TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ THU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TẠO NƯỚCNGỌT CHO TÀU CÁ XA BỜ

Đề Tài: Tính Toán Thiết Kế Bộ Thu Năng Lượng Mặt Trời Tạo Nước Ngọt Cho Tàu Cá Xa Bờ

TÓM TẮT

Tên đề tài : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ THU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

TẠO NƯỚC NGỌT CHO TÀU CÁ XA BỜ
Sinh viên thực hiện :
Số thẻ sinh viên : Nội dung :

- Chương 1: Tổng quan về năng lượng mặt trời
- Chương 2: Yêu cầu, nhiệm vụ thiết kế và cơ sở lý thuyết của thiết bị chưng cất nước
bằng năng lượng mặt trời
- Chương 3: Tính toán thiết kế bộ thu thiết bị chưng cất nước ngọt
- Chương 4: Tính chọn các thiết bị, lắp đặt và kết luận

i


Đề Tài: Tính Toán Thiết Kế Bộ Thu Năng Lượng Mặt Trời Tạo Nước Ngọt Cho Tàu Cá Xa Bờ
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT - ĐIÊN LẠNH

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: NGUYỄN THANH TÂM
Số thẻ sinh viên: 104120072

Lớp:12N1 Khoa:Công nghệ Nhiệt- Điện lạnh Ngành: Kỹ thuật Nhiệt
1. Tên đề tài đồ án:
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ THU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TẠO NƯỚC
NGỌT CHO TÀU CÁ XA BỜ
2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
Theo số liệu khí hậu thực tế ở vùng biển Đà Nẵng
4. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
- Chương 1: Tổng quan về năng lượng mặt trời
- Chương 2: Yêu cầu, nhiệm vụ thiết kế và cơ sở lý thuyết của thiết bị chưng cất nước
bằng năng lượng mặt trời
- Chương 3: Tính toán thiết kế bộ thu thiết bị chưng cất nước ngọt
- Chương 4: Tính chọn các thiết bị, lắp đặt và kết luận
Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
- Bản vẽ 1: Tổng quan về bộ thu ( A3)
- Bản vẽ 2: Bố trí hệ thống trên tàu ( A3)
- Bản vẽ 3: Kết cấu module bộ thu (A3)
- Bản vẽ 4: Các hình chiếu bồn sản xuất nước ngọt (A3)
5. Họ tên người hướng dẫn: TH.S BÙI THỊ HƯƠNG LAN
6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:
10/2/2017.
7. Ngày hoàn thành đồ án:
26/5/2017
Đà Nẵng, ngày 26 tháng 5 năm 2017
Trưởng Bộ môn ……………………..
Người hướng dẫn

ii

Đề Tài: Tính Toán Thiết Kế Bộ Thu Năng Lượng Mặt Trời Tạo Nước Ngọt Cho Tàu Cá Xa Bờ

LỜI NÓI ĐẦU
Trong bối cảnh khủng hoảng năng lượng như hiện nay, giá thành các nguồn năng
lượng ảnh hưởng trực tiếp đến kinh tế, đời sống của xã hội. Việc thiếu hụt năng lượng
cho tương lai là rất lớn, chính vì vậy chúng ta buộc phải tìm ra những nguồn năng lượng
mới để thay thế bổ sung cho các nguồn năng lượng truyền thống. Mặt khác các quá
trình sản xuất năng lượng như điện năng, nhiệt năng… gây ảnh hưởng rất lớn đến môi
trường cũng như cuộc sống sinh hoạt của con người.
Năng lượng mặt trời là một trong những nguồn năng lượng sạch nhất, tiềm năng
nhất để giải quyết các vấn đề trên. Ưu điểm chính là không tốn chi phí sản xuất và nhất
là nguồn năng lượng sạch không gây ảnh hưởng đến môi trường. Việc ứng dụng năng
lượng mặt trời đang được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi cho đời sống cũng như sản
xuất…
Việt Nam có một vị trí địa lý rất thuận lợi cho việc phát triển nguồn năng lượng
mặt trời khi chúng ta nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời, cũng như số giờ
nắng rất cao có thể phát triển tốt nguồn năng lượng này. Ở Việt Nam hiện nay năng
lượng mặt trời được sử dụng cho việc như chạy pin năng lượng mặt trời, sinh hoạt, cấp
nước nóng…
Mục tiêu của đề tài là nhắm vào các tàu đánh bắt cá, thủy sản. Mỗi chuyến ra
khơi luôn rất khó khăn về nguồn nước uống, sinh hoạt. Bình thường trước khi ra khơi
luôn tốn nhiều chi phí để mua, vận chuyển nước ngọt lên tàu để sử dụng trong những
ngày bám biển, vừa tốn công sức, tiền bạc lẫn diện tích các khoang chứa trên tàu. Từ đó
làm giảm năng suất của mỗi lần ra khơi.
Chính vì vậy em muốn đóng góp một chút công sức nhỏ bẻ của mình vào việc sử
dụng năng lượng mặt trời để tạo thiết bị có thể chưng cất nước ngọt từ chính nước biển
để mỗi chuyến ra khơi của các ngư dân được dễ dàng, năng suất đánh bắt vì thế cũng
tăng lên.
Vậy nên em đã quyết định chọn đề tài tốt nghiệp là :
“ Tính toán thiết kế bộ thu năng lượng mặt trời tạo nước ngọt cho tàu cá xa bờ ”

iii


Đề Tài: Tính Toán Thiết Kế Bộ Thu Năng Lượng Mặt Trời Tạo Nước Ngọt Cho Tàu Cá Xa Bờ

Trong suốt năm năm ngồi trên giảng đường trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng,
em đã được sự dạy dỗ và chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo trong trường, đặc biệt là
các thầy cô giáo trong khoa Công nghệ Nhiệt - Điện lạnh. Em xin chân thành cảm ơn:
➢ Toàn thể giáo viên trong trường Đại học Bách Khoa đã dạy dỗ, giúp em
trong suốt quá trình học tập.
➢ Toàn thể thầy, cô giáo trong khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh đã cung
cấp cho em những kiến thức bổ ích trong suốt quá trình học tập.
➢ Đặc biệt, em xin gửi những lời cảm ơn chân thành nhất đến cô giáo:
TH.S BÙI THỊ HƯƠNG LAN .Cô đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ
em trong suốt thời gian qua để em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình.
Trong quá trình tính toán, thiết kế đồ án chắc chắn không tránh khỏi những thiếu
sót. Em rất mong được sự chỉ bảo tận tình của các thầy, các cô để em có thêm những
kiến thức bổ ích làm hành trang bước vào đời.

iv


Đề Tài: Tính Toán Thiết Kế Bộ Thu Năng Lượng Mặt Trời Tạo Nước Ngọt Cho Tàu Cá Xa Bờ

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong đồ án này là trung thực và chưa
hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện đồ án này
đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong đồ án đã được ghi rõ nguồn gốc rõ ràng
và đươc phép công bố.

Đà Nẵng, ngày 26 tháng 5 năm 2017
SINH VIÊN

v


Đề Tài: Tính Toán Thiết Kế Bộ Thu Năng Lượng Mặt Trời Tạo Nước Ngọt Cho Tàu Cá Xa Bờ

MỤC LỤC

TÓM TẮT ....................................................................................................................... i
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ............................................................................ ii
LỜI NÓI ĐẦU .............................................................................................................. iii
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... v
MỤC LỤC..................................................................................................................... vi
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH ẢNH ......................................................... ix
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1 ................................................................................................................... 2
: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI.................................................... 2

1.1. MẶT TRỜI VÀ CẤU TẠO MẶT TRỜI ....................................................... 2
1.2. NĂNG LƯỢNG BỨC XẠ MẶT TRỜI ......................................................... 3
1.3. PHƯƠNG PHÁP TÍNH BỨC XẠ MẶT TRỜI ............................................. 4
1.3.1. Một số định nghĩa cơ bản: ........................................................................... 4
1.3.2. Bức xạ mặt trời truyền qua kính .................................................................. 5
1.3.3.Năng lượng bức xạ mặt trời ở Việt Nam ...................................................... 5
1.4. ƯU, NHƯỢC ĐIỂM NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ...................................... 9
1.4.1. Ưu điểm ...................................................................................................... 9
1.4.2. Nhược điểm ................................................................................................. 9
1.5. ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI................................................. 10

1.5.1. Thiết bị đun nước nóng bằng NLMT ........................................................ 10
1.5.2. Thiết bị sấy bằng NLMT ........................................................................... 10
1.5.3. Pin mặt trời ................................................................................................ 11
1.5.4. Nhà máy điện chạy bằng năng lượng mặt trời .......................................... 12
1.5.5. Thiết bị chưng cất nước ngọt ..................................................................... 13
1.5.6. Bếp nấu dùng NLMT................................................................................. 13
1.5.7. Động cơ Stirling chạy bằng NLMT.......................................................... 14
1.5.8. Thiết bị làm lạnh, điều hoà không khí bằng NLMT.................................. 14
1.6 . Một số ứng dụng của năng lượng mặt trời trên thế giới .............................. 15
1.6.1 . Cao ốc văn phòng sử dụng năng lượng mặt trời ...................................... 15
1.6.2. Cầu đi bộ sử dụng năng lượng mặt trời ..................................................... 16
1.6.3. Tàu 3 thân .................................................................................................. 16
vi


Đề Tài: Tính Toán Thiết Kế Bộ Thu Năng Lượng Mặt Trời Tạo Nước Ngọt Cho Tàu Cá Xa Bờ

1.6.4. Sân vận động World Games (Đài Loan) ................................................... 17
1.6.5 Nhà máy điện mặt trời PS20 (Tây Ban Nha) ............................................. 17
1.6.6.Hệ thống nấu ăn sử dụng năng lượng mặt trời ........................................... 18
1.6.7 Nhà máy điện mặt trời sản xuất điện cả đêm ............................................. 18
1.6.8. Máy bay năng lượng mặt trời .................................................................... 19
1.6.9. Nhà máy điện Greenough River ................................................................ 20
1.7. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG NLMT TẠI VIỆT NAM . 20
CHƯƠNG 2 ................................................................................................................. 22
YÊU CẦU, NHIỆM VỤ THIẾT KẾ VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ THIẾT BỊ
CHƯNG CẤT NƯỚC BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI .................................. 22

2.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ........................................................................... 22
2.1.1 Nhu cầu cấp thiết của nước ngọt ................................................................ 22

2.1.2 Hiện trạng hiện nay của các tàu cá đánh bắt xa bờ .................................... 23
2.1.3 Mục đích của đề tài..................................................................................... 25
2.2 Các công nghệ lọc nước mặn thành nước ngọt ............................................. 26
2.2.1 Phương pháp chưng cất nước ..................................................................... 26
2.2.2 Phương pháp thẩm thấu ngược RO ............................................................ 27
2.2.3 Phương pháp lọc nano ................................................................................ 28
2.2.4 Sử dụng năng lượng mặt trời ...................................................................... 30
2.2.5 Kết luận, chọn phương án........................................................................... 30
2.3.2 Yêu cầu, nhiệm vụ thiết kế ........................................................................ 31
CHƯƠNG 3: ................................................................................................................ 32
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ THU THIẾT BỊ CHƯNG CẤT NƯỚC ................. 32

3.1 Tổng quan 1 bộ thu ........................................................................................ 32
3.2 Nguyên lý hoạt động ..................................................................................... 32
3.3 Cấu tạo của 1 ống hấp thụ nhiệt .................................................................... 33
3.3.1 Chọn môi chất nạp ...................................................................................... 33
3.3.2 Chọn lượng môi chất nạp ........................................................................... 34
3.4 Các thông số của 1 bộ thu và cơ sở tính toán λ ............................................. 35
3.4.1 Tính chọn kích thước bộ thu....................................................................... 36
3.5 Tính toán bộ thu tạo nước ngọt ..................................................................... 37
3.5..1 Tính toán các thông số ............................................................................... 38
3.5.2 Tính hệ số toả nhiệt phức hợp từ ống kính d2 ra môi trường không khí .... 39
3.5.3 Phương trình cân bằng nhiệt trong bộ thu .................................................. 40
vii


Đề Tài: Tính Toán Thiết Kế Bộ Thu Năng Lượng Mặt Trời Tạo Nước Ngọt Cho Tàu Cá Xa Bờ

3.5.4 Phương trình truyền nhiệt trong ống .......................................................... 42
3.5.5 Tính chiều dài lớp cách nhiệt ..................................................................... 43

3.6 Chiều dày của lớp nước chưng cất ................................................................ 44
3.7 Độ nghiêng của tấm kính ............................................................................... 44
CHƯƠNG 4: ................................................................................................................ 45
TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ, LẮP ĐẶT VÀ KẾT LUẬN.................................. 45

4.1 Tính chọn các thiêt bị .................................................................................... 45
4.1.1 Ống chân không thu nhiệt........................................................................... 45
4.1.2 Gương phản xạ parabol .............................................................................. 47
4.1.3 Chọn tấm phủ trong suốt ............................................................................ 48
4.1.4 Lớp sơn phủ bề mặt hấp thụ ....................................................................... 49
4.1.5 Bồn sản xuất nước ngọt .............................................................................. 50
4.1.6 Tính chọn bơm nước biển........................................................................... 50
4.2 Chuẩn bị và lắp đặt thiết bị ............................................................................ 51
4.2.1 Chuẩn bị ...................................................................................................... 51
4.2.2 Lắp đặt thiết bị ............................................................................................ 52
4.3 Kết luận.......................................................................................................... 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 54

viii


Đề Tài: Tính Toán Thiết Kế Bộ Thu Năng Lượng Mặt Trời Tạo Nước Ngọt Cho Tàu Cá Xa Bờ

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH ẢNH
Hình 1. 1 Cấu tạo mặt trời ..................................................................................... 2
Hình 1. 2 Hình ảnh về mặt trời .............................................................................. 3
Hình 1. 3 Góc nhìn mặt trời................................................................................... 4
Hình 1. 4 Thiết bị nước nóng dùng năng lượng mặt trời .................................... 10
Hình 1. 5 Hệ thống sấy cacao bằng năng lượng mặt trời .................................... 11
Hình 1. 6 Đèn đường năng lượng mặt trời .......................................................... 11

Hình 1. 7 PIN năng lượng mặt trời ở nông thôn ................................................. 12
Hình 1. 8 Nhà máy nhiệt điện bằng năng lượng mặt trời .................................... 12
Hình 1. 9 Hệ thống chưng cất nước ngọt bằng năng lượng mặt trời................... 13
Hình 1. 10 Bếp nấu năng lượng mặt trời ở Đức .................................................. 14
Hình 1. 11 Động cơ Stirling ................................................................................ 14
Hình 1. 12 Tòa nhà Sun and the Moon Altar (Trung Quốc ) .............................. 15
Hình 1. 13 Cầu đi bộ Kurilpa .............................................................................. 16
Hình 1. 14 Thuyền Planet Solar .......................................................................... 16
Hình 1. 15 Sân vận động World Games (Đài Loan) ........................................... 17
Hình 1. 16 Nhà máy điện mặt trời PS20 (Tây Ban Nha) .................................... 17
Hình 1. 17 Bếp nấu ăn ở Shirdi, Maharashtra ..................................................... 18
Hình 1. 18 Nhà máy điện mặt trời Gemasolar..................................................... 19
Hình 1. 19 Máy bay năng lượng mặt trời ............................................................ 19
Hình 1. 20 Trang trại năng lượng mặt trời Greenough River ............................. 20
Hình 2. 1 Nước sạch ............................................................................................ 22
Hình 2. 2 Thành phần của nước biển................................................................... 24
Hình 2. 3 Vận chuyển nước ngọt lên tàu ............................................................. 24
Hình 2. 4 Phương pháp chương cất nước ............................................................ 26
Hình 2. 5 Phương pháp thẩm thấu ngược RO ..................................................... 27
Hình 2. 6 Thiết bị lọc nước dùng công nghệ RO ................................................ 28
Hình 2. 7 Phương pháp lọc Nano ........................................................................ 29
Hình 2. 8 Thiết bị lọc nước dùng công nghệ Nano ............................................. 29
Hình 2. 9 Chưng cất nước bằng năng lượng mặt trời .......................................... 30
Hình 3. 1 Tổng quan bộ thu tạo nước sạch.......................................................... 32
Hình 3. 2 Cấu tạo module bộ thu......................................................................... 33
Hình 3. 3 Kết cấu bộ thu có gương phản xạ parabol ........................................... 35
Hình 3. 4 Chu trình hoạt động của môi chất trong ống nhiệt .............................. 36
Hình 3. 5 Kích thước bể nước ............................................................................. 42
Hình 3. 6 Đường cong năng suất nước cất phụ thuộc cường độ bức xạ và chiều
dày lớp chưng cất................................................................................................. 44

Hình 4. 1 Gương parabol và cách tính s .............................................................. 47
Hình 4. 2 Đặc tính của bơm................................................................................. 51

ix


Đề Tài: Tính Toán Thiết Kế Bộ Thu Năng Lượng Mặt Trời Tạo Nước Ngọt Cho Tàu Cá Xa Bờ

Bảng 1. 1 Cường độ bức xạ trung bình ngày và trung bình năm .......................... 6
Bảng 1. 2 Lượng tổng xạ 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) ............................. 7
Bảng 1. 3 Số giờ nắng và cường độ bức xạ tại khu vực Tây Bắc ......................... 8
Bảng 2. 1 Kết quả kiểm tra thành phần nước trước và sau khi chưng cất .......... 31
Bảng 3. 1 Môi chất nạp của ống nhiệt và nhiệt độ làm việc ............................... 34
Bảng 3. 2 Các thông số của bộ thu ...................................................................... 39
Bảng 4. 1 Ảnh hưởng của các vật liệu khác nhau làm tấm phủ .......................... 49
Bảng 4. 2 Kiểm tra so sánh các dạng lớp phủ khác nhau .................................... 50

x


Đề Tài: Tính Toán Thiết Kế Bộ Thu Năng Lượng Mặt Trời Tạo Nước Ngọt Cho Tàu Cá Xa Bờ

MỞ ĐẦU
Mục đích thực hiện đề tài : Nhằm giúp cho ngư dân trong mỗi chuyến ra khơi không
còn lo lắng về vấn đề nước ngọt, giảm chi phí nhân công cho việc mua và vận chuyển
nước ngọt lên thuyền trước trước mỗi lần ra khơi,đồng thời tiết kiệm được không gian
đáng kể trên tàu thuyền, phục vụ tốt hơn cho việc đánh bắt đạt năng suất cao nhất .
Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu, phác thảo được mô hình thiết bị chưng cất nước ngọt từ
chính nước biển .

Phạm vi và đối tượng nghiên cứu: Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ở đây là trên tàu
công suất khoảng 200 CV với các thông số cơ bản :
• Chiều dài thiết kế L = 16,2m
• Chiều rộng thiết kế B = 4,5m
• Chiều cao mạn D = 2,2m
• Số thuyền viên n = 6 người
Với trung bình mỗi người dùng 5 lít nước/ ngày. Nên lượng nước cần chưng cất được
khoảng 30 lít/ngày
Số giờ nắng trong 1 ngày mà thiết bị hoạt động là 8 giờ ( từ 8h sáng đến 16h chiều )
Đia điểm thực hiện đề tài là Đà Nẵng
Phương pháp nghiên cứu : Lý thuyết kết hợp với các nguyên lý của các thiết bị đã có
trước đây
Cấu trúc của đồ án tốt nghiệp :
- Chương 1: Tổng quan về năng lượng mặt trời
- Chương 2: Yêu cầu, nhiệm vụ thiết kế và cơ sở lý thuyết của thiết bị chưng cất nước
bằng năng lượng mặt trời
- Chương 3: Tính toán thiết kế bộ thu thiết bị chưng cất nước ngọt
- Chương 4: Tính chọn các thiết bị và kết luận

SVTH: NGUYỄN THANH TÂM

GVHD: ThS. BÙI THỊ HƯƠNG LAN

1


Đề Tài: Tính Toán Thiết Kế Bộ Thu Năng Lượng Mặt Trời Tạo Nước Ngọt Cho Tàu Cá Xa Bờ

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

1.1. MẶT TRỜI VÀ CẤU TẠO MẶT TRỜI

Hình 1. 1 Cấu tạo mặt trời
Mặt trời là một khối hình cầu có đường kính 1,390.106km (lớn hơn 110 lần đường
kính Trái đất), cách xa trái đất 150.106km.Khối lượng Mặt trời khoảng Mo= 2.1030 kg.
nhiệt độ trung tâm mặt trời thay đổi trong khoảng 15600000K. Vật chất của mặt trời
bao gồm khoảng 92,1 % là Hydro; 7,8% Heli và 0,1 % là các nguyên tố khác.
Về cấu trúc, Mặt trời có thể chia làm 4 vùng, tất cả hợp thành một khối cầu khí khổng
lồ:
- Vùng nhân hay “lõi” Mặt trời: nằm ở trong cùng, có bán kính khoảng 150.103km,
nhiệt độ trung tâm khoảng 14 đến 20 triệu độ. Ở nhiệt độ như vậy, vật chất không giữ
được cấu trúc thông thường, nó trở thành plasma trong đó các hạt nhân của nguyên tử
chuyển động tách biệt với các electron. Khi các hạt nhân tự do có va chạm với nhau sẽ
xuất hiện những vụ nổ nhiệt hạch tạo nên nguồn năng lượng mặt trời. Đây là lò phản
ứng hạt nhân: 4 hạt nhân Hydro lại tạo ra một hạt nhận Heli, 2 Neutrino và một lượng
bức xạ 𝛾.
4H11  He24 +2 Neutrino + 𝛾
(1.1)
- Vùng trung gian: còn gọi là vùng “đổi ngược”, bán kính khoảng (150450).103
km, nhiệt độ (4,510).106 K là nơi nguyên tố Hydro hấp thụ tia 𝛾 và phát bức xạ sóng
dài. Vật chất ở vùng này gồm có sắt (Fe), canxi (Ca), natri (Na), stronti (Sr), crom (Cr),
kền (Ni), cacbon( C), silic (Si) và các khí như Hydro (H2), heli (He).
- Vùng đối lưu: bán kính khoảng (450 - 700).103 km, nhiệt độ khoảng 5800 4,5.106
K, gồm các dòng đối lưu lên xuống, chuyển nhiệt bức xạ ra xa bề mặt quang cầu.

SVTH: NGUYỄN THANH TÂM

GVHD: ThS. BÙI THỊ HƯƠNG LAN

2

Đề Tài: Tính Toán Thiết Kế Bộ Thu Năng Lượng Mặt Trời Tạo Nước Ngọt Cho Tàu Cá Xa Bờ

- Vùng quang cầu: bán kính khoảng (700- 703). 103 km, nhiệt độ khoảng 57005800K, gồm các bọt khí sôi sục, có chỗ tạo ra các vết đen, là các hố xoáy có nhiệt độ
thấp khoảng 4500K và các tai lửa có nhiệt độ từ 7000- 10000K.
Ngoài ra, Mặt trời còn có một lớp sắc cầu dày khoảng 3000km, tựa như một đám
cháy lớn. Ngoài cùng là vùng nhật hoa, là một tầng mây bụi khí có biên giới không ổn
định.

Hình 1. 2 Hình ảnh về mặt trời

1.2. NĂNG LƯỢNG BỨC XẠ MẶT TRỜI
Về mặt bức xạ nhiệt, mặt trời được coi là một nguồn phát bức xạ hình cầu chứa
nguyên tử Hydro, có đường kính D= 1,391.109 m, độ đen 𝜀 o= 1 và nhiệt độ bề mặt To=
5762 K.
Năng lượng sinh ra do phản ứng tổng hợp hạt nhân trong lòng mặt trời được chuyển
ra bề mặt và bức xạ vào không gian dưới dạng sóng điện từ với  = (0- ∞)
Đặc trưng của bức xạ mặt trời truyền trong không gian bên ngoài mặt trời là một
phổ rộng trong đó cực đại của cường độ bức xạ nằm trong dải 10-1 – 10 m và hầu như
một nửa tổng năng lượng mặt trời tập trung trong khoảng bước sóng (0,38 0,78) m đó
là vùng nhìn thấy của phổ.
Chùm tia truyền thẳng từ mặt trời gọi là bức xạ trực xạ. Tổng hợp các tia trực xạ và
tán xạ gọi là tổng xạ. Mật độ dòng bức xạ trực xạ ở ngoài lớp khí quyển, tính đối với
1m2 bề mặt đặt vuông góc với tia bức xạ, được tính theo công thức:
q= 𝜑D-T Co(To/100)4
(1.2)
ở đây 𝜑D-T là hệ số góc bức xạ giữa Trái đất và mặt trời
𝜑D-T = 𝛽 2/4
(1.3)

𝛽 là góc nhìn mặt trời và 𝛽 ≈ 32’ như hình 1.2
Co = 5,67 W/m2.K4 - Hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối

SVTH: NGUYỄN THANH TÂM

GVHD: ThS. BÙI THỊ HƯƠNG LAN

3


Đề Tài: Tính Toán Thiết Kế Bộ Thu Năng Lượng Mặt Trời Tạo Nước Ngọt Cho Tàu Cá Xa Bờ

Mặt trời

Trái đất
Hình 1. 3 Góc nhìn mặt trời
2

 2.3,14.32 
4
 360.60 
 5762 


2
.5,67. 
Vậy q 
  1353 W / m 
4
100



q gọi là hằng số mặt trời
Do khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trời thay đổi theo mùa trong năm nên 𝛽 cũng
thay đổi do đó q cũng thay đổi nhưng độ thay đổi này không lớn nên có thể xem q là
không đổi và được gọi là hằng số mặt trời.
Khi truyền qua lớp khí quyển bao bọc quanh trái đất các chùm tia bức xạ bị hấp thụ
và tán xạ bởi tầng ôzôn, hơi nước và bụi trong khí quyển, chỉ một phần năng lượng
được truyền trực tiếp tới bề mặt Trái đất. Phần năng lượng bức xạ mặt trời truyền tới bề
mặt Trái đất trong những ngày quang đãng ở thời điểm cao nhất vào khoảng 1000W/m2.
Năng lượng bức xạ mặt trời truyền ra ngoài có thể coi như là bức xạ của vật đen
tuyệt đối có cùng nhiệt độ.
Cường độ bức xạ toàn phần Eo=6,25.107 [W/m2]
Công suất bức xạ toàn phần Qo=Eo.F=3,8.1026 [W]

1.3. PHƯƠNG PHÁP TÍNH BỨC XẠ MẶT TRỜI
1.3.1. Một số định nghĩa cơ bản:
Yếu tố cơ bản xác định cường độ của bức xạ mặt trời ở một điểm nào đó trên trái đất
là quãng đường của nó đi qua. Sự mất mát năng lượng trên quãng đường đó gắn liền với
sự tán xạ, hấp thụ bức xạ và phụ thuộc vào thời gian trong ngày, mùa, vị trí địa lý.
Trong quá trình tính toán cần định nghĩa một khái niệm như sau :
Trực xạ: là bức xạ mặt trời nhận được khi không bị bầu khí quyển phát tán. Đây là
dòng bức xạ có hướng và có thể thu được ở các bộ thu kiểu tập trung (hội tụ).
Tán xạ: là bức xạ mặt trời nhận được sau khi hướng của nó đã bị thay đổi do sự phát
tán của bầu khí quyển.
Tổng xạ: là tổng của trực xạ và tán xạ trên một bề mặt (phổ biến nhất là tổng xạ trên
một bề mặt nằm ngang, thường gọi là bức xạ cầu trên bề mặt).
Cường độ bức xạ: (W/m2): là cường độ năng lượng bức xạ mặt trời đến một bề mặt
tương ứng với một đơn vị diện tích của bề mặt. Cường độ bức xạ cũng bao gồm cường
độ bức xạ trực xạ Etrx, cường độ bức xạ tán xạ Etx, cường độ bức xạ quang phổ Eqp.

Năng lượng bức xạ (J/m2): là năng lượng bức xạ mặt trời truyền tới một đơn vị diện
tích bề mặt trong một khoảng thời gian, như vậy năng lượng bức xạ là một đại lượng
bằng tích phân của cường độ bức xạ trong một khoảng thời gian nhất định
SVTH: NGUYỄN THANH TÂM

GVHD: ThS. BÙI THỊ HƯƠNG LAN

4


Đề Tài: Tính Toán Thiết Kế Bộ Thu Năng Lượng Mặt Trời Tạo Nước Ngọt Cho Tàu Cá Xa Bờ

Giờ mặt trời: là thời gian dựa trên chuyển động biều kiến của mặt trời trên bầu trời,
với quy ước mặt trời chính ngọ là thời điểm mặt trời đi qua thiên đỉnh người quan sát.
Giờ mặt trời là thời gian được sử dụng trong mọi quan hệ về góc mặt trời, nó không
đồng nghĩa với giờ theo đồng hồ.
Cường độ bức xạ mặt trời (BXMT) chiếu đến điểm M cách MT một khoảng Et.
Khi tia bức xạ Et đến khí quyển một phần nhỏ Et bị phản xạ, phần còn lại vào khí quyển
bị hấp thụ và tán xạ, phần còn lại sau cùng được truyền tới mặt đất gọi là tia trực xạ.
1.3.2. Bức xạ mặt trời truyền qua kính
Độ hấp thụ, truyền qua và phản xạ của vật liệu là hàm số của bức xạ truyền tới, độ dày
và chỉ số khúc xạ của lớp vật liệu đó. Hầu hết các bộ thu NLMT đề sử dụng kính làm
vật liệu che phủ bề mặt bộ thu vì tính chất quang học ưu việt của nó.
Hiệu ứng lồng kính:
Hiệu ứng lồng kính là hiện tượng tích luỹ năng lượng bức xạ của Mặt trời phía dưới một
tấm kính hoặc một lớp kính nào đó.
Có thể giải thích như sau: Tấm kính hoặc lớp khí có độ trong đơn sắc D giảm dần khi
bước sóng tăng. Còn bước sóng m khi E cực đại là bước sóng mang nhiều năng lượng
nhất, thì lại giảm theo định luật Wien = 2,9.10-3/T. BXMT phát ra từ nhiệt độ cao, có
năng lượng tập trung quanh sóng mo= 0,5m sẽ xuyên qua kính hoàn toàn. Bức xạ thứ

cấp, phát từ vật thu có nhiệt độ thấp, khoảng T ≤ 400K, có năng lương tập trung quanh
sóng m= 8m hầu như không xuyên qua kính và bị phản xạ lại mặt thu. Hiệu số năng
lượng (vào-ra) > 0, được tích luỹ phía dưới lớp kính làm nhiệt độ tại đó tăng lên.
1.3.3.Năng lượng bức xạ mặt trời ở Việt Nam
Việt Nam nằm trải dài từ vĩ độ 8 độ Bắc đến 23 độ Bắc, nằm trong khu vực có
cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao. Nhất là các tỉnh nằm ở khu vực miền Trung có
số giờ nắng cũng như cường độ bức xạ cao là một điều kiện tuyệt vời để sử dụng năng
lượng mặt trời (NLMT) vào sinh hoạt và sản xuất.
Theo kết quả của trạm Khí tượng thuỷ văn Trung Ương với mã số 52C-01-01a
thì ta có bảng số liệu:

SVTH: NGUYỄN THANH TÂM

GVHD: ThS. BÙI THỊ HƯƠNG LAN

5


Đề Tài: Tính Toán Thiết Kế Bộ Thu Năng Lượng Mặt Trời Tạo Nước Ngọt Cho Tàu Cá Xa Bờ

Vùng
lãnh thổ

Cường độ bức xạ
trung bình

Tên địa phương

(kWh/ngày)

(kWh/năm)

1

Vùng núi phía Bắc, Đông Bắc, Đồng
bằng sông Hồng đến Vinh -Nghệ An

3,91

1.427

2

Vùng núi Tây Bắc, Thanh Hóa, Hà
Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị

4,44

1.549

4,80

1.799

5,61

2.084

4,59

1.675

3

4

Thừa Thiên Huế, ven biển Đà Nẵng
đến Phú Yên, Kon Tum, Gia Lai,
miền Đông Nam Bộ, TP. Hồ Chí
Minh, Đồng bằng sông Cửu Long
Đắc Lắc, Lâm Đồng, Khánh Hòa,
Ninh Thuận, Bình Thuận, Bà Rịa
Vũng Tàu
Trung bình cả nước

Bảng 1. 1 Cường độ bức xạ trung bình ngày và trung bình năm
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 íthơn.
Lượng bức xạ mặt trời giữa các vùng miền là khác nhau và nó cũng phụ thuộc vào
từng tháng khác nhau.
Dưới đây là bảng số liệu lượng bức xạ trung bình các tháng ở các địa phương.

SVTH: NGUYỄN THANH TÂM

GVHD: ThS. BÙI THỊ HƯƠNG LAN

6


Đề Tài: Tính Toán Thiết Kế Bộ Thu Năng Lượng Mặt Trời Tạo Nước Ngọt Cho Tàu Cá Xa Bờ

TT

Địa
phương

Tổng xạ Bức xạ Mặt Trời của các tháng trong
năm
(đơn vị: MJ/m2.ngày)

1

2

3

4

5

6

7

8

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

8,72

10,43

12,70

16,81

17,56

18,81

19,11

17,60

13,57

11,27

9,37

18,81

19,11

17,60

13,57

11,27

9,37

17,56

18,23

16,10

15,75

12,91

10,35

11,23

12,65

14,45

16,84

17,89

17,47

11,23

12,65

14,25

16,84

17,89

17,47

8,76

8,63

9,09

12,44

18,94

19,11

20,11

18,23

17,22

15,04

12,40

10,66

8,88

8,13

9,34

14,50

20,03

19,78

21,79

16,39

15,92

13,16

10,22

9,01

12,44

14,87

18,02

20,28

22,17

21,04

22,84

20,78

17,93

14,29

10,43

8,47

17,51

20,07

20,95

20,88

16,72

15,00

16,68

15,29

16,38

15,54

15,25

16,38

16,68

15,29

16,38

15,54

15,25

16,38

18,94

16,51

15,00

14,87

15,75

10,07

Cao Bằng 8,21

Móng
Cái
Sơn La

Hà Nội

Vinh

Đà Nẵng

Cần Thơ

Đà Lạt

Bảng 1. 2 Lượng tổng xạ 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)

SVTH: NGUYỄN THANH TÂM

GVHD: ThS. BÙI THỊ HƯƠNG LAN

7


Đề Tài: Tính Toán Thiết Kế Bộ Thu Năng Lượng Mặt Trời Tạo Nước Ngọt Cho Tàu Cá Xa Bờ

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.

Nếu sử dụng bình năng lượng mặt trời vào các tháng này sẽ cho hiệu suất rất cao.
Tóm lại, Việt Nam là nước có tiềm năng về NLMT, trải dài từ vĩ độ 8’’
Bắc đến 23’’ 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. Đồng thời, phát
triển ngành công nghiệp sản xuất pin mặt trời sẽ góp phần thay thế các nguồn
năng lượng hóa thạch, giảm phát khí thải nhà kính, bảo vệ môi trường. Vì thế,
đây được coi là nguồn năng lượng quý giá, có thể thay thế những dạng năng
lượng cũ đang ngày càng cạn kiệt. Từ lâu, nhiều nơi trên thế giới đã sử dụng
năng lượng mặt trời như một giải pháp thay thế những nguồn tài nguyên truyền
thống.
Khu vực Tây Bắc được đánh giá có tiềm năng năng lượng mặt trời vào loại
khá trong toàn quốc do không bị ảnh hưởng nhiều bởi gió mùa và hoàn toàn có thể
ứng dụng hiệu quả các công nghệ sử dụng năng lượng mặt trời tại khu vực Tây Bắc.
Bức xạ mặt trời trung bình năm từ 4,1 – 4,9 kWh/m2/ngày. Số giờ nắng trung bình
cả năm đạt từ 1800 – 2100 giờ nắng, các vùng có số giờ nắng cao nhất thuộc các
tỉnh Điện Biên, Sơn La. Thời điểm trong năm khai thác hiệu quả nhất NLMT tại
khu vực Tây Bắc là vào tháng 3 đến tháng 9, trong khi vào các tháng mùa đông hiệu
quả khai thác NLMT là rất thấp.

Bảng 1. 3 Số giờ nắng và cường độ bức xạ tại khu vực Tây Bắc

SVTH: NGUYỄN THANH TÂM

GVHD : TH.S BÙI THỊ HƯƠNG LAN

8

Đề Tài: Tính Toán Thiết Kế Bộ Thu Năng Lượng Mặt Trời Tạo Nước Ngọt Cho Tàu Cá Xa Bờ

Tiềm năng điện mặt trời tốt nhất ở các vùng Thừa Thiên Huế trở vào
Nam và vùng Tây Bắc. Vùng Tây Bắc gồm các tỉnh Lai Châu, Sơn La, Lào
Cai…. và vùng Bắc Trung bộ gồm các tỉnh Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh….
có năng lượng mặt trời khá lớn. Mật độ năng lượng mặt trời biến đổi trong
khoảng 300 đến 500 cal/cm2.ngày. Số giờ nắng trung bình cả năm trong
khoảng 1800 đến 2100 giờ. Như vậy, các tỉnh thành ở miền Bắc nước ta đều
có thể sử dụng hiệu quả.
Còn ở miền Nam, từ Đà Nẵng trở vào, năng lượng mặt trời rất tốt và
phân bố tương đối điều hòa trong suốt cả năm. Trừ những ngày có mưa rào, có
thể nói trên 90% số ngày trong năm đều có thể sử dụng năng lượng mặt trời
cho sinh hoạt. Số giờ nắng trung bình cả năm trong khoảng 2000 đến 2600
giờ. Đây là khu vực ứng dụng năng lượng mặt trời rất hiệu quả.
Cường độ bức xạ mặt trời trên mặt đất chủ yếu phụ thuộc 2 yếu tố: góc nghiêng của
tia sáng đối với mặt phẳng bề mặt tại điểm đã cho và độ dài đường đi của các tia sáng
trong khí quyển hay nói chung là phụ thuộc vào độ cao của mặt trời.
Quan hệ giữa bức xạ mặt trời ngoài khí quyển và thời gian trong năm có thể
xác định theo phương trình sau:
E ng = E 0 (1+0,033 cos

360n
), W/m 2
365

(1-2)

Với E ng : là bức xạ ngoài khí quyển được đo trên mặt phẳng vuông góc với tia

bức xạ vào ngày thứ n trong năm.
1.4. ƯU, NHƯỢC ĐIỂM NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
1.4.1. Ưu điểm
Năng lượng mặt trời là một dạng năng lượng không thể thay thế được trên
phương diện là một nguồn năng lượng của phản ứng quang hợp - một quá trình cơ
bản của tự nhiên điều chế các chất hữu cơ.
Năng lượng mặt trời bảo đảm năng lượng cho loài người, hoàn toàn có thể
thỏa mãn các nhu cầu năng lương trong tương lai.
Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng vô tận của thiên nhiên, hàng năm
mặt trời cung cấp cho trái đất một lượng nhiệt khổng lồ. Ngoài ra, nó là một dạng
năng lượng siêu sạch, việc sử dụng nó không ảnh hưởng đến môi trường xung quanh.
1.4.2. Nhược điểm
Năng lượng mặt trời là dạng năng lượng có nhiều ưu điểm nhưng việc sử
dụng nó vẫn chưa được sử dụng phổ biến rộng rãi. Đó là do bức xạ mặt trời có các
đặc điểm riêng gây khó khăn cho việc tiếp nhận và chuyển đổi nó như:
- Bức xạ mặt trời khá tản mạn, có mật độ (công suất riêng) nhỏ, thay đổi theo
thời gian (ngày,đêm,các mùa…).
- Hiệu suất biến đổi năng lượng của các tia sáng mặt trời thành cơ năng, điện
năng bị giới hạn bởi các nguyên lý của vật lý học và nhiệt động học.
- Nó còn phụ thuộc vào vị trí địa lý.

SVTH: NGUYỄN THANH TÂM

GVHD : TH.S BÙI THỊ HƯƠNG LAN

9


Đề Tài: Tính Toán Thiết Kế Bộ Thu Năng Lượng Mặt Trời Tạo Nước Ngọt Cho Tàu Cá Xa Bờ

1.5. ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
1.5.1. Thiết bị đun nước nóng bằng NLMT
Các thiết bị đun nước bằng NLMT là loại hình được sử dụng rộng rãi trên thế
giới. Các thiết bị đun nước bằng NLMT đã được lắp đặt cho hơn 2 triệu gia đình tại
Nhật Bản, hơn 600.000 gia đình tại Israel và trên 300.000 gia đình tại Mỹ...
Loại thông thường nhất của thiết bị nhiệt mặt trời là collector phẳng và bể
đựng nước dung tích khoảng 200 lít.
Ngoài việc sử dụng nước nóng cho mục đích sinh hoạt thông thường, hệ thống
đun nước nóng phục vụ cho các bể bơi cũng phát triển phổ biến.
Tại các nước đang phát triển, những nguyên liệu để chế tạo không sẵn, vì vậy
giá thành thiết bị còn đắt. Vì vậy, để phát triển rộng rãi hơn lĩnh vực này cần tập trung
nghiên cứu công nghệ NLMT vào vật liệu tiến bộ và chế tạo bộ thu sao cho đơn giản,
rẻ hơn.

Hình 1. 4 Thiết bị nước nóng dùng năng lượng mặt trời
1.5.2. Thiết bị sấy bằng NLMT
Một ứng dụng rất phổ biến của NLMT là lĩnh vực sấy, chủ yếu trong nông
nghiệp để sấy ngũ cốc, thực phẩm nhằm giảm tỷ lệ hao hụt, tăng chất lượng sản
phẩm.
Với công nghệ sấy bằng NLMT, chủ yếu có 5 loại sau:
+ Các máy sấy không khí tự nhiên ngoài trời: Loại này kết cấu đơn giản, sản
phẩm sấy được đặt trên một cái khay, giá hoặc sàn được sấy khô bằng ánh nắng mặt
trời và gió.
+ Các máy sấy mặt trời trực tiếp: Loại này sản phẩm sấy đặt ở trong khung
kính trắng hoặc dẻo, mặt trời làm nóng sản phẩm được sấy khô và khung tạo nhiệt
cao nhờ hiệu ứng nhà kính.
+ Các máy sấy mặt trời gián tiếp: Các máy này mặt trời không tác động trực
tiếp lên sản phẩm sấy, vì vậy loại này dùng cho những sản phẩm tránh lượng vitamin
bị phân huỷ bởi ánh nắng mặt trời. Không khí được làm nóng trong bộ tấm thu nhiệt
mặt trời, sau đó đươc dẫn qua buồng sấy.

SVTH: NGUYỄN THANH TÂM

GVHD : TH.S BÙI THỊ HƯƠNG LAN

10


Đề Tài: Tính Toán Thiết Kế Bộ Thu Năng Lượng Mặt Trời Tạo Nước Ngọt Cho Tàu Cá Xa Bờ

+ Các máy sấy hỗn hợp: Máy sấy này là sự phối hợp của tia bức xạ mặt trời
trên sản phẩm sấy và không khí được hâm nóng trước trong một tấm thu nhiệt mặt
trời cung cấp nhiệt cần thiết cho sấy.
+ Các hệ thống sấy ghép: Loại sấy mặt trời này trong đó còn có nguồn sấy
khác như biogas hay điện phụ thêm làm nóng không khí trong thời gian mặt trời bị
mây che phủ.

Hình 1. 5 Hệ thống sấy cacao bằng năng lượng mặt trời

1.5.3. Pin mặt trời
Các tế bào quang điện đã phát triển trên 100 năm nhằm trực tiếp chuyển ánh
sáng mặt trời thành điện năng bằng cách chuyển các photon ánh sáng sang điện. Về lý
thuyết, tế bào quang điện thể hiện tiềm năng lớn cho các nước đang phát triển để giải
quyết điện khí hoá vùng sâu, vùng xa, những nơi chưa có điện lưới. Tế bào quang
điện chủ yếu sử dụng các bộ thu phẳng hay tập trung. Sử dụng bộ thu phẳng thuận
tiện cho việc bố trí, ví dụ trên mái nhà, vách kính của các toà nhà cao tầng.

Hình 1. 6 Đèn đường năng lượng mặt trời
SVTH: NGUYỄN THANH TÂM

GVHD : TH.S BÙI THỊ HƯƠNG LAN

11


Đề Tài: Tính Toán Thiết Kế Bộ Thu Năng Lượng Mặt Trời Tạo Nước Ngọt Cho Tàu Cá Xa Bờ

Hình 1. 7 PIN năng lượng mặt trời ở nông thôn

1.5.4. Nhà máy điện chạy bằng năng lượng mặt trời
Dựa trên nguyên tắc tạo nhiệt độ cao bằng một hệ thống gương phản chiếu và
hội tụ để gia nhiệt cho môi chất làm việc truyền động cho máy phát điện. Có 3 loại bộ
thu chủ yếu sau đây:
- Hệ thống máng parabol: Tập trung tia bức xạ mặt trời vào ống môi chất đặt
dọc theo đường hội tụ của bộ thu. Nhiệt độ có thể lên đến 400ºC.
- Hệ thống nhận nhiệt trung tâm: Sử dụng các gương phản chiếu có định vị
theo mặt trời để tập trung NLMT đến bộ thu đặt trên tháp cao, nhiệt độ có thể lên đến
1500ºC.
- Hệ thống đĩa parabol tròn xoay: Sử dụng đĩa parabol định vị theo phương
mặt trời để tập trung NLMT vào bộ thu đặt tại tiêu điểm của đĩa, nhiệt độ có thể lên
tới 1500ºC.

Hình 1. 8 Nhà máy nhiệt điện bằng năng lượng mặt trời

SVTH: NGUYỄN THANH TÂM

GVHD : TH.S BÙI THỊ HƯƠNG LAN

12

Đề Tài: Tính Toán Thiết Kế Bộ Thu Năng Lượng Mặt Trời Tạo Nước Ngọt Cho Tàu Cá Xa Bờ

1.5.5. Thiết bị chưng cất nước ngọt
Sử dụng NLMT trong việc chưng cất nước ngọt lần đầu tiên vào năm 1872 tại
sa mạc vùng Las Salinas, Bắc Chile. Hệ thống đã xây dựng một bể lớn để chưng cất
nước ngọt, nó làm việc hiệu quả trong 40 năm. Tại Úc và Hy Lạp, các hệ thống chưng
cất này đã được xây dựng vào những năm 1960 nay vẫn vận hành tốt.
Các hệ thống chưng cất nước mặt trời có thể chia thành các loại sau:
➢ Chưng cất bể đơn và đơn giản: Loại này thường dùng ở những nơi lõm nông
trên mặt đất với một nắp đậy trong suốt trên chỗ lõm. Sử dụng hiệu ứng nhà
kính, nước bốc hơi do bức xạ mặt trời chiếu vào và ngưng tụ lại ở phía trong
của nắp sẽ được thu gom.
➢ Các hệ thống chưng cất tiến bộ: Được thiết kế với năng suất cao hơn loại đơn
giản. Kết cấu bao gồm các bể chưng cất nước bằng mặt trời hiệu quả kép
(chưng cất thông qua nhiều tầng).
➢ Các hệ thống chưng cất có kết hợp sức nóng mặt trời: Các loại này thường là
loại chưng cất kép, dung tổng hợp năng lượng mặt trời và nhiên liệu để cấp
cho quá trình chưng cất.

Hình 1. 9 Hệ thống chưng cất nước ngọt bằng năng lượng mặt trời

1.5.6. Bếp nấu dùng NLMT
Bếp năng lượng mặt trời được ứng dụng rất rộng rãi ở các nước nhiều
NLMT như các nước ở Châu Phi.
Ở Việt Nam, bếp NLMT cũng đã được sử dụng khá phổ biến. Năm 2000,
Trung tâm nghiên cứu thiết bị áp lực và năng lượng mới - Đại học Đà Nẵng đã phối
hợp với các tổ chức từ thiện Hà Lan triển khai dự án (30.000 USD) đưa bếp NLMT
vào sử dụng ở các vùng nông thôn của tỉnh Quảng Nam, Quảng Ngãi, dự án đã phát
triển rất tốt và ngày càng được đông đảo nhân dân ủng hộ.

SVTH: NGUYỄN THANH TÂM

GVHD : TH.S BÙI THỊ HƯƠNG LAN

13


Đề Tài: Tính Toán Thiết Kế Bộ Thu Năng Lượng Mặt Trời Tạo Nước Ngọt Cho Tàu Cá Xa Bờ

Hình 1. 10 Bếp nấu năng lượng mặt trời ở Đức
1.5.7. Động cơ Stirling chạy bằng NLMT.

Hình 1. 11 Động cơ Stirling
Động cơ Stirling dùng ứng dụng NLMT để chạy các động cơ nhiệt - động cơ
Stirling ngày càng được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi dùng để bơm nước sinh
hoạt hay tưới cây ở các nông trại. Ở Việt Nam động cơ Stirling chạy bằng NLMT
cũng đã được nghiên cứu chế tạo để triển khai ứng dụng vào thực tế. Như động cơ
Stirling, bơm nước dùng năng lượng mặt trời.
1.5.8. Thiết bị làm lạnh, điều hoà không khí bằng NLMT
Trong số những ứng dụng của NLMT thì làm lạnh và điều hoà không khí là
ứng dụng hấp dẫn nhất vì nơi nào khí hậu nóng nhất thì nơi đó có nhu cầu về làm
SVTH: NGUYỄN THANH TÂM

GVHD : TH.S BÙI THỊ HƯƠNG LAN

14


Đề Tài: Tính Toán Thiết Kế Bộ Thu Năng Lượng Mặt Trời Tạo Nước Ngọt Cho Tàu Cá Xa Bờ

lạnh lớn nhất, đặc biệt là ở những vùng xa xôi hẻo lánh thuộc các nước đang phát
triển không có lưới điện quốc gia và giá nhiên liệu quá đắt so với thu nhập của
người dân. Với máy lạnh làm việc trên nguyên lý biến đổi NLMT thành điện năng
nhờ pin mặt trời là thuận tiện nhất, nhưng trong giai đoạn hiện nay giá thành pin
mặt trời còn quá cao. Ngoài ra, các hệ thống lạnh còn được sử dụng NLMT dưới
dạng nhiệt năng để chạy máy lạnh hấp thụ, loại thiết bị này ngày càng được ứng
dụng nhiều trong thực tế.

1.6 . MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TRÊN THẾ
GIỚI
1.6.1 . Cao ốc văn phòng sử dụng năng lượng mặt trời

Hình 1. 12 Tòa nhà Sun and the Moon Altar (Trung Quốc )

Cao ốc được xây dựng ở thành phố Đức Châu, tỉnh Sơn Đông, Tây bắc Trung Quốc.
Tòa nhà rộng 75.000m2 được thiết kế dạng cấu trúc đồng hồ mặt trời và đáp ứng
yêu cầu sử dụng năng lượng tái sử dụng để thay thế các loại nhiên liệu hóa thạch
gây ô nhiễm môi trường. Tòa nhà cung cấp không gian cho các trung tâm triển lãm,
khu vực nghiên cứu, trung tâm hội họp và huấn luyện và một khách sạn.

SVTH: NGUYỄN THANH TÂM

GVHD : TH.S BÙI THỊ HƯƠNG LAN

15