Luận văn: Thiết kế hệ thống điều khiển góc xoay cho bếp năng lượng mặt trời

Tài liệu luận văn thiết kế hệ thống điều khiển bếp năng lượng mặt trời tự động xoay theo hướng nắng, giúp tăng hiệu suất thu và giữ nhiệt lên 13%.

• Tác giả: Nguyễn Quốc Huy
• Người hướng dẫn: Ts. Phạm Việt Hùng
• Trường học: Trường Đại Học Nông Lâm - Đại Học Huế
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Nghiên Cứu, Thiết Kế, Chế Tạo Hệ Thống Tự Động Điều Chỉnh Góc Xoay Theo Hướng Nắng Của Bếp Năng Lượng Mặt Trời
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Huế

Tóm tắt

I. Tổng quan bếp năng lượng mặt trời tự động xoay theo nắng

Bếp năng lượng mặt trời là một giải pháp nấu nướng đột phá, khai thác nguồn năng lượng sạch và vô tận từ mặt trời. Đây là một thiết bị nấu ăn bền vững, góp phần giảm thiểu sự phụ thuộc vào các nguồn năng lượng hóa thạch như than, gas, và củi. Việc sử dụng bếp mặt trời không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng nấu nướng mà còn bảo vệ môi trường, giảm phát thải khí nhà kính và hạn chế nạn phá rừng. Nguyên lý hoạt động của các thiết bị này dựa trên việc tập trung bức xạ mặt trời để tạo ra nhiệt độ cao, đủ để đun sôi nước và nấu chín thực phẩm. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu, việc phát triển và phổ biến các mô hình bếp năng lượng mặt trời, đặc biệt là loại có hiệu suất cao, là một chiến lược quan trọng. Các nghiên cứu, như của Nguyễn Quốc Huy (2016), đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa khả năng hấp thụ nhiệt là yếu tố then chốt. Một bếp mặt trời hiệu suất cao không chỉ phụ thuộc vào vật liệu mà còn vào khả năng duy trì góc tới tối ưu của tia nắng. Do đó, sự ra đời của bếp thái dương năng tự động với cơ cấu xoay theo hướng nắng đã giải quyết được nhược điểm cố hữu của các mô hình bếp tĩnh, mở ra một kỷ nguyên mới cho năng lượng tái tạo cho gia đình.

1.1. Lợi ích của việc nấu ăn bằng năng lượng mặt trời

Việc nấu ăn bằng năng lượng mặt trời mang lại nhiều lợi ích thiết thực. Về kinh tế, nó giúp các hộ gia đình giảm đáng kể chi phí cho chất đốt hàng tháng. Về môi trường, đây là một giải pháp không khói, không phát thải CO2, góp phần làm trong sạch không khí và bảo vệ hệ sinh thái. Đặc biệt ở các vùng nông thôn, miền núi, việc này giúp giảm áp lực lên tài nguyên rừng. Về sức khỏe, người sử dụng không phải tiếp xúc với khói bụi độc hại từ bếp than, củi, giảm nguy cơ mắc các bệnh về đường hô hấp. Cuối cùng, nó thúc đẩy sự tự chủ về năng lượng, đặc biệt quan trọng ở những khu vực vùng sâu vùng xa, nơi nguồn cung cấp năng lượng truyền thống còn hạn chế.

1.2. Phân loại Bếp parabol và lò nướng năng lượng mặt trời

Có hai loại bếp năng lượng mặt trời chính. Thứ nhất là bếp parabol năng lượng mặt trời, hoạt động dựa trên nguyên lý hội tụ. Bếp sử dụng một gương cầu lõm hội tụ nhiệt lớn (chảo parabol) để phản xạ và tập trung toàn bộ ánh sáng mặt trời vào một điểm duy nhất (tiêu điểm), nơi đặt nồi nấu. Loại bếp này có thể đạt nhiệt độ rất cao và nấu nhanh nhưng đòi hỏi phải điều chỉnh thường xuyên và có thể gây chói mắt. Thứ hai là lò nướng năng lượng mặt trời (bếp hộp), hoạt động theo nguyên lý hiệu ứng nhà kính. Bếp có dạng một chiếc hộp cách nhiệt, có nắp kính trong suốt để ánh sáng đi vào nhưng giữ nhiệt lại bên trong, từ từ làm chín thức ăn. Bếp hộp an toàn hơn và không cần điều chỉnh liên tục, nhưng thời gian nấu thường lâu hơn.

II. Cách tăng hiệu suất bếp mặt trời Thách thức về góc tới

Hiệu suất của bếp năng lượng mặt trời phụ thuộc trực tiếp vào lượng bức xạ mặt trời mà nó hấp thụ được. Thách thức lớn nhất đối với các loại bếp tĩnh truyền thống chính là sự thay đổi vị trí của mặt trời trong ngày. Khi mặt trời di chuyển, góc tới của tia nắng lên bề mặt hấp thụ của bếp sẽ thay đổi liên tục. Một góc tới không vuông góc sẽ làm giảm đáng kể diện tích tiếp xúc hiệu dụng, dẫn đến lượng năng lượng hấp thụ bị suy giảm mạnh. Theo nghiên cứu, hiệu suất của bếp giảm mạnh vào buổi sáng (8-10 giờ) và buổi chiều (14-16 giờ) khi góc tới lớn. Để khắc phục hạn chế này, người dùng bếp tĩnh thường phải tự điều chỉnh thủ công hướng của bếp sau mỗi 15-30 phút, gây ra sự bất tiện và không đảm bảo được sự tối ưu liên tục. Sự phụ thuộc vào việc giám sát và điều chỉnh thủ công làm giảm tính thực tiễn và khả năng ứng dụng rộng rãi của thiết bị. Đây chính là vấn đề cốt lõi mà hệ thống theo dõi mặt trời ra đời để giải quyết, nhằm tự động hóa quá trình định hướng, duy trì hiệu suất hấp thụ nhiệt ở mức cao nhất trong suốt quá trình nấu.

2.1. Tầm quan trọng của góc tới bức xạ mặt trời

Góc tới là góc được tạo bởi tia nắng mặt trời và đường pháp tuyến (đường thẳng vuông góc) của bề mặt hấp thụ nhiệt. Khi góc tới bằng 0 (tia nắng chiếu thẳng góc), bề mặt sẽ nhận được lượng năng lượng cực đại. Khi mặt trời di chuyển và góc tới tăng lên, năng lượng nhận được trên một đơn vị diện tích sẽ giảm theo hàm cosin của góc đó. Điều này có nghĩa là, chỉ cần một độ lệch nhỏ cũng có thể gây ra sự thất thoát năng lượng đáng kể. Việc duy trì góc tới gần bằng 0 là yếu tố quyết định để bếp mặt trời hiệu suất cao có thể hoạt động ổn định và hiệu quả.

2.2. Hạn chế của bếp tĩnh và sự cần thiết của tự động hóa

Bếp năng lượng mặt trời tĩnh, dù đơn giản và chi phí thấp, nhưng luôn phải đánh đổi hiệu suất. Người dùng phải chấp nhận thời gian nấu kéo dài hoặc phải can thiệp điều chỉnh thủ công liên tục. Sự bất tiện này là rào cản lớn khiến nhiều người ngần ngại sử dụng. Do đó, việc phát triển một cơ cấu xoay theo hướng nắng tự động là một yêu cầu cấp thiết. Tự động hóa không chỉ giải phóng người sử dụng khỏi việc giám sát mà còn đảm bảo bếp luôn hoạt động ở hiệu suất tối ưu, rút ngắn thời gian nấu và tăng tính khả thi cho việc sử dụng hàng ngày.

III. Phương pháp thiết kế bếp mặt trời hiệu suất cao tối ưu

Để chế tạo một bếp mặt trời hiệu suất cao, luận văn của Nguyễn Quốc Huy (2016) đã đề xuất một phương án thiết kế cải tiến, kết hợp các ưu điểm của cả hai loại bếp phổ biến. Thay vì chỉ là một bếp hộp đơn thuần, mẫu bếp này có phần đáy được tạo hình parabol tròn xoay. Thiết kế này vừa tận dụng nguyên lý bẫy nhiệt của hiệu ứng nhà kính thông qua nắp kính phía trên, vừa tăng cường khả năng hội tụ nhiệt vào đáy nồi nhờ biên dạng parabol của đáy bếp. Thêm vào đó, bếp được trang bị hai tấm gương phản xạ hai bên, có thể điều chỉnh góc nghiêng để tăng cường lượng ánh sáng chiếu vào hộp bếp. Vỏ bếp được làm bằng gỗ, bên trong lót các tấm cách nhiệt chuyên dụng để giảm thiểu tổn thất nhiệt ra môi trường. Nồi nấu được sơn đen mờ để tăng khả năng hấp thụ bức xạ. Sự kết hợp thông minh này tạo ra một thiết bị vừa an toàn như bếp hộp, vừa có khả năng tập trung nhiệt tốt hơn, làm tiền đề vững chắc cho việc tích hợp hệ thống theo dõi mặt trời để tối đa hóa hiệu quả hoạt động.

3.1. Nguyên lý kết hợp bếp parabol và bếp hộp truyền thống

Mô hình bếp cải tiến hoạt động dựa trên hai nguyên lý đồng thời. Thứ nhất, hiệu ứng nhà kính được tạo ra bởi hộp kín và nắp kính trong suốt, giúp giữ lại nhiệt lượng bên trong. Thứ hai, đáy bếp có dạng của một bếp parabol năng lượng mặt trời được tối ưu hóa, giúp hội tụ các tia nắng vào trung tâm, nơi đặt nồi nấu. Cách tiếp cận này khắc phục nhược điểm của từng loại: giảm thời gian nấu so với bếp hộp truyền thống và an toàn hơn so với bếp parabol thuần túy, không gây chói mắt cho người sử dụng.

3.2. Cấu tạo chi tiết Gương cầu lõm và hiệu ứng nhà kính

Cấu tạo của bếp bao gồm một hộp gỗ cách nhiệt, nắp kính dày 5mm, hai gương phẳng phản xạ phụ trợ, và đáy là một mặt tôn được tạo hình như một gương cầu lõm hội tụ nhiệt. Toàn bộ hệ thống được đặt trên một trục quay, cho phép bếp có thể xoay dễ dàng. Nồi nấu được đặt ở vị trí trung tâm để nhận được lượng nhiệt tối đa từ cả ánh sáng trực tiếp, ánh sáng phản xạ từ gương và nhiệt lượng được giữ lại trong không khí của hộp. Thiết kế này đảm bảo nhiệt độ bên trong bếp có thể tăng nhanh và duy trì ổn định.

IV. Bí quyết chế tạo hệ thống theo dõi mặt trời cho bếp NLMT

Để biến một chiếc bếp tĩnh thành bếp thái dương năng tự động, phần cốt lõi là hệ thống điều khiển và cơ cấu truyền động. Nghiên cứu đã phân tích hai phương án điều khiển chính. Phương án thứ nhất sử dụng cảm biến ánh sáng cho bếp NLMT, kết hợp với bo mạch Arduino và động cơ bước. Hệ thống này có thể tự động dò tìm vị trí mặt trời và điều khiển bếp xoay theo thời gian thực, đạt độ chính xác cao. Tuy nhiên, phương án này có nhược điểm là chi phí cao hơn, phức tạp trong lắp đặt và có thể hoạt động không ổn định trong điều kiện trời nhiều mây. Phương án thứ hai, được lựa chọn để chế tạo, là điều khiển theo chế độ hẹn giờ. Hệ thống này sử dụng rơ-le thời gian để định kỳ kích hoạt một động cơ xoay theo mặt trời. Dựa trên khảo sát thực tế quỹ đạo của mặt trời tại khu vực nghiên cứu, hệ thống được lập trình để sau mỗi 30 phút, bếp sẽ tự động quay một góc 10 độ. Đây là giải pháp đơn giản, chi phí thấp, hoạt động ổn định và dễ dàng sử dụng, đặc biệt phù hợp với đối tượng người dân ở các vùng nông thôn.

4.1. Thiết kế bộ điều khiển theo dõi mặt trời dựa trên rơ le

Hệ thống điều khiển theo chế độ hẹn giờ có cấu tạo đơn giản, bao gồm một áp-tô-mát, một rơ-le thời gian, một biến áp hạ thế từ 220V xuống 12V, một mạch chỉnh lưu để chuyển dòng AC thành DC, và một rơ-le trung gian để đóng ngắt cho động cơ. Người dùng chỉ cần cài đặt khoảng thời gian mong muốn trên rơ-le. Khi đến thời điểm, bộ điều khiển theo dõi mặt trời sẽ cấp điện cho động cơ trong một khoảng thời gian ngắn, đủ để bếp xoay đúng góc đã tính toán. Giải pháp này tỏ ra hiệu quả và bền bỉ trong điều kiện thực tế.

4.2. Cơ cấu xoay theo hướng nắng Lựa chọn hệ truyền động

Để truyền chuyển động từ động cơ xoay theo mặt trời đến trục của bếp, các hệ thống truyền động cơ khí như truyền động đai, xích, hoặc trục vít đã được xem xét. Sau khi tính toán mô-men cản và yêu cầu về độ chính xác, nghiên cứu đã lựa chọn bộ truyền động xích đơn giản. Hệ thống này có ưu điểm là hiệu suất truyền động cao, không bị trơn trượt, kích thước nhỏ gọn và chi phí thấp. Một giàn xoay tự động sử dụng bộ truyền xích đảm bảo bếp quay một cách dứt khoát và chính xác theo tín hiệu từ bộ điều khiển, hoàn thiện cơ cấu xoay theo hướng nắng một cách hiệu quả.

V. Đánh giá hiệu quả bếp thái dương năng tự động thực tế

Kết quả khảo nghiệm thực tế là thước đo chính xác nhất cho hiệu quả của sáng kiến. Nghiên cứu đã tiến hành so sánh khả năng hoạt động của bếp trong hai trường hợp: bếp tĩnh (cố định) và bếp động (tự động xoay). Các thí nghiệm được thực hiện trong cùng điều kiện thời tiết tại Thừa Thiên Huế để đảm bảo tính khách quan. Nhiệt độ của nước trong nồi được đo đạc liên tục trong suốt quá trình nấu. Kết quả thu được vô cùng ấn tượng. Dữ liệu cho thấy, nhiệt độ trong bếp động luôn cao hơn và tăng nhanh hơn so với bếp tĩnh ở mọi thời điểm trong ngày. Phân tích cuối cùng chỉ ra rằng, hiệu suất thu và giữ nhiệt của bếp thái dương năng tự động cao hơn bếp tĩnh đến 13%. Con số này không chỉ là một cải tiến kỹ thuật mà còn có ý nghĩa thực tiễn to lớn. Nó chứng minh rằng việc tích hợp một hệ thống theo dõi mặt trời đơn giản, chi phí thấp có thể tạo ra một sự khác biệt đáng kể, giúp rút ngắn thời gian nấu và mở rộng khung giờ sử dụng bếp hiệu quả trong ngày.

5.1. So sánh hiệu suất thu nhiệt giữa bếp tĩnh và bếp động

Biểu đồ biến thiên nhiệt độ cho thấy sự chênh lệch rõ rệt. Trong khi bếp tĩnh đạt đến nhiệt độ sôi chậm hơn và khó duy trì ở mức cao, bếp động nhanh chóng đạt và giữ được nhiệt độ cần thiết để nấu chín thực phẩm. Mức chênh lệch 13% về hiệu suất khẳng định rằng cơ cấu xoay theo hướng nắng đã hoạt động hiệu quả, giúp bếp luôn nhận được lượng bức xạ mặt trời tối ưu. Điều này chứng tỏ bếp mặt trời hiệu suất cao hoàn toàn có thể chế tạo được với công nghệ phù hợp.

5.2. Khả năng ứng dụng cho năng lượng tái tạo cho gia đình

Với hiệu quả đã được chứng minh và chi phí chế tạo hợp lý, mô hình bếp tự động xoay có tiềm năng ứng dụng rất lớn. Nó có thể trở thành một giải pháp năng lượng tái tạo cho gia đình tại các vùng nông thôn, hải đảo, và những nơi có nhiều giờ nắng. Việc phổ biến mô hình này sẽ góp phần vào mục tiêu an ninh năng lượng, bảo vệ môi trường và cải thiện chất lượng cuộc sống, đồng thời tiết kiệm năng lượng nấu nướng một cách bền vững.

VI. Tương lai của bếp NLMT Tiết kiệm năng lượng nấu nướng

Sáng kiến về bếp năng lượng mặt trời tự động xoay theo hướng nắng không chỉ là một đề tài nghiên cứu khoa học mà còn mở ra một hướng đi đầy triển vọng cho việc khai thác năng lượng mặt trời trong đời sống. Trong tương lai, mô hình này có thể được cải tiến và phát triển hơn nữa. Các vật liệu mới nhẹ hơn, có khả năng hấp thụ và giữ nhiệt tốt hơn có thể được áp dụng. Hệ thống điều khiển cũng có thể được nâng cấp, tích hợp các công nghệ thông minh hơn như kết nối IoT để theo dõi và điều khiển từ xa, hoặc sử dụng các thuật toán tối ưu hóa quỹ đạo mặt trời dựa trên dữ liệu GPS. Sự phát triển của các loại động cơ xoay theo mặt trời tiết kiệm điện hơn cũng sẽ góp phần nâng cao hiệu suất chung của hệ thống. Quan trọng hơn cả, việc tiêu chuẩn hóa thiết kế và sản xuất hàng loạt sẽ giúp giảm giá thành, đưa thiết bị nấu ăn bền vững này đến gần hơn với mọi gia đình, thực sự tạo ra một cuộc cách mạng trong việc tiết kiệm năng lượng nấu nướng và xây dựng một tương lai xanh hơn.

6.1. Tiềm năng phát triển và phổ biến mô hình bếp tự động

Tiềm năng của bếp tự động là rất lớn. Các tổ chức chính phủ và phi chính phủ có thể hỗ trợ để phổ biến mô hình này tại các cộng đồng nghèo, vùng sâu vùng xa như một giải pháp giảm nghèo và bảo vệ môi trường. Việc chuyển giao công nghệ, tổ chức các xưởng sản xuất địa phương không chỉ tạo ra sản phẩm mà còn tạo công ăn việc làm. Bếp tự động có thể được tùy biến về kích thước và công suất để phục vụ từ quy mô gia đình đến các bếp ăn tập thể như trường học, bệnh viện.

6.2. Hướng nghiên cứu cải tiến Tích hợp công nghệ thông minh

Các nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc tích hợp bộ điều khiển theo dõi mặt trời thông minh hơn. Thay vì hẹn giờ cố định, hệ thống có thể sử dụng dữ liệu thời gian thực và định vị GPS để tính toán chính xác vị trí mặt trời, tối ưu hóa góc quay. Việc tích hợp thêm các tấm pin quang điện nhỏ để cung cấp năng lượng cho chính hệ thống điều khiển sẽ giúp thiết bị hoàn toàn tự chủ về năng lượng, biến nó thành một giải pháp nấu ăn bền vững và độc lập hoàn hảo.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Nguồn năng lượng mặt trời Mặt trời là một khối cầu có đường kính khoảng 1,4 triệu km với thành phần gồm các khí có nhiệt độ rất cao. Nhiệt độ bên trong mặt trời đạt đến gần 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 từ tâm 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 và phần nhiệt của phổ năng lượng. Bức xạ điện từ này, với phổ năng lượng trải dài 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 tục trong vài tỷ năm nữa.

Cấu trúc mặt trời có thể chia làm 4 vùng, tất cả hợp thành một khối cầu khí khổng lồ (Hình 1. Vùng giữa gọi là nhân hay “lõi” có những chuyển động đối lưu, nơi xảy ra những phản ứng nhiệt hạt nhân tạo nên nguồn năng lượng mặt trời, vùng này có bán kính khoảng 175.000 km, khối lượng riêng 160kg/dm3, nhiệt độ ước tính từ 14 đến 20 triệu độ, áp suất vào khoảng hàng trăm tỷ atmotphe. Vùng kế tiếp là vùng trung gian còn gọi là vùng “đổi ngược” qua đó năng lượng truyền từ trong ra ngoài, vật chất ở vùng này gồm có sắt (Fe), can xi (Ca), nát ri (Na), stronti (Sr), crôm (Cr), kền (Ni), cácbon ( C), silíc (Si) và các khí như hiđrô (H2), hêli (He), chiều dày vùng này khoảng 400. Tiếp theo là vùng “đối lưu” dày 125.000km và vùng “quang cầu” có nhiệt độ khoảng 6000K, dày 1000km ở vùng này 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 7000K -10000K.

Vùng ngoài cùng là vùng bất định và gọi là “khí quyển” của mặt trời. Cấu trúc của mặt trời PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.com to remove the waterma 13 Trong toàn bộ bức xạ của mặt trời, bức xạ liên quan trực tiếp đến các phản ứng hạt nhân xảy ra trong nhân mặt trời không quá 3%. Bức xạ  ban đầu khi đi qua 5.105km chiều dày của lớp vật chất mặt trời, bị biến đổi rất mạnh. Tất cả các dạng của bức xạ điện từ đều có bản chất sóng và chúng khác nhau ở bước sóng.

Bức xạ  là sóng ngắn nhất trong các sóng đó. Từ tâm mặt trời đi ra do sự va chạm hoặc tán xạ mà năng lượng của chúng giảm đi và bây giờ chúng ứng với bức xạ có bước sóng dài. Như vậy bức xạ chuyển thành bức xạ Rơngen có bước sóng dài hơn. Gần đến bề mặt mặt trời nơi có nhiệt độ đủ thấp để có thể tồn tại vật chất trong trạng thái nguyên tử và các cơ chế khác bắt đầu xảy ra.

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 với 1m2 bề mặt đặt vuông góc với tia bức xạ, được tính theo công thưc : q =  D _T .1] Ở đây  D−T - hệ số góc bức xạ giữa trái đất và mặt trời  D−T =  2 / 4 [1.2] β - góc nhìn mặt trời (Hình 1.K4 - hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối T  5762 oK -nhiệt độ bề mặt mặt trời (xem giống vật đen tuyệt đối) 2  2.

Góc nhìn mặt trời PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.com to remove the waterma 14 Các tính toán bức xạ mặt trời: - Hệ số khối không khí: m, là tỷ số giữa khối lượng khí quyển theo phương tia bức xạ truyền qua và khối lượng khí quyển theo phương thẳng đứng (tức là khi mặt trời ở thiên đỉnh). Như vậy m =1 khi mặt trời ở thiên đỉnh, m =2 khi góc thiên đỉnh z là 600. Đối với các góc thiên đỉnh từ 0-700 có thể xác định gần đúng m =1/cosz. Còn đối với các góc z>700 thì độ cong của bề mặt trái 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 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 (trong một số tài liệu khí tượng, tán xạ còn được gọi là bức xạ của bầu trời, ở đây cần phân biệt tán xạ của mặt trời với bức xạ hồng ngoại của bầu khí quyển phát ra).

- 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 và 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 (thường là 1 giờ hay 1 ngày).

- Giờ mặt trời : là thời gian dựa trên chuyển động biểu kiến của mặt trời trên bầu trời, với quy ước giờ mặt trời chính ngọ là thời điểm mặt trời đi qua thiên đỉnh của 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. 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 có thể được xác định theo các góc đặc trưng sau : - Góc vĩ độ : vị trí góc tương ứng với vĩ độ về phía bắc hoặc về phía nam đường xích đạo trái đất, với hướng phía bắc là hướng dương. - 900    900 - Góc nghiêng : góc giữa mặt phẳng của bề mặt tính toán và phương nằm ngang.

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.com to remove the waterma 15 - Góc phương vị của bề mặt : góc lệch của hình chiếu pháp tuyến bề mặt trên mặt phẳng nằm ngang so với đường kinh tuyến. Góc  = 0 nếu bề mặt quay về hướng chính nam,  lấy dấu (+) nếu bề mặt quay về phía tây và lấy dấu (-) nếu bề mặt quay về phía đông. Góc hình học tia bức xạ mặt trời và mặt phẳng nghiêng - Góc giờ : góc chuyển động của vị trí mặt trời về phía đông hoặc phía tây của 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 (-), buổi chiều lấy dấu (+). - Góc tới : góc giữa tia bức xạ truyền tới bề mặt và pháp tuyến của bề mặt đó.

- Góc thiên đỉnh z: góc giữa phương thẳng đứng (thiên đỉnh) và tia bức xạ tới. Trong trường hợp bề mặt nằm ngang thì góc thiên đỉnh chính là góc tới . - Góc cao mặt trời  : góc giữa phương nằm ngang và tia bức xạ truyền tới, tức là góc phụ của góc thiên đỉnh. - Góc phương vị mặt trời s: góc lệch so với phương nam của hình chiếu tia bức xạ mặt trời truyền tới trên mặt phẳng nằm ngang.

Góc này lấy dấu âm (-) nếu hình chiếu lệch về phía đông và lấy dấu dương (+) nếu hình chiếu lệch về phía tây. - Góc lệch : vị trí góc của mặt trời tương ứng với giờ mặt trời là 12 giờ (tức là khi mặt trời đi qua kinh tuyến địa phương) so với mặt phẳng của xích đạo trái đất, với hướng phía bắc là hướng dương. -23,450    23,450 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.com to remove the waterma 16 Góc lệch  có thể tính toán theo phương trình của Cooper: 284 + n  = 23,45.sin(360 ) n là thứ tự ngày của 1 năm [1.4] 365 Quan hệ giữa các loại góc đặc trưng ở trên có thể biểu diễn bằng phương trình giữa góc tới  và các góc khác như sau: cos = sin.sin và: cos = cosz.5] 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 00 và 900 từ khi mặt trời mọc đến khi mặt trời ở thiên đỉnh ( = 0): cosz = cos. Phương pháp sử dụng năng lượng mặt trời Năng lượng mặt trời đã và đang được sử dụng nhiều trong thực tiễn như: sản xuất điện từ pin quang điện, sưởi ấm không gian và làm mát thông qua thiết kế kiến trúc, chưng cất nước uống và khử trùngbằng bình nước nóng năng lượng Mặt Trời, nấu ăn bằng bếp năng lượng mặt trời v.

Tóm lại, có thể chia phương pháp sử dụng năng lượng mặt trời thành hai nhóm là: + Nhiệt năng: chuyển bức xạ mặt trời thành nhiệt năng, sử dụng ở các hệ thống sưởi, hoặc để đun nước tạo hơi quay turbin điện + Quang điện: chuyển bức xạ Mặt Trời (dưới dạng ánh sáng) trực tiếp thành điện năng 1. Các thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời Như đề cập ở trên, hai dạng ứng dụng năng lượng mặt trời phổ biến nhất hiện nay là hệ thống chuyển hoá năng lượng mặt trời thành nhiệt năng như hệ thống đun nước nóng năng lượng mặt trời, bếp nấu ăn bằng năng lượng mặt trời, hệ thống sấy năng lượng mặt trời. và hệ thống chuyển hoá năng lượng mặt trời thành điện năng như pin năng lượng mặt trời (Pin quang điện).