Nghiên cứu nâng cao hiệu suất thiết bị chưng cất nước bằng năng lượng mặt trời

v



MC LC

Trang tựa Trang
Quyt định giao đề tài
Lý lịch khoa học i
Li cam đoan ii
Li cm ơn iii
Tóm tắt ni dung luận văn iv
Mc lc v
Danh sách các chữ vit tắt vi
Danh sách các bng vii
Danh sách các hình viii
Chơng 1.TNG QUAN 5
Chơng 2.CăS LÝ THUYT 23
Chơng 3.TÍNH TOÁN VÀ THIT K 46
Chơng 4.THÍ NGHIMăVÀăĐÁNHăGIÁă 58
Chơng 5.KTăLUNăVÀăKINăNGH 70
TÀI LIU THAM KHO



vi

DANH SÁCH CÁC CH VIT TT

c
p
Nhit dung riêng ca nc (J.kg
-1
.K
-1
)
Q
s
Nhit lng cn thit đun sôi nc (W)
Q
bh
Nhit lng cn thit để nc bay hơi (W)
r nhit ẩn hóa hơi.(J/kg)
Q
u
Năng lng sử dng (W)
Q
l
Năng lng tht thoát (W)
Q
l-DL
Nhit lng tht thoát đi lu (W)
Q
l-BX
Nhit lng tht thoát bc x (W)
Q
p

Năng lng đn b tập trung parapol (W)

A
r
Din tích bề mặt hp th bc x (m
2
)
k H s đi lu
T
r
nhit đ ca nồi (
o
C)
T
a
Nhit đ môi trng (
o
C)
ξ H s phát x toàn phn ca vật thực
α Hằng s stefan-Boltzamn
A
a
Din tích khẩu đ parapol (m
2
)
D
a
Đng kính Parapol (m)

vi



I
b
Cng đ bc x mặt tri trung bình (W/m
2
)
Ψ
rim
Góc phn x gii hn ca tia tơi bc x mặt tri
h Chiều cao ca Parapol (m)
f Tiêu cự Parapol (m)
F Tiêu điểm Parapol (m)

vii



DANH SÁCH CÁC HÌNH

HÌNH TRANG
Hình 1.1. Quỹ đo chuyển đng ca trái đt quanh mặt tri 6
Hình 1.2μ Các vùng trên trái đt 6
Hình 1.3. Quang phổ bc x mặt tri 8
Hình 1.3 : Thit bị chng ct nc dng bị đng 20
Hình 1.4 : Thit bị chng ct nc dng bị đng 20
Hình 1.5: Thit bị chng ct dùng bc 21
Hình 1.6.: Thit bị chng ct dng bậc thang 21
Hình 1.7: Thit bị chng ct dng ch đng 24
Hình 1.8.μ Chng ct nc vi b thu hình cu 25
Hình 2.1μ Đng cong parapol 28
Hình 2.2μ Các đng parapol có cùng khẩu đ và tiêu điểm F 29
Hình 2.3: Hình parapol tròn xoay 31
Hình 2.4: Phn x ca tia sáng khi ti gơng parapol 41
Hình 2.6. Các bọt hơi hình thành ti tâm sôi 43
Hình 2.7. Ngng giọt và ngng màng 45
Hình 3.1. Hình dng ca cho parapol sau khi ch to 52
Hình 3.2: Cu to nồi chng ct hơi nc đc ngng bên trong ng đồng 53



vii

Hình 3.3. Nồi chng ct hơi nc đc ngng bên trong ng đồng
sau khi ch to 53
Hình 3.4. Cu to nồi chng ct cho hơi nc ngng
phía ngoài ng đồng dẫn nc 56
Hình 3.5: Nồi chng ct cho hơi nc ngng t
phía ngoài ng đồng gii nhit sau khi ch to 56
Hình 4.1: Bc x mặt tri theo thi gian các gi trong ngày 60
Hình 4.2: Bc x mặt tri trong khong thi gian 10h00’ đn 11h00’ 61
Hình 4.3μ Lng nc chng ct thu đc trong từng gi ca mô hình 1 62
Hình 4.4: Tổng lng nc thu đc ca mô hình 1 62
Hình 4.5μ Lng nc chng ct thu đc trong từng gi ca mô hình 2 63
Hình 4.6: Tổng lng nc thu đc ca mô hình 2 64
Hình 4.7. Thi gian đun sôi 1,2 lít nc lúc bc x mặt tri 800 (W/m
2
) 66
Hình 4.8: Biểu đồ nh hng ca lng nc vi hiu sut thit bị trong
1 gi (10h-11h). 67
Hình 4.9: Nhit đ nc trong quá trình chng ct 68
Hình 4.10: nh hng ca lu lng làm mát đi nhit đ nc đu ra và
lng nc ct thu đc ca mô hình 2 khi thí nghim trong điều
kin bcx 750-800(W/m
2
). 69




viii

DANH SÁCH CÁC BNG

BNG TRANG
Bng 1.1: Sự phân b quang phổ chiu ca mặt tri ngoài bu khí quyển 7
Bng 3.1: Thông s kích thc nồi chng ct nc: 47
Bng 3.2μ Cng đ bc x mặt tri trong ngày 48
Bng 3.3: Thông s kích thc ca b tập trung Parapol 52

Luận Văn



5



Chngă1:
TNG QUAN
1.1. Tng quan v ngunănĕngălng mt tri
Năng lng mặt tri là nguồn năng lng tự nhiên rt ln, có  khắp nơi mà con
ngi đư bit ng dng từ lâu đi, nó là nguồn năng lng vô cùng quan trọng đi
vi sự tồn ti và sự phát triển ca sự sng trên trái đt. Tuy nhiên, sự khai thác
nguồn tài nguyên này hãy còn nhiều hn ch. Vi sự tiêu th năng lng ngày càng
gia tăng, nguồn năng lng hóa thch ngày càng cn kit ngi ta buc phi tìm
nguồn năng lng bổ sung nh năng lng ht nhân, năng lng mặt tri, năng
lng sinh họcầ Mt trong các nguồn năng lng đc các nhà nghiên cu trên
th gii rt quan tâm là năng lng mặt tri, tuy là loi năng lng siêu sch, vô

tận và  đâu cũng có nhng ng dng trên quy mô ln thì không d vì nó có những
đặc điểm riêng.
1.1.1. Mt tri.
Mặt tri là qu cu có đng kính 1,39 x 10
6
km, có nhit đ rt cao,  vùng trung
tâm mặt tri có xy ra các phn ng nhit hch nên nhit đ đt đn hàng chc
triu đ. Nhit đ hữu hiu  bề mặt ngoài mặt tri khong 5762
o
K, quang phổ
bc x mặt tri gn ging vi quang phổ bc x ca vật đen tuyt đi có cùng nhit
đ.
Trái đt có đng kính 1,27 x 10
4
km, khong cách trung bình giữa mặt tri và
trái đt là 1,50 x 10
8
km, khong cách xa nht ca mặt tri vi trái đt là vào ngày
21/6 (h chí) là 95,9 x 10
6
miles, khong cách ngắn nht vào ngày 21/12 (đông chí)
là 89,83x10
6
miles, nh vậy khong cách giữa mặt tri và trái đt thay đổi trong
khong 150 x 10
6
km ±1,7%.
Luận Văn

6



Trái đt quay xung quay mặt tri trên mt mặt phẳng elip gọi là mặt phẳng hoàng
đo, trái đt quay quanh mặt tri 1 vòng là 365 + 1/4 ngày, quỹ đo chuyển đng
ca trái đt quanh mặt tri gọi là đng hoàng đo.
Trái đt vừa quay quanh mặt tri trên đng hoàng đo đồng thi vừa xoay
quanh trc ca nó nghiên vi mặt phẳng hoàng đo mt góc là 23,5
0
, mi vòng
quay quanh trc ca nó là là 24h. Sơ đồ nguyên lý chuyển đng ca trái đt quanh
mặt tri và tự xoay quang trc ca nó thể hin hình 1.1.

Hình 1.1. Quỹ đo chuyển động ca trái đất quanh mặt trời

Do trái đt vừa chuyển đng xoay
quanh trc ca nó vừa quay quanh
mặt tri nên bc x mặt tri chiu
trên các vùng trên bề mặt trái đt
cũng khác nhau.
Từ hình 1.1 ta cũng nhận thy vào
các ngày 21/3 (ngày xuân phân) và
ngày 21/9 (ngày thu phân) mặt tri
chiu thẳng vào xích đo, còn ngày
Hình 1.2: Các vùng trên trái đất
Luận Văn

7



21/6 (ngày h chí) mặt tri chiu thẳng vào chí tuyn bắc, còn ngày 21/12 (ngày
đông chí) mặt tri chiu thằng vào chí tuyn nam. Nh vậy các vùng có vĩ đ trên
23,5
0
mặt tri không bao gi qua đỉnh đu lúc 12h.
1.1.2. Quang phổ bc x mặt tri
Vì nhit đ ca bề mặt tri rt cao (5762
0
K) nên mặt tri phát ra bc x vào vũ
tr theo tt c các phơng, λλ% năng lng bc x tập trung trong dãi quang phổ
có bc sóng 0,2≤≤3 m, kh năng bc x đơn sắc đt cực đi ng vi bc sóng

m
= 0,5 m. Trong thành phn quang phổ bc x mặt tri: Tia tử ngoi (=4x10
-3
–
0,38 m ) chim 8,7% dãi ánh sáng ( = 0,38 – 0,76 m) chim khong 44,6%, di
hồng ngoi (=0,76 -10
3
m) chim 45,4%.
Bng 1.1 cho chúng ta thy tình trng phân b quang phổ chiu ca bc x mặt
tri ngoài bu khí quyển.
Bng 1.1 : Sự phân bố quang phổ chiếu ca mặt trời ngoài bầu khí quyển
Di quang phổ
Khong bc sóng

Cng đ
chiu, W/m
2

Tỉ l % tổng x
Tia vũ tr
Tia x
Ngoài tia tử ngoi
Tia tử ngoi
Tử ngoi C
Tử ngoi B
Tử ngoi A
Tia sáng nhìn thy
Kh kin - A
Kh kin - B
Kh kin – C
Hồng ngoi tuyn

Đn 1,0 nm
Đn 2,0 nm

0,2 – 0,28 m
0,28 – 0,32 m
0,32 – 0,4 m

0,4 – 0,52 m
0,52 – 0,62 m
0,62 – 0,78 m

6,978 x 10

-5
6,978 x 10
-7

6,978 x 10-4


7,864 x 10
-6

2,122 x 10
1

8,073 x 10
1


2,240 x 10
2

1,827 x 10
2

2,280 x 10
2

0,57
1,55
5,90

16,39
13,36
16,68

Luận Văn



8



Hồng ngoi – A
Hồng ngoi – B
0,78 – 1,4 m
1,4 – 3,0 m
4,125 x 10
2

1,836 x 10
2

30,18
13,43
Nh vậy từ bng 1.1 ta nhận thy, trong dãi quang phổ từ 0,20 – 3 m, tổng lng

bc x chim 98,07%, còn phn năng lng chim vi >3 m là rt nh. Còn
trong di quang phổ 0,40 ≤≤3,0 m, tổng năng lng chim λ1,04%, đặc điểm
quang phổ này liên quan chặt ch vi tính năng sử dng năng lng mặt tri sau
này.
Quang phổ bc x mặt tri ngoài bu khí quyển thể hin trên đồ thị quang phổ
bc x nh hình 1.3

Hình 1.3.Quang phổ bc x mặt trời
Cng đ bc x mặt tri chiu đn 1m
2
bề mặt đặt vuông góc vi tia bc x phía
ngoài bu khí quyển là I
b
=1367±7W/m
2
đc gọi là hằng s bc x mặt tri. Nu
xem mặt tri là mt vật đen tuyt đi có đng kính là D=1,395 x 10
6
km thì din
tích bề mặt mặt tri là 6,131 x 1018 m
2
, do đó năng lng bc x từ bề mặt mặt tri
phát ra t phơng s là:
(5,67 x 10
-8
) x (6,131 x 10
18
) x 5762
4
= 3,832 x 10

26
W
Luận Văn



9



Trái đt có bán kính r=6436 km, khong cách giữa mặt tri và trái đt R=150,6 x
10
6
km , do đó phn năng lng chiu lên bề mặt ngoài ca lp khí quyển s đn trái
đt:
22
8
2 2 2
.6436
4,56 10 %
4 4 (150,6 10 )
r
R



  


Tỷ l này rt nh so vi so vi tổng năng lng bc x trên bề mặt mặt tri về s

lng khong:
8,832 x 10
26
x 4,56 x 10
-8
% = 17,48 x 10
16
W
Tuy nhiên nó vẫn là nguồn năng lng khổng lồ so vi nh cu năng lng tiêu dùng
trên trái đt.
Vì đây là nguồn năng lng tái sinh, siêu sch, khổng lồ nên đc nhiều nhà nghiên
cu trên th gii quan tâm tận dng  nhiều góc đ khác nhau, ví d về khía cnh hiu
ng quang đin, ngi ta nghiên cu ch to các pin mặt tri có giá thành thp, hiu
sut cao để sán xut ra năng lng tiêu dùng, về hiu ng quang nhit ngi ta nghiên
cu để sn xut nc nóng, sn xut nc ngọt từ nc biển, sy, siầ và mc đích
cao nht là sn xut đin năng, hiu ng quang hp và quang hóa cũng đc quan tâm
mnh m, đặc bit là  những nc có kỹ thuật và công ngh cao.
Về khía cnh khác năng lng bc x mặt tri trên bề mặt trái đt có tính phân tán,
thay đổi theo thi gian và tht thng cho nên cũng có những nhà nghiên cu thử
nghim theo hng sử dng năng lng mặt tri phía ngoài vũ tr. Đư có những đề án
tính toán, thử nghim sn xut đin năng bằng cách lắp ráp ngoài khong không vũ tr
mt h thng pin mặt tri có din tích ln ( phía ngoài vũ tr, cng đ bc x mặt
tri ổn định không có ngày đêm vi hằng s mặt tri I
s
=1367W), năng lng thu đc
s chuyển thành bc sóng ngắn truyền về trái đt, trái đt tip thu chuyển thành năng
lng thông dng. Cũng có những đề án phóng và lắp ráp ngoài vũ tr ba h thng
gơng phn x quay theo quỹ đo khác nhau tính toán trc để phn x về mt vùng
nht định trên trái đt (mi gơng phn x chiu trong 8h nh vậy vùng này s đc
Luận Văn

10



chiu nắng sut 24h và các thit bị sn xut đin năng s đc đặt ti đy để ng
dngầ
Tuy nhiên, vic ng dng khai thác nguồn năng lng này đang còn dừng  mc đ
nht định vì cn phi có kỹ thuật cao, kinh phí đu t nghiên cu và giá c cnh tranh
đc trong sn xut đin năngầ nghĩa là tơng lai rt sáng sa nhng cn phi có
thi gian.
1.1.3. Lch s cácăgianăđon phát trin ng dngănĕngălng mt tri.
Về lịch sử, con ngi đư bit ng dng năng lng mặt tri từ hơn 3000 năm trc.
Hằng trăm năm trc công nguyên, ngi Trung Quc đư bit ch gơng cu lm
bằng cách đánh bóng để ly lửa từ năng lng mặt tri, Archimet đư bit tập trung
vài trăm gng đồng đánh bóng để tập trung năng lng mặt tri đt cháy chin
thuyền giặcầ Tuy nhiên, vic bin nguồn năng lng mặt tri thành nguồn năng
lng chính thng và cung cp đng lực để sử dng chỉ khong 400 năm gn đây.
Căn c trên vic ng dng nguồn năng lng mặt tri nh là mt nguồn năng
lng và cung cp đng lực, các nghiên cu và ng dng phân quá trình phát triển
và ng dng năng lng thành tám giai đon:
1- Giai đon 1: 1615 – 1900
Có thể xem đây là giai đon lịch sử cận đi, mi giai đon đc đánh du bằng
mt s công trình đặc trng. Ví d, năm 1860 công trình s ngi Pháp ch to
bp mặt tri dùng gơng phn x parpol cùng cho quân đi Châu Phi, ch to
máy phát đng lực công sut 1,6Hp, ch to máy phát đng hơi nc dùng năng
lng mặt tri cho máy in ầ. Và mt s công trình khác.
2- Giai đon 2: 1901 – 1920

Trọng điểm ca các nhà nghiên cu trên th gii ch yu tập trung vào h thng
thit bị đng lực dùng năng lng mặt tri nhng phơng thc tập trung rt đa
dng.Bắt đu sử dng collector mặt tri dng tm phẳng vi các môi cht có
điểm sôi thp.Quy mô thit bị càng ln, công sut ti đa đt đn 73,55kW, giá
Luận Văn



11



trị sử dng tăng lên tuy nhiên giá thành còn cao. Năm 1λ01, ngi Mỹ ch to
thành công thit bị bơm nc sử dng năng lng mặt tri, gơng phn x tự
đng điều chỉnh theo phơng vị mặt tri đc ng dng công sut là 7,36kW.
Năm 1λ02 – 1908, các nhà nghiên cu Mỹ đư ch to 5 h thng phát đng
lực dng piston, dùng môi cht là NH
3
và mt s lãnh cht khác sôi  nhit đ
thp kt hp vi collector mặt tri dng tm phẳng. Năm 1λ13, vi sự hp tác
nghiên cu ca nhiều nhà ch to mt h thng phát đng lực công sut 5,4 x
10
4
W vi 5 b phn x ánh sáng dng gơng parapol máng, mi h thng
gơng dài 62,5m, rng 4m, tổng din tích là 1250m
2
ầ
3- Giai đon 3: 1921-1945
Do nhiên liu hóa thch đc khai thác vi sn lng ln, đồng thi bị nh
hng ca chin tranh th gii th 2 nên giai đon này có thể xem là thoái trào

ca vic nghiên cu và s đề tài nghiên cu cũng gim đi rt nhiều,
4- Giai đon 4: 1946 – 1965
Hai mơi năm sau kt thúc chin tranh th gii th 2, các nhà nghiên cu li tập
trung chú ý vào khai thác sử dng du m, khí thiên nhiên. Nhu cu sử dng
năng lng trên th gii tăng rt nhanh, trong khi đó nguồn năng lng hóa
thch ngày càng cn kit, khó đáp ng lâu dài, do đó còn ngi đư sm chuẩn bị,
tìm kim mt nguồn năng lng mi và rt coi trọng khai phá nguồn năng
lng mặt tri. Trong giai đon này, các nhà khoa học đư có sự hp tác về nhiều
mặt, đi sâu nghiên cu về cơ s lý luận và ch to vật liu mi phù hp cho vic
ng dng năng lng mặt tri.Giai đon này cũng đư tìm ra vật liu lp ph hp
th chọn lọc, các trung tâm nghiên cu năng lng mặt tri cp quc gia đư
thành lập để hp tác lực lng nghiên cu và trang bị đy đ hơn. Tháng
10/1954, n Đ thành lập hip hi nghiên cu ng dng năng lng mặt tri, là
tiền thân Hip hi ng dng năng lng mặt tri ngày nay (ISES), tháng
12/1955, Mỹ đư m hi nghị triển khai ln về ng dng năng lng mặt tri, có
Luận Văn



12



hơn 37 quc gia tham gia và hơn 3 vn khách tham quan. Năm 1λ55, nhà bác
học Tabor và mt s cng sự ln đu tiên đề xut cơ s lý luận về bề mặt hp
th quang phổ có tính chọn lọc, phát hin nguyên lý hồ mặt triầ Năm 1λ60,
ngi mỹ ch to máy lnh hp th NH
3
-H
2

O dùng collector phẳng phc v cho
điều hòa không khí vi năng sut 5 tn lnhầngoài ra còn nhiều công trình
nghiên cu khác đc thực hin trong giai đon này.
5- Giai đon 5: 1966 – 1973.
Công tác nghiên cu ng dng năng lng mặt tri trong giai đon này bị đình
tr, sự tin triển rt chậm, nguyên nhân ch yu là kỹ thuật sử dng năng lng
mặt tri cha thành tho, còn trong giai đon trng thành, các thit bị năng
lng mặt tri kích thc quá ln, hiu sut thpầnên khó cnh tranh vi
nguồn năng lng truyền thng. Chính vì vậy nó rt khó phổ cập đi trà, đồng
thi không đc các công ty ln và chính ph trọng thị.
6- Giai đon 6: 1973 – 1980
Tháng 10/1973 xy ra chin tranh trung cận đông khin cho du m tr thành
vũ khí, sn lng du gim, giá c tăng nên nh hng không nh đn nền kinh
t ca các quc gia phát triển. Điều này mt cách khách quan khin ngi ta
nhận thc rằng cơ cu ca nguồn năng lng hin thi cn đc ci bin, nhanh
chóng hng ti nguồn năng lng mi để bổ sung kịp thi. Trong giai đon
này, rt nhiều các quc gia, đặc bit là các nc phát triển tăng cng sự ng h
đi vi vic sử dng năng lng mặt tri. Trên phm vi toàn th gii, li bc
phát phong trào khai phá sử dng năng lng mặt tri. Trong giai đon này có
những đặc điểm sau:
a. Các quc gia tăng cng quy hoch công tác nghiên cu sử dng năng lng
mặt tri, không ít các quc gia đư đặt các k hoch ngắn hn và dài hn về
vn đề này chính ph cũng rt quan tâm to điều kin. Hp tác quc t cũng
tăng vọt, chuyên gia nghiên cu cũng có sự nghiên cu cũng có sự hp tác
Luận Văn



13

chặt ch trên nhiều lĩnh vực, tăng cng giao lu trao đổi kinh nghim qua
các cuc hi tho quc t.
b. Lĩnh vực nghiên cu không ngừng m rng, công tác nghiên cu ngày càng
đi vào chiều sâu, qua đó đư thu đc mt s thành qu quan trọng. Ví d:
phn quang tập trung năng lng, ng nhit mặt tri chân không, h thng
sử dng năng lng mặt tri để phát đinầ
c. Thit bị đun nc nóng bằng năng lng mặt tri phổ cập hóa, nhiều công
trình quy mô ln bắt đu hoàn thành.
7- Giai đon 7: 1981 – 1991
Trong giai đon này, sự phát triển ng dng năng lng mặt tri có phn gim
sút, nhiều quc gia gim kim nghch nghiên cu trong đó Mỹ là nc đt xut
nht. Nguyên nhân ch yu ch yu dẫn đn tình trng này là do: giá du m
gim, trong khi đó giá thành thit bị năng lng mặt tri còn quá cao, năng
lng nguyên tử phát triển tơng đi mnh dẫn đn sự hn ch này. Tuy nhiên,
vic nghiên cu ng dng mặt tri trong giai đon này có phn bị hn ch
nhng không gián đon và cũng đt đc những thành qu nht định. Ví d:
1981 – 1λλ1 đư thit lập đc 22 trm phát đin công sut trên 500kW, 1985 –
1991 Mỹ đư đa vào hot đng nhà máy phát đin mặt tri dng nhit đin tổng
dung lng đt 354MW, nhiều công trình ln khác cũng đang phát triển.
8- Giai đon 8: từ năm 1λλ2 đn nay
Sự tiêu hao năng lng hóa thch để tha mãn nhu cu năng lng quá ln đư
gây nh hng đn ô nhim tác hi môi trng không nh, th gii đư có những
cuc hi nghị để đánh giá và hn ch nh hng này.
Công ngh nguyên tử nhiều u điểm nhng đồng thi cũng bc l nhiều
nhc điểm cht ngi khó khắc phc và để li hậu qu lâu dàiầnhững sự c
ln về nhà máy nguyên tử liên tip xy ra gây nh hng nghiêm trọng đn
nhiều quc gia khin các nc phi có sự đánh giá li về nguồn năng lng sử
Luận Văn

14



dng trong tơng lai, trong đó nguồn năng lng mặt tri rt đc coi trọng
trong vic đu t quy mô về nghiên cu cơ bn về lý thuyt và thit bị.
Đặc điểm ca quá trình nghiên cu trong giai đon này là:
a. Nghiên cu sử dng năng lng mặt tri kt hp vi vic bo v môi trng
b. Vi sự phát triển khoa học công ngh toàn din trong giai đon này nh
công ngh vật liu, công ngh ch to, máy tính, dng c đó và tự đng
hóa, đư to điều kin cho công tác nghiên cu ng mặt tri nâng lên tm
mi. Đề tài và quy mô rt đa dng và có chiều sâu hơn, hiu sut thit bị
đc nâng cao, giá thành sn phẩm gim nên vic sử dng phổ cập có phn
thuận li.
c. Nhiều nc phát triển đư tăng cng kinh phí cho nghiên cu về năng lng
mặt tri, hp tác quc t m, quy mô ln đc tăng cng nhằm vào ng
dng công nghip. Chính vì vậy, giai đon này cũng đư thu đc các kt qu
nghiên cu có hiu qu to ln, đt nhiều hy vọng mi cho tơng lai.
1.1.4 VaiătròăvƠăđcăđim caănĕngălng mt tri.
Con ngi đư bit sm ng dng nguồn năng lng mặt tri, nhng đc coi
là nguồn năng lng đc thác để cung cp đng lực thì chỉ gn đây.
ng dng năng lng mặt tri là lĩnh vực quan trọng trong vic khai phá, li
dng nguồn năng lng tự nhiên này. Căn c vào phơng thc chuyển đổi năng
lng, vic ng dng nghiên cu này dựa trên bn phơng thc cơ bn gồm có:
- Chuyển đổi năng lng mặt tri thành nhit năng (dựa trên hiu ng quang
nhit)
- Chuyển đổi thành đin năng trực tip (hiu ng quang đin)

- Chuyển đổi thành hóa năng (hiu ng quang hóa)
- Hiu ng quang hp
Tùy theo phơng thc sử dng mà thit bị cũng khác nhau. Đặc điểm ca nguồn
năng lng mặt tri là:
Luận Văn



15



- Nguồn năng lng này có tính phổ bin: Bt kì  đâu cũng có nguồn năng lng
mặt tri, nó không cn sự vận chuyển đn đy là mt đặc điểm vô cùng quan
trọng
- Nguồn năng lng vĩnh cửu: Vì nó là nguồn năng lng tái sinh liên tc ổn định
- Nó là nguồn năng lng cực lnμ Nh chúng ta đều bit, nguồn năng lng bc
x chiều đn trái đt rt ln, nó có thể tái sinh liên tc. Ngoài ra, nu khai thác
nguồn năng lng này  ngoài bu khí quyển thì có thể xem là vô tận
- Nó là nguồn năng lng siêu sch: Nguồn năng lng này không phi do đt
nhiên liu to nên, do đó không có bi, các khí đc hi và các vn đề khác.
Nhìn chung, nguồn năng lng này rt hp dẫn, tuy nó cũng có những nhc
điểm riêng cho nên vic khai thác không phi d:
- Nguồn năng lng có tính phân tánμ Nh chúng ta đều bit, cng đ bc x
mặt tri trên 1m
2
bề mặt không ln (t đa khong 1000 W/m
2
vào khong 11
gi - 13 gi), nó thay đổi liên tc trong ngày từ sáng đn chiều, thay đổi theo

mùa trong nămầ và nhiều điều kin khác nên rt khó khai thác để tr thành
nguồn đng lực. Thit bị ng dng năng lng mặt tri mun có công sut ln
phi có din tích thu năng lng mặt tri ln nên hiu sut thp, giá thành sn
xut cao, bo trì phc tp, thit bị phơi ngoài tri nên chịu nh hng tác đng
rt ln ca môi trngầ
- Nguồn năng lng không ổn địnhμ Nó thay đổi liên tc theo thi tit trong
ngày, ban đêm không có năng lng này, ngoài ra nó còn thay đổi theo địa
hìnhầ
Do vậy, mun ng dng năng lng mặt tri để tr thành nguồn năng lng
chính thng to nên đng lực không phi đơn gin, nó đòi hi sự phát triển công
ngh toàn din nh công ngh vật liu, công ngh ch toầ và nhiều điều kin
khác.
Luận Văn



16



1.2. Tngăquanăchungăchngăctămc bngănĕngălng mt tri
1.2.1. Tng quan v vai trò caănc sch.
Nc tồn ti trong mọi hình thc sng, tt c các sinh vật sng đều cha nc
trong cơ thểμ cơ thể con ngi bao gồm 60% lng nc, con cá cha khong 80%
và thực vật cha khong 80% - λ0%. Nc cũng cn thit để xy ra các phn ng
hóa học giữa các t bào sng và trong môi trng nc các t bào này mi đc
hình thành.Nc cn thit để cho vn đề sn xut lơng thực bền vững. Cũng nh
tt c h sinh thái sng, sự phát triển ca con ngi cũng dựa vào chu kì thy văn.
Nc bao ph 70% din tích toàn cu. Hơn nữa, hơn λ7% nc này (nc mặn và
không phù hp cho ti tiêu) nằm  đi dơng. Nc ngọt chỉ có 3% ca tổng s

nc trên hành tinh chúng ta.Trong tỉ l thp này, sông hồ chỉ chim 0.3%, phn
ln còn li lu trữ  các mũ cực và sông băng.Bể nc ngọt phân b không đều
trên bề mặt toàn cu.Ví d nh các quc gia phơng tây có trữ lng nc ngọt rt
ln mà dân s li ít.Trong khi đó mt s đo, quc gia nhit đi thì thiu nc
trm trọng kt hp vi vic tăng trng dân s nên vn đề nc sch càng ngày
càng khó khăn.Điều này chng t phân phi nc trên toàn th gii và nc ung
cha tơng xng vi nhu cu ca từng vùng.
Theo báo cáo năm 2007 ca tổ chc y t th gii, hin có 1,1 tỷ ngi không
đc tip cận đc vi nguồn nc ung sch tiêu chuẩn, 88% trong s 4 tỷ ca
bnh tiêu chy hằng năm có nguyên nhân do nc không an toàn và thiu v sinh,
và 1.8 triu ngi cht vì bnh tiêu chy mi năm . WHO c tính rằng 94% các
ca tiêu chy có thể ngăn ngừa thông qua vic ci to môi trng, bao gồm tip cận
các nguồn nc na toàn.
Nc sch là mt vn đề ln, có tính toàn cu, đặc bit là đi vi những nơi khan
him nc nh các vùng sa mc, vùng hi đo, vùng núi cao, ni hẻo lánh hay
những địa phơng có nguồn nc bị ô nhim nặng.
Luận Văn



17



Nhu cu nc sch đa dng, chia làm 4 loi chính:
- Nc ct tinh khit: dùng cho các trung tâm y t, công sut nh (mt vài
lít/ngày).
- Nc sch ung đc: dùng cho các t điểm đông ngi (trng học, cơ quan),
cn công sut vài chc đn vài trăm lít/ngày)
- Nc sch dùng cho sinh hot: mi h gia đình cn trung bình khong vài

m
3
/ngày.
- Nc sch dùng cho nông nghip và sn xut công nghip.
Các phơng pháp thu hồi nc sch chia làm hai nhóm là nhóm các phơng
pháp dùng năng lng truyền thng và nhóm phơng pháp không dùng năng lng
truyền thng. Các phơng pháp dùng năng lng truyền thng sử dng các gii
pháp công ngh hin đi hơn, hiu sut và năng sut cao hơn và đc ng dng
rng rãi trên th gii, tuy nhiên, giá thành các phơng pháp này rt đắt và đòi hi
công ngh phc tp.
Nc ung cn tha mãn các yêu cu khắt khe nêu trong các tiêu chuẩn quc gia và
quc t.Những tiêu chuẩn này thng đc đa ra nồng đ ti thiểu và ti đa ca
các cht gây ô nhim.Kiểm tra trực quan không thể phán xét về cht lng nc.
Các quy trình xử lý đơn gin nh đun sôi hoặc sữ dng phin lọc than hot tính
không đ để xử lý ht các cht ô nhim. Phân tích hóa học, mặc dù tn kém, vẫn là
cách duy nht để có đc những thông tin cn thit về cht lng và hiu qu ca
phơng pháp lọc.
Mt s kỹ thuật đơn gin để xử lý nc ti nhà, nh khử trùng bằng clo, áp dng
các b lọc, khử trùng bằng phơi nắng mặt tri, lu trữ nc trong các bể cha an
toàn có thể cu sng nhiều mng ngi mi năm. Đi vi các nc đang phát triển
Luận Văn



18



nh nc ta, vic gim thiểu tử vong do các bnh liên quan đn nc sch là mt
mc tiêu chí ca y t cng đồng.

Các nguồn nc
- Nc ngm: Các lp đt đá có vai trò lọc tự nhiên đi vi nc ngm trc khi
đc dẫn ti các nhà máy xử lý. Nc ngm ly  đ sâu ln có đ sch vi
khuẩn khác cao, tuy nhiên nó cũng cha hàm lng ln các ion cht rắn hòa tan
nh các mui cacbonat và sunfat ca canxi và magiê. Tùy thuc vào các tng
lp nc đư chy qua, các ion khác cũng có thể có mặt nh là clorua hay
bicarbonate. Nc ngm thng đc xử lý sắt và mangan.
- Nc hồ vùng cao và các bể chaμ Thông thng nằm  đu nguồn h thng
sông, hồ cha  vùng núi cao thng đc định vị phía trên các khu dân c và
có thể bao quanh bi mt vùng bo v để hn ch kh năng nhim bẩn. Vi
khuẩn gây bnh thng  mc đ thp, nhng mt s vi khuẩn, đng vật
nguyên sinh hoặc to s có mặt. Nơi vùng cao là rừng hoặc than bùn, axit humic
có thể làm nc có màu. Nhiều nguồn nc vùng cao có đ PH thp thì cn
phi điều chỉnh xử lý li.
- H thng sông ngòi, kênh rch và hồ cha đt thp (nc mặt): có cha mt
lng vi khuẩn đáng kể, ngoài ra còn có cha to, cht rắn lơ lửng và mt lot
các thành phn hòa tan.
- Nc ly từ nc ma hoặc thu sơng từ khí quyền đặc bit (có thể đc sử
dng  vùng có mùa khô kéo dài hoặc có nhiều sơng mù hay chỉ có ít ma)
- Ngng t nc.
- Khử mặn nc biển hoặc nc thi bằng bằng phơng pháp chng ct hoặc
thẩm thu ngc
Luận Văn



19

Trong các ngunănc lit k  trên,ăđi vi các vùng hiăđo, ven bin thì
phngăăphápăchngăctăncăthƠnhănc sch là kh thi và có tính thực
tin cao nht.
1.3. Cácămôăhìnhăchngăctănc bngănĕngălng mt tri.
Đi vi các thit bị sn xut nc ngọt từ nc biển bằng phơng thc ng
dng nhit năng từ ngăng lng mặt tri tác đng đn quá trình bin đổi pha ca
nc biển đc phân thành hai loi: trực tip và gián tip. năm 1λλ2, Tiwari đề
xut khái nim c thể hơn về cách phân loi này và đc các nhà nghiên cu
chp nhận là:
1.3.1. H thngăchngăctănc bngănĕngălng mt tri dng b đng:
Trong thit bị này, b phận hp th năng lng mặt tri bin thành nhit
năng và thit bị ngng t đc b trí chung thành mt khi (thực hin hai chc
năng trong cùng mt thit bị), ví d thit bị chng ct dng bể phẳng, phn đáy
sơn đen và lp nc vừa thực hin chc năng bin năng lng bc x mặt tri
thành nhit năng rồi cung cp cho nc làm bc hơi, còn tm ph (lp kính)
vừa có chc năng làm cho bc x mặt tri xuyên qua, chng tổn tht đi lu
đồng thi là b ngng t. Thit bị loi này kt cu đơn gin, vật liu sử dng rẻ
tiền nên giá thành thp. Loi thit bị này còn tồn ti vn đề là các quá trình
truyền nhit và truyền cht xy ra trong cùng mt thit bị nên khó khắc phc
các nhc điểm, do đó sn lng và hiu sut thp.
Thit bị chng ct nc loi này đc nghiên cu và ng dng rt sm, về
nguyên lý cu to nh hình 1.4.
Luận Văn



20

Hình 1.4 : Thit bị chng ct nc dng bị đng



Nguyên Lý làm vic:
Về cu to cơ bn, nó là mt bể phẳng đc sơn mt lp vật liu hp th bc x
mặt tri mnh, phía trên cha mt lp nc biển vài cm. Phía trên có lp ph thông
thng là kính (cũng có thể pà plastic trong), phía di kính có rãnh hng nc
ngọt.
Hình 1.4 : Thit bị chng ct nc dng bị đng
Luận Văn



21



Khi bc x mặt tri có cng đ I
b
chiu đn kính đậy, mt phn nh bị phn x,
phn ln (trên 80%) xuyên qua kính và lp nc mng chiu vào đáy bể. Bề mặt
đen  đáy hp thu bc x mặt tri bin thành nhit năng để đun nóng lp nc làm
nc bc hơi (bề mặt lp nc có nhit đ T
w
s bc x tr tm kính vi quang phổ
bc sóng dài nên bị kính hp th, vì kính xem nh m đc vi các tia có bc
sóng >3um). Hơi nc bay lên tip xúc vi mặt kính có nhit đ T
g

<T
w
, hơi nh ẩn
nhit hóa hơi và ngng t thành nc, theo bề mặt mái nghiêng kính chy xung
máng hng nc ngọt.
Thit bị loi này kt cu đơn gin, d vận hành nhng cng đ bc x mặt tri
ng vi 1m
2
bề mặt không cao nên thit bị chim din tích ln, tổn tht nhiều và
hiu sut thp. Còn về cu trúc có nhiều dng khác nhau.

Hình 1.5: Thit bị chng ct dùng bc

Hình 1.6.: Thit bị chng ct dngbậc thang
Luận Văn



22



Khuyt điểm ch yu ca thit bị chng ct nc dùng năng lng mặt tri dng bể
phẳng.
Có 3 khuyt điểm sau đâyμ
Quá trình truyền nhit và truyền cht ca thit bị vô cùng phc tp, chịu nh hng
ca nhiều nhân t, mặt khác sự tác đng nh hng qua li đồng thi ca các nhân
t rt khó tách ra để xác định c thể. Để tìm bin pháp để nâng cao hiu sut ca
thit bị, nhiều học gi đư tin hành nhiều nghiên cu toàn din về lý thuyt cũng nh
mô hình thực nghim để tìm ra gii pháp thích đáng, trong đó quá trình truyền nhit

và truyền cht đóng vai trò vô cùng quan trọng.
1. Nu chúng ta hn ch ti đa tổn tht nhit qua đáy và vách xung quanh, b qua
vic tách giọt bị rơi trong quá trình ngng t thì năng lng bc x mặt tri
chiu vào thit bị ch yu đc đáy hp th và bin thành nhit truyền cho lp
nc biển, đồng thi to ra quá trình bc hơi, trao đổi nhit đi lu và trao đổi
nhit bc x vi tm ph.
Để nâng cao sn lng nc ngọt ca thit bị thì năng lng cung cp phi
đc tận dng ti đa. Mun vậy, tm kính ph cn phi có h s xuyên qua t
g

ln, đáy bể và lp nc phi có h s hp th cao, đồng thi gim thiểu các tổn
tht. Tuy nhiên nhit đ T
w
tăng cao thì các tổn tht cũng tăng, dẫn đn hn ch
tăng hiu sut.
2. Khi hơi nc nc ngng t trên bề mặt tm ph, quá trình này phi nh ẩn
nhit hóa hơi cho môi trng mà chúng ta đều bit thành phn này rt ln. Điều
này chng t thit bị chng ct nc dng truyền thng đư lưng phí mt lng
năng lng không nh, cn phi nghĩ bin pháp thu hồi.
Luận Văn



23



3. Quá trình truyền nhit và truyền cht bên trong thit bị là quá trình đi lu tự
nhiên nên cng đ trao đổi nhit và trao đổi cht rt nh, vì vậy cn nghĩ cách
khắc phc nhc điểm này.

Mc so sánh và đánh giá.
Để đánh giá mc đ hoàn thin ca thit bị ta cn phi có mc để so sánh.Vậy mt
thit bị loi này khá lý tng thì hiu sut đt ti đa là bao nhiêu? Thit bị có thể
xem là lý tng là thit bị có thể b qua tổn tht đáy và xung quanh, dung lng
nhit ca lp nc có thể b qua, cng đ bc x mặt tri, nhit đ môi trng,
tc đ gió có thể xem tc thi là ổn định. Theo tình toán ca Cooper (1973) thì hiu
sut ti đa có thể đt đc là 60%, còn thit bị trên thực t là đt 50%.
Nu tin thêm mt bc nữa về lý tng hóa thit bị này là toàn b năng lng bc x
mặt tri chỉ dùng để bc hơi nc, và hiu sut thit bị là 100%. Mt thit bị loi này
hot đng trong 8 gi vi cng đ bc x mặt tri bình quân là I
b
=800W/m
2
(ẩn nhit
hóa hơi ca nc xem nh L=24kJ/kg) thì sn lng nc chng ct ti đa trong 1ngày
là m
e
= 9,6 kg/m2 ngày. Thực t trong những ngày tt, thit bị chỉ đt đc
3.5~4.5kg/m2 ngày, còn bình quân c năm chỉ đt đc 1000kg/m
2
năm.Nh vậy hiu
sut chỉ đt đc khong 30%.

1.3.2. Thit bị chng ct nc năng lng mặt tri dng ch đng.
Trong h thng thit bị này, hai chc năng đc tách bit ra: mt b phận hp thu
năng lng mặt tri thành nhit để đun nc nóng thự hin nh các collector, mt
b phận th hai là b phận ngng t hot đng tách ra. Hai b phận này ghép chung
thành mt h thng gọi là h thng chng ct nc bằng năng lng mặt tri loi
ch đng. Nh đc tách ra nên d dàng khắc phc mt s nhc điểm dẫn đn hiu
sut đc nâng cao hơn.Trong thit bị chng ct nc sử dng năng lng mặt tri

dng bị đng ch yu dựa vào phơng thc đi lu tự nhiên, cng đ yu, mặc dù