt hóa. - Tạo ra sinh khối bằng quá trình quang hợp rồi từ sinh khối thu đƣợc hóa năng nhờ các quá trình lên men và nhiệt phân. Ngoài ra, ngƣời ta dự đoán trong tƣơng lai còn có thể biến đổi trực tiếp năng lƣợng mặt trời ra hóa năng nhờ các phản ứng quang hóa. Tuy nhiên, hiện nay năng lƣợng mặt trời khai thác chủ yếu dƣới dạng nhiệt năng và quang năng. Các phƣơng tiện kỹ thuật đƣợc sử dụng để biến đổi năng lƣợng mặt trời ra các dạng năng lƣợng khác bao gồm nhiều thứ khác nhau, từ các dàn đun nƣớc đơn giản đến các lò mặt trời, các nhà máy điện mặt trời. Nói chung các hệ thống thiết bị mặt trời có 2 loại khác nhau về tính năng sử dụng năng lƣợng mặt trời: - Loại không tập trung năng lƣợng mặt trời, loại này hoạt động do tác dụng của tổng xạ, tức là có thể sử dụng đƣợc cả trực xạ lẫn tán xạ mặt trời. - Loại hội tụ năng lƣợng mặt trời, loại này hầu nhƣ chỉ sử dụng đƣợc trực xạ mặt trời. Hiệu quả hoạt động của các hệ thống thiết bị này chủ yếu phụ thuộc vào cƣờng độ tổng xạ và trực xạ, phân phối tần suất tổng xạ và trực xạ, phân phối phổ trực xạ và tán xạ, ngoài ra cũng còn chịu ảnh hƣởng của một số yếu tố khí tƣợng khác nhƣ nhiệt độ, gió, độ ẩm v..v Trong phạm vi luận văn cao học này, tác giả chỉ sử dụng thông số số giờ nắng là thông số đặc trƣng nhất để đánh giá tiềm năng năng lƣợng mặt trời. 1.2.2. Sơ lược về các nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời trên thế giới Các số liệu từ REN 21: Renewables Global Status Report 2014, cho thấy: đến cuối năm 2013, tổng công suất lắp đặt các hệ thống nƣớc nóng mặt trời trên toàn thế giới vào khoảng 326GWth, trong đó phần lớn đƣợc lắp đặt ở Trung Quốc và các nƣớc thuộc khối EU. Nếu tính theo công suất đã lắp đặt thiết bị nƣớc nóng mặt 8 trời trên đầu ngƣời (theo đơn vị kWth/1000 dân) thì đến năm 2013, có 5 nƣớc dẫn đầu thế giới là: (1) Đảo Sip, 548; (2) Áo, 420; (3) Israel, 385; (4) Barbados, 320; (5) Hy Lạp, 268. Chú ý rằng, các nƣớc trên không phải đều là các nƣớc phát triển và giàu. Điều đó cho thấy, công nghệ nhiệt mặt trời nhiệt độ thấp có thể phát triển có hiệu quả ở nhiều nƣớc, trong đó có Việt Nam.[10] Hình 1.1. Thị phần công suất lắp đặt thiết bị nƣớc nóng NLMT của 10 nƣớc dẫn đầu thế giới [10] Theo Renewables 2014, Global Status Report, công suất lắp đặt pin mặt trời trên toàn thế giới đến năm 2013 là 139 GW. Năm 2013, Đức lắp thêm 3,3 GW, đƣa tổng công suất đến 2013 lên 36 GW; Trung Quốc lắp thêm 12,9 GW, chiếm khoảng 72% tổng công suất PMT lắp thêm năm 2013 trên toàn thế giới, trở thành nƣớc có vị trí thứ 2, với tổng công suất khoảng 19 GW; Vị trí thứ 3 là Ý, với tổng công suất đến 2013 khoảng 17,5 GW; Mỹ đứng vị trí thứ 5 sau Nhật Bản, có tổng công suất 12,5 GW, năm 2013 lắp thêm 4,8 MW; Nhật Bản lắp thêm 6,9 GW, tăng 50% so với công suất đã xây dựng trƣớc đó, đƣa tổng công suất lên khoảng 14 GW.[18] 9 Bảng 1.1. Các số liệu về công suất pin mặt trời đã lắp đặt [18] Nƣớc Công suất pin mặt trời đã lắp đặt, GW Đức Nhật Mỹ Ý Trung Quốc 36 14 12,5 17,5 19 Nguồn: Renewables 2014, Global Status Report Các hình 1.1 và bảng 1.1 cho thấy, các nƣớc đang thi đua khai thác nguồn năng lƣợng vô tận từ mặt trời để đáp ứng các nhu cầu thiết yếu của con ngƣời. Trong đó, có thể nói tốc độ khai thác sử dụng năng lƣợng mặt trời ở Trung Quốc là rất ấn tƣợng. Các nƣớc trong khu vực cũng đang có cuộc cạnh tranh rất quyết liệt trong lĩnh vực này. Ngoài ra, trong cuộc chạy đua tìm kiếm những nguồn năng lƣợng mới nhằm thay thế cho nguồn năng lƣợng đang dần cạn kiệt trên trái đất, giới khoa học đã tìm mọi cách tận dụng nguồn năng lƣợng vô tận từ vũ trụ, mà đặc biệt là năng lƣợng mặt trời. Nguồn năng lƣợng đó đã giúp các nhà khoa học ứng dụng và vận hành thành công nhiều phát minh khoa học độc đáo, đồng thời mở ra những cơ hội khai thác năng lƣợng mới cho toàn nhân loại: - Máy bay sử dụng năng lƣợng mặt trời từ lâu đã đƣợc một số quốc gia nhƣ Anh, Mỹ, Nhật Bản... tìm cách phát triển và đã thu đƣợc thành công lớn. Chiếc máy bay chạy bằng năng lƣợng mặt trời hiện đại nhất hiện nay của Mỹ là loại máy bay với sải cánh dài 70 m, trọng lƣợng khoảng 1,6 tấn đã thực hiện thành công nhiều chuyến bay không cần đến bất kỳ một nhiên liệu nào khác. - Thành công đầu tiên trong ứng dụng năng lƣợng mặt trời vào việc cung cấp năng lƣợng cho điện thoại di động thuộc về nhà cung cấp điện thoại di động Samsung, sau khi hãng này cho ra đời loại điện thoại di động thân thiện với môi trƣờng đƣợc chế tạo từ nhựa tái chế, và đặc biệt là có thể gọi, hoặc nghe liên tục mà không cần sạc pin. Thay vào đó, ngƣời sử dụng chỉ việc để mặt sau chiếc điện thoại tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, và nó sẽ tự nạp năng lƣợng thông qua pin năng 10 lƣợng mặt trời. Chiếc điện thoại này của Samsung đƣợc đánh giá là điểm nhấn của khoa học công nghệ trong thế kỷ XXI. - Ý tƣởng trạm xe buýt chiếu sáng tự động bắt đầu đƣợc đƣa ra thực hiện tại Florence - Italia. Vào ban đêm, những trạm xe buýt này trở thành những công trình chiếu sáng công cộng hết sức thu hút và sang trọng. Ngoài ra, trong trạm xe buýt, còn cài đặt thêm hệ thống cho phép ngƣời đợi xe kết nối wifi và sử dụng điện thoại truy cập Internet miễn phí trong lúc chờ đợi. - Ô tô chạy bằng năng lƣợng mặt trời là sản phẩm của các nhà sản xuất ôtô Thụy Sĩ từng đƣợc trƣng bày trong triển lãm xe ôtô tại Geneva. Chiếc ôtô này đƣợc phủ bởi một lớp film quang điện mỏng cho phép hấp thụ năng lƣợng từ mặt trời và có thể giúp nó vận hành liên tục trong 20 phút. Tuy chỉ có thể tích trữ và cung cấp năng lƣợng trong một thời gian ngắn, song loại xe đƣợc đánh giá là thân thiện với môi trƣờng này đang đƣợc các nhà khoa học tại nhiều quốc gia trên thế giới nghiên cứu phát triển. [3,5] 1.2.3. Sơ lược về các nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam Mặc dù đƣợc đánh giá là có tiềm năng rất đáng kể về năng lƣợng mặt trời, nhƣng do nhiều nguyên nhân khác nhau, tỉ trọng của năng lƣợng mặt trời trong cán cân năng lƣợng sử dụng chung của toàn đất nƣớc vẫn còn rất bé. Tuy vậy, có thể thấy rõ năng lƣợng mặt trời đã đƣợc nghiên cứu và đƣa vào sử dụng từ rất lâu ở Việt Nam. Bên cạnh các phƣơng thức khai thác truyền thống, đơn giản, mang tính dân gian nhƣ phơi lúa và sấy khô các loại thủy hải sản, các hoạt động nghiên cứu và sử dụng năng lƣợng mặt trời ở Việt Nam cho đến hiện nay thƣờng tập trung vào các lĩnh vực nhƣ cung cấp nƣớc nóng dùng trong sinh hoạt và phát điện ở qui mô nhỏ. Các hoạt động khác nhƣ sấy, nấu ăn, chƣng cất nƣớc, làm lạnh,có đƣợc chú ý đến nhƣng vẫn còn ở qui mô lẻ tẻ, chƣa đáng kể. 1.2.3.1. Cung cấp nước nóng bằng năng lượng mặt trời Đây là lĩnh vực có sự phát triển rất đáng kể trong những năm gần đây, nhất là ở các tỉnh phía Nam. Về nguyên tắc, có thể có hai loại phƣơng án sử dụng năng lƣợng mặt trời để cung cấp nƣớc nóng dùng trong sinh hoạt gia đình (dùng để tắm hoặc rửa chén bát): 11 - Phương án 1: kết hợp với điện, có bơm nƣớc để thực hiện quá trình trao đổi nhiệt theo kiểu đối lƣu cƣỡng bức. - Phương án 2: chỉ sử dụng năng lƣợng mặt trời, quá trình trao đổi nhiệt theo kiểu đối lƣu tự nhiên. [14] Hiện nay trên thị trƣờng đều có cả hai loại phƣơng án đã nêu ở trên. Tuy nhiên, do các hệ thống cung cấp nƣớc nóng bằng năng lƣợng mặt trời thuộc phƣơng án 1 thƣờng đắt hơn rất nhiều lần so với phƣơng án 2, cho nên trong thực tế thƣờng gặp hệ thống cung cấp nƣớc nóng bằng năng lƣợng mặt trời theo phƣơng án 2 nhiều hơn phƣơng án 1. 1- Collector mặt trời 2- Ống nước nóng tuần hoàn 3- Bình chứa nước nóng 4- Ống nước lạnh tuần hoàn Hình 1.2. Hệ thống cung cấp nƣớc nóng bằng năng lƣợng mặt trời theo kiểu đối lƣu tự nhiên Thực tế cho thấy, ở các tỉnh phía Nam, gần nhƣ có thể sử dụng nƣớc nóng mặt trời trong suốt cả năm. Tùy vào đặc điểm của từng hệ thống cụ thể và tùy vào tình hình thời tiết cụ thể, mà nhiệt độ trung bình của nƣớc vào cuối mỗi buổi chiều có thể biến đổi trong khoảng từ 45oC cho đến khoảng gần 70oC. Nƣớc nóng đến nơi sử dụng Cấp nƣớc lạnh 3 1 2 4 12 Với các hệ thống thuộc phƣơng án 1, do có sử dụng điện trở cho nên chắc chắn nhiệt độ của nƣớc khá ổn định, có thể kiểm soát đƣợc, có nghĩa là không phụ thuộc vào thời tiết. Trong hệ thống này ngoài điện trở sẽ có thêm rơ le kiểm soát nhiệt độ và bơm nƣớc. Do chƣa có các số liệu thống kê đáng tin cậy cho nên thật khó có thể xác định số lƣợng các hệ thống nƣớc nóng mặt trời đã đƣợc lắp đặt trong phạm vi cả nƣớc. Tuy nhiên, một điều rõ ràng là nƣớc nóng mặt trời ngày càng đƣợc nhiều ngƣời quan tâm. Nhƣ đã trình bày ở trên, trong điều kiện Việt Nam, tính khả thi của việc ứng dụng nƣớc nóng mặt trời là rất cao,