ĐỒ ÁN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VỀ MÁY NƯỚC NÓNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CHO SPA KHÁCH SẠN

ĐỒ ÁN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VỀ MÁY NƯỚC NÓNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CHO SPA KHÁCH SẠN SPKT HCM UTE

LỜI NÓI ĐẦU

Nền khoa học kỹ thuật phát triển không ngừng và đời sống người dân ngày càng được cải thiện, kéo theo đó là nhu cầu sử dụng năng lượng điện ngày càng tăng cao Trước tình trạng nguồn năng lượng truyền thống không tái tạo như dầu

mỏ, than, nhiệt điện…đều đang đứng trước những cảnh báo cạn kiệt buộc nhân loại phải vào cuộc tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế Vì lý do đó rất nhiều đề tài đã nghiên cứu thành công về những ứng dụng to lớn của năng lượng mặt trời đối với đời sống hàng ngày Mặc dù có nhiều ưu điểm, nhưng thời gian qua, các sản phẩm

sử dụng năng lượng mặt trời vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi Đặc biệt máy nước nóng năng lượng mặt trời là sản phẩm đóng góp to lớn trong công cuộc tiết kiệm nguồn điện quốc gia Tuy nhiên còn 1 số vấn đề bất cập như giá thành cao, phụ thuộc nhiều vào điều kiện địa lý Là sinh viên Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật nói chung và là người dân TP.Hồ Chí Minh nói riêng chúng em chọn đề tài này để tìm hiểu về tình hình sử dụng năng lượng mặt trời tại TP.Hồ Chí Minh Đồng thời nghiên cứu hệ thống máy nước nóng phù hợp với điều kiện địa lý của địa phương Mong rằng đề tài sẽ được mọi người quan tâm phát triển để có những ứng dụng trong thực tiễn tốt hơn.

LỜI CÁM ƠN

Trong quá trình thực hiện đề tài này, nhóm đã nhận được sự giúp đỡ rất

nhiều từ thầy hướng dẫn PGS TS VÕ VIẾT CƯỜNG về kiến thức liên quan và

các tài liệu tìm hiểu để hoàn thành đồ án một cách tốt nhất Nhóm xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy trong thời gian này.

Cuối cùng, nhóm xin chúc quý thầy cô và các bạn nhiều sức khỏe và gặt hái nhiều thành công.

Xin cảm ơn.

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 4 tháng 5 năm 2019

Nhóm thực hiện Nguyễn Tiến Phát – Lê Minh Hương

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Với điều kiện khí hậu như TP.Hồ Chí Minh việc sử dụng nước nóng để phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hằng ngày như tắm giặt… là thiết yếu Khi mức sống của người dân càng cao, nhu cầu này càng lớn Nếu không có giải pháp thích hợp ngay

từ bây giờ, lưới điện quốc gia sẽ phải gánh chịu sự gia tăng tải để phục vụ cho nhu cầu đun nước nóng do người dân gia tăng việc sử dụng các bình nước nóng dùng

điện Cụ thể là đề tài: “ Thiết kế hệ thống máy đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời cho SPA NICE “.

Mục tiêu chính của đề tài là tìm hiểu nguyên tắc hoạt động, cấu tạo của máy nước nóng mặt trời từ đó thiết kế hệ thống nước nóng dùng trong khách sạn phù hợp với điều kiện địa lý thời tiết đặc trưng TP.Hồ Chí Minh Từ đó đưa ra một số biện pháp để có thể đưa máy nước nóng năng lượng mặt trời được sử dụng rộng rãi phổ biến trong đời sống hàng ngày.

LIỆT KÊ CHỮ VIẾT TẮT

M: Tổng lượng nước nóng cần thiết (Lít,kg)

η: Hiệu suất của mẫu hệ thống

Q: Nhiệt lượng [W.h]

F: Tổng kích thước của tất cả bộ thu [m2]

S: Kích thước chuẩn của bộ thu [m2]

F: Tổng kích thước của tất cả bộ thu [m2]

N: Số bộ thu

G: Chi phí ban đầu.(triệu vnđ)

QD: Công suất điện tiêu thụ (KWh)

ZT: Chi phí thêm.(triệu vnđ)

Z: Tổng chi phí (triệu vnđ)

ZD: Tổng chi phí điện (triệu vnđ)

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Tiền năng và tình hình phát triển năng lượng tái tạo ở Việt Nam

1.1.1 Nh n d ng các ngu n năng l ận dạng các nguồn năng lượng tái tạo ạng các nguồn năng lượng tái tạo ồn năng lượng tái tạo ượng tái tạo ng tái t o ạng các nguồn năng lượng tái tạo.

Mặc dù các nguồn năng lượng truyền thống là chiếm ưu thế trong thị trường nguồnphát nhưng các nguồn năng lượng tái tạo cũng có thể đóng một vai trò quan trọng trongthị trường điện nông thôn

Bảng 1.1 Tình hình điện khí hoá nông thôn (điện lưới và các dạng khác) gần đây

Năm 1990 2000 2002 2010 (dự báo)

Số hộ gia đình có điện 6.287.304 9.414.735 10.440.000 14.500.000Thống kê điện khí hoa nông thôn đến năm 2002 như sau:

* Số huyện có điện lưới: 505 huyện

* Số huyện có điện tại chỗ:12 huyện

* Số xã có điện :8.186 xã, chiếm tỉ lệ 91%

* Số hộ có điện :10,44 triệu, chiếm tỉ lệ 81%

(Nguồn: Quy hoạch năng lượng Việt Nam đến 2020, Bộ Công nghiệp) Điều này có nghĩa là đến nay vẫn còn 9% số xã và 19% số hộ gia đình (2,45 triệuhộ) vẫn chưa có điện lưới quốc gia

Từ năm 2010 đến 2020, mục tiêu là cung cấp điện đến 100% số xã trên đất liền,trong đó, 90% số hộ gia đình được sử dụng điện lưới Hiển nhiên là ngay cả đến năm

2020, lưới điện vẫn chưa thể đến được 100% số hộ gia đìmh nông thôn, ít nhất là 10% sốgia đình (khoảng 1,3 triệu hộ) vẫn sẽ chưa thể kết nối được với điện lưới quốc gia

Với điều kiện địa lý thuận lợi, Việt Nam là một nước có tiềm năng dồi dào và đadạng về năng lượng tái tạo được phân bố ở các vùng sinh thái khác nhau.Các nguồn nănglượng tái tạo ở Việt Nam có thể dùng để phát điện bao gồm thuỷ điện, mặt trời, sinh khối,gió và địa nhiệt.Các nguồn năng lượng thuỷ điện tập trung ở các khu vực miền Bắc vàmiền Trung và có thể là khai thác cho thuỷ điện cực nhỏ và nhỏ cũng như các lưới điện

mini.Bức xạ mặt trời ở miền Nam và miền Trung ổn định có thể khai thác sử dụng bằngcác hệ thống điện mặt trời kiểu gia đình.Khu vực miền Nam và miền Trung cũng cónhiều tiềm năng về năng lượng sinh khối từ sản xuất nông nghiệp thông qua các hệ thốngphát năng lượng kết hợp nhiệt và điện (cogeneration).Hiện tại chưa có những đánh giáhoàn chỉnh về tiềm năng địa nhiệt ở Việt Nam, tuy nhiên ở một vài điểm ở miền Trungđược nhận dạng có đến vài (MW) công suất Cuối cùng năng lượng gió là tiềm năng lớnđang dần được đánh giá cụ thể bằng những nghiên cứu tiền khả thi và khả thi ở ViệtNam, có thể nói rằng đây là tiềm năng lớn, góp phần đáng kể vào nguồn phát ở ViệtNam.

1.2.1.a Điện mặt trời

Việt Nam có nguồn năng lượng mặt trời ổn định ở mức cao tại khu vực phía Nam vàmiền Trung nhưng ở phía Bắc thì lại dao động rất lớn theo mùa Cường độ bức xạ trungbình ở miền Nam và miền Trung vào khoảng xấp xỉ 5 (kWh/m2.ngày) và hầu như ổn địnhquanh năm, dao động từ 4,0 đến 5,9 (kWh/m2.ngày) Chế độ bức xạ mặt trời ở miền Bắctrung bình vào khoảng 4,0(kWh/m2), thay đổi rất lớn từ 2,4 đến 5,6 (kWh/m2.ngày) Thiết

bị mặt trời ở miền Bắc sẽ đắt hơn ở miền Nam do phải lắp thêm công suất để bù chonhững ngày tháng mây mù mùa đông Vì vậy phát triển điện mặt trời sẽ được ưu tiên ởmiền Trung và miền Nam Việt Nam đã lắp đặt khoảng 600 (kW) hoặc khoảng 200.000

hệ thống pin mặt trời, chia làm 3 bộ phận thị trường: chuyên dụng (50%), các hệ thốngcho các cơ quan, bệnh viện, trung tâm dân cư và trạm nạp ắc quy (30%), và các hộ giađình (20%) Hầu hết các hệ thống lắp đặt ở Việt Nam đều đang hoạt động với chất lượngtốt Thiết bị của các trạm pin mặt trời về cơ bản đều được nhập ngoại

1.2.1.b Các nguồn năng lượng tái tạo khác

Với trên 3000 km bờ biển và 70% là đồi núi, có tiềm năng cho điện gió.Tiềm năngnày chưa được xác định vì chưa có sự đo đạc nguồn gió một cách có hệ thống.Chỉ có sốliệu từ trên một trạm khí tượng.Việc sử dụng số liệu này bị hạn chế vì các vị trí trạmkhông phù hợp và đồng hồ đo không được hiệu chỉnh thường xuyên Một nghiên cứu của

Viện Năng lượng trên 9 hòn đảo cho thấy tốc độ gió trung bình năm nằm trong dải từ 4,1đến 7,1 (m/s) Tiềm năng cũng được thể hiện bằng kết quả sơ bộ của nghiên cứu lập bản

đồ gió vĩ mô của khu vực Đông dương cho thấy có nhiều túi gió có vận tóc trên 6 m/s ởvùng núi biên giới Lào và các tỉnh ở Nam Đà Nẵng và Bắc thành phố Hồ Chí Minh ỞViệt Nam chưa có các hệ thống điện gió nối lưới.Trung tâm Nghiên cứu Thiết bị nhiệt vàNăng lượng mớithuộc Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chính Minh đã pháttriển và lắp đặt các hệ thống điện gió hộ gia đình Viện Năng lượng cũng tham gia vàocác dự án thí điểm hệ thống điện hộ gia đình do nhà nước tài trợ và tham gia vào các hoạtđộng nghiên cứu và phát triển

Đã có một số khảo sát bước đầu về tiềm năng nguồn địa nhiệt ở Việt Nam.Mộtnhà đầu tư phát triển đã ước tính có khoảng 200 (MW) địa nhiệt ở miền Trung Việt Nam.Dựa trên sự đánh giá ban đầu, họ đã theo đuổi một nghiên cứu khả thi 3 nhà máy phát cócông suất điện ít nhất là 50 (MW) Đã xác định được 6 vị trí với tổng công suất tiềmnăng ước tính vào khoảng 100 (MW)

1.1.2 Các chính sách v năng l ề năng lượng tái tạo ượng tái tạo ng tái t o ạo

1.1.2.a Tổng quan

Trong thời gian gần đây, Chính phủ Việt Nam đã đưa ra khung chính sách cho sựphát triển điện từ năng lượng tái tạo liên quan đến điện khí hoá nông thôn (ĐKHNT) vàcung cấp điện cho lưới

Bộ Công nghiệp cũng đã thông qua Chính sách ĐKHNT vào đầu năm 2000.Chínhsách này qui định các nguyên tắc cơ bản của việc đa dạng hoá quyền sở hữu, khuyếnkhích các cơ sở kinh doanh cung cấp điện và khuyến khích các nguồn điện phân tán

Có thể tóm tắt những điểm chính về chính sách năng lượng tái tạo Việt Nam dựa vàonhững chính sách chung về ĐKHNT như sau:

1) Những hệ thống năng lượng tái tạo ngoài lưới quốc gia và ngoài lưới mini sẽ được

đề xuất cho những nơi mà những dự án này có chi phí tối thiểu so với việc kéo lưới điệnquốc gia hoặc sử dụng lưới độc lập diesel

2) Tập trung vào các lưới điện mini tại các vùng có nhiều cơ hội sử dụng điện chosản xuất.

3) Những dịch vụ điện ngoài lưới quốc gia và các hệ thống mini sẽ thuộc sở hữu, vậnhành và quản lý của các cơ quan địa phương

4) Thống nhất với chính sách của Chính Phủ về phân phối công bằng, các dịch vụlưới điện năng lượng tái tạo và lưới điện độc lập sẽ nhận được những khoản trợ cấp minhbạch

5) Cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ nông thôn nên được coi như một dịch vụ thươngmại, ngoại trừ những khu vực mà chính phủ đã có chính sách trợ cấp khi xét thấy cầnthiết về mặt xã hội và điều này thường gắn với những mục tiêu phát triển đồng điều, bìnhđẳng

1.1.2.b Khung chính sách

1) Việc lựa chọn những xã sẽ được phục vụ về điện bằng lưới quốc gia, lưới minihoặc ngoài lưới quốc gia sẽ phải đáp ứng những tiêu chí về kinh tế được khuyến nghị.Quyết định về việc dùng giải pháp ngoài lưới, lưới mini sẽ dựa trên tiêu chí chi phí tốithiểuu với điều kiện có thể cung cấp những dịch vụ tương đương với việc kéo dài lướiđiện quốc gia hoặc lưới điện diesel

2) Những tiêu chuẩn về thiết kế, về chất lượng, về đấu nối… phải tuân thủ theonhững tiêu chuẩn của Tổng Công Ty Điện Lực Việt Nam và được Bộ Công Nghiệp xemxét

3) Những hệ thống điện ngoài lưới quốc gia và các lưới điện dựa trên nguồn nănglượng tái tạo sẽ được sở hữu và vận hành bởi các xí nghiệp thương mại như các tổ chứccộng đồng, các HTX và khu vực tư nhân

4) Khuyến khích cấp điện tại chỗ đưa lên lưới Những tỉnh có những xã miền núi,những vùng hải đảo chưa đấu nối vào lưới điện quốc gia lập những dự án phát điện địaphương tại chỗ thích hợp với những trường hợp đặc biệt của địa phương, chính phủ sẽkhuyến khích những nhà đầu tư nước ngoài và trong nước cho các dự án này

5) Cơ chế tài trợ cho ĐKHNT: Chính phủ sẽ đảm bảo những điều kiện sau khi cấpcác khoản ngân sách cho Tổng Công Ty Điện Lực Việt Nam, cho các Công ty điện lực vàcác chủ thể kinh doanh khác có đầu tư vào ĐKHNT: Nguồn vốn hoàn trả hoặc hoàn trảmột phần từ các khoản vay đa phương hay song phương được phân bổ như một ngân sáchđặc biệt nhằm vào đầu tư cho ĐKHNT bởi vì đầu tư này được xác định là đầu tư phù hợp.

1.2 Tình hình sử dụng năng lượng mặt trời để đun nước nóng trên thế giới.

Hiện nay vào khoảng 82% năng lượng sử dụng chủ yếu trên thế giới là than đá, khí thiên nhiên, dầu và uranium, khoảng 12% từ năng lượng sinh khối (biomas) và 6% từ thủy điện.Nhu cầu năng lượng hiện nay trên thế giới đang tăng cao, những nguồn năng lượng truyền thống như nhiên liệu hoá thạch (dầu mỏ, khí đốt, than…) hiện là nguồn năng lượng chủ yếu cho các nhu cầu năng lượng của các nước trên thế giới.Giá nhiên liệungày càng cao và việc sử dụng nhiên liệu hoá thạch đang ảnh hưởng đến môi trường trái đất

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về sử dụng năng lượng và hạn chế bớt tác độngđến môi trường, các nhà khoa học và nhà quản lý ở các nước trên thế giới đã nghiên cứutìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế dần nguồn năng lượng hoá thạch.Các nước côngnghiệp đang nhận thức rõ hiểm họa cạn kiệt năng lượng và có những chính sách mạnh và

cụ thể để phát triển năng lượng tái tạo cũng như tăng hiệu quả năng lượng Trên thế giớinói chung năng lượng mặt trời được nghiên cứu sử dụng theo các hướng:

Biến đổi thành nhiệt và sử dụng ở dạng nhiệt năng (nước nóng, sấy, sưởi…)

Biến đổi thẳng thành điện qua các pin mặt trời (photovoltaic)

Tập trung (hội tụ) nhằm mục đích có nhiệt độ rất cao để nung hay phát điện

Trong ba hướng kỹ thuật biến đổi năng lượng mặt trời trên thì các ứng dụng nhiệt vàbiến đổi thành điện nhờ pin mặt trời là hai hướng phát triển mạnh nhất Trong các ứngdụng thu nhiệt mặt trời làm nóng nước, người ta chia ra loại nhiệt độ thấp: chỉ cần <

450C; loại nhiệt độ trung bình từ 450C đến 800C; và loại nhiệt độ cao > 800C Chính phủcác nước này khuyến khích sử dụng năng lượng mặt trời qua miễn thuế, cho vay dài hạn

lãi suất thấp, tài trợ nghiên cứu phát triển v.v Ủy Ban Châu Âu đã đưa ra mục tiêu nâng

tỷ lệ 6% nguồn năng lượng mới hiện nay lên 12% vào năm 2010 Các tòa nhà năng lượngtiêu thụ vào khoảng 40% trong đó 75% dùng cho nước nóng và sưởi ấm Đến năm 2000chỉ có 0,11% tổng năng lượng cấp trong các toà nhà là được cung cấp bởi hệ thống nănglượng mặt trời Mục tiêu đến năm 2010 sẽ nâng lên mức 1,18% Mức tăng trưởng 20%diện tích các tấm thu nhiệt mặt trời (collector) được lắp đặt và hiện nay có khoảng 18triệu (m2) tấm thu nhiệt mặt trời đã lắp đặt ở Châu Âu và mục tiêu đến năm 2010 sẽ cókhoảng 100 triệu (m2) bộ đun nước nóng mặt trời được lắp đặt ở Châu Âu Những nướcdẫn đầu Châu Âu là Đức 2,3 triệu (m2), Áo 2,3 triệu (m2) và Hy Lạp 2,3 triệu (m2) Nước

Mỹ cũng có mục tiêu cụ thể, vào năm 1998 Tổng Thống Clinton đưa ra chương trình 1triệu mái nhà năng lượng mặt trời cho đến 2010 Hiện nay ở Mỹ hàng năm sản xuất hơn700.000(m2)tấm thu nhiệt mặt trời loại nhiệt độ thấp Một bộ nhiệt mặt trời làm nóngnước bên Mỹ có giá từ 1500 ($) trở lên

Bảng 1.2 Bộ đun nước nóng mặt trời dạng tấm phẳng sản xuất ở Châu Âu - năm

(Nguồn: International Solar Energy Society)

Úc là một nước cũng có ngành công nghiệp hệ đun nước mặt trời khá phát triển Họ cócác công ty xuất khẩu nhiều các bộ đun nước mặt trời ra nước ngoài (chiếm khoảng 30%

số họ sản xuất được), trong đó ở Việt Nam với thương hiệu là SOLAHART Thành tựunổi tiếng của Úc là làng Olympic Sydney được cung cấp nước nóng hoàn toàn do thu

nhiệt mặt trời Điện cũng được cung cấp phần lớn qua pin mặt trời Trung Quốc cũngphát triển mạnh về máy nước nóng mặt trời sử dụng ống chân không, trong năm 2000Trung Quốc đã xuất xưởng hơn 1.000.000 ống chân không Số liệu thống kê 1994 chohay rằng tổng cộng trên thế giới có 6,5 triệu bộ đun nước mặt trời Nhật Bản, Israel lànước dẫn đầu Châu Á về sử dụng bộ đun nước nóng mặt trời.

Bảng 1.3 Bộ đun nước nóng mặt trời đã lắp đặt một số nước trên thế giới - năm

(Nguồn: International Solar Energy Society)

Dự báo thế giới sẽ có 100 triệu (m2) bộ thu nhiệt năng lượng mặt trời để đun nướcnóng vào năm 2010 Các nước phát triển sẽ có sự tăng trưởng khoảng 20%/năm

Tại 1 số nước như Israel hay Cộng Hoà Síp (Cyprus), việc lắp đặt thiết bị nước nóngdùng NLMT là bắt buộc cho ai muốn xây dựng nhà mới Chính phủ các nước phát triểnkhuyến khích sử dụng NLMT qua miễn thuế, cho vay dài hạn lãi suất thấp, chính phủdùng tiền ngân sách mua các thiết bị NLMT và đặt ở công sở, trại lính, bệnh viện, tài trợnghiên cứu phát triển v.v…

Sản phẩm nuớc nóng dùng NLMT đã được thương mại hoá rộng rãi trên khắp thế giới

Có thể kể một số hãng chuyên cung cấp thiết bị nước nóng NLMT nổi tiếng trên thế giớinhư:

Tại Anh: Thermomax, Imagination Solar, Radiant Energy

Tại Australia: Solarhart, Beasley, Edwards Hot Water, Rheem, Solco, Quantum

Tại Mỹ: SolarRoofs, Alternate Energy Technology, Heliodyne, Sun Ray SolarProducts, Sun Earth, Sun Systems, Sun Trapper Solar, Thermo Technologies.

Tại Canada: Thermo Dynamics, Solarnetix, Thermomax Industries

Tại Châu Âu: Solvis, Sailer Solarsysteme (Đức), Aton Solar Systems (Hà Lan), Arcon(Đan Mạch)

Tại Châu Á: Solar Research Design (Malaysia), Enolar Systems Marketing, Sunbeam(Ấn Độ), Beijing Sunda Solar (Trung Quốc), SolAsia Energy Development (Đài Loan)

1.3 Tình hình sử dụng nước nóng dùng năng lượng mặt trời ở Việt Nam.

Việt nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, có số giờ nắng trong năm cao và thờigian chiếu sáng mặt trời trong ngày dài Do đó thích hợp sử dụng các thiết bị sử dụng bộthu năng lượng mặt trời để cung cấp nước nóng dùng trong sinh hoạt cho hộ gia đình, cácnơi vui chơi giải trí hoặc cho các nhà hàng, khách sạn

Đối với nước ta là nước có khí hậu nhiệt đới, gần đường xích đạo nên lượng bức xạmặt trời trong năm là tương đối cao.Thời gian chiếu sáng trung bình trong một năm từ

2000 đến 2600 giờ.Khu vực Nam Bộ nhận bức xạ khoảng 5-6 (kWh/m2) hàng ngày.Khuvực Nam trung bộ và Tây nguyên nhận bức xạ khoảng 4-6 (kWh/m2) hàng ngày, lượngbức xạ trung bình tương đối cao và không thay đổi nhiều.Đây là nguồn năng lượng dồidào nhất và sạch nhất Tuy nhiên việc ứng dụng năng lượng mặt trời ở nước ta chưa đượcphát triển, ứng dụng thấy rõ nhất là sử dụng bộ thu năng lượng mặt trời để sản xuất nướcnóng phục vụ trong sinh hoạt cho hộ gia đình, một số nhà hàng-khách sạn

Bảng 1.4 Bức xạ mặt trời trung bình hàng ngày ở một số khu vực

TP.HCM 5.68 6.13 6.68 6.60 5.99 5.52 5.68 5.66 5.47 5.53 5.38 5.37

Năng lượng mặt trời là nguồn năng có thể nói là vô tận, tuy nhiên rất phân tán và rấtkhó thu nhận và chuyển hoá thành nguồn năng lượng có ích Các thiết bị thu nhận nănglượng mặt trời chuyển thành nhiệt năng hoặc điện năng Hiện nay ở thành phố Hồ ChíMinh và các khu vực Nam trung bộ đã có nhiều nhà ở xây mới đã sử dụng hệ thống nướcnóng mặt trời thay thế cho các bộ đun điện trở

Hiện nay có nhiều đơn vị chế tạo và lắp đặt hệ thống đun nước nóng mặt trời, haitrung tâm nghiên cứu về năng lượng mặt trời chính của nước ta là Trường Đại học Báchkhoa Hà Nội và Đại học Bách khoa TP HCM.Các trường đại học khác cũng có nhữnghoạt động nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời

Trung tâm Nghiên cứu Thiết bị nhiệt và Năng lượng mớithuộc Trường Đại học Báchkhoa Thành phố Hồ Chính Minh hiện đang đưa ra thị trường máy nước nóng mặt trời vớithương hiệu là SOLAR-BK Trung tâm đã trải qua hơn 15 năm nghiên cứu và ứng dụngmáy nước nóng mặt trời sử dụng trong hộ gia đình Từ những máy nước nóng được lắpđặt đầu tiên vận hành cho đến nay vẫn còn hoạt động hiệu quả, chứng tỏ được hiệu quả vàđánh giá được tuổi thọ cho thiết bị Hiện nay thiết bị thu nhận năng lượng mặt trời củaTrung tâm nhập từ CHLB Đức – tấm SOLADURE, còn các phụ kiện còn lại chế tạo trongnước Sản phẩm trung tâm có 3 loại chính từ 180 lít –240 lít và 320 lít

Hình 1.1 Hệ thống nước nóng mặt trời SOLAR-BK-180 của Trung tâm Nghiên cứu Thiết

bị nhiệt và Năng lượng mới.

Nhược điểm loại này là vì ống trụ vừa đóng vai trò là bộ thu (solar collector) vừađóng vai trò là bình chứa nên nhiệt độ đạt không cao (chỉ đạt 55 – 600C trong những ngàynắng tốt tại Tp HCM) và mất nhiệt rất nhanh một khi tắt nắng (không còn bức xạ mặttrời)

Trung tâm Nghiên cứu và Chuyển giao Công nghệ- trường Đại học Sư phạm Kỹthuật thành phố Hồ Chí Minh với thương hiệu là HELIO, sử dụng bộ thu tấm phẳng vớikết cấu truyền thống

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội là một trung tâm nghiên cứu NLMT phía Bắcnước ta.Nhóm nghiên cứu của trường cũng có truyền thống và kinh nghiệm lâunăm.Collector phẳng cũng là một trong những khởi đầu của các nghiên cứu tại đó.Mộttrong những phát triển của họ gần đây là phát triển collector hộp phẳng mỏng có thêmgương phản xạ lắp hai bên (xung quanh) để đạt nhiệt độ cao Thiết kế này thich hợp chocác ứng dụng nước nóng ở nhiệt độ cao, như trong kỹ thuật làm lạnh theo nguyên tắc hấpthụ

Bộ thu mặt trời loại ống chân không có các đơn vị chế tạo và lắp đặt như Công tyTNHH Đại Thành – Khánh Hoà với thương hiệu là YACHI, Công ty TNHH Quán Quânvới thương hiệu là Quán Quân, Công ty Khang Đại,Công ty Nam Đại Thành …

Hình 1.2 Máy nước nóng NLMT của Công ty Khang Đại

Chương 2 ĐẶC ĐIỂM KHÍ HẬU TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ

MINH

2.1 Đ c đi m chung ặc điểm chung ểm chung.

Thành phố Hồ Chí Minh có toạ độ 10°10' – 10°38' Bắc và 106°22' – 106°54' Đông, phía Bắc giáp tỉnh Bình Dương, Tây Bắc giáp tỉnh Tây Ninh, Đông và Đông Bắc giáp tỉnh Đồng Nai, Đông Nam giáp tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu, Tây và Tây Nam giáp tỉnh Long An và Tiền Giang[46] Nằm ở miền Nam Việt Nam, Thành phố Hồ Chí Minh cách Hà Nội 1.730 km theo đường bộ, trung tâm thành phố cách bờ biển Đông 50 km theo đường chim bay Với vị trí tâm điểm của khu vực Đông Nam Á,

Thành phố Hồ Chí Minh là một đầu mối giao thông quan trọng về cả đường bộ, đường thủy và đường không, nối liền các tỉnh trong vùng và còn là một cửa ngõ

quốc tế.[47]

Nằm trong vùng chuyển tiếp giữa miền Đông Nam Bộ và đồng bằng sông Cửu Long, địa hình thành phố thấp dần từ Bắc xuống Nam và từ Tây sang Đông Vùng cao nằm ở phía bắc - Đông Bắc và một phần Tây Bắc, trung bình 10 đến 25 mét Xen

kẽ có một số gò đồi, cao nhất lên tới 32 mét như đồi Long Bình ở quận 9 Ngược lại, vùng trũng nằm ở phía nam - Tây Nam và Ðông Nam thành phố, có độ cao trung bình trên dưới 1 mét, nơi thấp nhất 0,5 mét Các khu vực trung tâm, một phần các quận Thủ Đức, quận 2, toàn bộ huyện Hóc Môn và quận 12 có độ cao trung

bình, khoảng 5 tới 10 mét.

Nhiệt độ trung bình qua các tháng của TP Hồ Chí Minh

Chương 3 CÔNG NGHỆ MÁY ĐUN NƯỚC NÓNG BẰNG NĂNG

LƯỢNG MẶT TRỜI

3.1 Công nghệ bộ thu.

Bất cứ vật thể nào để dưới ánh nắng mặt trời đều hấp thụ nhiệt và ta có thể cảm nhậnđược thong qua thiết bị đo hoặc bằng tay Nhưng bộ góp năng lượng mặt trời “Collector”được cấu tạo từ các vật liệu nhằm hấp thu lượng bức xạ mặt trời cao hơn Bộ góp hấp thunăng lượng mặt trời và truyền nhiệt lượng cho môi trường chứa trong nó như nước,không khí, … Nhiệt lượng của nước nóng lên và chuyển động lên trên nhờ nguyên lý tỷtrọng của nước nóng thấp hơn tỷ trọng của nước lạnh, do đó phần nước nóng dịch chuyểnlên và nước lạnh dịch chuyển xuống tạo thành dòng tự nhiên Bằng cách này Collector cóthể hấp thu nhiệt từ mặt trời mỗi ngày mà không cần thêm tác động từ bên ngoài Sự khác

biệt của mỗi loại collector là chất liệu cấu tạo hấp thu được nhiệt lượng từ mặt trời nhiềuhay ít và lượng nhiệt mất mát do tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh.

Chúng ta chia ra thành 3 loại vật liệu thường dùng

Loại collector phẳng ống cánh kim loại

Loại collector ống chân không

3.1.1 D ng t m ph ng ạng các nguồn năng lượng tái tạo ấm phẳng ẳng.

3.1.1.a Thành phần cơ bản

Hệ thống cung cấp nước nóng có nhiệt độ thấp dùng năng lượng mặt trời hiện nayđược sử dụng rộng rãi trong sinh hoạt gia đình hoặc trong nhà hàng, khách sạn với mụcđích tắm giặt, rửa chén bát, hâm nước bể bơi và hâm nóng nước trước lúc nấu nhằm tiếtkiệm năng lượng Thiết bị chủ yếu của hệ thống này đó là bộ phận hấp thụ bức xạ nhiệtmặt trời sau đây được gọi là Collector

Hình 3.1 Mặt cắt ngang tấm phẳng.

1 - Lớp cách nhiệt

2 - Lớp đệm tấm phủ trong suốt

3 - Tấm phủ trong suốt

3.1.1.b N guyên lý làm việc của Collector:

Bất cứ vật thể nào mà để dưới ánh nắng mặt trời đều hấp thu nhiệt và ta có thể cảmnhậ n được điều đó bằng cách sờ tay vào nó Nhưng bộ góp năng lượng mặt trời

“Collector” được tạo thành bởi các vật liệu mà có thể hấp thụ tốt nhất năng lượng bức xạmặt trời

Collector hấp thụ nhiệt từ bức xạ mặt trời và truyền nhiệt cho nước (hoặc không khí)chứa trong đó Nước nóng trong các ống của bề mặt trao đổi nhiệt giãn nở và do đó có thểchuyển động lên phía trên nhờ hiệu ứng Syphon nhiệt rồi đi vào bình chứa, lúc đó nước

có nhiệt độ thấp hơn đi từ dưới bình chứa theo ống xuống vào phần dưới của

Collector Bằng cách này Collector có thể tập trung hầu hết phần lớn nhiệt từ mặt trờimỗi ngày

Điều quan trọng nữa là Collector phải cấu tạo sao cho để hạn chế sự mất mát nhiệt doquá trình tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh và vào ban đêm khi nhiệt độ môi trườngxuống thấp Để đảm bảo được điều đó tốt nhất là phải bọc cách nhiệt cho Collector, bìnhchứa và các đường ống nối

Bản thân của Collector tạo thành một hộp không khí kín do đó không khí nóng khôngthể thoát ra được, phía sau Collector cũng có lớp cách nhiệ t, do đó nhiệt không thểtruyền dễ dà ng ra ngoài, phía trước của Collector là một tấm phủ trong suốt, thường làkính nhiều khi dùng tấm nhựa trong, lớp phủ trong suốt này còn có tác dụng làm tăng quátrình hấp thụ nhiệt nhờ hiệu ứng nhà kính

Vậy vấn đề là cần phải làm sao để có một Collector mà có thể thu nhận càng nhiềunhiệt càng tốt và mất mát nhiệt càng ít càng tốt

Không thể có một Collector và cũng như một cách lắp đặt nào hoàn hảo về mọi mặt

và thích hợp cho mọi đối tượng Trong phần này sẽ chỉ đưa ra một số lựa chọn cho việcthiết kế và lắp đặt một Collector mà thỏa mãn một số chỉ tiêu sau: Rẻ nhất, Dễ lắp đặtnhất, Hiệu quả nhất

Ví dụ: Ở Việt Nam tấm kính hoặc tấm nhựa có kích thước 1250 mm x 800 mm tương

đối rẻ và chiều dài ống thường sẵn có là 6m Do đó một Collector có thể được sản xuấtvới kích thước là a x b =1250 mm x 800 mm và 6m ống dạng hình rắn Với loại dạnghình rắn và dạng tấm thì mối quan hệ của chiều dài và chiều rộng của Collector cần phảitrong khoảng 1,5 ÷ 2 lầ n

3.1.1.d Bề mặt hấp thụ.

Bề mặt hấp thụ ở đây muốn nói đến đó là bề mặt trao đổi nhiệt mà một bên là nănglượng bức xạ mặt trời được hấp thụ còn bên kia là môi chất cần đun nóng Ngoài ra bềmặt chứa môi chất hấp thụ nhiệt, để tăng khả năng hấp thụ thì người ta gắn vào bề mặtmột ống kim loại

A Các loại bề mặt hấp thụ.

a Bề mặt hấp thụ nhiệt dạng ống hình rắn.

Hình 3.2 Bề mặt hấp thụ nhiệt dạng ống hình rắn.

Bề mặt hấp thụ nhiệt dạng ống hình rắn cỏ thể lắp đặt chỉ cần một vài dụng cụ đơngiản Hệ thống ống có thể được chế tạo từ bất kỳ dạng ống kim loại nào (Sắt, Mạ sắt,Nhôm, Đồng, … ) Đường kính ống từ 10mm đến 16mm Có thể dùng từ 1m2 đến 2m2cho 1 thiết bị hấp thụ

Ống hình rắn có thể được uốn cong bằng máy uốn, nếu máy uốn ống không có sẵn thìcác ống có thể được uốn bằng tay Để uốn cong dễ dành, nên dùng cát kho, đổ đầy vàoống rồi nút lại và uốn

Sau khi uốn ống xong, đặt ống nằm trên tấm kim loại ở đó có khoan các lỗ 2 bên ống,khoảng cách các lỗ là 15 cm, nếu không có khoan thì các lỗ có thể tạo bằng đinh, sợi dâykim loại được xâu qua từng cặp lỗ và quanh ống đến khi nó được gắn vững chắc vào tấmhấp thụ Tấm hấp thụ có thể là các dải kim loại và được gắn vào bề mặt hấp thụ bằngcách đan xen vào nhau

Ống hình rắn còn có thể được hàn liên tục vào tấm hấp thụ, cách làm này mất nhiềucông và vật liệu hơn

b Bề mặt hấp thụ nhiệt dạng dãy ống.

Hình 3.3 Bề mặt hấp thụ nhiệt dạng dãy ống kiểu vòng dây.

Việc lắp đặt bề mặt hấp thụ dạng dãy ống cần phải dùng nhiều dụng cụ, nhiều thờigian và công hơn so với loại ống hình rắn Hình 3.5 là cấu tạo của bề mặt hấp thụ dạngdãy ống

Nếu các khớp nối chữ T sẵn có và không đắt lắm thì đoạn nối giữa các ống góp vàống dọc được hàn vào khớp chữ T, nếu nó không sẵn có và đắt thì khoan ở các ống gópmột số lỗ có đường kính bằng đường các ống dọc và nối chúng vào Tùy thuộc vào điềukiện cụ thể mà các ống dọc và các ống góp được hàn điện hay bằng cách hàn khác (hànthiếc, hàn đồng )

Hình 3.4 Bề mặt hấp thụ nhiệt được đan xen vào dãy ống.

Các ống dùng làm ống dọc có thể có đường kính trong là 10mm đến 16mm nếu cácống dọc mà có đường kính trong 10 ÷ 12mm thì các ống góp cần giới hạn là 21mm, cònống dọc có đường kính là 16mm thì ống góp bằng 26mm Với các bộ hấp thụ rất rộng thìđường kính của ống góp có thể lớn hơn Khi quyết định đường kính ống để làm ống gópcũng như ống dọc thì cần chú ý đến độ sẵn có và giá thành của chúng trên thị trường.Ống cần phải kiểm tra sự rò rỉ trước khi hàn.

Nói chung loại này cũng có 3 cách gắn các ống với tấm hấp thụ nhiệt như trường hợpống hình rắn:

Với vòng dây kim loại ( hình 3.4 )

Đan vào các ống những dãi tấm hấp thụ (hình 3.5 )

Hoặc hàn

c Bề mặt hấp thụ nhiệt bằng các tấm.

Trong trường hợp bề mặt hấp thụ được chế tạo bằng các tấm, nước không chảy theo

hệ thống ống mà chảy trực tiếp giữa 2 tấm được hàn với nhau

Toàn bộ bề mặt của tấm hấp thụ, đốt nóng trực tiếp nước và dẫn nhiệt đến môi chấtchứa trong đó Để chế tạo loại này thường dùng 2 tấm tôn hàn với nhau như (hình 3.6)

Để gắn chặt 2 tấm lại với nhau nên dùng các bulông ép ở giữa có đệm cao su với khoảng cách 15cm một, cũng có thể gắn chặt bằng cách hàn đính các thanh đỡ ở giữa 2tấm

B Kết luận về các dạng bề mặt hấp thụ.

Từ các kết quả kiểm tra so sánh trên ta có thể rút ra một số kết luận sau:

Loại bề mặt hấp thụ dạng dãy ống có kết quả thích hợp nhất về hiệu suất, giá thànhcũng như công và năng lượng cần thiết Tuy nhiên nếu trường hợp chú trọng đến giáthành và sự thuận tiện của quá trình lắp đặt thì có thể dùng dạng ống hình rắn Bề mặt hấpthụ dạng tấm cũng có kết quả tốt tương đương dạng dãy ống nhưng đòi hỏi nhiều công vàkhó lắp ráp hơn

Dùng vòng dây kim loại để gắn ống vào tấm hấp thụ không tốt bằng kiểu đan xen.Hàn thì tốt hơn nhưng không cần thiết vì tốn nhiều công cũng như năng lượng

Các ống cách nhau trong khoảng 10 - 15cm là thích hợp nhất về giá thành cũng nhưkhả năng hấp thụ Nhưng nếu chú trọng tất cả cho hiệu suất thì có thể dùng với khoảngcách ngắn hơn.

Đồng là vật liệu tốt để làm tấm hấp thụ nhưng giá thành cao, với điều kiện ở ViệtNam nên dùng thép là hiệu quả nhất

Độ dày tấm hấp thụ dùng 0.5mm là tốt, nhưng nếu có sẵn 0.8mm, 1mm, 1.2 mm vẫndùng tốt

Ống có đường kính trong bằng 10mm là tốt nhất, lớn hơn thì cũng tốt nhưng khôngnên nhỏ hơn

Nhiệt độ trong Collector đơn giản dùng để đun nóng nước trong hộ gia đình tươngđối thấp nên có thể dùng styropore làm vật liệu cách nhiệt Ta có thể dùng bông thuỷ tinhhay các vật liệu sẵn có, rẻ tiền khác như rơm rạ, mùn cưa, trấu

3.1.2 D ng ng chân không ạng các nguồn năng lượng tái tạo ống chân không.

3.1.2.a Cấu tạo.

Hình 3.6 Cấu tạo ống thủy tinh chân không và bộ gom nhiệt.

Hình 3.7 Gắn kết giữa collector và bộ gom nhiệt.

B Thông số kỹ thuật.

Bảng 3.1 Các thông số của một loại ống thủy tinh chân không.

3 Tỷ lệ hấp thụ ≥93%

5 Hệ số giãn nở thủy tinh

6 Lớp hấp thụ năng lượng tăng cường AL-N/AL or SS-CU- AL-N/AL

9 Đường kính lớp ống ngoài

Φ47 ± 0.1mmΦ58 ± 0.1mmΦ70 ± 0.1mm

10 Đường kính lớp ống trong

Φ37± 0.15mmΦ47± 0.15mmΦ58± 0.15mm

12 Chiều dài ống

800± 0.5%mm, 1200± 0.5%mm,1500± 0.5%mm, 1600± 0.5%mm,1800± 0.5%mm, 1900± 0.5%mm,2000± 0.5%mm, 2100± 0.5%mm

3.1.2.c Ống chân không hấp thụ nhiệt 5 lớp

Ống chân không 5 lớp hấp thụ nhiệt sử dụng công nghệ mạ đa phân tử MMP( MultyMolecular Plating) cho phép tích hợp mật độ phân tử cực lớn Đây là công nghệ tiên tiếnnhất thế giới trong lĩnh vực ứng dụng năng lượng mặt trời Công nghệ này cho phép ống

có thể hấp thụ hoàn toàn năng lượng trong các bước sóng ánh sáng tự nhiên và kéo dàituổi thọ của ống trên 25 năm

Hình 3.9 Ống thủy tinh chân không 5 lớp.

Với kích thước ống lớn nhất (Ø 70 mm dài 2000 mm), Sanluca SAB Series đạt kỷ lục

ấn tượng về thời gian làm nóng nước Đồng thời, SAB có khả năng đun nước từ 90˚C 100˚C trong điều kiện bức xạ nhiệt đã thử nghiệm

Bảng 3.2 Các thông số của một bộ gom nhiệt.

2 Ống thủy tinh chân không thu

Bình thường nước nóng được nung nóng bởi Collector thì không dùng ngay mà nó

cần chứa trong một bình và gọi bình đó là bình chứa.

Hình 3.11 Cấu tạo bên trong của bình chứa.

Đường nước lạnh và đường nước nóng được bố trí như hình vẽ, ngoài ra còn cóđường ống xả tràn đề phòng trường hợp van phao mất tác dụng và để thoát khí trong hệthống giữ áp suất trong bình không lớn hơn áp suất khí quyển

Tỷ lệ giữa diện tích mặt ngoài của bình chứa và dung tích của nó có thể càng nhỏcàng tốt để giảm tổn thất nhiệt Tỷ số này thuận tiện nhất là với bình trụ sau đó là bình códạng hình vuông

Tỷ số của diện tích bề mặt Collector với kích thước bình chứa nếu quá nhỏ, thu đượcnhiệt độ cao dẫn đến tăng tổn thất nhiệt, nhiệt độ nước chảy vào Collector cao dẫn đếngiảm hiệu suất nhiệt Bình chứa của hệ thống cung cấp nước nóng cần có kích thước saocho nhiệt độ không quá 65 ÷ 700C trong ngày ở lúc bức xạ cao Mặt khác nếu bình chứaquá lớn, nhiệt độ vào Collector giảm dẫn đến hiệu suất Collector cao, tuy nhiên nhữngngày bức xạ yếu, nhiệt độ cần thiết trong bình chứa không đạt được như yêu cầu

Kích thước của bình chứa cần không nhỏ hơn lượng nước cần thiết trong 1 ngày Khimuốn vẫn có nước nóng để bù vào ngày không có bức xạ mặt trời thì bình có thể lớn gấp

2 lần lượng nước cần thiết trong 1 ngày Trong trường hợp muốn sản xuất hang loạt hệ

thống đun nóng nước bằng năng lượng mặt trời, thì kích thước của bình chứa tốt nhấtnằm trong khoả ng 50 ÷ 80 lít /m2 diện tích bề mặ t Collector.

Đối với trường hợp hệ thống nước nóng mặt trời lớn với vài Collector thì tổng lượngnước cần tích lũy lớn Ở đây một bình chứa lớn thuận tiện hơn là vài bình chứa nhỏ

Tuy nhiên cần chú ý bình chứa lớn là rất nặng Ví dụ: Bình 600lít chứa đầy nước và

khung đỡ nặng trung bình 700 kg Nên trước khi lắp đặt cần kiểm tra xem nơi lắp đặt cóchịu được một trọng lượng như vậy không và vấn đề vận chuyển có thuận lợi không

Vị trí đặt bình chứa so với Collector cần phải thích hợp để tránh tổn thất nhiệt trongnhữ ng lúc không có bức xạ mặt trời Các bình chứa và Collector được lắp đặt như hình4.52, nhiệt độ trong các bình chứa được đo sau khi đốt nóng một thời gian bởi nguồn ánhsáng nhân tạo, và sau đó nhiệt độ được đo lần nữa sau 16 giờ nhiệt độ trung bình củakhông khí bên ngoài là 120C Biểu đồ hình 3.14 cho thấy sự ảnh hưởng của khoảng cách

từ Collector đến bình chứa đối với lượng nhiệt mất mát

Một phần nhiệt mất mát qua lớp cách nhiệt của bình chứa, nhưng mất mát nhiều hơn

là do bởi sự chảy ngược của dòng tuần hoàn khi nhiệt độ bên ngoài giảm xuống

Hình 3.12 Nhiệt nhận được và mất mát ứng với các độ cao khác nhau của bình chứa so

với Collector.

Nếu không có sự lựa chọn chúng ta cũng có thể đặt bình chứa cao vài mét cáchCollector nhưng sẽ mất nhiều nhiệt hơn vì ống nôi dài hơn Bình chứa tốt nhất là đặtđứng vì như vậy lượng nhiệt mất mát sẽ nhỏ hơn so với bình đặt nằm trong cùng mộtđiều kiện