Tính toán thiết kế hệ thống cung cấp và phân phối nước nóng dùng năng lượng mặt trời (NLMT) kết hợp gia nhiệt bổ sung bằng bình nóng lạnh cho shophouse

Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế hệ thống cung cấp và phân phối nước nóng dùng năng lượng mặt trời (NLMT) kết hợp gia nhiệt bổ sung bằng bình nóng lạnh cho shophouse Địa điểm tại Vinhome Mỹ Đình – Hà Nội

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Hà Nội, ngày … tháng…năm 2018

Giáo viên hướng dẫn

Hà Nội, ngày … tháng…năm 2018

Giáo viên hướng dẫn

LỜI CẢM ƠN

Học tập là quá trình lâu dài, mỗi giai đoạn đóng vai trò quan trọngtrong việc hình thành tri thức một con người.Từ những ngày bước chân vàogiảng đường đại học cho đến lúc hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, em đã nhậnđược sự quan tâm chỉ dẫn và giúp đỗ tận tình của các thầy cô

Qua quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp em xin bày tỏ lòng biết ơnchân thành đến Ban giám hiệu Trường Đại học Công nghiệp …., Ban chủnhiệm Khoa Điện cũng như các Thầy trong Bộ môn Kỹ thuật Nhiệt Lạnh đãtạo mọi điều kiện cho em có kết quả học tập tốt và hoàn thành đề tài này

Đặc biệt em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Thạc sỹ … đã trực tiếp theodõi tận tình hướng dẫn em trong thời gian thực hiện đề tài, truyền đạt nhữngkinh nghiệm quý báu, cung cấp cho em những tài liệu cần thiết và hữu ích choquá trình nghien cứu để em có thể thực hiện đề tài hoàn chỉnh về mặt nộidung và hoàn thành trong thời gian quy định

Trong quá trình thực hiện đề tài không tránh khỏi những thiếusót.Mong nhận được sự chỉ bảo ,góp ý của các Thầy trong bộ môn

Hà Nội, ngày 18 tháng 3 năm 2018

Sinh viên thực hiện

Mặt Trời là một khối cầu có đường kính khoáng 1,4 triệu km với thànhphần gồm các khí có nhiệt độ rất cao Nhiệt độ bên trong Mặt Trời đạt đếngần 15 triệu độ, với áp suất gấp 70 tỷ lần áp suất khí quyển của Trái Đất Đây

là điều kiện lý tưởng cho các phản ứng phân hạch của các nguyên tử hydro.Bức xạ gamma từ các phản ứng phân hạch này, trong qua trình được truyền từtâm Mặt Trời ra ngoài, tương tác với các nguyên tố khác bên trong Mặt Trời

và chuyển thành bức xạ có mức năng lượng thấp hơn, chủ yếu là ánh sáng vàphần nhiệt của phổ năng lượng Bức xạ điện từ này, với phổ năng lượng trảidài từ cực tím đến hồng ngoại, phát ra không gian ở mọi hướng khác nhau.Quá trình bức xạ của Mặt Trời diễn ra từ 5 tỷ năm nay, và sẽ còn tiếp tụctrong vài tỷ năm nữa

Việc khai triển điện Mặt Trời bắt nguồn từ "Chương trình nhà nước vềNăng lượng tái tạo" trong giai đoạn 1980-1990, với các đề tài về pin mặt trời,sấy, làm lạnh, chưng cất nước và đun nước nóng Tuy nhiên, do hạn chế vềkinh phí, phần lớn các đề tài chỉ dừng ở mẫu thí nghiệm hoặc sản xuất quy mônhỏ, chưa được chuyển giao vào các ứng dụng quy mô công nghiệp Cho đếnnay, các hoạt động nghiên cứu phát triển trong lĩnh vực năng lượng Mặt Trờivẫn tương đối chậm, không có tính đột phá do thiếu nguồn vốn đầu tư và đềtài Do đó việc sử dụng năng lượng Mặt Trời để đun nước nóng và làm nguồnđiện sinh hoạt hiện chỉ dừng lại ở quy mô nhỏ

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 1

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 2

LỜI CẢM ƠN 3

LỜI NÓI ĐẦU 4

CHƯƠNG I :TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH 8

1.1 Giới thiệu về thủ đô Hà Nội 8

1.2 Tổng quan về shophouse Vinhome Mỹ Đình Hà Nội 10

CHƯƠNG 2 : VAI TRÒ CỦA NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TRONG CUỘC SỐNG HIỆN ĐẠI VÀ CƠ SỞ TÍNH TOÁN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 12

2.1 Mặt trời 12

2.1.1 Giới thiệu về mặt trời 12

2.1.2 Cấu tạo của mặt trời 12

2.2 Năng lượng bức xạ 14

2.3 Các định luật về bức xạ 17

2.3.1 Định luật Kirchhoff về bức xạ nhiệt cân bằng 17

2.3.1 Định luật Stefan-Boltzmann 18

2.3.2Định luật Wien 19

2.3.3 Định luật Plank 19

2.4 Phương thức tính toán năng lượng mặt trời 19

2.4.1 Tính toán góc tới của bức xạ trực xạ 19

2.4.2 Tổng cường độ bức xạ lên bề mặt trái đất 22

2.5 Hiện trạng năng lượng mặt trời nước ta hiện nay 23

2.6.1 Pin mặt trời 25

2.6.2 Nhà máy sử dụng năng lượng mặt trời 26

2.6.3 Tháp năng lượng mặt trời 29

2.6.4 Thiết bị sấy khô sử dụng năng lượng mặt trời 30

2.6.5 Bếp nấu năng lượng mặt trời 32

2.6.6 Thiết bị đun nước nóng bằng NLMT 32

2.6.7 Động cơ stirling chạy bằng NLMT 33

2.6.8 Thiết bị làm lạnh và điều hòa không khí dùng NLMT 34

2.6.9 Hệ thống cung cấp nước nóng sử dụng năng lượng mặt trời 34

2.6.9.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động bình nước nóng năng lượng mặt trời 35

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐUN NƯỚC NÓNG DÙNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI DẠNG TẤM PHẲNG 39

3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 39

3.1.1 Cấu tạo của máy nước nóng năng lượng mặt trời 39

3.1.2 Nguyên lý hoạt động 41

3.1.3 Cơ sở tính toán bộ thu phẳng 42

3.1.3.1 Phương pháp xác định nhu cầu sử dụng nước nóng 46

3.1.3.2 Phương pháp xác định dung tích bình chứa 48

3.2 Những yêu cầu khi thi công thiết kế và lắp đặt thiết bị 53

3.2.1 Yêu cầu về tính toán 53

3.2.2 Yêu cầu về lắp đặt hệ thống 54

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN LƯỢNG NHIỆT VÀ ĐIỆN NĂNG TIẾT KIỆM KHI SỬ DỤNG BỘ THU NLMT TẤM PHẲNG CÓ DUNG TÍCH BÌNH CHỨA 250 LÍT 55

4.1 Cấu tạo bộ thu năng lượng mặt trời tấm phẳng 55

4.2 Nguyên lý hoạt động 55

4.3 Ưu điểm 55

CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP VÀ PHÂN PHỐI NƯỚC NÓNG CHO CÔNG TRÌNH 58

5.1 Xác định nhu cầu sử dụng nước nóng 58

5.2 Cơ sở lý thuyết tính toán đường ống cấp nước 61

5.2.1 Tiêu chuẩn về cấp nước bên trong nhà 61

5.2.2 Lý thuyết tính toán mạng lưới cấp nước 66

5.3 Tính chọn ống trong mạng lưới cấp nước 68

5.3.1 Vật liệu sử dụng cho công trình 68

5.3.2 Tính toán đường ống cấp nước nóng 70

KẾT LUẬN 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

NĂNG SỬ DỤNG NLMT TẠI HÀ NỘI1.1 Giới thiệu về thủ đô Hà Nội

Hình 1.1 :Hồ Gươm- Hà Nội

Hà Nội là thủ đô của nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam vàcũng là kinh đô của hầu hết các vương triều Việt trước đây Do đó, lịch sử HàNội gắn liền với thăng trầm lịch sử Việt Nam qua các thời kì Hà Nội làthành phố lớn nhất Việt Nam về diện tích với 3.324,92km ² sau đợt mở rộnghành chính năm 2008, đồng thời cũng là địa phương đứng thứ 2 về dân số7.500.000 người (2015) Hiện nay, thủ đô Hà Nội là đô thị loại đặc biệt củaViệt Nam

Khí hậu của Hà Nội khá tiêu biểu cho kiểu khí hậu Bắc Bộ với đặc điểm

là khí hậu nhiệt đới gió mùa, mùa hè nóng, mưa nhiều và mùa đông lạnh, mưa

ít Nằm trong vùng nhiệt đới, Hà Nội quanh năm tiếp nhận được lượng bức xạmặt trời rất dồi dào và nhiệt độ cao Lượng bức xạ tổng cộng trung bình hằngnăm ở Hà Nội là 122,8kcal/cm² với 1641 giờ nắng và nhiệt độ không khítrung bình hằng năm là 23,60C cao nhất là tháng 6 (32,80C), thấp nhất là tháng

1 (17,20C) Hà Nội có độ ẩm và lượng mưa khá lớn Độ ẩm tương đối trungbình hằng năm là 79%.

Lượng mưa trung bình hằng năm là 1.800mm và mỗi năm có khoảng

114 ngày mưa

Đặc điểm khí hậu Hà Nội rõ nét nhất là sự thay đổi và khác biệt của haimùa nóng, lạnh Từ tháng 5 đến tháng 9 là mùa nóng và mưa, nhiệt độ trungbình 29,2oC Từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau là mùa đông , thời tiết khô ráo,nhiệt độ trung bình 15,2oC Giữa hai mùa đó lại có hai thời kỳ chuyển tiếp( tháng 4 và tháng 10) Cho nên có thể nói rằng Hà Nội có đủ bốn mùa Xuân,

Trung bình năm 27,3 20,5 23,6

1.2 Tổng quan về shophouse Vinhome Mỹ Đình Hà Nội

Hình 1.2 Shophouse Vinhome Mỹ Đình – Hà Nội

Vinhome Mỹ Đình – Hà Nội Là một tổ hợp trung tâm thương mại baogồm khu chung cư cao cấp Vinhomes The Arcadia, khu biệt thự liền kề theBotanica,khu Shophouse hứa hẹn mang đến cho bạn những trải nghiệm mớitrong chính cuộc sống của mình…

Nằm ở phía Tây của thành phố Hà Nội gần với sân vận động quốc gia

Mỹ Đình cũng như các khu đô thị văn minh Vinhomes Mỹ Đình đang là sựquan tâm hàng đầu trên thị trường bất động sản

Xây dựng trên diện tích lên đến 17,5ha với tổng vốn đầu tư lên đến 8500

tỷ đồng sẽ là một trong những trung tâm sầm uất bậc nhất tại Mỹ Đình Vớinhững thiết kế độc đáo theo phong cách riêng của từng căn hộ cùng nhữngtiện ích 5 sao của các tòa nhà như: trung tâm thương mại Vincom, bệnh việnVinmec, hệ thống trường học Vinschool cho bạn một không gian sống tiệních đầy đủ

Shophouse là hình thức căn hộ nhà ở kết hợp với cửa hàng thương mạicòn có thể gọi với tên gọi khác là nhà phố thương mại Đây là hình thức bấtđộng sản không mới trên thế giới, tại các quốc gia phát triển tại châu Á nhưSingapore (dãy phố mua sắm Geylang), Malaysia (shophouse ở Penang,Malacca),… các căn shophouse cũng làm mưa làm gió thị trường Tuy mớixuất hiện ở Việt Nam những năm gần đây nhưng shophouse cũng nhanhchóng chứng tỏ mình và tạo nên cơn sóng đầu tư mạnh mẽ

TRONG CUỘC SỐNG HIỆN ĐẠI VÀ CƠ SỞ TÍNH TOÁN

NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI2.1 Mặt trời

2.1.1 Giới thiệu về mặt trời

Mặt trời là một trong những ngôi sao phát sáng được mà con người cóthể quan sát được trong vũ trụ Mặt trời cùng với các thiên thể của nó tạo ra

hệ mặt trời trong dải Ngân Hà cùng với hàng tỷ mặt trời khác Mặt trời luônphát ra một nguồn năng lượng khổng lồ và một phần nguồn năng lượng đótruyền bằng bức xạ đến trái đất của chúng ta Năng lượng mặt trời là mộttrong những nguồn năng lượng sạch và vô tận và nó là nguồn gốc của nguồnnăng lượng khác trên trái đất Con người đã biết tận hưởng nguồn năng lượngquý giá này từ rất lâu, tuy nhiên việc khai thác, sử dụng nguồn năng lượngnày một cách hiểu quả nhất thì vẫn là vấn đề mà chúng ta đang quan tâm

2.1.2 Cấu tạo của mặt trời

Mặt Trời giống như một cỗ máy phát nhiệt có cấu tạo phức tạp gồm nhiềulớp. Trong cùng là lõi (core) của ngôi sao nó là một khối có mật độ rất đặc trảirộng từ tâm ngôi sao ra một khoảng chiếm 25% bán kính của Mặt Trời Nhiệt

độ của lõi Mặt trời là hơn 15 triệu K, nóng hơn rất nhiều so với bề mặt chỉkhoảng 6000 K Phản ứng tổng hợp hạt nhân giải phóng ra năng lượng chốnglại hấp dẫn và làm ngôi sao tỏa sáng được thực hiện tại phần lõi này, mật độcao và lực hấp dẫn hướng tâm từ các lớp phài ngoài làm sinh ra phản ứngtổng hợp các proton mà chúng ta thường gọi là phản ứng nhiệt hạch Phíangoài lõi sao là vùng bức xạ (radiative zone) - khu vực chiếm thể tích lớnnhất, nó trải dài từ biên giới của lõi ra đến 70% bán kính Mặt Trời (tính từtâm)

Vùng này có mật độ thấp hơn nhiều so với lõi, nhưng đủ đặc để truyềncác bức xạ sinh ra từ các phản ứng nhiệt hạch và làm chúng nguội đi đáng kểtrước khi ra ngoài Nhiệt độ của vùng bức xạ này giảm nhanh từ trong rangoài, từ 7 triệu giảm xuống 2 triệu K. Vùng đối lưu (convective zone) nằm

kế tiếp vùng bức xạ và trải rộng ra cho tới sát bề mặt của Mặt Trời Tại đâynhiệt độ và mật độ đều thấp hơn nhiều so với vùng bức xạ, cho phép tạo nêncác dòng đối lưu vận chuyển nhiệt và bức xạ ra bề mặt của Mặt Trời Cácdòng đối lưu mang các nguyên tử khí nóng lên bề mặt và làm chúng nguộidần, khi lên tới nơi và đã nguội xuống nhiệt độ chỉ còn gần 6000 K chúng lạichìm xuống dưới theo dòng chuyển dịch và lại được làm nóng khi tới gầnvùng bức xạ. 

Lớp bề mặt của Mặt Trời, chính là phần vỏ sáng mà chúng ta có thể trựctiếp nhìn thấy từ Trái Đất gọi là quang cầu (photosphere) Đây là vùng nguộinhất trên mặt trời với nhiệt độ khoảng 5800-6000K Độ dày của nó dao động

từ vài chục tới vài trăm kilomet, tức là còn mỏng hơn khí quyển của Trái Đất.Chính qua nghiên cứu các vạch quang phổ hấp thụ của quang cầu mà năm

1868 một nguyên tố mới đã được phát hiện, đó là heli Heli là cái tên được đặttheo tên của thần Mặt Trời Helios như đã nói qua bên trên , ngụ ý rằng đó lànguyên tố đến từ Mặt Trời  Ngay phía trên quang cầu là lớp khí quyển thấpnhất bao quanh bề mặt Mặt Trời, dày khoảng 500km với nhiệt độ chỉ khoảnghơn 4000K Đây là vùng nguội nhất Mặt Trời Lớp ngay phía ngoài của nó làmột lớp khí nóng dày gọi là sắc cầu (chromosphere) dày khoảng 2000km Lớpnày có sự chuyển dịch không ngừng giống như sự dịch chuyển khí quyển trên

bề mặt Trái Đất, vì thế nhiệt độ của nó có sự dao động, có thể lên tới20.000K, tức là nóng hơn quang cầu rất nhiều, các nhà khoa học cho rằng đó

là kết quả của sự ion hóa do nhận bức xạ thoát ra từ bề mặt

 Phía trên sắc cầu là lớp cuối cùng của Mặt Trời, gọi là nhật hoa(corona), hay gọi cách khác là hào quang của Mặt Trời Nó ngăn cách với sắccầu bởi một lớp trung gian mỏng nơi khí bị ion hóa mạnh và nhiệt độ tăng lênrất cao Nhiệt độ của nhật hoa có thể lên hơn 1 triệu K Tuy nhiên nhật hoa

không được quan sát thấy bằng mắt thường từ Trái Đất Người ta chỉ thườngnhận thấy sự có mặt của nhật hoa khi xảy ra nhật thực toàn phần do khi đóphần sáng nhất của Mặt Trời là quang cầu đã bị che khuất Nhật hoa cũng lànơi phát sinh ra gió Mặt Trời ném các hạt mạng điện vào không gian. 

Toàn bộ vùng bị ảnh hưởng của gió Mặt Trời trải dài ra 50AU (quỹ đạoSao Hải Vương chỉ có 30AU) được gọi là nhật quyển (heliosphere). 

Hình2.1:Cấu trúc của mặt trời

2.2 Năng lượng bức xạ

Trong toàn bộ bức xạ của mặt trời, bức xạ liên quan trực tiếp đến cácphản ứng hạt nhân xảy ra trong nhân mặt trời không quá 3% Bức xạ γ banđầu khi đi qua 5.105 km chiều dày của lớp vật chất mặt trời bị biến đổi rấtmạnh Tất cả các dạng của bức xạ điện tứ đều có bản chất sóng và chúng khácnhau ở bước sóng Bức xạ γ là sóng ngắn nhất trong các sóng đó, từ tâm mặttrời đi ra do sự va chạm hoặc tán xạ mà năng lượng cúa chúng giảm đi và bây

giờ chúng ứng với bức xạ có sóng dài Như vậy bức xạ chuyển thành bức xạRơnghen có bước sóng dài hơn Gần đến bề mặt mặt trời nơi có nhiệt độ đủthấp có thể tồn tại vật chất trong trạng thái nguyên tử và các cơ chế bắt đầuxảy ra.

Đặc trưng của bức xạ mặt trời truyền trong không gian bên ngoài mặttrời là một phổ rộng trong đó cực đại của cường độ bức xạ nằm trong dải 10-1

- 10 μm và hầu như một nữa tổng năng lượng mặt trời tập trung trong khoảngbước sóng 0,38 – 0,78 μm đó là vùng nhìn thấy của phổ

Hình 2.2 : Dải bức xạ điện từ

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

Hình 2.3 Góc mặt trời

Do khoảng cách giữa trái đất và mặt trời thay đổi theo mùa trong nămnên β cũng thay đổi do đó q cũng thay đổi nhưng độ thay đổi này không lớnnên có thể xem q là không đổi và được gọi là hằng số mặt trời Khi truyền qualớp khí quyển bao bọc quanh trái đất các chùm tia bức xạ bị hấp thụ và tán xạbởi tầng ozon, hơi nước và bụi trong khí quyển, chỉ một phần năng lượngđược truyền trực tiếp tới trái đất Đầu tiên oxy phân tử bình thường O2 phân

ly thành oxy nguyên tử O, để phá vỡ liên kết phân tử đó, cần phải có photonbước sóng ngắn hơn 0,18 μm, do đó các photon có năng lượng như vậy bị hấpthụ hoàn toàn Chỉ một phần các nguyên tử oxy kết hợp thành các phân tử,còn đại đa số các nguyên tử tương tác với các phân tử oxy khác để tạo thànhphân tử ozon O3, Ozon cũng hấp thụ bức xạ từ ngoại nhưng với mức độ thấphơn so với oxy, dưới tác dụng của các photon với bước song ngắn hơn 0,32

μm, sự phân tách ozon thành O2 và O xảy ra Như vậy hầu như toàn bộ nănglượng của bức xạ từ ngoài được sử dụng để duy trì quá trình phân ly và hợpnhất của O, O2, O3, đó là một quá trình ổn định Do quá trình này, khi đi quakhí quyển, bức xạ từ ngoài biến đổi thành bức xạ với năng lượng nhỏ hơn

Hình 2.4 : Quá trình truyền lượng bức xạ mặt trời qua lớp khí quyển của trái đất

Phần năng lượng mặt trời bức xạ tới truyền tới bề mặt trái đất trongnhững ngày quang đãng (không có mây) ở thời điểm cao nhất trong khoảng1000W/m2

Yếu tố cơ bản xác định cường độ của bức xạ mặt trời ở một thời điểmnào đó trên trái đất là quãng đường nó đi qua Sự mất mát năng lượng trênquảng đường đó gắn liền với sự tán xạ, hấp thụ bức xạ và phụ thuộc vào thờigian trong ngày, mùa vị trí địa lý Các mùa hình thành là do sự nghiêng củatrục trái đất đối với mặt phẳng quỹ đạo của nó quang mặt trời gây ra Gócnghiêng vào khoảng 66,50C và thực tế xem như chuyển động của nó đối vớimặt trời gây ra những dao động quan trọng về độ dài ngày và đêm trong năm.Cường độ bức xạ mặt trời trên mặt đất chủ yếu phụ thuộc vào 2 yếu tố:góc nghiêng của các tia sáng đối với mặt phẳng bề mặt tại điểm đã cho và độdài đường đi của các tia sáng trong khí quyển hay nói chung là phụ thuộc vào

độ cao của mặt trời (góc giữa phương từ điểm quang sát đến mặt trời và mặtphẳng nằm ngang đi qua điểm đó) Yếu tố cơ bản xác định cường độ của bức

xạ mặt trời ở một điểm nào đó trên trái đất là quãng đường đó gắn liền với sự

2.3.1 Định luật Kirchhoff về bức xạ nhiệt cân bằng

Tỷ số giữa hệ số phát xạ đơn sắc r,T và hệ số hấp thụ đơn sắc a,T củamột vật bất kì ở trạng thái bức xạ nhiệt cân bằng không phụ thuộc vào bảnchất của vật đó mà chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ T của nó và bước sóng  củachùm bức xạ đang xét:

Điều kiện để một vật bất kì phát bức xạ

- Theo định luật Kirchhoff ta có: r,T = suy ra muốn r,T  0 thì

; 0 ,T 



 a,T  0

- Như vậy để một vật bất kì phát ra một bức xạ  nào đó (r,T  0 )thì nóphải hấp thụ bức xạ ấy ( ) và vật đen tuyệt đối ở cùng nhiệt độ đócũng phải phát ra được bức xạ ấy ( )

2.3.1 Định luật Stefan-Boltzmann

Độ trưng năng lượng của vật đen tuyệt đối (năng suất phát xạ toàn phần)

tỷ lệ với luỹ thừa bậc 4 của nhiệt độ tuyệt đối của vật:

ở đây được gọi là hằng số bức xạ của vật đen tuyệtđối

2.3.2 Định luật Wien

Bước sóng trong phổ bức xạ của vật đen tuyệt đối tương ứng với mật

độ phổ cực đại của độ trưng năng lượng tỷ lệ nghịch với nhiệt độ tuyệt đối Tcủa vật:

gọi là hằng số dịch chuyển

2.3.3 Định luật Plank

Các nguyên tử, phân tử phát xạ hay hấp thụ năng lượng của bức xạ điện

từ một cách gián đoạn: Phần năng lượng phát xạ hay hấp thụ đó luôn luôn làmột bội số nguyên của một năng lượng nhỏ xác định gọi là lượng tử năng

lượng Đối với một bức xạ điện từ đơn sắc tần số , bước sóng thì lượng tử

năng lượng tương ứng là:

Trong đó gọi là hằng số Planck.

c = 3.108m/s gọi là vận tốc ánh sáng trong chân không

Công thức Planck: Xuất phát từ thuyết lượng tử đó, Planck đã tìm ra biểu thức tính năng suất phát xạ đơn sắc của vật đen tuyệt đối (hàm phân bố):

2.4 Phương thức tính toán năng lượng mặt trời

2.4.1 Tính toán góc tới của bức xạ trực xạ

Trong quá trình tính toán cần định nghĩa một số khái niệm như sau : Hệ

số khối lượng không khí: m là tỷ số giữa khối lượng khí quyển theo phươngtia bức xạ truyền qua và khối lượng khí quyển theo phương thẳng đứng (tức làkhi mặt trời ở thiên đỉnh) Như vậy m = 1 khi mặt trời ở thiên đỉnh, m = 2 khigóc thiên đỉnh là θz là 60 Đối với các góc thiên đỉnh từ 0 -700 có thể xác địnhgần đúng m = 1/cos θz Còn đối với các góc θz >700 thì độ cong của bề mặttrái đất phải được đưa vào tính toán Riêng đối với trường hợp tính toán bức

xạ mặt trời ngoài khí quyển m = 0

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

Tán xạ: Là bức xạ mặt trời nhận được 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 làtổng xạ trên 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 đếnmột bề mặt tương ứng với một đơn vị diện tích của bề mặt Cường độ bức xạbao gồm cường độ bức xạ Etrx, cường độ bức xạ tận Etrx và cường độ bức xạquang phổ Eqp.

Năng lượng bức xạ (J/m2) là năng lượng bức xạ mặt trời truyền tới mộtđơn vị diện tích bề mặt trong một khoảng thời gian, như vậy năng lượng bức

xạ là một đại lượng bằng tích phân trong một khoảng thời gian, nhất định(thường là 1 giờ hay 1 ngày)

Giờ mặt trời: Là thời gian dựa trên chuyển động biểu kiến của mặt trờitrên bầu trời, với quy ước giờ mặt trời chính ngọ là thời điểm mặt trời đi quathiên đỉnh của người quan sát Giờ mặt trời là thời gian được sử dụng trongmọi quan hệ về góc mặt trời, nó không đồng nghĩa với giờ theo đồng hồ.Quan hệ hình học giữa một mặt phẳng bố trí bất kỳ trên mặt đất và bức

xạ của mặt trời truyền tới, tức là vị trí của mặt trời so với mặt phẳng đó cụ thểđược xác định theo các góc đặc trưng sau:

Góc vĩ độ Ф, là vị trí góc tương ứng với vĩ độ về phía bắc hoặc về phíanam đường xích đạo trái đất, với hướng phía bắc là hướng dương

Hình 2.5 Quan hệ các góc hình học của tia bức xạ mặt trời trên mặt phẳng nghiêng.

Góc giờ ω là góc chuyển động của vị trí mặt trời về phía động hoặc phía tây kinh tuyến địa phương do quá trình quay của trái đất quanh trục của nó và lấy giá trị 150 cho 1 giờ đồng hồ, buổi sáng lấy dấu âm (-), buổi chiều lấy dấucộng (+) Góc tới ø, là góc giữa bức xạ bề mặt truyền tới bề mặt và pháp tuyến của bề mặt đó

Góc thiên đỉnh øz là góc giữa phương thẳng đứng (thiên đỉnh) và tia bức

xạ tới

Trong trường hợp nằm ngang thì góc thiên đỉnh chính là góc tới ø Góccao mặt trời αs là góc giữa phương nằm ngang và tia bức xạ truyền tới, tức làgóc phụ của thiên đỉnh Góc phương vị mặt trời γs , là góc lệch so với phươngnằm ngang của hình chiếu bức xạ mặt trời truyền tới trên mặt phẳng nằmngang Góc này lấy dấu âm (-) nếu hình chiếu lệch về phía đông và lấy dấu(+) nếu hình chiếu lệch về phía tây

Góc lệch δ là vị trí góc của mặt trời tương ứng với giờ mặt trời là 12giờ (tức là khi mặt trời đi qua kinh tuyến địa phương) so với mặt phẳng củaxích đạo trái đất, với hướng phía bắc là hướng

-23,450 ≤δ ≤ 23,450

Góc lệch δ có thể tính toán theo phương trình của cooper:

δ = 23,45.sin[360.(284+n)/365]

Trong đó:

n là thứ tự ngày của 1 năm

Quan hệ của các loại góc đặc trưng ở trên có thể biểu diễn bằng phươngtrình giữa góc tới ø và các góc khác như sau:

cosø = sinδ.sin cos - sin.cos sin.cos + cos.cos.cos.cos + cos.sin.sin.cos.cos + cos.sin.sin.sin

và: cos = cosz.cos + sinz.sin.cos(s - )

Đối với bề mặt nằm ngang góc tới  chính là góc thiên đỉnh của mặt trời z,giá trị của nó phải nằm trong khoảng 0o và 90o từ khi mặt trời mọc đến khimặt trời ở thiên đỉnh:

( = 0): cosz = cos.cos.cos + sin.sin

2.4.2 Tổng cường độ bức xạ lên bề mặt trái đất.

Tổng bức tán xạ mặt trời lên một bề mặt đặt trên mặt đất bao gồm haithành phần chính đó là trực xạ và tán xạ Phần trực xạ được khảo sát ở trên,còn thành phần tán xạ thì khá phức tạp Hướng của bức xạ khuếch tán truyềntới bề mặt là hàm số của độ mây và độ trong suốt của khí quyển, các đạilượng này lại thay đổi khá nhiều Có thể xem bức xạ tán xạ là tổng hợp của 3thành phần

Thành phần tán xạ đẳng hướng: Là phần tán xạ nhận được đồng đều từtoàn bộ vòm trời

Thành phần tán xạ quanh tia: Là phần tán xạ bị phát tán của bức xạ mặttrời xung quanh tia mặt trời

Thành phần tán xạ chân trời: Là phần tán xạ tập trung gần đường chântrời

Hình 2.6 Sơ đồ phân bố các thành phần bức xạ khuếch tán

Góc khuếch tán ở mức độ nhất định phụ thuộc Rg (còn gọi là albedo suấtphân chiếu) của mặt đất Những bề mặt có độ phản xạ cao (ví dụ: bề mặt tuyếtxốp có Rg = 0,7) sẽ phản xạ mạnh bức xạ mặt trời trở lại bầu trời và lần lượt

Eb.Bb và tán xạ trên mặt nằm ngang Ed

2.5 Hiện trạng năng lượng mặt trời nước ta hiện nay

Trong thời đại khoa học kĩ thuật phát triển, nhu cầu năng lượng ngàycàng tăng Trong khi các nguồn năng lượng truyền thống như than đá, dầu mỏ

đang dần cạn kiệt, giá thành cao, nguồn cung cấp không ổn định, nhiều nguồnnăng lượng thay thế đang được các nhà khoa học quan tâm, đặc biệt là nguồnnăng lượng mặt trời Việc tiếp cận để tận dụng nguồn năng lượng này khôngchỉ góp phần cung ứng kịp nhu cầu năng lượng của xã hội mà còn giúp tiếtkiệm điện năng giảm thiểu ô nhiễm môi trường Vị trí địa lý đã ưu ái cho ViệtNam một nguồn năng lượng tái tạo vô cùng lớn, đặc biệt là năng lượng mặttrời Trải dài từ vĩ độ 23023’ Bắc đến 8027’ Bắc, Việt Nam nằm trong khu vực

có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao Trong đó, nhiều nhất phải kể đếnthành phố Hồ Chí Minh, tiếp đến là vùng Tây Bắc( Lai Châu, Sơn La, LàoCai) và vùng Bắc Trung Bộ (Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh)

Năng lượng mặt trời ở Việt Nam có sẵn quanh năm, khá ổn định vàphân bố rộng rãi trên các vùng miền khác nhau của đất nước Đặc biệt, sốngày nắng trung bình trên các tỉnh của miền trung và miền nam là khoảng 300ngày/ năm Năng lượng mặt trời có thể được khai thác cho hai nhu cầu sửdụng: sản xuất điện và cung cấp nhiệt

2.6 Tổng quan các thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng mà con người biết sử dụng từrất sớm, nhưng ứng dụng năng lượng mặt trời vào các công nghệ sản xuất vàtrên quy mô rộng thì mới chỉ thực sự vào cuối thế kỉ 18 và cũng chủ yếu ởnhững nước nhiều năng lượng mặt trời , những vùng sa mạc Từ sau các cuộckhủng hoảng năng lượng thế giới năm 1968 và năm 1973, năng lượng mặttrời ngày càng được quan tâm Các nước công nghiệp phát triển đã đi tiênphong trong việc nghiên cứu ứng dụng mặt trời Công nghệ năng lượng mặttrời được mô tả rộng rãi như là năng lượng mặt trời thụ động hoặc năng lượngmặt trời chủ động tùy thuộc vào cách chúng nắm bắt, chuyển đổi và phân phốinăng lượng mặt trời Kỹ thuật năng lượng mặt trời hoạt động bao gồm việc sửdụng các tấm quang điện và năng lượng mặt trời nhiệt thu để khai thác nănglượng Kỹ thuật năng lượng mặt trời thụ động bao gồm các định hướng một

tài sản ánh sáng phân tán và thiết kế không gian lưu thông không khí.

2.6.1 Pin mặt trời

Hình 2.7 Tấm pin năng lượng mặt trời

Các tấm pin Mặt Trời chuyển đổi trực tiếp ánh sáng thành điện năng,như thường được thấy trong các máy tính cầm tay hay đồng hồ đeo tay.Chúng được làm từ các vật liệu bán dẫn tương tự như trong các con bộ điện tửtrong máy tính Một khi ánh sáng Mặt Trời được hấp thụ bởi các vật liệu này,năng lượng Mặt Trời sẽ đánh bật các hạt điện tích (electron) năng lượng thấptrong nguyên tử của vật liệu bán dẫn, cho phép các hạt tích điện này dichuyển trong vật liệu và tạo thành điện Quá trình chuyển đổi photon thànhđiện này này gọi là hiệu ứng quang điện

Các pin Mặt Trời thông thường được lắp thành một module khoảng 40phiến pin, và 10 module sẽ được lắp gộp lại thành chuỗi quang điện có thể dàivài mét Các chuỗi Pin Mặt Trời dạng phẳng này được lắp ở một góc cố địnhhướng về phía Nam, hoặc được lắp trên một hệ thống hiệu chỉnh hướng nắng

để luôn bắt được nắng theo sự thay đổi quĩ đạo của nắng Mặt Trời Quy mô

hệ thống quang điện có thể từ mức 10-20 chuỗi quang điện cho các ứng dụng

dân sự, cho đến hệ thống lớn bao gồm hàng trăm chuỗi quang điện kết nối vớinhau để cung cấp cho các cơ sở sản xuất điện hay trong các ứng dụng côngnghiệp

Một số dạng pin Mặt Trời được thiết kế để vận hành trong điều kiện ánhsáng Mặt Trời hội tụ Các Pin Mặt Trời này được lắp đặt thành các collectortập trung ánh sáng Mặt Trời sử dụng các lăng kính hội tụ ánh sáng Phươngpháp này có mặt thuật lợi và bất lợi so với mạng Pin Mặt Trời dạng phẳng(flat-plate PV) Thuận lợi ở điểm là sử dụng rất ít các vật liệu Pin Mặt Trờibán dẫn đắt tiền trong khi đó hấp tối đa ánh sáng Mặt Trời Mặt bất lợi là cáclăng kính hội tụ phải được hướng thẳng đến Mặt Trời, do đó việc sử dụng các

hệ hấp thu tập trung chỉ khai triển ở những khu vực có nắng nhiều nhất, đa sốđòi hỏi việc sử dụng các thiết bị hiệu chỉnh hướng nằng tối tân, kỹ thuật cao  Hiệu suất tối đa của phần lớn pin Mặt Trời hiện nay trên thị trường là15%, tức là chỉ có 15% ánh nắng Mặt Trời được Pin Mặt Trời chuyển thànhđiện Mặc dù trên lý thuyết, hiệu suất tối đa của pin Mặt Trời có thể đạt đến32,3% (tức là có giá trị kinh tế rất lớn), trên thực tế hiệu suất thấp hơn hơnmột nửa giá trị lý thuyết, và con số 15% không được các ngành công nghiệpnăng lượng xem là mang lại lợi ích kinh tế Các tiến bộ kỹ thuật gần đâycho phép tạo ra trong phòng thí nghiệm các tế bào quang điện đạt hiệu suất tới28,2% Các pin Mặt Trời dạng này vẫn còn phải qua các thử nghiệm trongđiều kiện thực tế Nếu thử nghiệm thành công trong các môi trường thửnghiệm khắc nghiệt trong tự nhiên, các pin Mặt Trời dạng này sẽ được xem làmang lại lợi ích kinh tế cụ thể và do đó việc phát triển điện Mặt Trời quy môlớn là có tính khả thi về mặt kinh tế

Điện năng còn có thể tạo ra từ năng lượng mặt trời dựa trên nguyên tắctạo nhiệt độ bằng một hệ thống gương phản chiếu và hội tụ để gia nhiệt chomôi chất làm việc truyền động cho nhà máy phát điện.

Hiện nay trong các nhà máy nhiệt điện sử dụng năng lượng mặt trời cócác loại hệ thu ống nhiệt sau đây :

Hệ thống dung parabol trụ để tập trung tia bức xạ mặt trời vào một ốngmôi chất đặt dọc theo đường hội tụ của bộ thu, nhiệt độ có thể đạt tới 400oC

Hệ thống nhận nhiệt trung tâm bằng cách sử dụng các gương phản xạ cóđịnh vị theo phương mặt trời để tập trung năng lượng mặt trời đến bộ thu đặt

Hình 2.8 Sơ đồ nhà máy nhiệt điện mặt trời sử dụng máng parabol

Loại nhà máy nhiệt điện mặt trời phổ biến nhất, thuộc loại này có cácnhà máy trong sa mạc Mojave ở California, sử dụng một thiết kế mángparabol để thu gom bức xạ mặt trời Những bộ thu này được gọi là các hệ thugom thẳng hàng, và hệ lớn nhất có thể phát ra 80 megawatt điện năng Chúngđược chế tạo có dạng nửa hình ống kiểu giống như cầu trượt của trẻ nhỏ, và

có các bộ phản xạ hình parabol được lắp hơn 900.000 cái gương được canhhướng bắc-nam và có thể quay theo hướng mặt trời khi nó di chuyển từ đôngsang tây trong ngày Do hình dạng của nó, loại nhà máy này có thể đạt tớinhiệt độ hoạt động khoảng 400 độ C, tập trung các tia sáng mặt trời gấp 30đến 100 lần cường độ bình thường của chúng lên trên chất lỏng vận chuyểnnhiệt hoặc các ống chứa đầy nước, hơi nước Chất lỏng nóng đó được dùng đểtạo ra hơi nước, và hơi nước sau đó làm quay tuabin của máy phát điện

Trong khi các thiết kế máng parabol có thể hoạt động ở mức công suấtnhư nhà máy điện mặt trời, nhưng chúng thường khai thác dưới dạng tổ hợp

làm nguồn dự phòng.

Hình 2.9 Nhà máy điện mặt trời

2.6.3 Tháp năng lượng mặt trời

Hình 2.10 Tháp năng lượng mặt trời

Tháp năng lượng mặt trời (tiếng Anh: Solar power tower) là một loại lònăng lượng mặt trời sử dụng một cột (hoặc dàn) tháp để nhận được ánh sángmặt trời tập trung Tháp năng lượng mặt trời sử dụng những tấm gươngphẳng, di chuyển được (gọi là kính định nhật) trải ra diện tích xung quanh đểtập trung tia nắng mặt trời đến tháp (nơi tiếp nhận) Nhiệt năng mặt trời đượctập trung lại có thể xem là một trong những giải pháp khả thi sản xuất nănglượng tái tạo, năng lượng không gây ô nhiễm với công nghệ hiện nay

Những thiết kế đầu tiên ứng dụng các tia năng lượng tập trung này đểđun nước, và lấy hơi nước sinh ra chạy tua bin Những thiết kế mới hơn sửdụng dung dịch natri đã được kiểm nghiệm, cùng các hệ thống sử dụng muốinóng chảy (40% kali nitrat, 60% natri nitrat) làm chất lỏng vận hành Các chấtlỏng này có khả năng chịu nhiệt cao, có thể là nơi lưu trữ năng lượng trướckhi dùng để đun sôi nước chạy tua bin Những thiết kế này hỗ trợ khả năngtạo ra điện ngay cả khi mặt trời không chiếu sáng

2.6.4 Thiết bị sấy khô sử dụng năng lượng mặt trời

Máy sấy năng lượng mặt trời hoạt động dựa vào nguyên lý hiệu ứngnhà kính Dưới đây là tóm tắt về nguyên lý hiệu ứng nhà kính: Năng lượngbức xạ của polyester… đi đến một vật màu đen Vật màu đen này có đặc tínhphản xạ ánh sáng kém, sẽ không phản chiếu ngược lại được, biến thành mộtloại như bẫy nhiệt , năng lượng mặt trời ánh sáng Mặt Trời khi chiếu xuyênqua một mặt phẳng trong suốt (như mặt kính, do bị hấp thu bức xạ sẽ chuyểnthành nhiệt năng

Hình 2.11 Cấu tạo tủ sấy năng lượng mặt trời

Hiệu ứng nhà kính này hiện nay được ứng dụng rộng rãi nhiều nhất trongcác thiết bị sấy khô nông sản từ đơn giản đến phức tạp, các bình nước nóng,các thiết bị phát điện mặt trời, để sưởi ấm, hoặc để chiếu sáng Máy sấy sửdụng năng lượng mặt trời là một trong những thiết bị ứng dụng hiệu ứng nhàkính được chia sẻ ở trên

Một hệ thống sấy dùng năng lượng mặt trời đạt tiêu chuẩn sẽ gồm cónhững bộ phận sau:

 Bộ thu nhiệt (để hấp thu năng lượng từ mặt trời): gồm từ 2 – 3 tấm thunhiệt cố định hoặc xếp gọn lại được, tấm thu nhiệt này được sơn đen để giảmphản xạ mặt trời, có tạo hình gợn sóng và phủ mica cong ở bên ngoài Cấu tạonày giúp tấm thu nhiệt hấp thụ tối đa nhiệt lượng từ mặt trời

 Tủ sấy: có thiết kế kín gió, được chia làm 2 ngăn: ngăn trên và ngăndưới Không gian bên trong tủ có thể có dạng treo hoặc dạng xếp, hoặc đảochiều tự động giúp tủ có khả năng đảo chiều gió.

 Quạt gió đối lưu: là quạt công nghiệp có công suất cao, hoạt động khá

ổn định trong một thời gian dài

 Bộ phận đảo chiều gió: bằng tay gạt trong các máy sấy thủ công hoặcbằng mô tơ tự động trong các máy sấy hiện đại

 Điện trở dự phòng: dùng trong trường hợp thiếu nhiệt

 Bộ điều khiển tự động: Dùng để điều chỉnh tốc độ gió, hướng gió vànhiệt độ bên trong tủ sấy

Nguyên lý hoạt động của các máy sấy sử dụng năng lượng mặt trời này nhưsau:

 Ánh sáng mặt trời sẽ chiếu xuống xuyên qua lớp trong suốt đầutiên: (có thể là kính, polyester hoặc các tấm vật liệu trong suốt khác)

 Ánh năng tiếp tục gặp bộ thu nhiệt (là các tấm tôn gợn sóng được sơnđen): Các tấm này được đặt bên trong các “buồng thu năng lượng” Ánh sángmặt trời sẽ khiến các tấm tôn này nóng lên

 Không khí bên trong các “buồng thu năng lượng” này nóng lên, giãn nở

và bay lên trên: vào các buồng sấy Sự di chuyển khí nóng này tạo nên mộtluồng không khí mới đi vào và tiếp tục bị hun nóng trong “buồng thu nănglượng”

 Không khí được hun nóng sẽ đi vào buồng sấy và thổi qua các khaysấy: có xếp sản phẩm cần sấy ở phía trên, rút nước khỏi vật sấy và làm khôchúng

2.6.5 Bếp nấu năng lượng mặt trời

Ở Việt Nam việc bếp năng lượng mặt trời cũng đã được sử dụng khá phổbiến Năm 2000, trung tâm Nghiên cứu thiết bị áp lực và năng lượng mới ĐH

Đà Nẵng đã phối hợp với các tổ chức từ thiện Hà Lan triển khai dự án đưabếp năng lượng mặt trời vào sử dụng các vùng nông thôn tỉnh Quảng Nam

Hình 2.12 Bếp nấu năng lượng mặt trời

2.6.6 Thiết bị đun nước nóng bằng NLMT

Ứng dụng đơn giản, phổ biến và hiệu quả nhất hiện nay của NLMT làđun nước nóng Ở Việt Nam hệ thống cung cấp nước nóng bằng NLMT đã vàđang được ứng dụng rộng rãi ở Hà Nội, TP HCM, Đà Nẵng Các hệ thống này

đã tiết kiệm cho người sử dụng một lượng đáng kể về năng lượng, góp phầnrất lớn trong việc thực hiện chương trình tiết kiện năng lượng ở nước ta vàbảo vệ môi trường Hệ thống cung cấp nước nóng dùng NLMT hiện nay ởViệt Nam cũng như thế giới chủ yếu dùng bộ thu cố định kiểu tấm phẳnghoặc dãy ống có cánh nhận nhiệt, với nhiệt độ nước sử dụng 60oC thì hiệusuất của bộ thu khoảng 45%, còn nếu sử dụng ở nhiệt độ cao hơn thì hiệu suấtcòn thấp

Hình2.13 Hệ thống cung cấp nước nóng dùng NLMT

2.6.7 Động cơ stirling chạy bằng NLMT

Ứng dụng NLMT để chạy các động cơ nhiệt, động cơ stirling ngày càngđược nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi dùng để bơm nước sinh hoạt hay tướicây ở nông trại Ở Việt Nam động cơ stirling chạy bằng NLMT cũng đã đượcnghiên cứu chế tạo để triển khai ứng dụng vào thực tế

Hình 2.14 Động cơ Stirling dùng NLMT

Trong số những ứng dụng của NLMT thì làm lạnh và điều hòa không khí

là ứng dụng hấp dẫn nhất vì nơi nào khí hậu nóng nhất nóng nhất thì nơi đó cónhu cầu về làm lạnh lớn nhất, đặc biệt là những vùng xa xôi hiểu lánh thuộccác nước đang phát triển không có lưới điện quốc gia và giá nhiên liệu đắt sovới thu nhập trung bình của người dân.Với các máy lạnh làm việc trên nguyên

lý biến đổi NLMT thành điện năng nhờ pin mặt trời là thuận tiện nhất, nhữnggiai đoạn hiện nay giá thành pin mặt trời còn quá cao

Ngoài ra các hệ thống còn được sử dụng NLMT dưới dạng nhiệt năng đểchạy máy lạnh hấp thụ loại thiết bị này ngày càng được ứng dụng nhiều trongthực tế, tuy nhiên hiện nay các hệ thống này vẫn chưa thương mại hóa và sửdụng rộng rãi vì giá thành còn rất cao và hơn nữa các bộ thu dùng trong các

hệ thống này chủ yếu là bộ thu phẳng với hiệu suất thấp nên diện tích lắp đặt

bộ thu cần rất lớn chưa phù hợp với yêu cầu thực tế

Hình 2.15 Tủ lạnh dùng pin mặt trời

2.6.9 Hệ thống cung cấp nước nóng sử dụng năng lượng mặt trời

Hệ thống năng lượng mặt trời hoạt động theo nguyên lý đối lưu nhiệt tự

nhiên, tận dụng khả năng hấp thụ cao năng lượng mặt trời của các ống hấp thụnhiệt chân không Lớp phủ có độ trong suốt thấp chuyển bức xạ mặt trời

thành nhiệt năng Năng lượng mặt trời được hấp thụ tại bề mặt thiết bị sẽ đunnóng nước, do quá trình đối lưu nhiệt, nước tại bình bảo ôn sẽ tăng lên, quátrình này diễn ra liên tục cho đến khi nhiệt độ trong bình bằng nhiệt độ củanước tại thiết bị hấp thụ Là dòng sản phẩm thân thiện với môi trường vớiviệc sử dụng nguồn năng lượng ánh sáng mặt trời để làm nóng nguồn nướcnên không gây tác hại đên môi trường.

Sản phẩm cực ký an toàn do tránh được các nguy cơ cháy nổ, chập điện

và tiết kiệm điện 100%

Hình 2.16 Thiết bị cung cấp nước nóng

2.6.9.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động bình nước nóng năng lượng mặt trời

a, Cấu tạo

Một máy nước nóng năng lượng mặt trời bao gồm 3 phần: collector thunhiệt (ống thủy chân không), bình chứa nước nóng và các phụ kiện kèm theo(giá đỡ, ống nối…)

- Bộ phận thu nhiệt (collector)

loại collector phẳng làm bằng kim loại (dạng ống cánh với ống bằng đồng vàcánh bằng đồng hoặc nhôm) Gần đây, loại collector phẳng bằng nhựa (PP-R

có độ dẫn nhiệt cao) và loại collector sử dụng ống thủy tinh 2 lớp rút chânkhông khá phổ biến Như vậy là có 3 loại collector thu nhiệt: loại phẳng dạngống cánh kim loại, dạng phẳng bằng nhựa và dạng ống chân không

Collector của máy nước nóng có dạng ống thủy tinh 2 lớp rút chânkhông với hiệu suất cao (>93%) và tuổi thọ tương đối cao nếu sử dụng đúngcách Giá thành cũng như chi phí thay thế ống rất rẻ, và ống có thể chịu đựngđược va đập của các trận mưa đã lớn

Lớp hấp thụ của ống nước được sơn bằng công nghệ phun mạ do đó tínhhấp thụ bức xạ mặt trời cao đến hiệu suất thu nhiệt của ống khi tiếp xúc vớiánh nắng mặt trời rất cao (95%), hiệu suất phát xạ nhiệt khi tiếp xúc với ánhnắng mặt trời thấp 6%

Nhược điểm duy nhất là đòi hỏi nguồn nước cung cấp đảm bảo phải liêntục và có chất lượng tốt, nhằm tránh gây phá hủy các ống thu nhiệt do sốcnhiệt hay đóng bẩn sẽ làm giảm hiệu suất

- Bình bảo ôn

Cấu tạo gồm 3 lớp: Ruột bình, lớp bảo ôn và vỏ bình

Ruột bình: Được chế tạo bằng thép không gỉ SUS304/2B dùng trongcông nghệ thực phẩm và được hàn nối bằng phương pháp hàn cao tần do đóđảm bảo được thành phần của nước khi sử dụng không bị thay đổi do xúc táccủa nhiệt độ

Lớp bảo ôn: Được làm từ hợp chất PolyUrethane bọt PU cách ly 55mmrất tốt và giữ được nhiệt độ rất lâu (khoảng 72 giờ), khả năng thất thoát nhiệtkhông đáng kể

Vỏ bình: Làm bằng thép không gỉ, độ dày tiêu chuẩn mang lại cho bình

độ bền, đẹp, sử dụng tốt trong cả những môi trường khắc nhiệt (vùng venbiển, hải đảo…)

- Giá đỡ máy

Làm bằng thép không gỉ 1.2 mm định hình cao cấp rất bền, đẹp Giá đỡđược thiết kế được biệt với góc nghiêng thích hợp giúp hấp thụ nhiệt tốt nhấttại mọi vị trí lắp đặt

b, Nguyên lý hoạt động

Hệ thống hoạt động theo nguyên lý đối lưu nhiệt tự nhiên và hiện tượnghiệu ứng lồng kính, giúp biến đổi quang năng thành nhiệt năng và bẫy nhiệtlượng này Năng lượng mặt trời được hấp thụ tại bề mặt thiết bị sẽ bị đunnóng nước, do quá trình đối lưu nhiệt, nước tại bình bảo ôn sẽ tăng lên, quátrình này diễn ra liên tục cho đến khi nhiệt độ trong bình bằng nhiệt độ củanước tại thiết bị hấp thụ

Việc tạo ra nước nóng không phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường bênngoài mà phụ thuộc vào khả năng hấp thụ nhiệt của thiết bị năng lượng vớicác tia bức xạ ánh nắng mặt trời

Máy nước nóng năng lượng mặt trời hoạt động được không phụ thuộcvào các mùa trong năm mà phụ thuộc vào thời tiết, cứ có ánh nắng mặt trời là

có nước nóng trong máy nước nóng năng lượng mặt trời Nhiều người dochưa hiểu rõ nguyên lý hoạt động của sản phẩm lại có quan niệm sai lầm vàcho rằng: “ Máy nước nóng năng lượng mặt trời chỉ hoạt động được mùa hècòn mùa đông không có tác dụng hoặc rất kém”

c, Tính ưu việt

Bình nước nóng sử dụng năng lượng mặt trời có tính năng ưu việt hơn hẳncác sản phẩm bình nước nóng sử dụng điện, ga … hiện nay:

- An toàn tuyệt đối khi sử dụng

- Tiết kiệm chi phí tối đa vì không sử dụng điện mà chỉ sử dụng nguồn nănglượng mặt trời, chỉ đầu tư một lần và không tốn thêm bất cứ chi phí phát sinhnào khác

- Đảm bảo sức khỏe lâu dài, thoải mái tiện lợi khi sử dụng

- Không chiếm không gian trong nhà vì lắp đặt ở ngoài trời