CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Lý do chọn đề tài: Ngày nay với mục tiêu tiết kiệm năng lượng và hạn chế ô nhiễm mỗi trường trong hầu hết các lĩnh vực, nên việc nghiên cứu ứng dụng nguồn năng lượng tái tạo vào cuộc sống là hết sức cần thiết. Tại Việt Nam, năng lượng Mặt Trời với những ưu điểm nổi bật như: nguồn bức xạ lớn, phủ rộng trên toàn lãnh thổ, vô tận và không gây ô nhiễm… Có thể ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như: pin năng lượng Mặt Trời, chiếu sáng, sưởi ấm, sấy vật liệu, gia nhiệt không khí… Trong đó phương pháp làm nóng không khí bằng năng lượng Mặt Trời khá mới mẽ với ưu điểm tiết kiệm, tận dụng được nguồn năng lượng có sẵn so với phương pháp đốt nhiên liệu hoặc sử dụng điện trở. Nhằm có cái nhìn khách quan, đánh giá về tính ứng dụng của phương pháp trên, nhóm chọn đề tài nghiên cứu: “Thiết kế chế tạo bộ thu không khí năng lượng Mặt Trời cánh sóng dọc”. Mục tiêu đề tài: Thiết kế chế tạo bộ thu không khí năng lượng Mặt Trời cánh sóng dọc.
Tính toán hiệu suất bộ thu với những lưu lượng không khí khác nhau. Phân tích, đánh giá tính thực tế của đề tài. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Bộ thu không khí năng lượng Mặt Trời cánh sóng dọc. Phạm vi nghiên cứu: Thiết kế chế tạo bộ thu không khí năng lượng Mặt Trời cánh sóng dọc.
Sự ảnh hưởng lưu lượng không khí đầu vào và bức xa ̣ mă ̣t trời đến hiệu suất của thiết bị. Sơ lươ ̣c về bức xa ̣ Mă ̣t Trời 1. Bức xa ̣ Mă ̣t Trời ngoài lớp khı́ quyển Hı̀nh 1. 1 Phân tán lớp bức xạ qua lớp khí quyển.
[Nguồn: https://voer.vn/m/nang-luong-mat-troi/b99c6362] Hằ ng số Mă ̣t Trời là năng lươ ̣ng của toàn bô ̣ quang phổ bức xa ̣ Mă ̣t Trờ i, năng lươ ̣ng bức xa ̣ la ̣i phu ̣ thuô ̣c vào tầ n số (hay bước sóng) của bức xa ̣. Phân bố bức xa ̣ năng lươ ̣ng Mă ̣t Trời ở ngoài lớp khı́ quyể n trong khoảng bước sóng từ 0. Thành phầ n bức xa ̣ Mă ̣t Trời: - Bức xa ̣ trực xa ̣ là thành phầ n bức xa ̣ đươc̣ truyề n thẳ ng từ Mă ̣t Trời đế n mă ̣t đấ t mà không thay đổ i phương truyề n. - Bức xa ̣ tán xa ̣ hay bức xa ̣ khuế ch tán: là thành phầ n bức xa ̣ nhâ ̣n đươ ̣c từ mă ̣t đấ t sau khi thay đổ i phương truyề n do gă ̣p các chướng nga ̣i trong khi xuyên qua lớp khı́ quyể n bao quanh trái đấ t như các phân tử khı,́ hơi nước, bu ̣i, khói hoă ̣c các đám mây.
- Khi phân tıć h các số liê ̣u bức xa ̣ phát ra từ bề mă ̣t Mă ̣t Trời ở bên ngoài lớp khı́ quyể n trong nhiề u năm người ta thấ y cường đô ̣ bức xa ̣ Mă ̣t Trời thay đổ i rấ t ı́t, khoảng 1%. Vı̀ vâ ̣y khi xét trong quá trın ̀ h nhiê ̣t dùng cho mu ̣c đıć h năng lươ ̣ng thì sự thay đổ i này 2 có thể bỏ qua.Tuy nhiên, khi bức xa ̣ mă ̣t trời xuyên qua lớp khı́ quyể n thı̀ cường độ sẽ bi ̣ giảm đáng kể như bi ̣ hấ p thu ̣ bởi hơi nước hay bi ̣ tán xa ̣ do gă ̣p các phân tử trong không khı,́ các ha ̣t bu ̣i lơ lửng, các đám mây,. Các bức xa ̣ với bước sóng ứng với các vùng nhıǹ thấ y và vùng hồ ng ngoa ̣i của quang phổ tương tác với các phân tử khı́ và các ha ̣t bu ̣i của không khı́ nhưng không phá vỡ các liên kế t của chúng, khi đó các photon bi ̣tán xa ̣ khá đề u theo mo ̣i hướng và mô ̣t số photon quay trở la ̣i không gian vũ tru ̣. Sau khi phản xa ̣ từ các phầ n khác nhau của khı́ quyể n bức xa ̣ tán xa ̣ đi đế n chúng ta mang màu xanh lam của bầ u trời trong sáng và có thể quan sát đươ ̣c ở những đô ̣ cao không lớn.
Các gio ̣t nước cũng tán xa ̣ rấ t ma ̣nh bức xa ̣ mă ̣t trời. Yế u tố cơ bản xác đinh ̣ cường đô ̣ bức xa ̣ mă ̣t trời ở mô ̣t thời điể m nào đó trên trái đấ t là quãng đường nó đi qua. Sự mấ t mát năng lươ ̣ng trên quãng đường đó gắ n liề n với sự tán xa ̣ hấ p thu ̣ bức xa ̣ và phu ̣ thuô ̣c vào thời gian trong ngày, mùa, vi ̣trı́ điạ lý. Các mùa hı̀nh thành là do sự nghiêng của tru ̣c trái đấ t đố i với mă ̣t phẳ ng quỹ đa ̣o của nó quanh mă ̣t trời gây ra.
Góc nghiêng vào khoảng 66.5 đô ̣ và thực tế xem như không đổ i trong không gian. Sự đinh ̣ hướng như vâ ̣y của tru ̣c quay trái đấ t trong chuyể n đô ̣ng của nó đố i với mă ̣t trời gây ra những giao đô ̣ng quan tro ̣ng về đô ̣ dài ngày và đêm trong năm. Bức xa ̣ Mă ̣t Trời ở Viê ̣t Nam Các tỉnh ở phía Bắc (từ Thừa Thiên – Huế trở ra) bình quân trong năm có khoảng 1800- 2100 giờ nắng. Trong đó, các vùng Tây Bắc (Lai Châu, Sơn La, Lào Cai) và vùng Bắc Trung Bộ (Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh) được xem là những vùng có nắng nhiều.
Các tỉnh ở phía Nam (từ Đà Nẵng trở vào), bình quân có khoảng 2000 – 2600 giờ nắng, lượng bức xạ Mặt Trời tăng 20% so với các tỉnh phía Bắc. Ở vùng này, Mặt Trời chiếu gần như quanh năm, kể cả vào mùa mưa. Do đó, đối với các địa phương ở Nam Trung bộ và Nam bộ, nguồn bức xạ Mặt Trời là một nguồn tài nguyên to lớn để khai thác sử dụng. Việt Nam có nguồn năng lươ ̣ng mă ̣t trời dồi dào cường độ bức xạ Mặt Trời trung bình ngày trong năm ở phía bắc là 3.69 kWh/m2 và phía nam là 5.
Lượng bức xạ Mặt Trời tùy thuộc vào lượng mây và tầng khí quyển của từng địa phương, giữa các địa phương ở 3 nước ta có sự chênh lệch đáng kể về bức xạ Mặt Trời. Cường độ bức xạ ở phía Nam thường cao hơn phía Bắc. 2 Bản đồ phân bố bức xạ Mặt Trời tại Việt Nam. [Nguồn: http://dattech.vn/vn/tin-tuc/tin-moi/Ban-do-buc-xa-mat-troi-va-ban-do-tiem- nang-nang-luong-mat-troi-Viet-Nam/] Trong đó: + Vùng Tây Bắc: - Nhiều nắng vào các tháng 8.
Thời gian có nắng dài nhất vào các tháng 4, 5 và tháng 9, 10. Các tháng 6, 7 rất hiếm nắng, mây và mưa rất nhiều. Lượng tổng xạ trung bình ngày lớn nhất vào khoảng 5,234kWh/m2 ngày và trung bình trong năm là 3,489 kWh/m2/ngày. - Vùng núi cao khoảng 1500m trở nên thường ít nắng.
Mây phủ và mưa nhiều, nhất là vào khoảng tháng 6 đến tháng 1. Cường độ bức xạ trung bình thấp (< 3,489 kWh/m2/ ngày). + Vùng Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ: 4 - Ở Bắc Bộ, nắng nhiều vào tháng 5. Còn ở Bắc Trung bộ càng đi sâu về phía Nam thời gian nắng lại càng sớm, nhiều vào tháng 4.
- Tổng bức xạ trung bình cao nhất ở Bắc Bộ khoảng từ tháng 5, ở Bắc Trung Bộ từ tháng 4. Số giờ nắng trung bình thấp nhất là trong tháng 2, 3 khoảng 2h/ngày, nhiều nhất vào tháng 5 với khoảng 6 – 7h/ngày và duy trì ở mức cao từ tháng 7. + Vùng Trung Bộ: - Từ Quảng Trị đến Tuy Hòa, thời gian nắng nhiều nhất vào các tháng giữa năm với khoảng 8 – 10h/ngày. Trung bình từ tháng 3 đến tháng 9, thời gian nắng từ 5 – 6 h/ngày với lượng tổng xạ trung bình trên 3,489 kWh/m2/ngày (có ngày đạt 5,815 kWh/m2/ngày).
+ Vùng phía Nam: - Ở vùng này, quanh năm dồi dào nắng. Trong các tháng 1, 3, 4 thường có nắng từ 7h sáng đến 17h. Cường độ bức xạ trung bình thường lớn hơn 3,489 kWh/m2/ngày. Đặc biệt là các khu vực Nha Trang, cường độ bức xạ lớn hơn 5,815 kWh/m2/ngày trong thời gian 8 tháng/năm.
Số liệu về bức xạ Mặt Trời tại VN [Nguồn: https://solarpower.vn/cuong-do-buc-xa-nang-luong-mat-troi-tai-cac-khu-vuc-viet-nam/] Cường độ BXMT Vùng Giờ nắng trong năm Ứng dụng 2 (kWh/m , ngày) Đông Bắc 1600 – 1750 3,3 – 4,1 Trung bình Tây Bắc 1750 – 1800 4,1 – 4,9 Trung bình Bắc Trung Bộ 1700 – 2000 4,6 – 5,2 Tốt Tây Nguyên và Nam Trung Bộ 2000 – 2600 4,9 – 5,7 Rất tốt 5 Nam Bộ 2200 – 2500 4,3 – 4,9 Rất tốt Trung bình cả nước 1700 – 2500 4,6 Tốt Qua bảng trên cho ta thấy nước ta có lượng bức xạ Mặt Trời rất tốt, đặc biệt là khu vực phía Nam, ở khu vực phía bắc thì lượng bức xạ Mặt Trời nhận được là ít hơn. Lượng bức xạ Mặt Trời giữa các vùng miền là khác nhau và nó cũng phụ thuộc vào từng tháng khác nhau. Lượng tổng bức xạ Mặt Trời trung bình ngày của các tháng trong năm ở một số địa phương của nước ta, (đơn vị: MJ/m2.ngày) [Nguồn: https://solarpower.vn/cuong-do-buc-xa-nang-luong-mat-troi-tai-cac-khu-vuc-viet-nam/] Tổng xạ Bức xạ Mặt Trời của các tháng trong năm (đơn vị: MJ/m2.ngày) TT Địa phương 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 8,21 8,72 10,43 12,70 16,81 17,56 1 Cao Bằng 18,81 19,11 17,60 13,57 11,27 9,37 18,81 19,11 17,60 13,57 11,27 9,37 2 Móng Cái 17,56 18,23 16,10 15,75 12,91 10,35 11,23 12,65 14,45 16,84 17,89 17,47 3 Sơn La 11,23 12,65 14,25 16,84 17,89 17,47 6 8,76 8,63 9,09 12,44 18,94 19,11 4 Láng (Hà Nội) 20,11 18,23 17,22 15,04 12,40 10,66 8,88 8,13 9,34 14,50 20,03 19,78 5 Vinh 21,79 16,39 15,92 13,16 10,22 9,01 12,44 14,87 18,02 20,28 22,17 21,04 6 Đà Nẵng 22,84 20,78 17,93 14,29 10,43 8,47 17,51 20,07 20,95 20,88 16,72 15,00 7 Cần Thơ 16,68 15,29 16,38 15,54 15,25 16,38 16,68 15,29 16,38 15,54 15,25 16,38 8 Đà Lạt 18,94 16,51 15,00 14,87 15,75 10,07 Như vậy lượng tổng xạ nhận được ở mỗi vùng miền cũng khác nhau ở mỗi tháng. Ta nhận thấy rằng các tháng nhận được nhiều nắng hơn là tháng 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10.
Tóm lại, Việt Nam là nước có tiềm năng về NLMT, trải dài từ vĩ độ 8o Bắc đến 23o Bắc, nằm trong khu vực có cường độ bức xạ Mặt Trời tương đối cao, với trị số tổng xạ khá lớn từ 100 – 175 kcal/cm2.năm, do đó việc sử dụng NLMT ở nước ta sẽ đem lại hiệu quả kinh tế lớn. Giải pháp sử dụng năng lượng Mặt Trời hiện đang được cho là giải pháp tối ưu nhất. Đây là nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường và có trữ lượng vô cùng lớn do tính tái tạo cao.
