Nghiên cứu, thiết kế, viết chương trình tính toán đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ và định hướng của dàn pin mặt trời lên điện năng do nó phát ra tại một số địa phương ở việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------000-------------------

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, VIẾT CHƯƠNG TRÌNH
TÍNH TỐN ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT
ĐỘ VÀ ĐỊNH HƯỚNG CỦA DÀN PIN MẶT TRỜI
LÊN ĐIỆN NĂNG DO NÓ PHÁT RA TẠI MỘT SỐ
ĐỊA PHƯƠNG Ở VIỆT NAM
NGÀNH : VẬT LÝ KỸ THUẬT
NGUYỄN TRƯỜNG MINH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. ĐẶNG ĐÌNH THỐNG

HÀ NỘI 2007


4

Luận văn tốt nghiệp cao học
DANH MỤC HÌNH ẢNH
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6

Cấu tạo của Mặt trời

Sự chuyển động của Trái Đất xung quanh Mặt Trời.
Phổ bức xạ Mặt Trời.
Thang sóng điện từ của Bức xạ mặt trời
Các góc xác định tia mặt trời tới trên mặt ngang và nghiêng
Sự thay đổi của góc lệch của mặt trời theo thời gian trong năm.

2.1 Các quá trình lượng tử trong hệ hai mức và hai vùng năng.
2.2 Hiệu suất biến đổi quang điện phụ thuộc vào độ rộng vùng cấm của vật
liệu
2.3 Năng lượng tổn hao và hiệu suất biến đổi quang điện của Si
2.4 Sự tạo thành dòng quang điện.
2.5 Sự phụ thuộc của số cặp e- - h+ được tạo ra khi chiếu sáng lớp tiếp xúc
p-n vào độ rộng vùng cấm của vật liệu
2.6 Các mạch điện đo đặc trưng VA của tiếp xúc bán dẫn p-n
2.7 Đặc trưng sáng & tối của tiếp xúc bán dẫn p-n
2.8 Sơ đồ tương đương (a) và đường đặc trưng sáng (b)của PMT
2.9 Sự phụ thuộc của đặc trưng VA của PMT vào CĐBX
2.10Sự phụ thuộc của đặc trưng sáng VA của PMT vào nhiệt độ của PMT
2.11Sự phụ thuộc của hiệu suất PMT vào nhiệt độ
2.12Cấu tạo Pin mặt trời
3.

Sơ đồ khối tổng quát của hệ nguồn điện mặt trời độc lập.

4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6

Sơ đồ tương đương của PMT
Sự phụ thuộc của hiệu suất PMT vào nhiệt độ
Cường độ trực xạ trên mặt phẳng nghiêng
Xác định góc cao mặt trời đối với dàn Pin mặt trời
Tán xạ trên mặt nghiêng
Phản xạ trên mặt nghiêng

5.1
5.2
5.3
5.4
5.5

Lưu đồ thuật tốn chương trình
Giao diện lựa chọn thơng số đầu vào
Giao diện khối tính tốn ảnh hưởng của nhiệt độ
Giao diện khối tính tốn ảnh hưởng của định hướng dàn PMT
Giao diện khối tính tốn ảnh hưởng của cả nhiệt độ và định hướng
dàn PMT

Đai học Bách Khoa Hà Nội

Nguyễn Trường Minh


5

Luận văn tốt nghiệp cao học
6.1 Giao diện nhập dữ liệu đầu vào tính tốn cho Tỉnh Đà Nẵng

6.2 Giao diện kết quả tính tốn ảnh hưởng của nhiệt độ tới công suất phát
PMT tại Tỉnh Đà Nẵng
6.3 Giao diện kết quả tính tốn ảnh hưởng của góc nghiêng tới công suất
phát PMT tại Tỉnh Đà Nẵng
6.4 Giao diện kết quả tính tốn ảnh hưởng của nhiệt độ và góc nghiêng tới
công suất phát PMT tại Tỉnh Đà Nẵng
6.5 Giao diện kết quả tính tốn ảnh hưởng của nhiệt độ tới công suất phát
PMT tại Tỉnh Quảng Ninh
6.6 Giao diện kết quả tính tốn ảnh hưởng của góc nghiêng tới công suất
phát PMT tại Tỉnh Quảng Ninh
6.7 Giao diện kết quả tính tốn ảnh hưởng của nhiệt độ và góc nghiêng tới
công suất phát PMT tại Tỉnh Quảng Ninh
6.8 Giao diện kết quả tính tốn ảnh hưởng của nhiệt độ và góc nghiêng tới
cơng suất phát PMT tại Tỉnh Quảng Ninh
6.9 Giao diện kết quả tính tốn ảnh hưởng của góc nghiêng tới cơng suất
phát PMT tại Hồ Chí Minh
6.10 Giao diện kết quả tính tốn ảnh hưởng của nhiệt độ và góc nghiêng
tới cơng suất phát PMT tại Hồ Chí Minh

DANH MỤC BẢNG BIỂU
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5

Các thơng số và thành phần của Mặt trời
Phân bố phổ bức xạ Mặt Trời bên ngồi khí quyển.
Bảng hệ số truyền qua theo các bước sóng.
Phân bố phổ bức xạ mặt trời theo bước sóng

Màu sắc và bước sóng của ánh sáng mặt trời

3.

Nhu cầu điện năng

4.1 Các giá trị của Eg(0), a và b của vài vật liệu PMT điển hình
4.2 Giá trị Hệ số phản xạ phụ thuộc vào bề mặt

Đai học Bách Khoa Hà Nội

Nguyễn Trường Minh


6

Luận văn tốt nghiệp cao học
PHẦN MỞ ĐẦU
Ngày nay, khi mà những nguồn năng lượng truyền thống như than, dầu
khí…đang dần bị khai thác cạn kiệt, cùng với việc ô nhiễm mơi truờng ngày
càng trở nên nghiêm trọng thì vấn đề cung cấp năng lượng cũng như đảm bảo
an ninh năng lượng quốc gia và cải thiện tình hình mơi trường hiện là một chủ
đề hết súc nóng bóng của mỗi quốc gia trên thế giới. Đã có rất nhiều biện
pháp được đưa ra như sử dụng tiết kiệm, chống khai thác lãng phí các nguồn
năng lượng… Tuy nhiên, các giải pháp đó mới chỉ giải quyết được những vấn
đề trước mắt, còn lâu dài, bắt buộc chúng ta phải tìm ra các nguồn năng lượng
mới và tích cực nghiên cứu nhằm thúc đẩy khai thác và sử dụng năng lượng
tái tạo nhiều hơn nữa.
Năng lượng mặt trời là một trong số những nguồn năng lượng tái tạo
hiện đang được quan tâm nhất hiện nay. Nó khơng những là một nguồn năng

lượng có thể khai thác vơ tận mà cịn là một nguồn năng lượng rất sạch và
thân thiện với mơi trường. Ngồi ra, nó cũng có ưu điểm là dễ vận chuyển và
thích hợp đối với những khu vực vùng cao, vùng sâu vùng xa, hải đảo nơi mà
nguồn điện lưới quốc gia khơng tới được hoặc nếu có tới được thì chi phí
cũng rất tốn kém và khó khăn.
Trên thế giới việc nghiên cứu, ứng dụng nguồn năng lượng mặt trời để
cung cấp điện năng hay cụ thể là pin mặt trời đã có từ rất lâu và cho tới nay đã
trở nên rất phổ biến và sôi động. Đã có rất nhiều nơi, nhiều lĩnh vực ứng dụng
pin mặt trời như các cơng trình đèn chiếu sáng trong giao thông, các tấm pin
cấp điện cho tàu vũ trụ, cấp điện cho các hộ dân…Tuy nhiên, ngoài những ưu
điểm trên thì pin mặt trời cũng có một nhược điểm rất lớn hiện nay là vấn đề
hiệu suất phát điện chưa cao và giá thành rất đắt. Do đó mà pin mặt trời mới
chỉ chủ yếu được ứng dụng rộng rãi tại các nước phát triển. Còn đối với

Đai học Bách Khoa Hà Nội

Nguyễn Trường Minh


7

Luận văn tốt nghiệp cao học
những nước đang phát triển như Việt Nam thì việc triển khai và ứng dụng vẫn
cịn gặp nhiều khó khăn.
Hiện tại thì ở Việt Nam, mặc dù cũng có nhiều dự án cấp điện bằng
năng lượng mặt trời, chủ yếu là cho các khu vực vùng sâu, vùng xa và hải
đảo. Tuy nhiên vẫn còn nhiều nơi tính tốn, lắp đặt chưa hiệu quả làm giảm
hiệu suất và gây lãng phí. Có rất nhiều ngun nhân như ngân hàng dữ liệu về
bức xạ mặt trời và số giờ nắng tại các địa phương còn rất thiếu và chưa chính
xác do các trạm đo hiện nay chủ yếu vẫn là các trạm đo không chuyên dụng

và một số lượng lớn đã q cũ. Ngồi ra cịn có yếu tố rất quan trọng ảnh
hưởng đến hiệu suất phát điện của pin mặt trời tại các địa điểm lắp đặt nữa là
nhiệt độ và định hướng của dàn pin. Việc xét ảnh hưởng của nhiệt độ giúp
chúng ta rất nhiều trong việc lựa chọn chủng loại pin cũng như công suất cho
phù hợp, và việc xét ảnh hưởng của định hướng dàn pin mặt trời giúp chúng
ta có thể lựa chọn được một góc nghiêng tốt nhất cho dàn pin để đạt được
hiệu suất phát điện tốt nhất.
Hiện có rất nhiều phần mềm tính tốn, thiết kế lắp đặt pin mặt trời trên
thế giới, tuy nhiên hầu hết các phần mềm đều tập trung vào việc thiết kế lắp
đặt dàn pin chứ chưa xét đến ảnh hưởng của nhiệt độ và định hướng của dàn
pin, hoặc nếu có thì việc ứng dụng phần mềm đó cũng chỉ dựa vào kết quả thu
được mà không hiểu được các bước thực hiện tính tốn. Do vậy mà vấn đề
cấp bách đặt ra hiện nay đối với việc ứng dụng pin mặt trời là phải nghiên
cứu, tính tốn được mọi yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phát điện của dàn pin
để từ đó lựa chọn được giải pháp tốt nhất, tiết kiệm chi phí lớn nhất cho việc
sử dụng pin.
Trong khn khổ luận văn này, các vấn đề về tính tốn lý thuyết và
cũng như cấu trúc phần mềm tính toán ảnh hưởng của nhiệt độ và định hướng

Đai học Bách Khoa Hà Nội

Nguyễn Trường Minh


8

Luận văn tốt nghiệp cao học
của dàn pin mặt trời lên cơng suất phát của nó sẽ được trình bày cụ thể. Đồng
thời cũng qua đây, sẽ áp dụng và tính tốn thử nghiệm đối với một số tỉnh đại
diện cho ba miền Bắc, Trung, Nam của Việt Nam là Quảng Ninh, Đà Nẵng và

thành phố Hồ Chí Minh.
Và để có thể hồn thành được luận văn này, ngồi sự nỗ lực của bản
thân, tôi cũng đã nhận được rất nhiều sự góp ý và giúp đỡ của các thầy cô
giáo, đồng nghiệp và các bạn bè. Qua đây, tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu
sắc nhất tới thầy giáo đã hướng dẫn rất tận tình và chu đáo cho tơi là PGS.
TS. Đặng Đình Thống – Giám đốc Trung tâm năng lượng mới, Trường đại
học Bách Khoa Hà Nội. Xin chân thành gửi lời cảm ơn tới tất cả thầy cô,
đồng nghiệp và các bạn đã giúp đỡ tơi hồn thành luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn !

Đai học Bách Khoa Hà Nội

Nguyễn Trường Minh


9

Luận văn tốt nghiệp cao học
CHƯƠNG I. NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
I.1. Nguồn năng lượng mặt trời.
I.1.1. Cấu tạo Mặt trời.
Năng lượng mặt trời (NLMT) là nguồn năng lượng gần như là vơ tận,
có thể nói rằng nó sẽ là một trong những nguồn năng lượng chính trong tương
lai khơng xa nữa. Ngay từ những năm 1970, con người đã sử dụng nguồn
NLMT như là một trong những nguồn năng lượng để thay thế cho các nguồn
năng lượng hoá thạch đang dần dần cạn kiệt. Để có thể hiểu và khai thác được
nguồn NLMT chúng ta sẽ tìm hiểu qua về Mặt trời.
Nhật miện
Sắc cầu
Quang cầu

2.500km

500km

Miền đối lưu
Tầng trung gian
0,86R0
R0/4
Lõi mặt trời
0

6

R = 1,4.10 K
M = 1,989.1027 tấn

1,5.107K

R0
Hạt dạng kim

8.106K
Hạt

106K
10-14g/cm3

Hình 1.1. Cấu tạo của Mặt trời
Ngày nay, với những tiến bộ vượt bậc của khoa học, bằng những thiết

bị đo đạc vật lý có độ chính xác cao chúng ta đã có thể biết được khá rõ về
cấu tạo và những đặc trưng cơ bản nhất của Mặt trời.

Đai học Bách Khoa Hà Nội

Nguyễn Trường Minh


10

Luận văn tốt nghiệp cao học
Mặt Trời đã hình thành cách đây khoảng 5 Ga (5 tỷ năm) trước theo
như kết quả tính tốn của ngành niên đại vũ trụ học. Mặt Trời quay xung
quanh tâm của Ngân Hà ở khoảng cách khoảng 25.000 đến 28.000 năm ánh
sáng tính từ tâm thiên hà này, nó hồn thành một chu kỳ quay vào khoảng 226
Ma (226 triệu năm). Vận tốc quỹ đạo là 217 km/s, có nghĩa là 1 năm ánh sáng
bằng 1.400 năm và 1 đơn vị thiên văn (bằng khoảng cách từ Mặt trời tới trái
đất) bằng 8 ngày di chuyển của nó. Mặt trời tự quay quanh trục của nó hết 28
ngày đêm nhưng khơng giống với sự tự quay của một vật rắn, chu kỳ quay
của xích đạo Mặt trời là 27 ngày đêm, còn ở hai cực lại là 30 ngày đêm.
Mặt trời là một khối cầu gần như hoàn hảo với độ dẹt khoảng 9 phần
triệu chủ yếu là do lực hấp dẫn của Mộc tinh. Mặt Trời khơng có ranh giới rõ
ràng như ở các hành tinh có đất đá. Đường kính của Mặt trời là 1,39.106km
(gấp khoảng 109 lần đường kính Trái đất). Thành phần khí cấu tạo của Mặt
trời chủ yếu là Hydro (chiếm tới 80%) và nguyên tố Heli chiếm gần 20%, các
phân tử khí liên kết với nhau nhờ lực hấp dẫn. Mật độ các khí giảm dần xuống
theo quan hệ số mũ theo khoảng cách tính từ tâm Mặt Trời. Khoảng cách
trung bình giữa Mặt trời và Trái đất sấp xỉ 1,5.108km. Sau đây là một số thông
số cơ bản của Mặt trời.
Bảng 1.1 Các thông số và thành phần của Mặt trời

Thơng số vật lý
Đường kính

Thành phần

1,392.106 km Hidro

Độ dẹt

73,46%

9.10-6 Heli

24,85%

Diện tích bề mặt

6,09.1012km2 Oxy

0,77%

Thể tích

1,41.1018 km3 Cacbon

0,29%

Khối lượng

1,9891.1030kg Sắt

0,16%

Đai học Bách Khoa Hà Nội

Nguyễn Trường Minh


11

Luận văn tốt nghiệp cao học
Tỷ trọng

1,408g/cm3 Neon

0,12%

Gia tốc trọng

273,95m/s2 Nito

0,09%

617,54km/s Silic

0,07%

trường
Vận tốc thoát ly
Nhiệt độ bề mặt

5.780K Magie

Nhiệt độ nhật

5MK Lưu huỳnh

0,05%
0,04%

hoa
Nhiệt độ tâm
Độ trưng
Cường đô sáng

13,6MK
3,827.1026W
2,009.107W/m2

I.1.2. Năng lượng Mặt trời.
Mặt trời thực chất là một lò phản ứng nhiệt hạch khổng lồ. Tại tâm của
Mặt Trời, mật độ của nó khoảng 150 g/cm³ và nhiệt độ khoảng từ 8.106K đến
40.106K lan truyền dần ra lớp vỏ ngoài, sau đó phát xạ dưới dạng sóng điện từ
lan truyền ra khắp không gian vào vũ trụ, nhiệt độ trên bề mặt Mặt trời
khoảng 6000K chính xác là 5762K. Vùng trung tâm thể tích ứng với 0,23R
(R-bán kín Mặt Trời) chỉ chứa khoảng 40% khối lượng và 15% thể tích của
Mặt Trời, nhưng chiếm tới 90% năng lượng của nó. Ở khoảng cách 0,7R nhiệt
độ giảm xuống còn 130.000K, tại đây khối lượng riêng giảm xuống còn
0,07kg/m3 và bắt đầu xảy ra hiện tượng đối lưu. Lớp vỏ ngoài từ 0,7R đến R
cũng là vùng đối lưu và nhiệt độ ở vùng này còn khoảng 5000K, khối lượng

riêng giảm xuống chỉ cịn khoảng 10-8kg/m3. Lớp phí trên vùng đối lưu gọi là
mặt phát quang hay quang cầu (photosphere). Mép của quang cầu là một
đường vành rõ nét, có cấu tạo tương tự như tập hợp bởi nhiều “hạt” gọi là tế
bào đối lưu khơng bình thường. Đường kính của mỗi tế bào ước tính khoảng
1000 đến 3000km, thời gian tồn tại của chúng chỉ trong một vài phút. Lớp sát

Đai học Bách Khoa Hà Nội

Nguyễn Trường Minh


12

Luận văn tốt nghiệp cao học
mặt ngoài quang cầu với chiều dày khoảng vài trăm km có khối lượng riêng
tăng đột ngột, đạt đến khoảng 10-4 lần so với khối lượng riêng của khơng khí
trên mặt biển nên được gọi là lớp đảo. Tiếp theo lớp đảo là vành lửa
(chromosphere) có chiều dày khoảng 104km và nhiệt độ của lớp này khoảng
5000K. Cuối cùng là vành nhật hoa (Corona) có khối lượng riêng thấp nhất
nhưng nhiệt độ rất cao khoảng 106K.
Trên đây là một bức tranh mô tả đơn giản cấu trúc vật lý của Mặt Trời (về
nhiệt độ và gradien khối lượng riêng của nó). Vì vậy, một cách chính xác ta
khơng thể nói Mặt Trời là một vật đen. Vì vật đen phát xạ ra các bức xạ ở một
nhiệt độ xác đinh nào đó. Cịn Mặt Trời thì phát xạ bức xạ từ nhiều lớp, mỗi
lớp ứng với những nhiệt độ khác nhau nên đã tạo ra dãy phổ liên tục có bước
sóng λ = 0 ÷ ∞μm. Tuy nhiên trong lĩnh vực nghiên cứu về quá trình nhiệt
người ta có thể coi Mặt Trời là một vật đen, phát xạ ở nhiệt độ 6000K. Còn
các lĩnh vực nghiên cứu khác, chẳng hạn như quá trình quang hợp, q trình
quang điện v.v… có phụ thuộc vào chiều dài sóng nên sự phân bố quang phổ
lại trở nên rất quan trọng, vì vậy khơng thể coi Mặt Trời là một vật đen.

Các phản ứng tổng hợp hạt nhân (nuclear fusion) chuyển hóa Hydro thành
Heli. Cứ mỗi giây có khoảng 8,9×1037 prơton (hạt nhân hiđrơ) được chuyển
hóa thành hạt nhân Heli. Nó giải phóng năng lượng theo tỷ lệ chuyển hóa
khối lượng-năng lượng của 4,26 triệu tấn trên giây hay 383 yota watt
(9,15×1016 tấn TNT trên giây) thốt ra khỏi bề mặt của Mặt Trời trong dạng
các bức xạ điện từ trường và nơtrino (và trong quy mô nhỏ hơn như là động
năng và nhiệt năng của plasma gió mặt trời cũng như năng lượng trong từ
trường của Mặt Trời).
Do nhiệt độ và áp suất bên trong Mặt Trời cao như vậy nên vật chất đã
nhanh chóng bị ion hoá và chuyển dộng với năng lượng rất lớn. Chúng va

Đai học Bách Khoa Hà Nội

Nguyễn Trường Minh


13

Luận văn tốt nghiệp cao học
chạm vào nhau và gây ra hàng loạt các phản ứng hạt nhân. Người ta đã xác
định được các nguồn năng lượng của Mặt Trời chủ yếu do hai loại phản ứng
hạt nhân gây ra. Đó là các phản ứng tuần hồn giữa các hạt nhân Cacbon và
Nitơ (C-N) và phản ứng hạt nhân Proton-Proton.
a. Q trình phản ứng tuần hồn C-N:
Q trình có thể được mô tả như sau.
- Hạt nhân C612 va chạm với một proton tạo ra đồng vị N 713 và độ hụt khối
∆m1 .

Năng lượng tương ứng với độ hụt khối sẽ là ∆E1 = ∆m1 .c 2 với c =

3.108m/s là vận tốc ánh sáng trong chân không.
- Đồng vị

N 713 không

13
bền lại biến thành đồng vị C6 và phát ra 1 positron.

- Đồng vị C613 va chạm với 1 proton tạo ra đồng vị N 714 và tia

γ

là năng

lượng điện từ có bước sóng rất ngắn, ∆E2 .
- Đồng vị N 714 va chạm với 1 proton tạo ra đồng vị O815 không bền và độ hụt
khối ∆m2 biến thành năng lượng ∆E3 cũng dưới dạng tia

γ.

- Đồng vị O815 biến đổi thành N 715 và phát ra một positron.
- Cuối cùng đồng vị

N 715 va

chạm với proton biến thành C612 và hạt nhân

He24 .

Như vậy chúng ta thấy sau chuỗi phản ứng nói trên, hạt nhân C612 lại trở về

đồng vị C612 . Điều đó có nghĩa là phản ứng hạt nhân C-N có tính tuần hồn.
Trong quá trình phản ứng, một lượng H2 bị tiêu hao và chuyển thành năng
lượng.

Đai học Bách Khoa Hà Nội

Nguyễn Trường Minh


14

Luận văn tốt nghiệp cao học

b. Phản ứng tuần hoàn Proton-Proton có thể được viết như sau:

H 11 + H 11 → C + e + + υ + hυ
D12 + H 11 → D23 + γ
He13 + He23 → He24 + 2H 11
2
Trong đó D1 là đồng vị Hydro nặng; e+ là positron; hv là năng lượng của

4

hạt ánh sáng hay photon; He13 , He23 và He2 là các đồng vị của hạt nhân Heli.
Cả hai loại phản ứng nói trên đầu có kết quả chung là phản ứng kết hợp 4
hạt nhân nguyên tử Hydro để tạo ra hạt nhân nguyên tử Heli. Ta biết khối
lượng của hạt nhân Hydro hay proton và He là:
mp= 1,672.10-24g
mα = 6,644.10-24g
Từ đó chúng ta tính được độ hụt khối ∆m của phản ứng kết quả sẽ là:

∆m = (4.m p − mα ) = 0,044.10 −24

(1.1)

Hay bằng 0,7% tổng khối lượng của 4 proton. Từ biểu thức của Anhxtanh
E = ∆mc2. Ta tính được năng lượng được giải phóng ra khi 1g hạt nhân tạo ra
phản ứng sẽ là 9.1013J. Như vậy khi có 1g proton tham gia phản ứng hạt nhân
thì bị tiêu hao mất 0,7%g và phát ra một năng lượng là: 9.1013.0,7% =
6,3.1011J.
Như trên đã cho thấy, mỗi giây Mặt Trời bức xạ một năng lượng là
3,8.1026J. Như vậy trong mỗi giây lượng nhiên liệu Hydro tham gia phản ứng
là 3,8.1026/6,3.1011 = 6,03.108 tấn. Tổn thất thực tế là 6,03.108 x 0,7% =
4,22.106 tấn/giây.

Đai học Bách Khoa Hà Nội

Nguyễn Trường Minh


15

Luận văn tốt nghiệp cao học
Như đã nói ở trên, khối lượng của Mặt Trời xấp xỉ bằng 2.1027 tấn. Như
vậy để Mặt Trời chuyển hoá hết khối lượng của nó thành năng lượng cần một
khoảng thời gian là 15.1013 năm. Từ đó chúng ta có thể thấy rằng nguồn năng
lượng Mặt Trời là khổng lồ và lâu dài.
I.2. Chuyển động tương đối của hệ Mặt Trời – Trái Đất
Trái Đất là một quả cầu quay xung quanh Mặt Trời theo một quỹ đạo hình
Elip gần trịn (cịn được gọi là Hồng Đạo) có bán kính trung bình là R =

1,495.1011m. Một chu kỳ quay của Trái Đất xung quanh Mặt Trời hết 365 lẻ
¼ ngày (cịn được gọi là một năm). Ngoài chuyển động quay xung quanh Mặt
Trời, Trái Đất còn tự quay xung quanh trục quay riêng của nó. Trục quay này
là một đường thẳng đi qua hai cực của Trái Đất và hợp với phương pháp
tuyến của mặt phẳng Hồng Đạo một góc là δ = 23045. Một chu kỳ quay của
Trái Đất xung quanh trục riêng của nó hết 24h (hay một ngày đêm). Mặt
phẳng vng góc với trục của Trái Đất và cắt Trái Đất một tiết diện lớn nhất
gọi là mặt phẳng xích đạo, còn đường tròn lớn nhất là giao tuyến giữa mặt
phẳng xích đạo và mặt cầu Trái Đất gọi là đường xích đạo. Sự định hướng của
trục Trái Đất cùng với sự chuyển động của nó xung quanh Mặt Trời và xung
quanh trục quay riêng của nó dẫn đến sự thay đổi khoảng cách giữa Trái Đất
và Mặt Trời, cũng tức là thay đổi cường độ bức xạ Mặt Trời trên bề mặt Trái
Đất hàng ngày, hàng tháng và hàng mùa trong năm.
Trong một chu kỳ quay của Trái Đất xung quanh Mặt Trời có 4 vị trí
tương ứng với 4 ngày đặc biệt trong năm đó là Xuân phân (ngày 21 tháng 03);
Hạ chí (ngày 21 tháng 06); Thu phân (ngày 21 tháng 09); Đơng chí (ngày 21
tháng 12). Đối với ngày Hạ chí thì các tháng ở xung quanh ngày này, các vị
trí ở Bắc Bán Cầu, tia Mặt Trời chiêú trực diện hơn và khoảng cách đến Mặt
Trời ngắn hơn. Do đó Bắc Bán Cầu nhận được nhiều bức xạ hơn có nghĩa là

Đai học Bách Khoa Hà Nội

Nguyễn Trường Minh


16

Luận văn tốt nghiệp cao học
ngày sẽ dài thêm và đêm sẽ ngắn đi. Và ngược lại trong các tháng đó phần
Nam Bán Cầu, khoảng cách đến Mặt Trời dài hơn nên nhận được bức xạ Mặt

Trời ít hơn, và thời gian này là mùa đông đối với Nam Bán Cầu. Ở vị trí các
tháng ở hai bên điểm Đơng chí tình hình lại hồn tồn ngược lại, lúc đó Bắc
Bán Cầu là mùa đơng thì Nam Bán Cầu là mùa hạ.
21-09
Thu phân
23,50
Mặt Trời

21-12
Đơng chí

21-06
Hạ chí

Quỹ đạo TĐ

Hình 1.2. Sự chuyển động của Trái Đất xung quanh Mặt Trời
Ở hai vị trí trung gian khác của Trái Đất là vị trí vào ngày Xn phân và
ngày Thu phân thì tia bức xạ chiếu thẳng trên đường xích đạo nên cả hai phần
quả cầu Bắc và Nam Bán Cầu cách đều Mặt Trời. Ở mọi địa phương trên mặt
đất có 12h ban ngày và 12h ban đêm. Tuy nhiên tại các điểm nằm trên các cực
thì các tia bức xạ cũng yếu hơn các điểm nằm ngay trên đường xích đạo.
Góc hợp bởi các tia bức xạ Mặt Trời nằm trong mặt phẳng Hồng Đạo
tạo với mặt phẳng xích đạo của Trái Đất gọi là góc lệch δ. Ở ngày Hạ chí, góc
δ này bằng +23045; Ở ngày Đơng chí δ bằng -23045. Để tính góc lệch δ ở các
ngày bất ký trong năm ta có thể dùng phương trình Cooper:
 284 + n 
360
 365 

δ = 23,45 sin 

(độ)

(1.2)

Trong đó n là số thứ tự ngày tính từ ngày mùng 1 tháng giêng.
Đai học Bách Khoa Hà Nội

Nguyễn Trường Minh


17

Luận văn tốt nghiệp cao học
I.3. Lớp khí quyển Trái Đất và ảnh hưởng của nó tới Năng lượng Mặt
Trời trên bề mặt Trái Đất.
I.3.1. Khí quyển Trái Đất.
Là lớp các chất khí bao quanh hành tinh Trái Đất và được giữ lại bởi
lực hấp dẫn của Trái Đất. Nó gồm có nitơ (78.1% theo thể tích) và ơxy
(20.9%), với một lượng nhỏ acgon (0.9%), cacbon điơxít (dao động, khoảng
0.035%), hơi nước và một số chất khí khác. Bầu khí quyển bảo vệ cuộc sống
trên Trái Đất bằng cách hấp thụ các bức xạ tia cực tím của mặt trời và tạo ra
sự thay đổi về nhiệt độ giữa ngày và đêm.
Bầu khí quyển khơng có ranh giới rõ ràng với khoảng khơng vũ trụ
nhưng mật độ khơng khí của bầu khí quyển giảm dần theo độ cao. Ba phần tư
khối lượng khí quyển nằm trong khoảng 11 km đầu tiên của bề mặt hành tinh.
Độ cao 120 km (75 dặm hay 400.000 ft) được coi là ranh giới do ở đó các
hiệu ứng khí quyển có thể nhận thấy được khi quay trở lại. Đường Cacman,
tại độ cao 100 km (62 dặm), cũng được sử dụng như là ranh giới giữa khí

quyển Trái Đất và khoảng khơng vũ trụ.
Nhiệt độ khí quyển Trái Đất dao động theo độ cao, trung bình tại bề
mặt Trái Đất là khoảng 14°C; mối quan hệ toán học giữa nhiệt độ và độ cao
dao động giữa các tầng khác nhau của khí quyển:
+ Tầng đối lưu: từ bề mặt trái đất tới độ cao 7-17 km, phụ thuộc theo vĩ
độ (ở 2 vùng cực là 7-10km) và các yếu tố thời tiết, nhiệt độ giảm dần theo độ
cao đạt đến -50°C. Khơng khí trong tầng đối lưu chuyển động theo chiều
thẳng đứng và nằm ngang rất mạnh làm cho nước thay đổi cả 3 trạng thái, gây

Đai học Bách Khoa Hà Nội

Nguyễn Trường Minh


18

Luận văn tốt nghiệp cao học
ra hàng loạt quá trình thay đổi vật lý. Những hiện tượng mưa, mưa đá, gió,
tuyết, sương giá, sương mù,... đều diễn ra ở tầng đối lưu.
+ Tầng bình lưu: từ độ cao trên tầng đối lưu đến khoảng 50 km, nhiệt
độ tăng theo độ cao đạt đến 0°C. Ở đây khơng khí lỗng, nước và bụi rất ít,
khơng khí chuyển động theo chiều ngang là chính, rất ổn định, do đó rất thích
hợp cho máy bay bay.
+ Tầng trung lưu: từ khoảng 50 km đến 80-85 km, nhiệt độ giảm theo
độ cao đạt đến -75°C. Phần đỉnh tầng có một ít hơi nước, thỉnh thảng có một
vài vệt mây bạc gọi là mây dạ quang.
+ Tầng nhiệt: từ 80–85 km đến khoảng 640 km, nhiệt độ tăng theo độ
cao có thể lên đến 2.000°C hoặc hơn. Oxy và nitơ ở tầng này ở trạng thái ion,
vì thế gọi là tầng điện ly. Sóng vơ tuyến phát ra từ một nơi nào đó trên vùng
bề mặt Trái đất phải qua sự phản xạ của tầng điện ly mới truyền đến các nơi

trên thế giới.
+ Tầng ngoài: từ 500–1.000 km đến 10.000 km, nhiệt độ tăng theo độ
cao có thể lên đến 2.500°C. Đây là vùng q độ giữa khí quyển Trái đất với
khoảng khơng vũ trụ. Vì khơng khí ở đây rất lỗng, nhiệt độ lại rất cao, một
số phân tử và nguyên tử chuyển động với tốc độ cao cố "vùng vẫy" thoát ra
khỏi sự trói buộc của sức hút Trái đất lao ra khoảng khơng vũ trụ. Do đó tầng
này cịn gọi là tầng thoát ly.
Ranh giới giữa các tầng được gọi là ranh giới đối lưu hay đỉnh tầng đối
lưu, ranh giới bình lưu hay đỉnh tầng bình lưu và ranh giới trung lưu hay đỉnh
tầng trung lưu v.v.
.
Đai học Bách Khoa Hà Nội

Nguyễn Trường Minh


19

Luận văn tốt nghiệp cao học
I.3.2. Bức xạ Mặt Trời bên ngồi khí quyển.
Cường độ bức xạ Mặt Trời đo được ở bên ngồi lớp khí quyển bao
quanh Trái Đất trong một đơn vị thời gian trên một đơn vị diện tích bề mặt
đặt vng góc với tia bức xạ là Hằng số Mặt Trời ISC nó có giá trị xấp xỉ 1353
W/m2. Và nó cũng nó nghĩa là năng lượng của toàn bộ phổ bức xạ Mặt Trời,
năng lượng bức xạ lại phụ thuộc vào tần số (hay bước sóng) của bức xạ. Vì
Trái Đất quay xung quanh Mặt Trời trên một quỹ đạo hình elip với độ lệch
tâm rất nhỏ và Mặt Trời ở tiêu điểm nên mật độ năng lượng Mặt Trời bên
ngồi khí quyển Trái Đất cũng bị thay đổi một lượng nhỏ. Giá trị mật độ năng
lượng Mặt Trời ở một ngày bất ký nào đó có thể tính theo cơng thức:
360n 


I 'SC = I SC 1 + 0,033 cos

365 


(1.3)

Trong đó n là số ngày trong năm (tính từ đầu năm, n=1 là ngày 01
tháng 01).
Phân bố phổ bức xạ Mặt Trời bên ngồi khí quyển Trái Đất được cho
trong bảng sau đối với hằng số Mặt Trời ISC = 1353W/m2

Bảng 1.2. Phân bố phổ bức xạ Mặt Trời bên ngồi khí quyển.
eλ
(W/m2.μm)

Dλ(*)

λ (μm)

0,2

10,7

0,0081

0,3

514

0,38

1120

λ (μm)

Đai học Bách Khoa Hà Nội

eλ
(W/m2.μm)

Dλ(*)

0,9

891

63,37

1,21

1,0

748

69,49

7,00

2,0

103

93,49

Nguyễn Trường Minh


20

Luận văn tốt nghiệp cao học

0,4

1429

8,73

3,0

31

97,83

0,48

2074

19,68

4,0

9,5

99,06

0,5

1942

22,06

5,0

3,8

99,51

0,6

1666

35,68

6,0

1,8

99,72

0,7

1369

46,88

7,0

1,00

99,82

0,78

1159

54,35

8,0

0,59

99,88

0,8

1109

56,02

10,0

0,25

99,94

Như đã thấy trong bảng, giá trị phổ lúc đầu tăng lên rất nhanh theo
bước sóng λ, đạt cực đại ở λ = 0,48μm và sau đó giảm dần đến 0. Khoảng
99% của bức xạ Mặt Trời nằm trong dải phổ từ 0,2μm - 4μm. Cịn đại lượng
Dλ được xác định theo cơng thức sau:

 λ
 λ


λ
e
d
 ∫ λ  
 ∫ eλ dλ  
0

 .100 =  0
 .100
Dλ =  ∞


 I SC  
 e dλ 


 ∫0 λ

 




(1.4)

I.3.3. Sự suy giảm cường độ bức xạ khi qua lớp khí quyển.
Khi phân tích các số liệu bức xạ phát ra từ bề mặt Mặt Trời ở bên ngồi
lớp khí quyển trong nhiều năm người ta thấy cường độ bức xạ Mặt Trời thay
đổi rất ít (khoảng 1%). Vì vậy khi xét trong q trình nhiệt dùng cho mục đích
năng lượng thì sự thay đổi này có thể bỏ qua. Tuy nhiên, khi bức xạ Mặt Trời

Đai học Bách Khoa Hà Nội

Nguyễn Trường Minh


21

Luận văn tốt nghiệp cao học
xuyên qua lớp khí quyển thì cường độ của chúng bị suy giảm đáng kể do
nhiều nguyên nhân như bị hấp thụ bởi hơi nước hay bị tán xạ do gặp các phân
tử khí O2, O3, CO2, NOx, các hạt bụi lơ lửng trong không khí hay các phần tử
khác, hoặc khi xuyên qua các đám mây… Ví dụ như các tia cực tím và tia X
bị hấp thụ bởi các phân tử Ozone O3, cịn các tia hồng ngoại có bước sóng >
2,5μm thì bị các phân tử nước H2O và khí CO2 hấp thụ hầu như hồn tồn.

Theo như tính tốn lý thuyết thì người ta thấy rằng nếu các phần tử lơ lửng có
kích thước rất nhỏ so với bước sóng ánh sáng thì khi tia bức xạ xun qua lớp
khí quyển có cường độ bức xạ giảm theo tỷ lệ λ-4, trong đó λ là bước sóng bức
xạ đơn sắc.
Thực nghiệm đã xác định được rằng hệ số truyền qua của lớp khí quyển
đã bị hấp thụ:

τ α ,λ = 10 −0, 00389λ

−4

(1.5)

Trong đó λ(μm), tỷ khối khí (là tỷ số giữa quãng đường đi xuyên qua
lớp khí quyển từ một điểm bất kỳ trên mặt đất nhìn thấy Mặt Trời với quãng
đường cũng xuyên qua lớp khí quyển nhưng theo phương xuyên tâm Trái
Đất) bằng 1 tức là coi lúc bức xạ chiếu tới mặt đất là trực xạ tới đỉnh đầu, và
áp suất khí quyển p = 760mmHg. Nếu các phần tử lơ lửng có kích thước lớn
hơn nhiều so với kích thước phân tử khí thì hệ số truyền qua là một hàm khá
phức tạp, hàm này phụ thuộc vào kích thước của các phân tử khí và nồng độ
của chúg tuỳ thuộc vào vị trí địa lý, độ cao và thời gian.
Cơng thức Moon tính hệ số truyền qua của lớp khí quyển:
−0 , 75

τ d ,λ = 10 −0, 00353λ

(1.6)

Trong đó cũng coi bức xạ là trực xạ tới đỉnh đầu và nồng độ trung bình
của các phần tử bụi trong bầu khí quyển d = 800/cm3. Còn đối với phần tử tán

Đai học Bách Khoa Hà Nội

Nguyễn Trường Minh


22

Luận văn tốt nghiệp cao học
xạ là hơi nước đọng sương, tương đương với lớp dày 20mm, khi Mặt Trời ở
đỉnh đầu thì được tính bằng cơng thức
−2

τ d ,λ = 10 −0, 0075λ

(1.7)

Còn theo Rayleigh, trong trường hợp tổng quát khi đề cập đến tất cả
các nguyên nhân trên đây, một cách gần đúng hệ số truyền qua lớp khí quyển
có thể được tính theo cơng thức:

τ λ (S )
Trong đó:

P
d
w

≈ (τ α ,λ )760 (τ d ,λ )800 (τ w,λ )20 




m

(1.8)

τ λ (S ) là hệ số truyền qua lớp khí quyển của sóng bức xạ

đơn sắc (chiều dài sóng λ chỉ xét cho thành phần tán xạ).
P là áp suất khí quyển (mmHg).
d là nồng độ bụi ở mặt đất (số hạt/cm3)
w là độ dày của lớp hơi nước động sương (mm)
m là tỷ khối khí
Giá trị của hệ số truyền qua của bức xạ phụ thuộc vào chiều dài sóng
khi xun qua lớp khí O3 có chiều dày 2,5mm cho trong bảng sau:
Bảng I.3. Bảng hệ số truyền qua theo các bước sóng.
Bước sóng λ(μm)
Hệ số truyền qua τ λ (S )

0,29

0,30

0,31

0,33

0,35

0

0,10

0,50

0,90

1,00

Khi λ > 2,3μm thì hệ số truyền qua lớp khí quyển là rất nhỏ (do bị các
phân tử nước H2O và CO2 hấp thụ) nên năng lượng của bức xạ hồng ngoại khi
đến mặt đất chỉ cịn khoảng 5% so với vùng ngồi lớp khí quyển.

Đai học Bách Khoa Hà Nội

Nguyễn Trường Minh


23

Luận văn tốt nghiệp cao học
Hệ số truyền qua của bức xạ tán xạ khi xuyênqua lớp khí quyển bao
gồm tất cả những yếu tố trên và có tính đến khả năng hấp thụ được mô tả
bằng biểu thức

τ λ = τ α ( S )τ λ ( hapthu ) = τ λ ( S )τ Oλτ wλ
Trong đó:

(1.9)

τ λ (S ) là hệ số truyền qua chỉ phụ thuộc chiều dài sóng

τ Oλ là hệ số truyền qua chỉ phụ thuộc vào lượng khí O3
τ wλ là hệ số truyền qua chỉ phụ thuộc vào lượng hơi nước
trong không khí.
I.4. Đặc điểm của bức xạ Mặt Trời trên bề mặt Trái Đất.
I.4.1. Phổ bức xạ Mặt Trời.

Hình 1.3. Phổ bức xạ Mặt Trời
Bức xạ mặt trời có bản chất là sóng điện từ, là q trình truyền các dao
động điện từ trong khơng gian. Trong q trình truyền sóng, các vectơ cường
độ điện trường và cường độ từ trường ln ln vng góc với nhau và vng

Đai học Bách Khoa Hà Nội

Nguyễn Trường Minh


24

Luận văn tốt nghiệp cao học
góc với phương truyền của sóng điện từ. Quãng đường mà sóng điện từ
truyền được sau một chu kỳ dao động điện từ được gọi là bước sóng λ.
Trong chân khơng vận tốc truyền của sóng điện từ gần đúng bằng c =
3.108m/s. Cịn trong mơi trường vật chất, vận tốc truyền của sóng nhỏ hơn và
bằng v = c/n, trong đó n được gọi là chiết suất tuyệt đối của môi trường, với
n≥1. Các sóng điện từ có bước sóng trải dài trong một phạm vi rất rộng từ 107

nm đến hàng nghìn km. Hình 5 trình bày thang sóng điện từ của bức xạ mặt

trời.
`

Tia
vũ Tia
Tia tử
trụ γ
Tia X ngoại
10-10 10-8 10-6

Tia
Hồng
ngoại

Sóng
ngắn

Sóng vơ tuyến
điện

λ(μm)

100 102 104 106 108 1010 1012 1014
10-4 10-2
Tia
nhìn
thấy

Hình 1.4. Thang sóng điện từ của Bức xạ mặt trời
Ánh sáng nhìn thấy có bước sóng từ 0,4μm đến 0,8μm, chỉ chiếm một

phần rất nhỏ của phổ sóng điện từ của bức xạ mặt trời. Mặc dù có cùng bản
chất là sóng điện từ nhưng các loại sóng điện từ có bước sóng λ khác nhau thì
gây ra các tác dụng lý học, hoá học và sinh học rất khác nhau. Nói riêng trong
vùng phổ nhìn thấy được, sự khác nhau về bước sóng gây ra cho ta cảm giác
màu sắc khác nhau của ánh sáng. Khi đi từ bước sóng dài λ = 0,8μm đến giới
hạn sóng ngắn λ = 0,4μm ta nhận thấy màu sắc của ánh sáng thay đổi liên tục
từ đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Mắt người nhạy nhất đối với ánh sáng
màu vàng có bước sóng λ = 0,58μm. Sự phân bố năng lượng đối với các bước
sóng khác nhau cũng khác nhau. Bảng 3 cho thấy quan hệ giữa mật độ năng
lượng của bức xạ điện từ phụ thuộc vào bước sóng của nó, cịn bảng 3 là quan
hệ giữa màu sắc của ánh sáng và bước sóng của nó. Từ bảng 3 chúng ta thấy

Đai học Bách Khoa Hà Nội

Nguyễn Trường Minh


25

Luận văn tốt nghiệp cao học
rằng mật độ năng lượng bức xạ mặt trời chủ yếu phân bố trong giải bước sóng
từ λ = 0,2μm đến λ = 3,0μm, cịn ngồi vùng đó mật độ năng lượng khơng
đáng kể.
Khi bức xạ mặt trời đi qua tầng khí quyển bao quanh quả đất, nó bị các
phần tử khí, các hạt bụi…hấp thụ hoặc bị làm tán xạ nên phổ và năng lượng
mặt trời khi đến bề mặt quả đất bị thay đổi rất đáng kể.
Bảng 1. 4. Phân bố phổ bức xạ mặt trời theo bước sóng
Quang phổ

Bước sóng

Mật độ năng lượng
(W/m2)

Tỷ lệ
(%)

Tia vũ trụ

< 1nm

6,978.10-5

Tia X

0,1nm

6,978.10-7

Tia tử ngoại C

0,2 ÷ 0,28μm

7,864.106

0,57

Tia tử ngoại B

0,28 ÷ 0,32μm

2,122.101

1,55

Tia tử ngoại A

0,32 ÷ 0,40μm

8,073.101

5,90

Tia nhìn thấy

0,40 ÷ 0,52μm

2,240.102

16,39

0,52 ÷ 0,62μm

1,827.102

13,36

0,62 ÷ 0,78μm

2,280.102

16,68

0,78 ÷ 1,40μm

4,125.102

30,18

1,40 ÷ 3,00μm

1,836.102

13,43

Tia hồng ngoại

3,00 ÷ 100,00μm 2,637.101
Sóng vơ tuyến điện

0,10 ÷ 10,0cm

1,93

6,978.10-9

10,0 ÷ 100,00cm 6,978.10-10
1,0 ÷ 20,0m

Đai học Bách Khoa Hà Nội

6,978.10-9

Nguyễn Trường Minh


26

Luận văn tốt nghiệp cao học
Bảng 1.5 Màu sắc và bước sóng của ánh sáng mặt trời
Màu sắc

Bước sóng (nm)

Vùng sóng (nm)

Đỏ

700

640 ÷ 760

Da cam

620

600 ÷ 740

Vàng

580

550 ÷ 600

Xanh

510

480 ÷ 550

Lam

470

450 ÷ 480

Tím

420

400 ÷ 450

I.4.2. Cường độ bức xạ Mặt Trời biến đổi theo thời gian.
Trước hết chúng ta sẽ định nghĩa các góc có liên quan đến toạ độ của
địa điểm trên Mặt Đất và vị trí của Mặt Trời tại thời điểm đang xét.
Pháp tuyến mặt
nghiêng N’
Tia trực xạ

N Pháp tuyến

mặt ngang

θh

θi
a

Hướng mặt
ngang
Hướng mặt AZ
ASZ
nghiêng
Hướng Nam

S

Hình 1.5. Các góc xác định tia mặt trời tới trên mặt ngang và nghiêng
- 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 tương đương 150 trong 1giờ. Nó
cũng biến đổi từ -1800 đến +1800. Người ta quy ước việc đo góc ω từ giữa

Đai học Bách Khoa Hà Nội

Nguyễn Trường Minh


27

Luận văn tốt nghiệp cao học
trưa, tức là tại 12 giờ trưa góc giờ ω = 0, dựa trên thời gian thực địa phương.

Nó có giá trị dương (+) vào buổi sáng và có giá trị (-) vào buổi chiều.
- Mặt Trời mọc, lặn và độ dài ngày: Góc giờ tương ứng với thời điểm
Mặt Trời mọc hoặc lặn ωS trên mặt nằm ngang có thể tính từ phương trình
quan hệ giữa các góc ứng.
cos θ = sin ϕ sin δ + cos ϕ cos δ cos ω

Nếu chúng ta thay thế góc θz = 900 khi đó chúng ta có
cos ω z = −tgϕtgδ → ω S = cos −1 (−tgϕtgδ )

Tuỳ vào dấu của ωS mà ta có giá trị góc giờ lúc Mặt Trời mọc (dấu +),
hay lặn (dấu -). Vì góc giờ150 tương đương với thời gian 1giờ nên độ dài ngày
tính ra giờ sẽ là:
cos ω z = (2 / 15) cos −1 (−tgϕtgδ )

Góc giờ lúc Mặt Trời mọc hoặc lặn do người quan sát ở trên mặt
nghiêng hướng Nam cũng sẽ được cho bởi công thức trên, nếu ngày quan sát
ở trong khoảng 22/09 và 21/03 và địa phương quan sát ở Bắc Bán Cầu. Sở dĩ
như vậy là vì trong khoảng thời gian này góc lệch δ là âm và mặt phẳng
chuyển động của Mặt Trời cắt mặt nằm ngang theo một đường Đơng Tây nằm
phía Nam của đường Đơng Tây đi qua người quan sát trên mặt nghiêng. Tuy
nhiên, nếu ngày quan sát nằm trong khoảng 21/03 và 22/09 thì góc giờ lúc
Mặt Trời mọc hoặc lặn sẽ nhỏ hơn về giá tri so với giá trị cho trong phương
trình trên và sẽ thu được bằng cách thay θ = 900 vào phương trình theo hướng
ω z = cos −1 (−tg (ϕ − β )tgδ )

Nam

Như vậy, giá trị của ωst đối với một mặt nghiêng hướng Nam ở Bắc
Bán Cầu là nhỏ hơn giá trị được cho theo phương trình trên

Đai học Bách Khoa Hà Nội

Nguyễn Trường Minh