TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ THU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TẠO NƯỚCNGỌT CHO TÀU CÁ XA BỜ

Việc ứng dụng năng lượng mặt trời đang được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi cho đời sống cũng như sản xuất… Việt Nam có một vị trí địa lý rất thuận lợi cho việc phát triển

i

TÓM TẮT

Tên đề tài : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ THU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TẠO NƯỚC NGỌT CHO TÀU CÁ XA BỜ

Sinh viên thực hiện :

Số thẻ sinh viên :Nội dung :

- Chương 1: Tổng quan về năng lượng mặt trời

- Chương 2: Yêu cầu, nhiệm vụ thiết kế và cơ sở lý thuyết của thiết bị chưng cất nướcbằng năng lượng mặt trời

- Chương 3: Tính toán thiết kế bộ thu thiết bị chưng cất nước ngọt

- Chương 4: Tính chọn các thiết bị, lắp đặt và kết luận

ii

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT - ĐIÊN LẠNH

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: NGUYỄN THANH TÂM Số thẻ sinh viên: 104120072

Lớp:12N1 Khoa:Công nghệ Nhiệt- Điện lạnh Ngành: Kỹ thuật Nhiệt

1 Tên đề tài đồ án:

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ THU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TẠO NƯỚC NGỌT CHO TÀU CÁ XA BỜ

2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

Theo số liệu khí hậu thực tế ở vùng biển Đà Nẵng

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

- Chương 1: Tổng quan về năng lượng mặt trời

- Chương 2: Yêu cầu, nhiệm vụ thiết kế và cơ sở lý thuyết của thiết bị chưng cất nướcbằng năng lượng mặt trời

- Chương 3: Tính toán thiết kế bộ thu thiết bị chưng cất nước ngọt

- Chương 4: Tính chọn các thiết bị, lắp đặt và kết luận

Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

- Bản vẽ 1: Tổng quan về bộ thu ( A3)

- Bản vẽ 2: Bố trí hệ thống trên tàu ( A3)

- Bản vẽ 3: Kết cấu module bộ thu (A3)

- Bản vẽ 4: Các hình chiếu bồn sản xuất nước ngọt (A3)

5 Họ tên người hướng dẫn: TH.S BÙI THỊ HƯƠNG LAN

6 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 10/2/2017

7 Ngày hoàn thành đồ án: 26/5/2017

Đà Nẵng, ngày 26 tháng 5 năm 2017

iii

LỜI NÓI ĐẦU

Trong bối cảnh khủng hoảng năng lượng như hiện nay, giá thành các nguồn năng lượng ảnh hưởng trực tiếp đến kinh tế, đời sống của xã hội Việc thiếu hụt năng lượng cho tương lai là rất lớn, chính vì vậy chúng ta buộc phải tìm ra những nguồn năng lượng mới để thay thế bổ sung cho các nguồn năng lượng truyền thống Mặt khác các quá trình sản xuất năng lượng như điện năng, nhiệt năng… gây ảnh hưởng rất lớn đến môi trường cũng như cuộc sống sinh hoạt của con người

Năng lượng mặt trời là một trong những nguồn năng lượng sạch nhất, tiềm năng nhất để giải quyết các vấn đề trên Ưu điểm chính là không tốn chi phí sản xuất và nhất

là nguồn năng lượng sạch không gây ảnh hưởng đến môi trường Việc ứng dụng năng lượng mặt trời đang được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi cho đời sống cũng như sản xuất…

Việt Nam có một vị trí địa lý rất thuận lợi cho việc phát triển nguồn năng lượng mặt trời khi chúng ta nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời, cũng như số giờ nắng rất cao có thể phát triển tốt nguồn năng lượng này Ở Việt Nam hiện nay năng lượng mặt trời được sử dụng cho việc như chạy pin năng lượng mặt trời, sinh hoạt, cấp nước nóng…

Mục tiêu của đề tài là nhắm vào các tàu đánh bắt cá, thủy sản Mỗi chuyến ra khơi luôn rất khó khăn về nguồn nước uống, sinh hoạt Bình thường trước khi ra khơi luôn tốn nhiều chi phí để mua, vận chuyển nước ngọt lên tàu để sử dụng trong những ngày bám biển, vừa tốn công sức, tiền bạc lẫn diện tích các khoang chứa trên tàu Từ đó làm giảm năng suất của mỗi lần ra khơi

Chính vì vậy em muốn đóng góp một chút công sức nhỏ bẻ của mình vào việc sử dụng năng lượng mặt trời để tạo thiết bị có thể chưng cất nước ngọt từ chính nước biển để mỗi chuyến ra khơi của các ngư dân được dễ dàng, năng suất đánh bắt vì thế cũng tăng lên

Vậy nên em đã quyết định chọn đề tài tốt nghiệp là :

“ Tính toán thiết kế bộ thu năng lượng mặt trời tạo nước ngọt cho tàu cá xa bờ ”

iv

Trong suốt năm năm ngồi trên giảng đường trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng,

em đã được sự dạy dỗ và chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo trong trường, đặc biệt là các thầy cô giáo trong khoa Công nghệ Nhiệt - Điện lạnh Em xin chân thành cảm ơn:

➢ Toàn thể giáo viên trong trường Đại học Bách Khoa đã dạy dỗ, giúp emtrong suốt quá trình học tập

➢ Toàn thể thầy, cô giáo trong khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh đã cungcấp cho em những kiến thức bổ ích trong suốt quá trình học tập

➢ Đặc biệt, em xin gửi những lời cảm ơn chân thành nhất đến cô giáo:

TH.S BÙI THỊ HƯƠNG LAN Cô đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ

em trong suốt thời gian qua để em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình Trong quá trình tính toán, thiết kế đồ án chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong được sự chỉ bảo tận tình của các thầy, các cô để em có thêm những kiến thức bổ ích làm hành trang bước vào đời

v

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong đồ án này là trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện đồ án này

đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong đồ án đã được ghi rõ nguồn gốc rõ ràng và đươc phép công bố

Đà Nẵng, ngày 26 tháng 5 năm 2017

SINH VIÊN

vi

MỤC LỤC

TÓM TẮT i

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii

LỜI NÓI ĐẦU iii

LỜI CAM ĐOAN v

MỤC LỤC vi

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH ẢNH ix

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 2

: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 2

1.1 MẶT TRỜI VÀ CẤU TẠO MẶT TRỜI 2

1.2 NĂNG LƯỢNG BỨC XẠ MẶT TRỜI 3

1.3 PHƯƠNG PHÁP TÍNH BỨC XẠ MẶT TRỜI 4

1.3.1 Một số định nghĩa cơ bản: 4

1.3.2 Bức xạ mặt trời truyền qua kính 5

1.3.3.Năng lượng bức xạ mặt trời ở Việt Nam 5

1.4 ƯU, NHƯỢC ĐIỂM NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 9

1.4.1 Ưu điểm 9

1.4.2 Nhược điểm 9

1.5 ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 10

1.5.1 Thiết bị đun nước nóng bằng NLMT 10

1.5.2 Thiết bị sấy bằng NLMT 10

1.5.3 Pin mặt trời 11

1.5.4 Nhà máy điện chạy bằng năng lượng mặt trời 12

1.5.5 Thiết bị chưng cất nước ngọt 13

1.5.6 Bếp nấu dùng NLMT 13

1.5.7 Động cơ Stirling chạy bằng NLMT 14

1.5.8 Thiết bị làm lạnh, điều hoà không khí bằng NLMT 14

1.6 Một số ứng dụng của năng lượng mặt trời trên thế giới 15

1.6.1 Cao ốc văn phòng sử dụng năng lượng mặt trời 15

1.6.2 Cầu đi bộ sử dụng năng lượng mặt trời 16

1.6.3 Tàu 3 thân 16

vii

1.6.4 Sân vận động World Games (Đài Loan) 17

1.6.5 Nhà máy điện mặt trời PS20 (Tây Ban Nha) 17

1.6.6.Hệ thống nấu ăn sử dụng năng lượng mặt trời 18

1.6.7 Nhà máy điện mặt trời sản xuất điện cả đêm 18

1.6.8 Máy bay năng lượng mặt trời 19

1.6.9 Nhà máy điện Greenough River 20

1.7 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG NLMT TẠI VIỆT NAM 20 CHƯƠNG 2 22

YÊU CẦU, NHIỆM VỤ THIẾT KẾ VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ THIẾT BỊ CHƯNG CẤT NƯỚC BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 22

2.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 22

2.1.1 Nhu cầu cấp thiết của nước ngọt 22

2.1.2 Hiện trạng hiện nay của các tàu cá đánh bắt xa bờ 23

2.1.3 Mục đích của đề tài 25

2.2 Các công nghệ lọc nước mặn thành nước ngọt 26

2.2.1 Phương pháp chưng cất nước 26

2.2.2 Phương pháp thẩm thấu ngược RO 27

2.2.3 Phương pháp lọc nano 28

2.2.4 Sử dụng năng lượng mặt trời 30

2.2.5 Kết luận, chọn phương án 30

2.3.2 Yêu cầu, nhiệm vụ thiết kế 31

CHƯƠNG 3: 32

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ THU THIẾT BỊ CHƯNG CẤT NƯỚC 32

3.1 Tổng quan 1 bộ thu 32

3.2 Nguyên lý hoạt động 32

3.3 Cấu tạo của 1 ống hấp thụ nhiệt 33

3.3.1 Chọn môi chất nạp 33

3.3.2 Chọn lượng môi chất nạp 34

3.4 Các thông số của 1 bộ thu và cơ sở tính toán λ 35

3.4.1 Tính chọn kích thước bộ thu 36

3.5 Tính toán bộ thu tạo nước ngọt 37

3.5 1 Tính toán các thông số 38

3.5.2 Tính hệ số toả nhiệt phức hợp từ ống kính d2 ra môi trường không khí 39

3.5.3 Phương trình cân bằng nhiệt trong bộ thu 40

viii

3.5.4 Phương trình truyền nhiệt trong ống 42

3.5.5 Tính chiều dài lớp cách nhiệt 43

3.6 Chiều dày của lớp nước chưng cất 44

3.7 Độ nghiêng của tấm kính 44

CHƯƠNG 4: 45

TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ, LẮP ĐẶT VÀ KẾT LUẬN 45

4.1 Tính chọn các thiêt bị 45

4.1.1 Ống chân không thu nhiệt 45

4.1.2 Gương phản xạ parabol 47

4.1.3 Chọn tấm phủ trong suốt 48

4.1.4 Lớp sơn phủ bề mặt hấp thụ 49

4.1.5 Bồn sản xuất nước ngọt 50

4.1.6 Tính chọn bơm nước biển 50

4.2 Chuẩn bị và lắp đặt thiết bị 51

4.2.1 Chuẩn bị 51

4.2.2 Lắp đặt thiết bị 52

4.3 Kết luận 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

ix

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH ẢNH

Hình 1 1 Cấu tạo mặt trời 2

Hình 1 2 Hình ảnh về mặt trời 3

Hình 1 3 Góc nhìn mặt trời 4

Hình 1 4 Thiết bị nước nóng dùng năng lượng mặt trời 10

Hình 1 5 Hệ thống sấy cacao bằng năng lượng mặt trời 11

Hình 1 6 Đèn đường năng lượng mặt trời 11

Hình 1 7 PIN năng lượng mặt trời ở nông thôn 12

Hình 1 8 Nhà máy nhiệt điện bằng năng lượng mặt trời 12

Hình 1 9 Hệ thống chưng cất nước ngọt bằng năng lượng mặt trời 13

Hình 1 10 Bếp nấu năng lượng mặt trời ở Đức 14

Hình 1 11 Động cơ Stirling 14

Hình 1 12 Tòa nhà Sun and the Moon Altar (Trung Quốc ) 15

Hình 1 13 Cầu đi bộ Kurilpa 16

Hình 1 14 Thuyền Planet Solar 16

Hình 1 15 Sân vận động World Games (Đài Loan) 17

Hình 1 16 Nhà máy điện mặt trời PS20 (Tây Ban Nha) 17

Hình 1 17 Bếp nấu ăn ở Shirdi, Maharashtra 18

Hình 1 18 Nhà máy điện mặt trời Gemasolar 19

Hình 1 19 Máy bay năng lượng mặt trời 19

Hình 1 20 Trang trại năng lượng mặt trời Greenough River 20

Hình 2 1 Nước sạch 22

Hình 2 2 Thành phần của nước biển 24

Hình 2 3 Vận chuyển nước ngọt lên tàu 24

Hình 2 4 Phương pháp chương cất nước 26

Hình 2 5 Phương pháp thẩm thấu ngược RO 27

Hình 2 6 Thiết bị lọc nước dùng công nghệ RO 28

Hình 2 7 Phương pháp lọc Nano 29

Hình 2 8 Thiết bị lọc nước dùng công nghệ Nano 29

Hình 2 9 Chưng cất nước bằng năng lượng mặt trời 30

Hình 3 1 Tổng quan bộ thu tạo nước sạch 32

Hình 3 2 Cấu tạo module bộ thu 33

Hình 3 3 Kết cấu bộ thu có gương phản xạ parabol 35

Hình 3 4 Chu trình hoạt động của môi chất trong ống nhiệt 36

Hình 3 5 Kích thước bể nước 42

Hình 3 6 Đường cong năng suất nước cất phụ thuộc cường độ bức xạ và chiều dày lớp chưng cất 44

Hình 4 1 Gương parabol và cách tính s 47

Hình 4 2 Đặc tính của bơm 51

x

Bảng 1 1 Cường độ bức xạ trung bình ngày và trung bình năm 6

Bảng 1 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) 7

Bảng 1 3 Số giờ nắng và cường độ bức xạ tại khu vực Tây Bắc 8

Bảng 2 1 Kết quả kiểm tra thành phần nước trước và sau khi chưng cất 31

Bảng 3 1 Môi chất nạp của ống nhiệt và nhiệt độ làm việc 34

Bảng 3 2 Các thông số của bộ thu 39

Bảng 4 1 Ảnh hưởng của các vật liệu khác nhau làm tấm phủ 49

Bảng 4 2 Kiểm tra so sánh các dạng lớp phủ khác nhau 50

SVTH: NGUYỄN THANH TÂM GVHD: ThS BÙI THỊ HƯƠNG LAN 1

MỞ ĐẦU

Mục đích thực hiện đề tài : Nhằm giúp cho ngư dân trong mỗi chuyến ra khơi không còn lo lắng về vấn đề nước ngọt, giảm chi phí nhân công cho việc mua và vận chuyển nước ngọt lên thuyền trước trước mỗi lần ra khơi,đồng thời tiết kiệm được không gian đáng kể trên tàu thuyền, phục vụ tốt hơn cho việc đánh bắt đạt năng suất cao nhất Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu, phác thảo được mô hình thiết bị chưng cất nước ngọt từ chính nước biển

Phạm vi và đối tượng nghiên cứu: Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ở đây là trên tàu công suất khoảng 200 CV với các thông số cơ bản :

• Chiều dài thiết kế L = 16,2m

• Chiều rộng thiết kế B = 4,5m

• Chiều cao mạn D = 2,2m

• Số thuyền viên n = 6 người

Với trung bình mỗi người dùng 5 lít nước/ ngày Nên lượng nước cần chưng cất được khoảng 30 lít/ngày

Số giờ nắng trong 1 ngày mà thiết bị hoạt động là 8 giờ ( từ 8h sáng đến 16h chiều ) Đia điểm thực hiện đề tài là Đà Nẵng

Phương pháp nghiên cứu : Lý thuyết kết hợp với các nguyên lý của các thiết bị đã có trước đây

Cấu trúc của đồ án tốt nghiệp :

- Chương 1: Tổng quan về năng lượng mặt trời

- Chương 2: Yêu cầu, nhiệm vụ thiết kế và cơ sở lý thuyết của thiết bị chưng cất nước bằng năng lượng mặt trời

- Chương 3: Tính toán thiết kế bộ thu thiết bị chưng cất nước ngọt

- Chương 4: Tính chọn các thiết bị và kết luận

SVTH: NGUYỄN THANH TÂM GVHD: ThS BÙI THỊ HƯƠNG LAN 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

1.1 MẶT TRỜI VÀ CẤU TẠO MẶT TRỜI

Về cấu trúc, Mặt trời có thể chia làm 4 vùng, tất cả hợp thành một khối cầu khí khổng lồ:

- Vùng nhân hay “lõi” Mặt trời: nằm ở trong cùng, có bán kính khoảng 150.103km, nhiệt độ trung tâm khoảng 14 đến 20 triệu độ Ở nhiệt độ như vậy, vật chất không giữ được cấu trúc thông thường, nó trở thành plasma trong đó các hạt nhân của nguyên tử chuyển động tách biệt với các electron Khi các hạt nhân tự do có va chạm với nhau sẽ xuất hiện những vụ nổ nhiệt hạch tạo nên nguồn năng lượng mặt trời Đây là lò phản ứng hạt nhân: 4 hạt nhân Hydro lại tạo ra một hạt nhận Heli, 2 Neutrino và một lượng bức xạ 𝛾

4H11  He24 +2 Neutrino + 𝛾 (1.1)

- Vùng trung gian: còn gọi là vùng “đổi ngược”, bán kính khoảng (150450).103

km, nhiệt độ (4,510).106 K là nơi nguyên tố Hydro hấp thụ tia 𝛾 và phát bức xạ sóng dài Vật chất ở vùng này gồm có sắt (Fe), canxi (Ca), natri (Na), stronti (Sr), crom (Cr), kền (Ni), cacbon( C), silic (Si) và các khí như Hydro (H2), heli (He)

- Vùng đối lưu: bán kính khoảng (450 - 700).103 km, nhiệt độ khoảng 5800 4,5.106

K, gồm các dòng đối lưu lên xuống, chuyển nhiệt bức xạ ra xa bề mặt quang cầu

Hình 1 1 Cấu tạo mặt trời

SVTH: NGUYỄN THANH TÂM GVHD: ThS BÙI THỊ HƯƠNG LAN 3

- Vùng quang cầu: bán kính khoảng (700- 703) 103 km, nhiệt độ khoảng 5700- 5800K, gồm các bọt khí sôi sục, có chỗ tạo ra các vết đen, là các hố xoáy có nhiệt độ thấp khoảng 4500K và các tai lửa có nhiệt độ từ 7000- 10000K

Ngoài ra, Mặt trời còn có một lớp sắc cầu dày khoảng 3000km, tựa như một đám cháy lớn Ngoài cùng là vùng nhật hoa, là một tầng mây bụi khí có biên giới không ổn định

1.2 NĂNG LƯỢNG BỨC XẠ MẶT TRỜI

Về mặt bức xạ nhiệt, mặt trời được coi là một nguồn phát bức xạ hình cầu chứa nguyên tử Hydro, có đường kính D= 1,391.109 m, độ đen 𝜀o= 1 và nhiệt độ bề mặt To=

5762 K

Năng lượng sinh ra do phản ứng tổng hợp hạt nhân trong lòng mặt trời được chuyển

ra bề mặt và bức xạ vào không gian dưới dạng sóng điện từ với  = (0- ∞)

Đặc trưng của bức xạ mặt trời truyền trong không gian bên ngoài mặt trời là một phổ rộng trong đó cực đại của cường độ bức xạ nằm trong dải 10-1 – 10 m và hầu như một nửa tổng năng lượng mặt trời tập trung trong khoảng bước sóng (0,38 0,78) m đó là vùng nhìn thấy của phổ

Chùm tia truyền thẳng từ mặt trời gọi là bức xạ trực xạ Tổng hợp các tia trực xạ và tán xạ gọi là tổng xạ Mật độ dòng bức xạ trực xạ ở ngoài lớp khí quyển, tính đối với 1m2 bề mặt đặt vuông góc với tia bức xạ, được tính theo công thức:

q= 𝜑D-T Co(To/100)4 (1.2)

ở đây 𝜑D-T là hệ số góc bức xạ giữa Trái đất và mặt trời

𝜑D-T = 𝛽2/4 (1.3)

𝛽 là góc nhìn mặt trời và 𝛽 ≈ 32’ như hình 1.2

Co = 5,67 W/m2.K4 - Hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối

Hình 1 2 Hình ảnh về mặt trời

SVTH: NGUYỄN THANH TÂM GVHD: ThS BÙI THỊ HƯƠNG LAN 4

Vậy

2

4

2

2.3,14.32

5762 360.60

.5, 67 1353 / m

q gọi là hằng số mặt trời

Do khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trời thay đổi theo mùa trong năm nên 𝛽 cũng thay đổi do đó q cũng thay đổi nhưng độ thay đổi này không lớn nên có thể xem q là không đổi và được gọi là hằng số mặt trời

Khi truyền qua lớp khí quyển bao bọc quanh trái đất các chùm tia bức xạ bị hấp thụ và tán xạ bởi tầng ôzôn, hơi nước và bụi trong khí quyển, chỉ một phần năng lượng được truyền trực tiếp tới bề mặt Trái đất Phần năng lượng bức xạ mặt trời truyền tới bề mặt Trái đất trong những ngày quang đãng ở thời điểm cao nhất vào khoảng 1000W/m2 Năng lượng bức xạ mặt trời truyền ra ngoài có thể coi như là bức xạ của vật đen tuyệt đối có cùng nhiệt độ

Cường độ bức xạ toàn phần Eo=6,25.107 [W/m2]

Công suất bức xạ toàn phần Qo=Eo.F=3,8.1026 [W]

1.3 PHƯƠNG PHÁP TÍNH BỨC XẠ MẶT TRỜI

1.3.1 Một số định nghĩa cơ bản:

Yếu tố cơ bản xác định cường độ của bức xạ mặt trời ở một điểm nào đó trên trái đất là quãng đường của nó đi qua Sự mất mát năng lượng trên quãng đường đó gắn liền với sự tán xạ, hấp thụ bức xạ và phụ thuộc vào thời gian trong ngày, mùa, vị trí địa lý Trong quá trình tính toán cần định nghĩa một khái niệm như sau :

Trực xạ: là bức xạ mặt trời nhận được khi không bị bầu khí quyển phát tán Đây là dòng bức xạ có hướng và có thể thu được ở các bộ thu kiểu tập trung (hội tụ)

Tán xạ: là bức xạ mặt trời nhận được sau khi hướng của nó đã bị thay đổi do sự phát tán của bầu khí quyển

Tổng xạ: là tổng của trực xạ và tán xạ trên một bề mặt (phổ biến nhất là tổng xạ trên một bề mặt nằm ngang, thường gọi là bức xạ cầu trên bề mặt)

Cường độ bức xạ: (W/m2): là cường độ năng lượng bức xạ mặt trời đến một bề mặt tương ứng với một đơn vị diện tích của bề mặt Cường độ bức xạ cũng bao gồm cường độ bức xạ trực xạ Etrx, cường độ bức xạ tán xạ Etx, cường độ bức xạ quang phổ Eqp

Năng lượng bức xạ (J/m2): là năng lượng bức xạ mặt trời truyền tới một đơn vị diện tích bề mặt trong một khoảng thời gian, như vậy năng lượng bức xạ là một đại lượng bằng tích phân của cường độ bức xạ trong một khoảng thời gian nhất định

Mặt trời

Trái đất

Hình 1 3 Góc nhìn mặt trời

SVTH: NGUYỄN THANH TÂM GVHD: ThS BÙI THỊ HƯƠNG LAN 5

Giờ mặt trời: là thời gian dựa trên chuyển động biều kiến của mặt trời trên bầu trời, với quy ước mặt trời chính ngọ là thời điểm mặt trời đi qua thiên đỉnh người quan sát Giờ mặt trời là thời gian được sử dụng trong mọi quan hệ về góc mặt trời, nó không đồng nghĩa với giờ theo đồng hồ

Cường độ bức xạ mặt trời (BXMT) chiếu đến điểm M cách MT một khoảng Et Khi tia bức xạ Et đến khí quyển một phần nhỏ Et bị phản xạ, phần còn lại vào khí quyển bị hấp thụ và tán xạ, phần còn lại sau cùng được truyền tới mặt đất gọi là tia trực xạ

1.3.2 Bức xạ mặt trời truyền qua kính

Độ hấp thụ, truyền qua và phản xạ của vật liệu là hàm số của bức xạ truyền tới, độ dày và chỉ số khúc xạ của lớp vật liệu đó Hầu hết các bộ thu NLMT đề sử dụng kính làm vật liệu che phủ bề mặt bộ thu vì tính chất quang học ưu việt của nó

1.3.3.Năng lượng bức xạ mặt trời ở Việt Nam

Việt Nam nằm trải dài từ vĩ độ 8 độ Bắc đến 23 độ Bắc, nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao Nhất là các tỉnh nằm ở khu vực miền Trung có số giờ nắng cũng như cường độ bức xạ cao là một điều kiện tuyệt vời để sử dụng năng lượng mặt trời (NLMT) vào sinh hoạt và sản xuất

Theo kết quả của trạm Khí tượng thuỷ văn Trung Ương với mã số 52C-01-01a thì ta có bảng số liệu:

SVTH: NGUYỄN THANH TÂM GVHD: ThS BÙI THỊ HƯƠNG LAN 6

Vùng

Cường độ bức xạ trung bình

Vùng núi Tây Bắc, Thanh Hóa, Hà

3

Thừa Thiên Huế, ven biển Đà Nẵng đến Phú Yên, Kon Tum, Gia Lai, miền Đông Nam Bộ, TP Hồ Chí Minh, Đồng bằng sông Cửu Long

4

Đắc Lắc, Lâm Đồng, Khánh Hòa, Ninh Thuận, Bình Thuận, Bà Rịa Vũng Tàu

Bảng 1 1 Cường độ bức xạ trung bình ngày và trung bình năm

Qua bảng trên cho ta thấy nước ta có lượng bức xạ mặt trời rất tốt, đặc biệt là khu vực phía Nam, ở khu vực phía bắc thì lượng bức xạ mặt trời nhận được là íthơn 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

SVTH: NGUYỄN THANH TÂM GVHD: ThS BÙI THỊ HƯƠNG LAN 7

TT Địa

phương Tổng xạ Bức xạ Mặt Trời của các tháng trong năm

(đơn vị: MJ/m2.ngày)

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

SVTH: NGUYỄN THANH TÂM GVHD : TH.S BÙI THỊ HƯƠNG LAN 8

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 1 3 Số giờ nắng và cường độ bức xạ tại khu vực Tây Bắc

SVTH: NGUYỄN THANH TÂM GVHD : TH.S BÙI THỊ HƯƠNG LAN 9

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

Cường độ bức xạ mặt trời trên mặt đất chủ yếu phụ thuộc 2 yếu tố: góc nghiêng của tia sáng đối với mặt phẳng bề mặt tại điểm đã cho và độ dài đường đi của các tia sáng trong khí quyển hay nói chung là phụ thuộc vào độ cao của mặt trời

Quan hệ giữa bức xạ mặt trời ngoài khí quyển và thời gian trong năm có thể xác định theo phương trình sau:

1.4 ƯU, NHƯỢC ĐIỂM NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

1.4.1 Ưu điểm

Năng lượng mặt trời là một dạng năng lượng không thể thay thế được trên phương diện là một nguồn năng lượng của phản ứng quang hợp - một quá trình cơ bản của tự nhiên điều chế các chất hữu cơ

Năng lượng mặt trời bảo đảm năng lượng cho loài người, hoàn toàn có thể thỏa mãn các nhu cầu năng lương trong tương lai

Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng vô tận của thiên nhiên, hàng năm mặt trời cung cấp cho trái đất một lượng nhiệt khổng lồ Ngoài ra, nó là một dạng năng lượng siêu sạch, việc sử dụng nó không ảnh hưởng đến môi trường xung quanh

1.4.2 Nhược điểm

Năng lượng mặt trời là dạng năng lượng có nhiều ưu điểm nhưng việc sử dụng nó vẫn chưa được sử dụng phổ biến rộng rãi Đó là do bức xạ mặt trời có các

đặc điểm riêng gây khó khăn cho việc tiếp nhận và chuyển đổi nó như:

- Bức xạ mặt trời khá tản mạn, có mật độ (công suất riêng) nhỏ, thay đổi theo thời gian (ngày,đêm,các mùa…)

- Hiệu suất biến đổi năng lượng của các tia sáng mặt trời thành cơ năng, điện năng bị giới hạn bởi các nguyên lý của vật lý học và nhiệt động học

- Nó còn phụ thuộc vào vị trí địa lý

SVTH: NGUYỄN THANH TÂM GVHD : TH.S BÙI THỊ HƯƠNG LAN 10

1.5 ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

1.5.1 Thiết bị đun nước nóng bằng NLMT

Các thiết bị đun nước bằng NLMT là loại hình được sử dụng rộng rãi trên thế giới Các thiết bị đun nước bằng NLMT đã được lắp đặt cho hơn 2 triệu gia đình tại Nhật Bản, hơn 600.000 gia đình tại Israel và trên 300.000 gia đình tại Mỹ

Loại thông thường nhất của thiết bị nhiệt mặt trời là collector phẳng và bể đựng nước dung tích khoảng 200 lít

Ngoài việc sử dụng nước nóng cho mục đích sinh hoạt thông thường, hệ thống đun nước nóng phục vụ cho các bể bơi cũng phát triển phổ biến

Tại các nước đang phát triển, những nguyên liệu để chế tạo không sẵn, vì vậy giá thành thiết bị còn đắt Vì vậy, để phát triển rộng rãi hơn lĩnh vực này cần tập trung nghiên cứu công nghệ NLMT vào vật liệu tiến bộ và chế tạo bộ thu sao cho đơn giản, rẻ hơn

Với công nghệ sấy bằng NLMT, chủ yếu có 5 loại sau:

+ Các máy sấy không khí tự nhiên ngoài trời: Loại này kết cấu đơn giản, sản

phẩm sấy được đặt trên một cái khay, giá hoặc sàn được sấy khô bằng ánh nắng mặt trời và gió

+ Các máy sấy mặt trời trực tiếp: Loại này sản phẩm sấy đặt ở trong khung

kính trắng hoặc dẻo, mặt trời làm nóng sản phẩm được sấy khô và khung tạo nhiệt cao nhờ hiệu ứng nhà kính

+ Các máy sấy mặt trời gián tiếp: Các máy này mặt trời không tác động trực

tiếp lên sản phẩm sấy, vì vậy loại này dùng cho những sản phẩm tránh lượng vitamin bị phân huỷ bởi ánh nắng mặt trời Không khí được làm nóng trong bộ tấm thu nhiệt mặt trời, sau đó đươc dẫn qua buồng sấy

Hình 1 4 Thiết bị nước nóng dùng năng lượng mặt trời

SVTH: NGUYỄN THANH TÂM GVHD : TH.S BÙI THỊ HƯƠNG LAN 11

+ Các máy sấy hỗn hợp: Máy sấy này là sự phối hợp của tia bức xạ mặt trời

trên sản phẩm sấy và không khí được hâm nóng trước trong một tấm thu nhiệt mặt trời cung cấp nhiệt cần thiết cho sấy

+ Các hệ thống sấy ghép: Loại sấy mặt trời này trong đó còn có nguồn sấy

khác như biogas hay điện phụ thêm làm nóng không khí trong thời gian mặt trời bị mây che phủ

1.5.3 Pin mặt trời

Các tế bào quang điện đã phát triển trên 100 năm nhằm trực tiếp chuyển ánh sáng mặt trời thành điện năng bằng cách chuyển các photon ánh sáng sang điện Về lý thuyết, tế bào quang điện thể hiện tiềm năng lớn cho các nước đang phát triển để giải quyết điện khí hoá vùng sâu, vùng xa, những nơi chưa có điện lưới Tế bào quang điện chủ yếu sử dụng các bộ thu phẳng hay tập trung Sử dụng bộ thu phẳng thuận tiện cho việc bố trí, ví dụ trên mái nhà, vách kính của các toà nhà cao tầng

Hình 1 5 Hệ thống sấy cacao bằng năng lượng mặt trời

Hình 1 6 Đèn đường năng lượng mặt trời

SVTH: NGUYỄN THANH TÂM GVHD : TH.S BÙI THỊ HƯƠNG LAN 12

1.5.4 Nhà máy điện chạy bằng năng lượng mặt trời

Dựa trên nguyên tắc tạo nhiệt độ cao bằng một hệ thống gương phản chiếu và hội tụ để gia nhiệt cho môi chất làm việc truyền động cho máy phát điện Có 3 loại bộ thu chủ yếu sau đây:

- Hệ thống máng parabol: Tập trung tia bức xạ mặt trời vào ống môi chất đặt dọc theo đường hội tụ của bộ thu Nhiệt độ có thể lên đến 400ºC

- Hệ thống nhận nhiệt trung tâm: Sử dụng các gương phản chiếu có định vị theo mặt trời để tập trung NLMT đến bộ thu đặt trên tháp cao, nhiệt độ có thể lên đến 1500ºC

- Hệ thống đĩa parabol tròn xoay: Sử dụng đĩa parabol định vị theo phương mặt trời để tập trung NLMT vào bộ thu đặt tại tiêu điểm của đĩa, nhiệt độ có thể lên tới 1500ºC

Hình 1 7 PIN năng lượng mặt trời ở nông thôn

Hình 1 8 Nhà máy nhiệt điện bằng năng lượng mặt trời

SVTH: NGUYỄN THANH TÂM GVHD : TH.S BÙI THỊ HƯƠNG LAN 13

1.5.5 Thiết bị chưng cất nước ngọt

Sử dụng NLMT trong việc chưng cất nước ngọt lần đầu tiên vào năm 1872 tại

sa mạc vùng Las Salinas, Bắc Chile Hệ thống đã xây dựng một bể lớn để chưng cất nước ngọt, nó làm việc hiệu quả trong 40 năm Tại Úc và Hy Lạp, các hệ thống chưng cất này đã được xây dựng vào những năm 1960 nay vẫn vận hành tốt

Các hệ thống chưng cất nước mặt trời có thể chia thành các loại sau:

➢ Chưng cất bể đơn và đơn giản: Loại này thường dùng ở những nơi lõm nông trên mặt đất với một nắp đậy trong suốt trên chỗ lõm Sử dụng hiệu ứng nhà kính, nước bốc hơi do bức xạ mặt trời chiếu vào và ngưng tụ lại ở phía trong của nắp sẽ được thu gom

➢ Các hệ thống chưng cất tiến bộ: Được thiết kế với năng suất cao hơn loại đơn giản Kết cấu bao gồm các bể chưng cất nước bằng mặt trời hiệu quả kép (chưng cất thông qua nhiều tầng)

➢ Các hệ thống chưng cất có kết hợp sức nóng mặt trời: Các loại này thường là loại chưng cất kép, dung tổng hợp năng lượng mặt trời và nhiên liệu để cấp cho quá trình chưng cất

Hình 1 9 Hệ thống chưng cất nước ngọt bằng năng lượng mặt trời

SVTH: NGUYỄN THANH TÂM GVHD : TH.S BÙI THỊ HƯƠNG LAN 14

1.5.7 Động cơ Stirling chạy bằng NLMT

Động cơ Stirling dùng ứng dụng NLMT để chạy các động cơ nhiệt - động cơ Stirling ngày càng được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi dùng để bơm nước sinh hoạt hay tưới cây ở các nông trại Ở Việt Nam động cơ Stirling chạy bằng NLMT cũng đã được nghiên cứu chế tạo để triển khai ứng dụng vào thực tế Như động cơ Stirling, bơm nước dùng năng lượng mặt trời

1.5.8 Thiết bị làm lạnh, điều hoà không khí bằng NLMT

Trong số những ứng dụng của NLMT thì làm lạnh và điều hoà không khí là ứng dụng hấp dẫn nhất vì nơi nào khí hậu nóng nhất thì nơi đó có nhu cầu về làm

Hình 1 10 Bếp nấu năng lượng mặt trời ở Đức

Hình 1 11 Động cơ Stirling

SVTH: NGUYỄN THANH TÂM GVHD : TH.S BÙI THỊ HƯƠNG LAN 15

lạnh lớn nhất, đặc biệt là ở những vùng xa xôi hẻo lánh thuộc các nước đang phát triển không có lưới điện quốc gia và giá nhiên liệu quá đắt so với thu nhập của người dân Với máy lạnh làm việc trên nguyên lý biến đổi NLMT thành điện năng nhờ pin mặt trời là thuận tiện nhất, nhưng trong giai đoạn hiện nay giá thành pin mặt trời còn quá cao Ngoài ra, các hệ thống lạnh còn được sử dụng NLMT dưới dạng nhiệt năng để chạy máy lạnh hấp thụ, loại thiết bị này ngày càng được ứng dụng nhiều trong thực tế

1.6 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TRÊN THẾ GIỚI

1.6.1 Cao ốc văn phòng sử dụng năng lượng mặt trời

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

Hình 1 12 Tòa nhà Sun and the Moon Altar (Trung Quốc )

SVTH: NGUYỄN THANH TÂM GVHD : TH.S BÙI THỊ HƯƠNG LAN 16

1.6.2 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)

1.6.3 Tàu 3 thân

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

Hình 1 13 Cầu đi bộ Kurilpa

Hình 1 14 Thuyền Planet Solar

SVTH: NGUYỄN THANH TÂM GVHD : TH.S BÙI THỊ HƯƠNG LAN 17

1.6.4 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

1.6.5 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 1 15 Sân vận động World Games (Đài Loan)

Hình 1 16 Nhà máy điện mặt trời PS20 (Tây Ban Nha)

SVTH: NGUYỄN THANH TÂM GVHD : TH.S BÙI THỊ HƯƠNG LAN 18

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)

1.6.6.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

1.6.7 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

Hình 1 17 Bếp nấu ăn ở Shirdi, Maharashtra

SVTH: NGUYỄN THANH TÂM GVHD : TH.S BÙI THỊ HƯƠNG LAN 19

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

1.6.8 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

Hình 1 18 Nhà máy điện mặt trời Gemasolar

Hình 1 19 Máy bay năng lượng mặt trời

SVTH: NGUYỄN THANH TÂM GVHD : TH.S BÙI THỊ HƯƠNG LAN 20

1.6.9 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

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

1.7 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG NLMT TẠI VIỆT NAM

Việt Nam nằm ở vĩ độ 8 Bắc đến 23 Bắc, là nơi có tiềm năng về NLMT Tuy nhiên phân bố NLMT ở nước ta không đồng đều, các tỉnh phía Nam và Tây Nguyên có số giờ nắng cao và cường độ bức xạ gần như ổn định quanh năm, trong khi đó miền Bắc có hai mùa rõ rệt và bức xạ mặt trời dao động mạnh do ảnh hưởng thời tiết Ngay từ thập kỷ 70, sau cuộc khủng hoảng năng lượng của thế giới và nguy cơ của vấn đề ô nhiễm môi trường, đặc biệt là hiệu ứng ấm lên toàn cầu, Nhà Nước ta đã bắt đầu triển khai chương trình nghiên cứu năng lượng mới ở cấp quốc gia mang mã số 52C với sự tham gia của Uỷ ban khoa học và Kỹ thuật Nhà Nước, Viện Khoa học Việt Nam và các trường Đại học thuộc Bộ Đại học và Trung học chuyên nghiệp cũng như một số Viện nghiên cứu khác Tại Viện Khoa học Việt Nam và Viện Năng lượng thuộc Bộ Điện –Than, một số mẫu bộ thu NLMT để đun nước nóng đã được chế tạo Tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Trung tâm năng lượng mới tập trung nghiên cứu các thiết bị đun nước nóng và sấy bằng NLMT, đã lắp đặt và đưa vào sử dụng

Hình 1 20 Trang trại năng lượng mặt trời Greenough River

SVTH: NGUYỄN THANH TÂM GVHD : TH.S BÙI THỊ HƯƠNG LAN 21

hàng trăm bộ thu đun nước nóng cho bệnh viện, nhà trẻ… Tại Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, Khoa Công nghệ Nhiệt - Điện lạnh cũng đã tập trung nghiên cứu ứng dụng vào kỹ thuật đun nước nóng dùng NLMT, bơm nước dùng NLMT, bếp nấu dùng NLMT, dùng NLMT chạy máy lạnh hấp thụ sản xuất nước đá…

Hiện nay, Việt Nam đã gia nhập Tiểu bang năng lượng phi truyền thống của Hiệp hội các nước Đông Nam Á và Nhà Nước tăng cường đầu tư nghiên cứu Các trung tâm năng lượng mới thuộc Phân viện Vật Lý TP.HCM, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, Đại học Bách Khoa Hà Nội với sự hổ trợ của các tổ chức quốc tế đã tiến hành thành công việc xây dựng các trạm pin mặt trời có hiệu suất khác nhau phục vụ nhu cầu sinh hoạt và văn hoá của các địa phương vùng sâu xa không có điện lưới Đặc biệt trong thời gian gần đây, Nhà nước ta đã phát động chương trình toàn dân tiết kiệm năng lượng bằng việc hổ trợ cho các hộ gia đình một phần kinh phí khi mua bình nước nóng dùng và chảo thu NLMT

Nói chung, việc nghiên cứu ứng dụng NLMT tại Việt Nam cho đến nay vẫn còn hạn chế do giá thành cao và không tiện dụng,mặc dù nước ta nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời cao, số giờ nắng trung bình hằng năm cao và rất thiếu nguồn năng lượng

Hầu hết các mẫu thiết kế mới chỉ dừng ở quy mô thí nghiệm mà chưa triển khai rộng rãi ở quy mô công nghiệp

SVTH: NGUYỄN THANH TÂM GVHD : TH.S BÙI THỊ HƯƠNG LAN 22

CHƯƠNG 2 YÊU CẦU, NHIỆM VỤ THIẾT KẾ VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ THIẾT BỊ CHƯNG CẤT NƯỚC BẰNG NĂNG LƯỢNG

MẶT TRỜI

2.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

2.1.1 Nhu cầu cấp thiết của nước ngọt

Mỗi ngày cơ thể mất đi khoảng 1,5 lít nước qua đại tiểu tiện, đổ mồ hôi, hơi thở Khi làm việc, vận động cơ thể sẽ mất thêm nước Vì vậy, để giữ lượng nước của cơ thể bình thường, cần phải uống nước để thay thế phần mất đi Nhu cầu nước của mỗi người thay đổi tùy theo tuổi tác, nhiệt độ cơ thể, cân nặng, mức độ vận động, làm việc, thời tiết

Hình 2 1 Nước sạch Vai trò của nước trong cơ thể :

Nước giữ nhiều vai trò rất quan trọng trong cơ thể, dưới đây là vài thống kê:

- Duy trì nhiệt độ trung bình của cơ thể, như nước trong bộ tản nhiệt của xe ô tô, máy bay

- Chuyên chở chất dinh dưỡng và ôxy nuôi tất cả tế bào