Nghiên Cứu, Tính Toán và Đánh Giá Hiệu Suất Bộ Thu Nhiệt Mặt Trời Kiểu Hội Tụ

Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của kết cấu và thời tiết đến hiệu suất bộ thu nhiệt mặt trời kiểu hội tụ, cung cấp thông tin hữu ích cho ứng dụng.

• Tác giả: Nguyễn Minh Khang
• Người hướng dẫn: PGS.TS Đặng Đình Thống
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Vật Lý Kỹ Thuật
• Đề tài: Nghiên Cứu Hiệu Suất Bộ Thu Nhiệt Mặt Trời Kiểu Hội Tụ
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
• 1.1. Nguồn năng lượng mặt trời
• 1.1.1. Bản chất nguồn NLMT
• 1.1.2. NLMT ngoài vũ trụ- Hằng số mặt trời
• 1.1.3. Đặc điểm nguồn NLMT
• 1.1.3.1. Sự chuyển động của hệ Mặt Trời- trái đất
• 1.1.3.2. Tính không ổn định của nguồn NLMT
• 1.1.3.3. Ảnh hưởng của lớp khí quyển
• 1.1.3.4. Các thành phần BXMT trên mặt đất
• 1.1.3.5. Ước tính cường độ bức xạ
• 1.1.3.6. Ưu nhược điểm của nguồn NLMT
• 1.1.3.6.1. Các ưu việt của nguồn NLMT
• 1.1.3.6.2. Các khó khăn trong khai thác, ứng dụng NLMT
• 2. CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ NHIỆT MẶT TRỜI
• 2.1. Tổng quan về công nghệ năng lượng mặt trời
• 2.1.1. Công nghệ nhiệt mặt trời áp dụng hiệu ứng nhà kính
• 2.1.1.1. Hiệu ứng nhà kính
• 2.1.1.2. Công nghệ nhiệt mặt trời áp dụng hiệu ứng nhà kính
• 2.1.2. Hệ thống sấy khô
• 2.1.3. Hệ thống đun nước nóng
• 2.1.4. Hệ thống chưng cất nước
• 2.1.5. Bếp mặt trời ứng dụng hiệu ứng nhà kính
• 2.1.6. Công nghệ nhiệt tập trung NLMT
• 2.1.6.1. Hiệu ứng hội tụ
• 2.1.6.2. Hiệu ứng phản xạ và hội tụ ánh sáng
• 2.1.6.3. Gương phản xạ
• 2.1.7. Công nghệ nhiệt điện tập trung NLMT
• 2.1.7.1. Công nghệ nhiệt điện mặt trời tháp năng lượng
• 2.1.7.2. Công nghệ nhiệt điện mặt trời phản xạ Fresnell tuyến tính tập trung
• 2.1.7.3. Công nghệ nhiệt điện mặt trời máng parabôn
• 2.1.7.4. Công nghệ đĩa parabôn
• 2.1.7.5. Đánh giá tình hình phát triển của công nghệ nhiệt điện mặt trời tập trung
• 2.1.8. Giới hạn nghiên cứu
• 3. CHƯƠNG 3: BỘ THU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TẬP TRUNG KIỂU MÁNG PARABÔN
• 3.1. Máng hội tụ parabôn : cấu tạo và hoạt động
• 3.2. Định hướng bộ thu và hiệu chỉnh góc tới
• 3.2.1. Định hướng bộ thu
• 3.2.2. Hiệu chỉnh góc tới
• 3.3. Tính hiệu suất bộ thu
• 3.3.1. Các quá trình nhiệt xảy ra tại ống hấp thụ
• 3.3.2. Hiệu suất bộ thu
• 3.3.3. Tính hiệu suất quang
• 3.3.4. Tính hiệu suất nhiệt
• 3.3.5. Đánh giá hiệu suất
• 4. CHƯƠNG 4: LẬP TRÌNH TÍNH TOÁN HIỆU SUẤT VÀ CÁC THÔNG SỐ BỘ THU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI KIỂU HỘI TỤ MÁNG PARABÔN
• 4.1. Lập chương trình tính toán
• 4.2. Chương trình lập trình
• 4.3. Kết quả chạy thử
• 4.4. Khảo sát theo cường độ bức xạ mặt trời
• 4.5. Khảo sát theo sự thay đổi của độ mở
• 4.6. Khảo sát theo sự thay đổi của chiều dài
• 4.7. Khảo sát theo sự thay đổi của tiêu cự
• 4.8. Khảo sát theo sự thay đổi đồng thời của độ dài và độ mở
• 4.9. Khảo sát trong khoảng thời gian quá độ
• 4.10. Nhận xét
• KẾT LUẬN
• Tài liệu tham khảo
• Phụ lục

Tóm tắt

I. Tổng quan về Nghiên cứu Hiệu suất Bộ Thu Nhiệt Mặt Trời Kiểu Hội Tụ

Nghiên cứu hiệu suất của bộ thu nhiệt mặt trời kiểu hội tụ là một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ năng lượng tái tạo. Bộ thu này sử dụng hiệu ứng hội tụ để tối ưu hóa việc thu thập năng lượng mặt trời. Việc hiểu rõ về cấu trúc và hoạt động của bộ thu sẽ giúp nâng cao hiệu suất và ứng dụng thực tiễn của nó.

1.1. Ảnh hưởng của Cấu Trúc đến Hiệu Suất Bộ Thu Nhiệt

Cấu trúc của bộ thu nhiệt mặt trời kiểu hội tụ có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất thu năng lượng. Các yếu tố như hình dạng, kích thước và vật liệu chế tạo đều đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất.

1.2. Tầm Quan Trọng của Nguồn Năng Lượng Mặt Trời

Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo dồi dào và sạch. Việc khai thác hiệu quả nguồn năng lượng này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng của xã hội.

II. Vấn đề và Thách thức trong Nghiên cứu Hiệu suất Bộ Thu Nhiệt

Mặc dù công nghệ bộ thu nhiệt mặt trời kiểu hội tụ đã phát triển, nhưng vẫn còn nhiều thách thức cần giải quyết. Hiệu suất biến đổi năng lượng thấp và sự phụ thuộc vào điều kiện thời tiết là những vấn đề chính.

2.1. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng đến Hiệu Suất

Nhiều yếu tố như cường độ bức xạ mặt trời, góc tới và nhiệt độ môi trường ảnh hưởng đến hiệu suất của bộ thu. Việc phân tích các yếu tố này là cần thiết để cải thiện hiệu suất.

2.2. Thách Thức trong Ứng Dụng Thực Tiễn

Việc áp dụng công nghệ bộ thu nhiệt mặt trời kiểu hội tụ trong thực tiễn gặp nhiều khó khăn. Các vấn đề về chi phí đầu tư và bảo trì cần được xem xét để thúc đẩy ứng dụng rộng rãi hơn.

III. Phương pháp Nghiên cứu Hiệu suất Bộ Thu Nhiệt Mặt Trời

Để nghiên cứu hiệu suất bộ thu nhiệt mặt trời kiểu hội tụ, nhiều phương pháp đã được áp dụng. Các phương pháp này bao gồm mô hình hóa, thí nghiệm thực địa và phân tích số liệu.

3.1. Mô Hình Hóa Hiệu Suất Bộ Thu

Mô hình hóa giúp dự đoán hiệu suất của bộ thu dưới các điều kiện khác nhau. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc về hiệu suất.

3.2. Thí Nghiệm Thực Địa và Phân Tích Dữ Liệu

Thí nghiệm thực địa cho phép thu thập dữ liệu thực tế về hiệu suất bộ thu. Phân tích dữ liệu này giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng và đưa ra giải pháp cải thiện.

IV. Ứng dụng Thực Tiễn của Bộ Thu Nhiệt Mặt Trời Kiểu Hội Tụ

Bộ thu nhiệt mặt trời kiểu hội tụ có nhiều ứng dụng thực tiễn trong sản xuất điện và cung cấp nhiệt. Việc áp dụng công nghệ này có thể giúp giảm chi phí năng lượng và bảo vệ môi trường.

4.1. Ứng Dụng trong Sản Xuất Điện

Công nghệ bộ thu nhiệt mặt trời kiểu hội tụ có thể được sử dụng để sản xuất điện năng. Các nhà máy điện mặt trời sử dụng công nghệ này đang ngày càng phổ biến.

4.2. Ứng Dụng trong Cung Cấp Nhiệt

Ngoài sản xuất điện, bộ thu còn có thể cung cấp nhiệt cho các quy trình công nghiệp và sinh hoạt. Điều này giúp tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm.

V. Kết luận và Tương lai của Nghiên cứu Bộ Thu Nhiệt Mặt Trời

Nghiên cứu hiệu suất bộ thu nhiệt mặt trời kiểu hội tụ đang mở ra nhiều cơ hội mới. Tương lai của công nghệ này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều lợi ích cho xã hội và môi trường.

5.1. Triển Vọng Phát Triển Công Nghệ

Công nghệ bộ thu nhiệt mặt trời kiểu hội tụ có tiềm năng phát triển lớn. Nghiên cứu và cải tiến công nghệ sẽ giúp nâng cao hiệu suất và giảm chi phí.

5.2. Tác Động Đến Môi Trường và Kinh Tế

Việc áp dụng công nghệ này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tạo ra nhiều cơ hội việc làm trong lĩnh vực năng lượng tái tạo.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Nhu cầu sử dụng năng lượng toàn cầu ngày càng tăng trong khi các nguồn năng lượng truyền thống như than đá, dầu mỏ đang dần cạn kiệt và gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Năng lượng mặt trời (NLMT) được xem là nguồn năng lượng tái tạo, sạch và gần như vô tận, với hằng số mặt trời đạt khoảng 1364 W/m² ngoài khí quyển. Tuy nhiên, hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời sang nhiệt hoặc điện còn thấp, chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố về kết cấu bộ thu và điều kiện thời tiết. Luận văn tập trung nghiên cứu, tính toán và đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố về kết cấu và thời tiết đến hiệu suất bộ thu nhiệt mặt trời kiểu hội tụ máng parabôn, một trong những công nghệ nhiệt điện mặt trời tập trung phổ biến hiện nay.

Mục tiêu nghiên cứu là xây dựng mô hình tính toán hiệu suất bộ thu nhiệt mặt trời kiểu máng parabôn, khảo sát sự biến đổi hiệu suất theo các thông số hình học như độ mở, chiều dài, tiêu cự, đồng thời phân tích ảnh hưởng của cường độ bức xạ mặt trời và điều kiện thời tiết đến hiệu suất thu nhiệt. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào bộ thu nhiệt mặt trời kiểu máng parabôn, với dữ liệu và mô phỏng dựa trên điều kiện khí hậu Việt Nam và các thông số kỹ thuật tiêu chuẩn. Ý nghĩa nghiên cứu nhằm cung cấp cơ sở khoa học cho việc thiết kế, chế tạo và vận hành các hệ thống nhiệt điện mặt trời tại Việt Nam, góp phần phát triển công nghệ năng lượng tái tạo trong bối cảnh nhu cầu năng lượng sạch ngày càng cấp thiết.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết bức xạ mặt trời: Năng lượng mặt trời truyền dưới dạng sóng điện từ với phổ rộng, chủ yếu trong khoảng bước sóng 0,1–4 μm, trong đó ánh sáng nhìn thấy chiếm 44% năng lượng và tia hồng ngoại chiếm trên 48%. Hằng số mặt trời là 1364 W/m², không đổi ngoài khí quyển, nhưng cường độ bức xạ tại mặt đất thay đổi theo vị trí, thời gian và điều kiện khí quyển.

• Hiệu ứng hội tụ ánh sáng: Ánh sáng được phản xạ và hội tụ bởi gương parabôn trụ vào ống hấp thụ chứa chất lỏng dẫn nhiệt, làm tăng nhiệt độ chất lỏng và hiệu suất thu nhiệt. Các góc hình học như góc tới, góc giờ, góc phương vị được sử dụng để xác định vị trí mặt trời và tính toán cường độ bức xạ tới bộ thu.

• Mô hình truyền nhiệt trong bộ thu: Bao gồm truyền nhiệt dẫn, đối lưu và bức xạ nhiệt giữa các thành phần của bộ thu và môi trường xung quanh. Hiệu suất bộ thu được phân tích thành hiệu suất quang học và hiệu suất nhiệt, dựa trên cân bằng năng lượng giữa năng lượng hấp thụ và thất thoát nhiệt.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng gồm: cường độ bức xạ trực xạ và tán xạ, hệ số truyền qua khí quyển, góc tới tia sáng, hiệu suất quang học (η₀), hiệu suất nhiệt (η), và các thông số hình học của máng parabôn như độ mở (W), chiều dài (L), tiêu cự (f).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu bức xạ mặt trời, thông số kỹ thuật của bộ thu nhiệt kiểu máng parabôn, và điều kiện khí hậu thực tế tại Việt Nam. Phương pháp nghiên cứu gồm:

• Lập trình mô phỏng: Xây dựng thuật toán và chương trình tính toán hiệu suất bộ thu nhiệt mặt trời kiểu máng parabôn dựa trên các phương trình truyền nhiệt và bức xạ, sử dụng ngôn ngữ lập trình phù hợp.

• Phân tích biến số: Khảo sát sự ảnh hưởng của các yếu tố kết cấu (độ mở, chiều dài, tiêu cự) và điều kiện thời tiết (cường độ bức xạ mặt trời, góc tới) đến hiệu suất thu nhiệt.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mô hình được chạy thử với nhiều bộ thông số đầu vào đại diện cho các điều kiện khác nhau trong ngày và trong năm, đảm bảo tính tổng quát và khả năng áp dụng thực tế.

• Phương pháp phân tích: Sử dụng phân tích định lượng để đánh giá hiệu suất nhiệt tức thời và trung bình, so sánh các kết quả mô phỏng với các số liệu thực nghiệm và nghiên cứu trong ngành.

• Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu kéo dài trong năm 2011-2012, bao gồm thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, chạy thử và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của cường độ bức xạ mặt trời: Hiệu suất nhiệt bộ thu tăng theo cường độ bức xạ, với hiệu suất trung bình ngày đạt khoảng 60-70% khi cường độ bức xạ trực xạ đạt trên 800 W/m². Hiệu suất giảm đáng kể khi cường độ bức xạ giảm dưới 400 W/m², do tổn thất nhiệt tăng tương đối.

2. Ảnh hưởng của độ mở máng parabôn (W): Khi tăng độ mở từ khoảng 0,5 m đến 1,5 m, hiệu suất nhiệt trung bình ngày tăng lên đến 15%, tuy nhiên vượt quá mức độ mở tối ưu sẽ làm giảm hiệu suất do tăng thất thoát nhiệt và giảm khả năng hội tụ.

3. Ảnh hưởng của chiều dài bộ thu (L): Chiều dài bộ thu tăng từ 2 m đến 6 m làm tăng nhiệt độ đầu ra của chất lỏng dẫn nhiệt lên khoảng 20-30%, đồng thời hiệu suất nhiệt trung bình cũng tăng khoảng 10%, nhưng chiều dài quá lớn gây khó khăn trong việc duy trì góc tới tối ưu và tăng chi phí vật liệu.

4. Ảnh hưởng của tiêu cự (f): Tiêu cự nhỏ giúp tăng tỉ lệ hội tụ và hiệu suất quang học, tuy nhiên tiêu cự quá nhỏ làm giảm diện tích hấp thụ và tăng tổn thất nhiệt. Tiêu cự tối ưu được xác định trong khoảng 0,5-1 m cho bộ thu kích thước tiêu chuẩn.

Thảo luận kết quả

Các kết quả mô phỏng cho thấy hiệu suất bộ thu nhiệt mặt trời kiểu máng parabôn phụ thuộc chặt chẽ vào các thông số kết cấu và điều kiện bức xạ mặt trời. Sự biến đổi hiệu suất theo thời gian trong ngày được thể hiện rõ qua biểu đồ hiệu suất tức thời, với đỉnh hiệu suất vào khoảng giữa trưa khi góc tới gần vuông góc với bề mặt bộ thu. So sánh với các nghiên cứu trong ngành, kết quả phù hợp với các báo cáo về hiệu suất trung bình của các nhà máy nhiệt điện mặt trời máng parabôn trên thế giới, như nhà máy Andasol 1 tại Tây Ban Nha với hiệu suất nhiệt khoảng 60-65%.

Nguyên nhân chính của sự biến đổi hiệu suất là do tổn thất nhiệt qua bức xạ và đối lưu, cũng như sự thay đổi góc tới và cường độ bức xạ trong ngày. Việc lựa chọn kích thước và hình dạng bộ thu phù hợp giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm chi phí đầu tư. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc thiết kế các bộ thu nhiệt mặt trời phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam, góp phần nâng cao hiệu quả khai thác năng lượng mặt trời.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa thiết kế bộ thu: Điều chỉnh độ mở, chiều dài và tiêu cự của máng parabôn để đạt hiệu suất nhiệt tối ưu, giảm tổn thất nhiệt và tăng khả năng hội tụ. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng, chủ thể: các nhà thiết kế và kỹ sư công nghệ nhiệt mặt trời.

2. Ứng dụng chất lỏng dẫn nhiệt hiệu quả: Nghiên cứu và sử dụng các loại chất lỏng dẫn nhiệt có nhiệt dung riêng cao và khả năng chịu nhiệt tốt nhằm nâng cao hiệu suất truyền nhiệt trong bộ thu. Thời gian: 12 tháng, chủ thể: các viện nghiên cứu và doanh nghiệp sản xuất.

3. Phát triển hệ thống điều khiển định vị bộ thu: Áp dụng công nghệ tự động điều chỉnh góc tới theo vị trí mặt trời để duy trì hiệu suất thu nhiệt cao trong suốt ngày. Thời gian: 12-18 tháng, chủ thể: các công ty công nghệ và nhà máy nhiệt điện mặt trời.

4. Xây dựng mô hình mô phỏng và đào tạo: Phát triển phần mềm mô phỏng hiệu suất bộ thu nhiệt mặt trời để hỗ trợ thiết kế và đào tạo kỹ thuật viên, kỹ sư trong ngành. Thời gian: 6 tháng, chủ thể: các trường đại học và viện nghiên cứu.

5. Khuyến khích đầu tư và phát triển công nghệ nhiệt điện mặt trời: Chính phủ và các tổ chức liên quan cần có chính sách hỗ trợ tài chính, ưu đãi thuế và đào tạo nguồn nhân lực để thúc đẩy ứng dụng công nghệ nhiệt điện mặt trời tại Việt Nam. Thời gian: liên tục, chủ thể: cơ quan quản lý nhà nước và doanh nghiệp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành vật lý kỹ thuật, năng lượng tái tạo: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về nguyên lý, mô hình và phương pháp tính toán hiệu suất bộ thu nhiệt mặt trời, hỗ trợ nghiên cứu và học tập.

2. Kỹ sư thiết kế và phát triển công nghệ nhiệt điện mặt trời: Thông tin chi tiết về ảnh hưởng của các yếu tố kết cấu và thời tiết giúp tối ưu hóa thiết kế bộ thu, nâng cao hiệu quả vận hành.

3. Doanh nghiệp và nhà đầu tư trong lĩnh vực năng lượng tái tạo: Cơ sở khoa học và số liệu thực nghiệm giúp đánh giá tiềm năng và hiệu quả đầu tư vào công nghệ nhiệt điện mặt trời kiểu máng parabôn.

4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách năng lượng: Tài liệu tham khảo để xây dựng chính sách phát triển năng lượng sạch, thúc đẩy ứng dụng công nghệ nhiệt điện mặt trời phù hợp với điều kiện Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

1. Bộ thu nhiệt mặt trời kiểu máng parabôn hoạt động như thế nào?
   Bộ thu sử dụng gương parabôn trụ để phản xạ và hội tụ ánh sáng mặt trời vào ống hấp thụ chứa chất lỏng dẫn nhiệt, làm tăng nhiệt độ chất lỏng và chuyển đổi năng lượng mặt trời thành nhiệt năng. Ví dụ, tại nhà máy Andasol 1, công nghệ này đạt hiệu suất nhiệt trung bình khoảng 60%.

2. Yếu tố nào ảnh hưởng lớn nhất đến hiệu suất bộ thu nhiệt mặt trời?
   Cường độ bức xạ mặt trời và các thông số hình học của bộ thu như độ mở, chiều dài và tiêu cự là những yếu tố chính. Hiệu suất giảm khi cường độ bức xạ thấp hoặc bộ thu không được thiết kế tối ưu.

3. Có thể sử dụng bộ thu nhiệt mặt trời kiểu máng parabôn ở Việt Nam không?
   Hoàn toàn có thể, với điều kiện thiết kế phù hợp với khí hậu và vị trí địa lý Việt Nam. Nghiên cứu cho thấy hiệu suất bộ thu có thể đạt mức cao nếu tối ưu hóa các thông số kết cấu và vận hành.

4. Bộ thu nhiệt mặt trời có thể hoạt động vào ban đêm không?
   Không, vì nguồn năng lượng mặt trời không có vào ban đêm. Tuy nhiên, có thể kết hợp hệ thống lưu trữ nhiệt để duy trì sản xuất nhiệt hoặc điện trong thời gian không có nắng.

5. Làm thế nào để nâng cao hiệu suất bộ thu nhiệt mặt trời?
   Có thể nâng cao bằng cách tối ưu thiết kế bộ thu, sử dụng chất lỏng dẫn nhiệt hiệu quả, áp dụng hệ thống điều khiển định vị tự động và cải tiến vật liệu hấp thụ nhiệt. Ví dụ, việc điều chỉnh góc tới theo vị trí mặt trời giúp duy trì hiệu suất cao suốt ngày.

Kết luận

• Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo, sạch và gần như vô tận, có tiềm năng lớn trong phát triển năng lượng bền vững.
• Hiệu suất bộ thu nhiệt mặt trời kiểu máng parabôn phụ thuộc mạnh mẽ vào các yếu tố kết cấu như độ mở, chiều dài, tiêu cự và điều kiện bức xạ mặt trời.
• Mô hình tính toán và chương trình mô phỏng được xây dựng giúp đánh giá và tối ưu hiệu suất bộ thu trong điều kiện thực tế.
• Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc thiết kế, chế tạo và vận hành các hệ thống nhiệt điện mặt trời tại Việt Nam.
• Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và chính sách hỗ trợ nhằm thúc đẩy ứng dụng công nghệ nhiệt điện mặt trời trong tương lai gần.

Hành động tiếp theo: Khuyến khích các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp áp dụng kết quả nghiên cứu để phát triển các dự án nhiệt điện mặt trời, đồng thời tiếp tục hoàn thiện mô hình và mở rộng nghiên cứu về các công nghệ năng lượng tái tạo khác.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1. NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1. Mặt trời Mặt trời là một khối khí hình cầu cực nóng, có đường kính 1,39.106km (lớn hơn nhiều so với đường kính trái đất 1,27.

Nhiệt độ bề mặt mặt trời khoảng 5778K. Nhiệt độ tại tâm mặt trời khoảng 15.106K , với thành phần hoá học, chủ yếu là nguyên tố Hidrô và Hêli (tương ứng với 73,46% và 24,85% tổng khối lượng mặt trời). (nguồn NASA) Ngoài ra, do trái đất ở cách xa mặt trời, và mặt trời lớn hơn rất nhiều trái đất, nên có thể coi rằng, các tia sáng từ mặt trời đến trái đất là song song nhau, và chúng ta nhìn mặt trời dưới một góc 32’. Mối liên hệ giữa trái đất và mặt trời Với những điều kiện phù hợp như vậy, phản ứng nhiệt hạch luôn luôn xảy ra tại tâm mặt trời: 4 1H  4He + e + γ Chúng ta lấy một ví dụ đơn giản, nếu có 1g (H) thì năng lượng giải phóng ra trong phản ứng trên cỡ 1012J.

Với khối lượng của mặt trời khoảng 2.1030kg, thì lượng năng lượng mà mặt trời sinh ra trong quá trình đốt nóng là 15 vô cùng lớn, theo các nhà khoa học thì phải 4 đến 5 tỷ năm nữa mới hết được. Như vậy, có thể nói rằng, nguồn NLMT là một nguồn năng lượng lớn nhất (gần như vô tận) và sạch nhất hiện nay mà con người có thể biết. Bản chất nguồn năng lượng mặt trời NLMT truyền tới trái đất dưới dạng sóng điện từ có phổ rất rộng. Phân bố năng lượng trong phổ của bức xạ mặt trời ở giới hạn trên của khí quyển [22] Trên hình 1.2 là phân bố năng lượng trong phổ của bức xạ mặt trời (BXMT) ở giới hạn trên của khí quyển.

Phần phổ với bước sóng từ 0,1 đến 4μm bao gồm 99% toàn bộ năng lượng BXMT. Bức xạ với bước sóng nhỏ hơn hay lớn hơn kể cả những tia rơnghen và sóng vô tuyến điện chỉ chiếm 1% năng lượng còn lại. Phần ánh sáng thấy được chiếm khoảng phổ hẹp có bước sóng từ 0,4 đến 0,75μm. Song ở đây bao gồm gần một nửa toàn bộ năng lượng của BXMT (44%).

Các tia hồng ngoại chiếm năng lượng trên 48%, còn lại 7% năng lượng là tia cực tím, các tia khác chỉ chiếm dưới 1%.NLMT ngoài vũ trụ- Hằng số mặt trời Mật độ dòng năng lượng BXMT tới bề mặt đặt vuông góc với tia bức xạ ở ngay ngoài lớp khí quyển, tính trên 1m2, được tính theo công thức : 16 Isc = Is (R/b)2 (1.106 là bán kính mặt trời, b = 1,496.108km là khoảng cách trung bình giữa trái đất và mặt trời IS là cường độ bức xạ ở bề mặt mặt trời, được tính theo định luật Stefan – Bolzman : IS = εσTS4 (1.2) ε hệ số phát xạ của vật, do mặt trời có thể coi là vật đen tuyệt đối nên coi ε =1 σ = 5,67.10-8W/m2K4 là hằng số Stefan – Bolzman TS = 5778K , nhiệt độ tại bề mặt mặt trời Thay số ta tính được Isc = 1364 W/m2 Giá trị này không chịu ảnh hưởng của khí quyển, mà chỉ phụ thuộc vào khoảng cách giữa trái đất và mặt trời nên được gọi là hằng số mặt trời. Hằng số mặt trời là năng lượng bức xạ đo được trong không gian nằm ngoài lớp khí quyển bao quanh trái đất, trong một đơn vị thời gian, trên một đơn vị diện tích bề mặt vuông góc với tia BXMT. ĐẶC ĐIỂM NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1. Sự chuyển động của hệ mặt trời- trái đất Trái đất quay quanh mặt trời theo một quỹ đạo elip và mặt trời nằm trên một trong những tiêu điểm của quỹ đạo này (Hình 1.3 biểu diễn vị trí của trái đất trên quỹ đạo chuyển động xung quanh mặt trời trong một năm.

Vào đầu tháng 1, trái đất gần mặt trời nhất (với khoảng cách là 147,1 triệu km), vào đầu tháng 7 trái đất xa mặt trời nhất (với khoảng cách là 152,1 triệu km). Ngoài ra, khi chuyển động quay xung quanh mặt trời, thì trái đất cũng tự quay xung quanh trục của nó. Trục quay của trái đất không thẳng góc với mặt 17 phẳng quỹ đạo mà nghiêng một góc 23,450. Khi trái đất quay quanh mặt trời được một vòng thì nó cũng tự quay xung quanh mình 365,25 vòng.

Vị trí của trái đất trên quỹ đạo chuyển động xung quanh mặt trời trong một năm[22] Vì có sự chuyển động giữa mặt trời và trái đất, và sự tự quay của trái đất nên cường độ bức xạ (CĐBX) năng lượng mặt trời (NLMT) bên ngoài khí quyển thay đổi chút ít, và có thể xác định theo công thức : 360 IE = Isc(1+0,033cos n) (1.3) 365 n : ngày trong năm, n=1 vào ngày 1/1 IE : CĐBX mặt trời ngay bên ngoài khí quyển, được đo trên mặt phẳng vuông góc với tia bức xạ vào ngày thứ n trong năm. Tính không ổn định của nguồn NLMT BXMT tới trên Mặt Đất phụ thuộc vào hai yếu tố : góc nghiêng của các tia sáng đối với mặt phẳng bề mặt tại điểm quan sát và độ dài đường đi của các tia sáng trong khí quyển, hay nói cách khác là phụ thuộc vào vị trí của mặt trời so với mặt quan sát. Một số khái niệm - Hệ số khối khí AM : là tỉ số giữa độ dài của tia mặt trời khi đi qua lớp khí quyển tái Đất và độ dày của lớp khí quyển theo phương thẳng đứng (khi mặt trời ở thiên đỉnh – lúc giữa trưa). - Trực xạ : là BXMT chiếu đến bề mặt trái đất khi không bị các thành phần của khí quyển gây tán xạ.

Đây là dòng bức xạ có định hướng. - Tán xạ : Là thành phần BXMT chiếu đến bề mặt trái đất sau khi hướng của nó đã bị thay đổi do sự tán xạ bởi lớp khí quyển. - Tổng xạ : Là tổng của trực xạ vá tán xạ trên một bề mặt. - Cường độ bức xạ (W/m2) : Là cường độ năng lượng BXMT đến một bề mặt tương ứng với một đơn vị diện tích của bề mặt.

Cường độ BXMT cũng bao gồm CĐBX trực xạ, CĐBX tán xạ. - Giờ mặt trời : Là thời gian dựa trên chuyển động biểu kiến của mặt trời trên bầu trời, với qui ước giờ mặt trời chính ngọ là thời điểm mặt trời đi qua thiên đỉnh của người quan sát. Vị trí của mặt trời trên bầu trời Vị trí của mặt trời trên bầu trời luôn thay đổi, phụ thuộc vào không gian (vị trí quan sát), và thời gian. Vì vậy, để thuận tiện cho quá trình nghiên cứu và tính toán, thì một số góc hình học đã được định nghĩa nhằm xác định vị trí của mặt trời trên bầu trời.

Như trong hình 1.4 thể hiện quan hệ hình học giữa một mặt phẳng định hướng bất kỳ trên mặt đất và tia BXMT truyền tới, hay nói cách khác, nó thể hiện vị trí của mặt trời so với mặt phẳng đó. - Góc giờ ω : là góc xác định vị trí mặt trời trên bầu trời ở thời điểm quan sát. Nó là số đo góc của thời gian và có tỉ lệ tương đương 150 trong 1h. Góc giờ ω cũng biến đổi từ -1800 đến +1800, và được quy ước tại 12 giờ trưa, góc ω = 00.

Góc giờ sẽ có giá trị (+) vào bưổi sáng và (-) vào buổi chiều.15, với t là giờ (h) trong ngày, ω đo bằng độ. 19 - Góc vĩ tuyến φ hay còn gọi là vĩ độ của một địa phương nào đó là góc tạo bởi bán kính của trái đất đi qua địa phương đó và hình chiếu của nó trên mặt phẳng xích đạo của trái đất. Góc φ có giá trị từ -900 (điểm cực Nam) đến +900 (điểm cực Bắc). - Góc lệch δ là góc nối giữa đường nối tâm của mặt trời với tâm trái đất và hình chiếu của nó trên mặt phẳng xích đạo.

Do trái đất tự quay xung quanh trung nghiêng (trục Bắc Nam) của nó một góc 23,450 nên góc lệch δ sẽ có giá trị từ +23,450 vào ngày Hạ Chí 21/06 đến -23,450 vào ngày Đông Chí 21/12. Vào một ngày bất kì, góc lệch được tính theo công thức Cooper : 360 δ(đo bằng độ) = 23,45 sin [ (284 +n) ] (1.4) 365 Trong đó n là số ngày của năm, n = 1 vào ngày 01/01 - Góc Azumith γ hay còn gọi là góc phương vị của mặt phẳng nghiêng : Là góc nằm trong mặt phẳng nằm ngang giữa hướng Nam và hình chiếu của pháp tuyến của mặt quan sát trên mặt ngang. Góc γ có thể biến đổi từ -1800 đến +1800. Góc γ nhận dấu (+) nếu hình chiếu pháp tuyến của mặt quan sát nằm ở bên phải hướng Nam, và sẽ nhận dấu (-) nếu hình chiếu pháp tuyến nằm ở bên trái hướng Nam - Góc nghiêng β là góc giữa mặt quan sát và mặt nằm ngang, và biến đổi từ 00 đến 1800.

- Góc tới θ : là góc giữa tia bức xạ truyền tới bề mặt và pháp tuyến của bề mặt đó. - Góc đỉnh θZ : Là góc giữa pháp tuyến của mặt phẳng nằm ngang và tia bức xạ tới. - Góc độ cao của mặt trời α : Góc giữa phương nằm ngang và tia bức xạ tới, nó chính là góc phụ của góc đỉnh. Các góc tương quan giữa tia sáng tới trên mặt phẳng quan sát - Góc phương vị mặt trời γS Là góc hợp bởi hình chiếu của tia tới trên mặt phẳng nằm ngang và phương chính Nam, nó nhận dấu (+) khi mặt trời ở phía Đông và nhận dấu (-) khi mặt trời ở phía Tây.

Quan hệ giữa các góc trên có thể biểu diễn bằng phương trình : cosα sinγ =-cosδ.sinφ cosθ = cosθZ .6) Đối với bề mặt nằm ngang, góc tới θ cũng chính là góc đỉnh của mặt trời θz. Như vậy, ta cũng có : cosθz = cosφ.7) Từ phương trình này, ta thấy, khi mặt trời lặn, θz = +900 sin . sin  cos s     tg. cos  Cường độ BXMT IOE tới bề mặt nằm ngang ngay bên ngoài khí quyển sẽ được xác định theo công thức : 21 IOE = IE.10) với IE được tính theo phương trình (1.11) Hay IOE = Isc(1+0,033cos 360.12) Gọi IO là cường độ BXMT tới bề mặt trái đất, thì ta sẽ có : IO = f* .13) với f*có thể là một hệ số, hoặc có thể là một biểu thức phức tạp mà ta sẽ giải thích sau.

Như vậy, có thể nói rằng, năng lượng BXMT tới trên bề mặt trái đất phụ thuộc vào các góc, tức là phụ thuộc vào vị trí của mặt trời và thời gian quan sát, hay nói cách khác là phụ thuộc vào không gian và thời gian.