Nghiên cứu sử dụng thiết bị đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời phục vụ sinh hoạt

không thể dùng được từ cuối tháng 10 đến giữa tháng 2 dương lịch. Nặng khoảng 15 kg, và không chịu được mưa. Nếu để ngoài trời khi có mưa phải bưng gấp vào nhà gây bất tiện trong quá trình sử dụng. 1.3.2. Thiết bị đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời 1.3.2.1. Nguyên lý chung Nguyên lý chung của các thiết bị ĐNNMT là sử dụng nhiệt năng thu được ở tấm hấp thụ trong hộp thu để làm nóng nước lên. Nhiệt có thể được sử dụng trực tiếp bằng cách cho nước chảy qua tấm hấp thụ nhiệt độ cao, cho chảy qua các ống kim loại hàn với tấm hấp thụ. Người ta cũng có thể sử dụng nhiệt một cách gián tiếp như cho nước trao đổi nhiệt qua một chất lỏng tải nhiệt hay các thanh kim loại khác... Nguyên lý hoạt động của thiết bị ĐNNMT khá đơn giản: BXMT chiếu tới bề mặt collector, được hấp thu chuyển thành nhiệt năng. Nhờ quá trình dẫn nhiệt giữa collector và nước chứa trong collector, cùng với quá trình đối lưu tự nhiên, mà nước chứa trong collector và bình chứa nước (nóng) sẽ nóng dần lên. Về nguyên tắc, có thể có hai loại phương án sử dụng năng lượng mặt trời để cung cấp nước nóng: - Phương án 1: kết hợp với điện, có bơm nước để thực hiện quá trình trao đổi nhiệt theo kiểu đối lưu cưỡng bức. - Phương án 2: chỉ sử dụng NLMT, quá trình trao đổi nhiệt theo kiểu đối lưu tự nhiên. 1.3.2.2. Cấu tạo của hệ thống thiết bị đun nước nóng năng lượng mặt trời Bộ thu NLMT để đun nước nóng được gọi là Bộ thu nước nóng NLMT (solar water heater hay solar hot water collector). Một bộ thu nói chung gồm có các thành phần chính sau: Tấm thu NLMT (collector) là phần chính của bộ thu, nhận NLMT, biến thành nhiệt và tích tụ nhiệt, truyền nhiệt cho nước làm nó nóng lên; Bình chứa là thành phần chứa nước nóng và tích trữ nhiệt. Bình chứa thường có dạng hình trụ, hai lớp và có cách nhiệt tốt. Nhờ có bình chứa mà bộ thu có thể sản xuất được một lượng nước nóng lớn ở nhiệt độ cao và trong một thời gian đủ dài (từ 100 đến 250 lít, 70 - 800C, có thể giữ được nước nóng 10 - 14 giờ). Ngoài ra bình chứa còn làm nhiệm vụ điều hoà áp suất nước trong toàn hệ thống bộ thu. Hệ thống ống dẫn nước lạnh, nóng; các van, cút nối... Chân giá để cố định hệ thống, định hướng tấm thu, đồng thời cũng để tạo ra hiệu ứng đối lưu tự nhiên. Trong hệ thống bộ thu tuần hoàn nước bằng cưỡng bức thì còn cần một bơm nước và bộ điều khiển bơm; Trong một số loại bộ thu người ta còn lắp thêm phần đun nước hỗ trợ bằng điện, gas hoặc bằng than (sử dụng trong các trường hợp không đủ nước nóng). Cấu tạo của thiết bị gồm có bộ phận hấp thụ BXMT gọi là collector, ngoài ra còn có các bộ phận khác như đường nước vào, ra và bình chứa (hình 1.8). Hình 1.8. Cấu tạo của một collecctor Collector làm nhiệm vụ hấp thụ BXMT, truyền nhiệt cho nước chứa bên trong nó, nhờ quá trình đối lưu tự nhiên, nước nóng chứa trong collector lại trao đổi nhiệt với nước lạnh trong bình chứa. Việc chế Collector phải đảm bảo rằng nó có khả năng hấp thụ nhiệt tốt nhất, đồng thời cũng phải được bọc cách nhiệt tốt nhất. Lớp cách nhiệt: Do lượng nhiệt toả ra từ collector là rất lớn, nên yêu cầu của lớp cách nhiệt cần phải giảm tối đa thất thoát nhiệt, đồng thời cũng phải chịu được nhiệt độ lên tới 1000C. Thông thường, lớp cách nhiệt có chiều dày khoảng 5cm hoặc mỏng hơn tuỳ thuộc vào vật liệu (điều này được quyết định bởi giá thành và tính sẵn có trên thị trường), và điều kiện khí hậu. Tấm phủ trong suốt: Dùng để cách ly bề mặt hấp thụ với môi trường, tạo ra hiêụ ứng nhà kính, đồng thời bảo vệ bề mặt hấp thụ khỏi bị bám bẩn. Tuy nhiên, vì dùng tấm phủ trong suốt nên sẽ làm giảm cường độ bức xạ, và tăng giá thành sản phẩm, vì vậy cần dùng vật liệu có khả năng cho ánh sáng xuyên qua cao, mà vẫn đảm bảo về độ bền và giá thành phù hợp (bảng 1.10). Bảng 1.10. Tính chất của một số vật liệu dùng làm tấm phủ trong suốt Vật liệu Ưu điểm Nhược điểm Kính Ổn định Bền Hệ số truyền qua cao Nặng Dễ vỡ Đắt Tấm nhựa Nhẹ Dễ làm và sử dụng Tiện dụng Hệ số truyền qua cao Độ bền tuỳ theo cấu trúc và giá cả Kính tổng hợp Nhẹ Dễ làm và sử dụng Tính cách nhiệt tốt Hệ số truyền qua thấp Không sẵn có Có thể rất đắt Bề mặt hấp thụ: đây là thành phần trung gian nhận nhiệt và truyền nhiệt giữa năng lượng BXMT và nước cần đun nóng. Hiện nay phổ biến hai loại bề mặt hấp thụ là dạng tấm và dạng dãy ống (hình 1.9). Để tăng khả năng hấp thụ, người ta thường phủ lên bề mặt hấp thụ một lớp sơn đen, có tỉ lệ hấp thụ đạt đến 90% năng lượng BXMT. Thông thường, người ta sử dụng một lớp mòng ôxit niken và đồng hoặc sunfit niken và kẽm màu đen. Dạng tấm Dạng dãy ống Hình 2. 1. Bề mặt hấp thụ dạng tấm (a) v à dạng dãy ống(b) Hình 1.9. Sơ đồ cấu tạo bề mặt hấp thụ Khung đỡ collector: Khung đỡ dùng để bảo vệ collector khỏi tác động của môi trường. Khung đỡ thường được làm bằng kim loại (thép), để đảm bảo được độ bền cho thiết bị (hình 1.10). Hình 1.10. Sơ đồ cấu tạo của bình nước nóng dạng ống chân không 1.3.2.3. Chu trình đối lưu tự nhiên và chu trình đối lưu cưỡng bức Để chất lỏng dẫn nhiệt nói chung hay nước trong các bộ thu NLMT nói riêng nhận được nhiều NLMT để có nhiệt độ cao cần cho nó chảy qua nhiều lần qua tấm thu. Vì vậy khi bộ thu làm việc, nước được chảy theo chu trình kín qua tấm thu NLMT nhiều lần. Người ta phân biệt hai loại chu trình. Đó là chu trình đối lưu tự nhiên và chu trình đối lứu cưỡng bức. Chu trình đối lưu tự nhiên Hình 1.11 là sơ đồ tổng quát của bộ thu hoạt động theo chu trình đối lưu tự nhiên. Nước lạnh được dẫn vào đầu thấp của tấm thu. Khi qua các ống nước nhận được nhiệt và nóng lên. Nước nóng có khối lượng riêng nhỏ hơn nên tự động “nổi lên” chảy lên phía trên và vào bình chứa. Do nước nóng chảy lên trên, nên áp suất trong ống giảm và nước lạnh lại được đưa vào. Chu trình tuần hoàn tự nhiên của nước có chiều như chiều các mũi tên trong các hình 1.12. Do nước chảy tuần hoàn trong hệ thống nên đi qua nhiều lần tấm thu, nhiều lần nhận nhiệt nên nhiệt độ của nước có thể đạt 80 - 90oC. Khi nước nóng trong bình chứa được rút đi để sử dụng, nước lạnh lại tự động được bổ sung vào. Hình 1.11. Sơ đồ vòng đối lưu tự nhiên của nước trong bộ thu NLMT (Mũi tên trong hình chỉ chiều chảy của nước) Hình 1.12. Vòng đối lưu tự nhiên trong bộ thu tấm - ống Ưu điểm của bộ thu đối lưu tự nhiên là đơn giản trong lắp đặt, không cần bơm và điện cho bơm làm việc nên rẻ hơn và ít phải chăm sóc bảo dưỡng hơn. Tuy nhiên do tốc độ đối lưu chậm nên hiệu suất không cao và vì vậy lượng nước nóng được sản xuất ra không nhiều. Chu trình đối lưu cưỡng bức Khi cần một sản lượng nước nóng lớn người ta có thể sử dụng hệ thống nước nóng NLMT đối lưu cưỡng bức. Hình 1.13 là sơ đồ tổng quát một hệ thống bộ thu có chu trình nước tuần hoàn cưỡng bức. Trong sơ đồ này nước được chảy tuần hoàn trong hệ thống nhờ một bơm (3). Để điều khiển bơm làm việc người ta dùng Bộ điều khiển điện tử (4), nó lấy tín hiệu là độ chênh lệch nhiệt độ T và T của nước ở đầu ra tấm thu và nước trong bình chứa. Chiều chuyển động của nước là chiều các mũi tên trong hình. Trong hệ này còn có thêm bộ đun nước dự phòng (6) bằng điện hay khí đốt sử dụng kèm theo khi không đủ nước nóng do không có nắng. Hình 1.13. Hệ thống bộ thu hoạt động theo chu trình đối lưu cưỡng bức 1.3.2.4. Các loại bộ thu nước nóng năng lượng mặt trời Dựa vào cấu tạo của bộ thu mà người ta phân loại các bộ thu như sau: a) Bộ thu bức xạ mặt trời vừa là bình tích nước nóng (Collector - cum - storage) Hình 1.14 là ảnh một bộ thu trong đó tấm thu NLMT vừa làm nhiệm vụ thu nhiệt mặt trời để đun nước vừa là bình chứa nước và tích trữ năng lượng. Tấm thu gồm 3 thùng có dạng hình hộp, kích thước khoảng 1000x300x150 mm, có dung tích mỗi hộp khoảng 30 lít, làm bằng kim loại dẫn nhiệt tốt (như tôn, inôx,...) được nối song song lại với nhau. Các mặt trên của các bình hộp được sơn đen làm mặt hấp thụ NLMT. Phía trên các hộp được đậy bằng một tấm kính để tạo hiệu ứng nhà kính. Mặt dưới và thành xung quanh có các tấm cách nhiệt. Thùng hình trụ đặt ở đầu cao của bộ thu cấp nước cho các hộp và điều hoà áp suất. Hình 1.14. Bộ thu hộp kim loại vừa hấp thụ NLMT vừa là bình chứa (thiết kế của Trung tâm Năng lượng mới, ĐHBKHN) Bộ thu làm việc như sau: Ánh sáng mặt trời tới bộ thu, xuyên qua lớp kính đậy phía trên, tới đập vào mặt trên có phủ chất hấp thụ BXMT của các hộp. Mặt trên các hộp hấp thụ NLMT, nóng dần lên. Nhiệt này làm nóng lớp nước ngay sát dưới mặt trên hộp và “chảy” lên phía trên (đầu cao của bộ thu), lớp nước lạnh hơn ở phía dưới lại “chảy” bổ sung vào. Kết quả là trong mỗi hộp có quá trình đối lưu tự nhiên làm nước nóng lên dần và nhiệt độ đều dần trong hộp nước. Đầu trên của bộ thu có đường ống lấy nước nóng. Đầu dưới (đầu thấp) có đường dẫn nước lạnh. Khi lấy nước nóng để dùng, nước lạnh sẽ tự cháy vào bộ thu. Bộ thu có thiết kế như trên rất hiệu quả vì không bị mất mát nhiệt, đơn giản và có chi phí thấp. Tuy nhiên hộp phải được chế tạo đủ cứng. Nếu không, do áp lực của nước, nó sẽ bị phồng ra, biến dạng làm hư hỏng lớp hấp thụ NLMT phía mặt trên. b) Bộ thu kiểu tấm - ống (Sheet tube collector) Trong thiết kế này, các ống dẫn nước bằng kim loại được hàn trực tiếp vào tấm hấp thụ (hình 1.15). Nhiệt từ tấm hấp thụ tuyền qua ống làm nước nóng lên. Tấm hấp thụ chỉ có nhiệm vụ nhận NLMT và truyền cho nước chảy qua các ống, nên có kết cấu gọn, nhẹ và không cần cách nhiệt tốt. Toàn bộ nước nóng được chứa trong bình chứa. Vì vậy bình chứa phải lớn (khoảng 80 - 100 lít cho 1 m2 diện tích tấm thu), cách nhiệt phải tốt và chịu áp lực cao. Bình chứa thường có dạng hình trụ, hai lớp. Lớp trong chứa nước, giữa lớp ngoài và lớp trong là lớp cách nhiệt (thường có độ dày khoảng 5cm). Bộ thu tổng thể tấm hấp thụ Hình 1.15. Bộ thu kiểu tấm - ống (Hệ ĐNNMT 200 lít dùng cho gia đình) c) Bộ thu kiểu cánh - ống (fin-tube collector) Trong kiểu tấm thu này, thay vì chúng ta có cả một tấm thu gồm nhiều ống kim loại hàn vào cùng một tấm hấp thụ thì người ta chế tạo từng tấm thu nhỏ gồm chỉ một ống kim loại được hàn hai cánh cũng bằng lá kim loại có phủ chất hấp thụ BXMT nằm trên cùng mặt phẳng như hình 1.16. Độ dài của một bộ cánh-ống bằng độ dài của bộ thu, còn độ rộng của cánh khoảng 5 cm. Người ta dùng một số bộ cánh-ống đã chế tạo sẵn, ví dụ 15 hay 20 bộ, ghép song song lại với nhau tạo thành bộ thu được gọi là bộ thu kiểu cánh-ống. Việc chế tạo từng bộ cánh - ống dễ dàng hơn nhiều so với việc chế tạo cả một tấm thu tấm-ống. Hai bộ phía trái các cánh đã phủ chất hấp thụ, ba bộ bên phải chưa phủ chất hấp thụ (cả cánh và ống được làm bằng đồng) Hình 1.16. Các bộ thu kiểu cánh - ống d) Bộ thu kiểu ống thuỷ tinh chân không (Evacuated glass tube) Các loại bộ thu trình bày trong các mục trên có kết cấu khá đơn giản, dễ chế tạo, lắp đặt và chi phí đầu tư thấp, nhưng hiệu suất của nó cũng không cao vì mất mát nhiệt do đối lưu của không khí giữa tấm kính và tấm hấp thụ. Do vậy người ta đã phát triển kiểu kết cấu ống thu thuỷ tinh chân không nhằm mục đích giảm tổn hao nhiệt do đối lưu (hình 1.17). Bình chứa nước Nước nóng Nước lạnh Bề mặt hấp thụ Tấm phản xạ Ống chân không Hình 1.17. Nguyên lý hoạt động bộ thu kiểu ống thuỷ tinh chân không Mỗi ống thu gồm hai ống thuỷ tinh hình trụ có đường kính khác nhau (ví dụ ống ngoài có đường kính D1 = 47 mm, ống trong có D2 = 27 mm) lồng đồng trục với nhau. Mặt ngoài của ống trong được phủ lớp chất hấp thụ NLMT. Đầu miệng các ống được hàn kín với nhau. Khe không gian giữa hai ống được tạo chân không có áp suất khoảng P < 10-4tor. Do cấu tạo như vậy nên ta có một ống thu nhiệt mặt trời theo nguyên lý hiệu ứng nhà kính, trong đó ống thuỷ tinh ngoài đóng vai trò như tấp thuỷ tinh đậy phía trên bộ thu tấm-ống phẳng, khoảng chân không giữa hai ống đóng vai trò “chất” cách nhiệt, nhưng độ cách nhiệt cao hơn nhiều các chất cách nhiệt thông thường khác nên mất mát nhiệt rất nhỏ. Ngoài ra ống nhiệt thuỷ tinh chân không có thể thu các tia mặt trời từ mọi phương, trong khi kiểu tấm - ống chỉ thu được các tia mặt trời từ một phí (phía trên). Do các lý do đó nên hiệu suất thu nhiệt của kiểu ống chân không thuỷ tinh cao hơn. Hoạt động của ống thu như sau: Ống thu được lắp (kín nước) vào bình chứa (hình 1.17 - trái). Khi cho nước vào bình chứa nước sẽ chảy vào đầy ống thuỷ tinh bên trong. Các tia BXMT chiếu tới ống thu, lớp chất hấp thụ sẽ thu NLMT làm nóng ống trong lên nên làm nước trong ống cũng nóng lên. Nước trong ống sẽ nóng không đều: lớp nước phía trên ống, phần có các tia mặt trời đến, sẽ nóng hơn lớp nước phía dưới nên trong ống sẽ xảy ra quá trình đối lưu tự nhiên, chiều chuyển động của nước được chỉ ra bằng các mũi tên trong hình 1.17- trái. Kết quả là nước trong bình chứa nóng dần lên. Người ta ghép một số ống thu thuỷ tinh chân không tạo ra bộ thu như hình 1.17-phải. Ngoài ưu điểm có hiệu suất cao như đã nói ở trên, bộ thu kiểu ống thuỷ tinh chân không còn lắp đặt đơn giản dễ dàng. Nước trong bình chứa dễ dàng đạt trên 900C. Nhược điểm của kiểu bộ thu này là không chịu được áp suất nước cao nên không thể dùng trong hệ thống tuần hoàn cưỡng bức. Ngoài ra việc chế tạo các ông thu đòi hỏi công nghệ cao nên không phải cơ sở nào cũng có thể sản xuất được. Một yếu điểm khác là khả năng chịu mưa đá của các ống cũng kém hơn. e) Bộ thu kiểu ống nhiệt (Evacuated heat pipes) Trong bộ thu kiểu này các ống thu cũng được cấu tạo như ống thu kiểu thuỷ tinh chân không trên. Điểm khác nhau cơ bản là chất thu và vận chuyển nhiệt. Thay vì dùng nước lấp đầy ống trong như kiểu ống thu thuỷ tinh chân không, thì trong ống nhiệt người ta đặt các bộ chan - ống vào trong ống trong, đầu trên bằng kim loại dẫn nhiệt tốt được cắm vào bình chứa nước (hình 1.18). Hình 1.18. Bộ thu loại ống nhiệt (ảnh trái) và các ống nhiệt (hình phải) Bộ thu kiểu ống nhiệt loại này có cấu tạo ống chân không tương tự như đã trình bày ở trên nhưng thay vì nước được đối lưu trong ống thủy tinh có phủ chất hấp thụ người ta dùng chất tải nhiệt là các chất có nhiệt độ sôi thấp được chứa trong ống kim loại hàn kín. BXMT sau khi xuyên qua ống thuỷ tinh bên ngoài tới ống kim loại có phủ chất hấp thụ sẽ truyền nhiệt cho chất tải nhiệt. Ở nhiệt độ 400C - 800C chất tải nhiệt sôi và nhiệt ở đầu trên của ống được truyền cho nước trong bình chứa, sau đó do mất nhiệt nó lại luân chuyển xuống dưới và tiếp tục chu trình tải nhiệt (hình 1.19). Hình 1.19. Cấu tạo tiết diện ngang ống nhiệt (bên trái) và ống nhiệt (bên phải) g) Bộ thu kiểu ống hình chữ U Hiện nay xu thế xây dựng nhà có mái ngói, mái lợp tôn nguồn nước cấp đặt dưới mái nhà và thiết bị ĐNNMT đặt trên mái nhà, nên thường phải dùng bơm tăng áp, thiết bị ĐNNMT yêu cầu phải chịu được áp lực cao và có độ bền cơ học tốt. Vì vậy người ta đưa ra kiểu kết cấu ống nhiệt kiểu chữ U. Ở kiểu ống này, trong ống thủy tinh chân không người ta nối 1 ống kim loại có phủ chất hấp thụ hình chữ U (hình 1.20). Nước được bơm vào đầu ống này và lấy ra ở đầu kia của ống. Một bộ thu sẽ gồm nhiều ống thuỷ tinh có ống kim loại chữ U mắc nối tiếp với nhau. Sau khi nước luân chuyển trong ống kim loại và nhận nhiệt thì tại đầu ra nhiệt độ tăng lên đáng kể. Hình 1.20. Cấu tạo ống nhiệt thuỷ tinh chân không với ống kim loại chữ U Ưu điểm của bộ thu này là khả năng chịu áp lực tốt nhưng nhiệt độ đầu ra thấp (khoảng 320C - 400C) nên thường được sử dụng làm ấm nước cho các bể bơi, hệ thống sưởi ấm vào mùa đông và kết hợp hệ thống cung cấp nước nóng cho gia đình vào mùa hè. h) Các bộ thu nhiệt độ cao Các bộ thu dạng tấm phẳng (tấm - ống, cánh - ống) và ống thuỷ tinh chân không nói trên thường chỉ được lắp đặt cố định, mặt bộ thu hướng về đường xích đạo và nghiêng một góc khoảng bằng vĩ độ cộng thêm 50 - 100C, nên còn gọi là các bộ thu tĩnh (hình 1.21). Các bộ thu được thường lắp cố định trên mái nhà. Bộ thu không thể quay theo chuyển động của mặt trời trên bầu trời trong một ngày (từ Đông sang Tây). Vì vậy nên tổng xạ mặt trời hàng ngày đến bộ thu bị hạn chế, nhất là các giờ buổi sáng và buổi chiều. Đối với các yêu cầu nhiệt độ nước thấp và trung bình (dưới 1000C) cách lắp định hướng bộ thu cố định như trên có thể chấp nhận được. Nhưng khi yêu cầu nhiệt độ lớn hơn 1500C thì hệ thống bộ thu tĩnh không thể đáp ứng được. Vấn đề cần giải quyết ở đây là sự tập trung BXMT để tăng mật độ năng lượng. Khi nhiệt độ yêu cầu càng cao thì lượng bức xạ tới bộ thu phải càng lớn. Hình 1.21. Sơ đồ hệ thống bộ thu ĐNNMT cho nhiệt độ thấp lắp cố định trên mái nhà Để giải quyết vấn đề trên người ta sử dụng loại bộ NLMT hội tụ. Phần chính của bộ thu là các gương phản xạ có dạng máng Parabol hay gương Parabol (hình 1.22). Khi các tia mặt trời song song tới máng hay gương thì nó bị phản xạ và hội tụ lại trên đường tiêu (đối với máng) hay tiêu điểm (đối với gương parabol) nên mật độ NLMT trên đường tiêu hay tiêu điểm tăng lên rất nhiều lần (thông thường hơn 10 lần). Nếu đặt ống thủy tinh hay ống kim loại vào đường tiêu hay tiêu điểm và cho nước chảy qua thì nước sẽ có nhiệt độ rất cao và có thể hoá hơi ở áp suất lớn. Hình 1.22. Các bộ thu hội tụ máng và gương parabol Loại bộ thu hội tụ chủ yếu chỉ sử dụng các tia BXMT trực tiếp (các tia trực xạ). Để các tia phản xạ từ máng hay gương parabol luôn luôn hội tụ vào đúng vị trí đặt ống nước thì phải làm cho máng và gương luôn quay theo mặt trời trên bầu trời. Vì vậy cần phải lắp thêm thiết bị “dõi theo mặt trời - sun tracker”. Tất nhiên để thiết bị này hoạt động hàng ngày cần một nguồn năng lượng nào đó. 1.4. TIỀM NĂNG VÀ ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CỦA VIỆT NAM 1.4.1. Tiềm năng năng lượng mặt trời của Việt Nam Lãnh thổ Việt Nam trải dài từ Mũi Cà Mau đến Lũng Cú, Hà Giang, hay từ Vĩ tuyến khoảng 80 Bắc đến 230 Bắc. Như vậy Việt Nam nằm trong vành đai nhiệt đới nên nói chung có nguồn NLMT khá dồi dào. Để đánh giá tiềm năng NLMT thường người ta dùng 2 đại lượng, đó là Mật độ NLMT trung bình ngày (chính là tổng xạ và đo bằng đơn vị Wh/m2.ngày hay kWh/m2.ngày) và số giờ nắng trung bình năm (đo bằng giờ/năm). Đối với các địa phương trên lãnh thổ Việt Nam các đại lượng trên có giá trị khá cao. Tính trung bình cho cả nước thì bằng 4,5kWh/m2.ngày và khoảng 2000 giờ/năm. Tuy nhiên do điều kiện tự nhiên mà NLMT trên các vùng lãnh thổ khác nhau cũng khác nhau như được chỉ ra trong bảng 1.11. Bảng 1.11. Năng lượng mặt trời trên các vùng lãnh thổ Việt Nam Khu vực Mật độ NLMT (kWh/m2.ngày) Số giờ nắng trung bình (giờ/năm) 1 Khu vực Đông Bắc 3,3 - 4,1 1500 - 1800 2 Khu vực Tây Bắc 4,1 - 4,9 1890 - 2102 3 Khu vực Bắc Trung Bộ 4,6 - 5,2 1700 - 2000 4 Khu vực Nam Trung bộ và Tây Nguyên 4,9 - 5,7 2000 - 2600 5 Khu vực Nam bộ 4,3 - 4,9 2200 - 2500 Trung bình cả nước 4,6 2000 Nguồn: Trung tâm Khí tượng Thủy văn quốc gia, 2005 Như ta thấy trong bảng 1.11, khu vực Đông Bắc (trong đó có Hà Nội) do chịu ảnh hưởng trực tiếp của gió mùa nên tiềm năng NLMT là thấp nhất so với cả nước (3,3 - 4,1kWh/m2.ngày; 1500 - 1800 giờ/năm). Nhưng từ Đà Nẵng trở vào cho đến cực nam đất nước NLMT rất cao và phân bố khá đồng đều trong cả năm. Vì vậy việc khai thác, ứng dụng NLMT nói chung ở khu vực miền Nam nước ta sẽ cho hiệu quả cao hhown Theo Tổ chức NLMT của các nước ASEAN, tiềm năng NLMT được phân loại thành 4 mức: Mức 1 (mức cao): Bức xạ trung bình ngày cả năm >4,8 kWh/m2.ngày Mức 2 (mức khá): Bức xạ trung bình ngày cả năm từ 3,8 đến 4,8 kWh/m2.ngày Mức 3 (mức trung bình): Bức xạ trung bình ngày cả năm từ 3,2 đến 3,7 kWh/m2.ngày. Mức 4 (mức kém): Bức xạ trung bình ngày cả năm < 3,2 kWh/m2.ngày Theo chuẩn phân loại NLMT của ASEAN thì chỉ có vùng Đông Bắc nước ta có NLMT ở mức 3 là mức trung bình, còn các vùng khác thuộc mức khóa và mức cao, tức là những vùng có tiềm năng NLMT cao, khai thác ứng dụng có hiệu quả tốt, đặc biệt là khu vực miền Nam (từ Đà Nẵng trở vào). Tóm lại Việt Nam có nguồn tài nguyên NLMT khá lớn. Đây là nguồn tài nguyên rất quí giá của đất nước và cần được nghiên cứu để khai thác, sử dụng có hiệu quả, phục vụ cho công cuộc xây dựng và phát triển kinh tế, xã hội, bảo vệ môi trường và ứng phó với biến đổi khí hậu. Các số liệu khảo sát cho thấy, các địa phương ở phía Bắc bình quân có khoảng từ 1800 đến 2100 giờ nắng trong một năm, còn các tỉnh ở phía Nam (từ Đà Nẵng trở vào) bình quân có khoảng từ 2.000 đến 2.600 giờ nắng trong một năm. Số liệu về BXMT trung bình nhận được trên 1m2 bề mặt nằm ngang trong một ngày (kWh/m2/ngày) tại một số địa phương trong cả nước được trình bày trong bảng 1.12. Các số liệu trong các cột ghi số từ 1 đến 12 tương ứng với các tháng trong năm, riêng số liệu ở cột cuối cùng là giá trị trung bình (kWh/m2/ngày) tính cho cả năm. Bảng 1.12. Số liệu về bức xạ mặt trời trung bình tại một số địa phương Địa phương Tháng TB năm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Việt Trì 2,42 2,45 2,68 3,61 5,25 4,85 5,21 4,80 4,86 4,20 3,35 2,80 3,86 Lào Cai 2,37 2,77 3,42 4,29 5,01 4,61 4,60 4,57 4,39 3,45 2,82 2,32 3,72 Yên Bái 2,16 2,58 3,13 4,59 4,44 4,68 4,68 4,59 3,84 3,05 2,19 2,49 3,54 Tuyên Quang 2,37 2,39 2,70 3,40 5,00 4,25 4,97 4,80 4,70 3,91 3,11 2,52 3,70 Cao Bằng 2,25 2,45 3,04 4,07 5,42 5,35 5,90 5,85 5,19 4,16 3,22 2,77 4,15 Phú Thọ 2,42 3,45 2,67 3,60 5,24 4,85 5,21 4,79 4,82 4,20 3,35 2,77 3,87 Lai Châu 3,29 3,83 3,58 5,43 5,32 4,48 4,54 4,73 4,81 4,12 3,46 3,12 4,12 Hòa Bình 2,62 2,66 2,94 3,81 5,00 4,53 4,86 4,56 4,36 4,04 3,21 2,73 3,78 Hà Nội 2,24 2,40 2,53 3,46 5,23 5,31 5,59 5,10 4,79 4,18 3,45 2,97 3,93 Đà Nẵng 3,07 3,27 4,55 5,09 5,27 5,81 5,77 5,42 4,91 3,52 2,89 3,07 4,43 Bình Định 3,16 4,06 4,99 5,93 5,93 5,76 5,55 5,80 5,35 4,07 3,02 2,80 4,70 Gia Lai 4,28 5,15 5,51 5,66 5,51 4,96 4,71 4,57 4,48 4,45 3,84 3,80 4,79 Kon Tum 4,10 4,98 5,53 5,74 5,32 4,59 4,26 4,45 4,1 4,55 3,85 3,67 4,61 Đắc Lắc 4,07 4,82 5,06 5,23 4,73 4,45 4,24 4,21 3,97 3,91 3,61 3,54 4,32 Quảng Ngãi 2,86 3,78 4,68 5,68 5,87 5,83 5,74 5,75 5,33 3,99 2,88 2,71 4,60 Nha Trang 4,66 5,29 5,69 5,91 5,90 5,66 5,66 5,51 4,92 4,42 4,04 4,15 5,15 Tp. HCM 4,65 5,19 5,43 5,45 4,79 4,76 4,34 4,78 4,42 4,40 4,31 4,28 4,73 Sóc Trăng 4,81 5,35 5,54 5,55 4,49 4,28 4,53 4,50 4,35 4,22 4,44 4,44 4,71 Nguồn: [1] Như vậy, càng đi về phía Bắc thì lượng bức xạ bình quân nhận được trong mỗi ngày càng thay đổi nhiều theo các tháng trong năm. Ngược lại, càng đi về phía Nam thì lượng bức xạ bình quân nhận được trong mỗi ngày càng ít thay đổi và giá trị trung bình trong cả năm cũng tương đối cao hơn. Điều đó giúp lý giải vì sao việc ứng dụng NLMT ở các tỉnh phía Nam có thuận lợi hơn so với các tỉnh phía Bắc. Trên hình 1.23 minh họa kết quả đo đạc cường độ BXMT tại Đại học Bách khoa Tp. Hồ Chí Minh vào các ngày 21/4/2005 và 17/10/2005. Ở hình 1.23 - trái, cường độ BXMT có giá trị cao nhất (hơn 1.000W/m2) vào khoảng 11h30’, ít có những biến động đột ngột vì vào ngày 21/4/2005 trời rất đẹp. Ở hình 1.23 - phải, cường độ BXMT thay đổi đột ngột nhiều lần trong ngày, cường độ bức xạ mặt trời cũng không cao lắm vì vào ngày 17/10/2005 trời thường âm u và có lúc có mưa [1]. Ngày 21/4/2005 Ngày 17/10/2005 Hình 1.23. Sự biến đổi của cường độ bức xạ mặt trời theo thời gian trong ngày Nguồn: [1] Mặc dù được đánh giá là có tiềm năng rất đáng kể về NLMT, nhưng do nhiều nguyên nhân khác nhau, tỉ trọng của NLMT trong cán cân năng lượng chung của toàn đất nước vẫn còn rất hạn chế. Tuy vậy, có thể thấy rõ NLMT đã được nghiên cứu và đưa vào sử dụng từ rất lâu ở Việt Nam. Bên cạnh các phương thức khai thác truyền thống, đơn giản, mang tính dân gian như phơi lúa và sấy khô các loại thủy hải sản, các hoạt động nghiên cứu và sử dụng NLMT ở Việt Nam cho đến hiện nay thường tập trung vào các lĩnh vực như cung cấp nước nóng dùng trong sinh hoạt và phát điện ở qui mô nhỏ. Các hoạt động khác như sấy, nấu ăn, chưng cất nước, làm lạnh, có được chú ý đến nhưng vẫn còn ở qui mô lẻ tẻ, chưa đáng kể. 1.4.2. Cung cấp điện bằng năng lượng mặt trời Cho đến nay, tổng công suất điện mặt trời đã được lắp đặt trên phạm vi toàn quốc chỉ vào khoảng 1,6MWp (theo PGS.TS. Đặng Đình Thống, 2011) . Trong tất cả các trường hợp, theo ngôn ngữ thông dụng, thiết bị dùng để biến đổi trực tiếp BXMT thành điện là pin mặt trời. Đây là những hệ thống nhỏ lẻ, không nối lưới, thường được sử dụng trực tiếp ở dạng điện một chiều để thắp sáng, trong một số trường hợp có thể được biến thành điện xoay chiều để sử dụng cho các nhu cầu khác. Trong vài năm trở lại đây, theo xu thế chung, đã có một số cố gắng nghiên cứu nối lưới điện mặt trời. Tuy nhiên, các hoạt động này hiện chỉ đang dừng ở mức thử nghiệm, chưa ứng dụng được trong đời sống xã hội. Về mặt nguyên lý, pin mặt trời được tạo nên từ những chất bán dẫn. Dưới tác động của các tia BXMT, các điện tử sẽ được tách ra khỏi các nguyên tử, sự chuyển động của các điện tử khi được đấu nối qua vật