ĐỒ ÁN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VỀ MÁY NƯỚC NÓNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CHO SPA KHÁCH SẠN

GVHD: PGS TS. VÕ VIẾT CƯỜNG

LỜI NÓI ĐẦU
Nền khoa học kỹ thuật phát triển không ngừng và đời sống người dân ngày
càng được cải thiện, kéo theo đó là nhu cầu sử dụng năng lượng điện ngày càng
tăng cao. Trước tình trạng nguồn năng lượng truyền thống không tái tạo như dầu
mỏ, than, nhiệt điện…đều đang đứng trước những cảnh báo cạn kiệt buộc nhân loại
phải vào cuộc tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế. Vì lý do đó rất nhiều đề tài đã
nghiên cứu thành công về những ứng dụng to lớn của năng lượng mặt trời đối với
đời sống hàng ngày. Mặc dù có nhiều ưu điểm, nhưng thời gian qua, các sản phẩm
sử dụng năng lượng mặt trời vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi. Đặc biệt máy nước
nóng năng lượng mặt trời là sản phẩm đóng góp to lớn trong công cuộc tiết kiệm
nguồn điện quốc gia. Tuy nhiên còn 1 số vấn đề bất cập như giá thành cao, phụ
thuộc nhiều vào điều kiện địa lý. Là sinh viên Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật nói
chung và là người dân TP.Hồ Chí Minh nói riêng chúng em chọn đề tài này để tìm
hiểu về tình hình sử dụng năng lượng mặt trời tại TP.Hồ Chí Minh. Đồng thời
nghiên cứu hệ thống máy nước nóng phù hợp với điều kiện địa lý của địa phương.
Mong rằng đề tài sẽ được mọi người quan tâm phát triển để có những ứng dụng
trong thực tiễn tốt hơn.

LỜI CÁM ƠN
Trang 1


GVHD: PGS TS. VÕ VIẾT CƯỜNG
Trong quá trình thực hiện đề tài này, nhóm đã nhận được sự giúp đỡ rất
nhiều từ thầy hướng dẫn PGS TS. VÕ VIẾT CƯỜNG về kiến thức liên quan và
các tài liệu tìm hiểu để hoàn thành đồ án một cách tốt nhất. Nhóm xin chân thành
cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy trong thời gian này.
Cuối cùng, nhóm xin chúc quý thầy cô và các bạn nhiều sức khỏe và gặt
hái nhiều thành công.

Xin cảm ơn.
Tp.Hồ Chí Minh, ngày 4 tháng 5 năm 2019
Nhóm thực hiện
Nguyễn Tiến Phát – Lê Minh Hương

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Trang 2


GVHD: PGS TS. VÕ VIẾT CƯỜNG
Với điều kiện khí hậu như TP.Hồ Chí Minh việc sử dụng nước nóng để phục vụ
cho nhu cầu sinh hoạt hằng ngày như tắm giặt… là thiết yếu. Khi mức sống của
người dân càng cao, nhu cầu này càng lớn. Nếu không có giải pháp thích hợp ngay
từ bây giờ, lưới điện quốc gia sẽ phải gánh chịu sự gia tăng tải để phục vụ cho nhu
cầu đun nước nóng do người dân gia tăng việc sử dụng các bình nước nóng dùng
điện. Cụ thể là đề tài: “ Thiết kế hệ thống máy đun nước nóng bằng năng lượng
mặt trời cho SPA NICE “.
Mục tiêu chính của đề tài là tìm hiểu nguyên tắc hoạt động, cấu tạo của máy
nước nóng mặt trời từ đó thiết kế hệ thống nước nóng dùng trong khách sạn phù
hợp với điều kiện địa lý thời tiết đặc trưng TP.Hồ Chí Minh. Từ đó đưa ra một số
biện pháp để có thể đưa máy nước nóng năng lượng mặt trời được sử dụng rộng rãi
phổ biến trong đời sống hàng ngày.

LIỆT KÊ CHỮ VIẾT TẮT
Bi: Số người/Phòng.[Người/Phòng]
Trang 3


GVHD: PGS TS. VÕ VIẾT CƯỜNG

B: Số người.
L: Số lít nước/Người.[Lít/Người]
Pi: Số phòng.
tnn: Nhiệt độ nước nóng yêu cầu [oC].
tnl: Nhiệt độ lạnh cung cấp [oC].
Cn = 1,16: Nhiệt dung riêng trung bình của nước. [Wh /kg.0C]
R: Cường độ bức xạ nơi lắp đặt (KWh/m2)
M: Tổng lượng nước nóng cần thiết (Lít,kg)
η: Hiệu suất của mẫu hệ thống.
Q: Nhiệt lượng [W.h].
F: Tổng kích thước của tất cả bộ thu [m2].
S: Kích thước chuẩn của bộ thu. [m2]
F: Tổng kích thước của tất cả bộ thu. [m2]
N: Số bộ thu.
G: Chi phí ban đầu.(triệu vnđ)
QD: Công suất điện tiêu thụ (KWh)
ZT: Chi phí thêm.(triệu vnđ)
Z: Tổng chi phí (triệu vnđ)
ZD: Tổng chi phí điện (triệu vnđ)

Trang 4


GVHD: PGS TS. VÕ VIẾT CƯỜNG
Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. Tiền năng và tình hình phát triển năng lượng tái tạo ở Việt Nam.
1.1.1. Nhận dạng các nguồn năng lượng tái tạo.
Mặc dù các nguồn năng lượng truyền thống là chiếm ưu thế trong thị trường nguồn
phát nhưng các nguồn năng lượng tái tạo cũng có thể đóng một vai trò quan trọng trong
thị trường điện nông thôn.

Bảng 1.1. Tình hình điện khí hoá nông thôn (điện lưới và các dạng khác) gần đây
Năm
1990
2000
2002
Số huyện có điện
503
503
517
Số xã có điện
5.273
7.314
8.186
Số hộ gia đình có điện
6.287.304
9.414.735 10.440.000
Thống kê điện khí hoa nông thôn đến năm 2002 như sau:
* Số huyện có điện lưới:

2010 (dự báo)
517
8.968
14.500.000

505 huyện

* Số huyện có điện tại chỗ:12 huyện
* Số xã có điện
* Số hộ có điện

:8.186 xã, chiếm tỉ lệ 91%
:10,44 triệu, chiếm tỉ lệ 81%
(Nguồn: Quy hoạch năng lượng Việt Nam đến 2020, Bộ Công nghiệp)

Điều này có nghĩa là đến nay vẫn còn 9% số xã và 19% số hộ gia đình (2,45 triệu
hộ) vẫn chưa có điện lưới quốc gia.
Từ năm 2010 đến 2020, mục tiêu là cung cấp điện đến 100% số xã trên đất liền,
trong đó, 90% số hộ gia đình được sử dụng điện lưới. Hiển nhiên là ngay cả đến năm
2020, lưới điện vẫn chưa thể đến được 100% số hộ gia đìmh nông thôn, ít nhất là 10% số
gia đình (khoảng 1,3 triệu hộ) vẫn sẽ chưa thể kết nối được với điện lưới quốc gia.
Với điều kiện địa lý thuận lợi, Việt Nam là một nước có tiềm năng dồi dào và đa
dạng về năng lượng tái tạo được phân bố ở các vùng sinh thái khác nhau.Các nguồn năng
lượng tái tạo ở Việt Nam có thể dùng để phát điện bao gồm thuỷ điện, mặt trời, sinh khối,
gió và địa nhiệt.Các nguồn năng lượng thuỷ điện tập trung ở các khu vực miền Bắc và
miền Trung và có thể là khai thác cho thuỷ điện cực nhỏ và nhỏ cũng như các lưới điện
Trang 5


GVHD: PGS TS. VÕ VIẾT CƯỜNG
mini.Bức xạ mặt trời ở miền Nam và miền Trung ổn định có thể khai thác sử dụng bằng
các hệ thống điện mặt trời kiểu gia đình.Khu vực miền Nam và miền Trung cũng có
nhiều tiềm năng về năng lượng sinh khối từ sản xuất nông nghiệp thông qua các hệ thống
phát năng lượng kết hợp nhiệt và điện (cogeneration).Hiện tại chưa có những đánh giá
hoàn chỉnh về tiềm năng địa nhiệt ở Việt Nam, tuy nhiên ở một vài điểm ở miền Trung
được nhận dạng có đến vài (MW) công suất. Cuối cùng năng lượng gió là tiềm năng lớn
đang dần được đánh giá cụ thể bằng những nghiên cứu tiền khả thi và khả thi ở Việt Nam,
có thể nói rằng đây là tiềm năng lớn, góp phần đáng kể vào nguồn phát ở Việt Nam.
1.2.1.a. Điện mặt trời
Việt Nam có nguồn năng lượng mặt trời ổn định ở mức cao tại khu vực phía Nam và

miền Trung nhưng ở phía Bắc thì lại dao động rất lớn theo mùa. Cường độ bức xạ trung
bình ở miền Nam và miền Trung vào khoảng xấp xỉ 5 (kWh/m2.ngày) và hầu như ổn định
quanh năm, dao động từ 4,0 đến 5,9 (kWh/m 2.ngày). Chế độ bức xạ mặt trời ở miền Bắc
trung bình vào khoảng 4,0(kWh/m2), thay đổi rất lớn từ 2,4 đến 5,6 (kWh/m2.ngày). Thiết
bị mặt trời ở miền Bắc sẽ đắt hơn ở miền Nam do phải lắp thêm công suất để bù cho
những ngày tháng mây mù mùa đông. Vì vậy phát triển điện mặt trời sẽ được ưu tiên ở
miền Trung và miền Nam. Việt Nam đã lắp đặt khoảng 600 (kW) hoặc khoảng 200.000
hệ thống pin mặt trời, chia làm 3 bộ phận thị trường: chuyên dụng (50%), các hệ thống
cho các cơ quan, bệnh viện, trung tâm dân cư và trạm nạp ắc quy (30%), và các hộ gia
đình (20%). Hầu hết các hệ thống lắp đặt ở Việt Nam đều đang hoạt động với chất lượng
tốt. Thiết bị của các trạm pin mặt trời về cơ bản đều được nhập ngoại.
1.2.1.b. Các nguồn năng lượng tái tạo khác
Với trên 3000 km bờ biển và 70% là đồi núi, có tiềm năng cho điện gió.Tiềm năng
này chưa được xác định vì chưa có sự đo đạc nguồn gió một cách có hệ thống.Chỉ có số
liệu từ trên một trạm khí tượng.Việc sử dụng số liệu này bị hạn chế vì các vị trí trạm
không phù hợp và đồng hồ đo không được hiệu chỉnh thường xuyên. Một nghiên cứu của
Viện Năng lượng trên 9 hòn đảo cho thấy tốc độ gió trung bình năm nằm trong dải từ 4,1
Trang 6


GVHD: PGS TS. VÕ VIẾT CƯỜNG
đến 7,1 (m/s). Tiềm năng cũng được thể hiện bằng kết quả sơ bộ của nghiên cứu lập bản
đồ gió vĩ mô của khu vực Đông dương cho thấy có nhiều túi gió có vận tóc trên 6 m/s ở
vùng núi biên giới Lào và các tỉnh ở Nam Đà Nẵng và Bắc thành phố Hồ Chí Minh. Ở
Việt Nam chưa có các hệ thống điện gió nối lưới.Trung tâm Nghiên cứu Thiết bị nhiệt và
Năng lượng mớithuộc Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chính Minh đã phát
triển và lắp đặt các hệ thống điện gió hộ gia đình. Viện Năng lượng cũng tham gia vào
các dự án thí điểm hệ thống điện hộ gia đình do nhà nước tài trợ và tham gia vào các hoạt
động nghiên cứu và phát triển.
Đã có một số khảo sát bước đầu về tiềm năng nguồn địa nhiệt ở Việt Nam.Một nhà

đầu tư phát triển đã ước tính có khoảng 200 (MW) địa nhiệt ở miền Trung Việt Nam. Dựa
trên sự đánh giá ban đầu, họ đã theo đuổi một nghiên cứu khả thi 3 nhà máy phát có công
suất điện ít nhất là 50 (MW). Đã xác định được 6 vị trí với tổng công suất tiềm năng ước
tính vào khoảng 100 (MW).
1.1.2. Các chính sách về năng lượng tái tạo
1.1.2.a. Tổng quan
Trong thời gian gần đây, Chính phủ Việt Nam đã đưa ra khung chính sách cho sự
phát triển điện từ năng lượng tái tạo liên quan đến điện khí hoá nông thôn (ĐKHNT) và
cung cấp điện cho lưới.
Bộ Công nghiệp cũng đã thông qua Chính sách ĐKHNT vào đầu năm 2000.Chính
sách này qui định các nguyên tắc cơ bản của việc đa dạng hoá quyền sở hữu, khuyến
khích các cơ sở kinh doanh cung cấp điện và khuyến khích các nguồn điện phân tán.
Có thể tóm tắt những điểm chính về chính sách năng lượng tái tạo Việt Nam dựa vào
những chính sách chung về ĐKHNT như sau:
1) Những hệ thống năng lượng tái tạo ngoài lưới quốc gia và ngoài lưới mini sẽ được
đề xuất cho những nơi mà những dự án này có chi phí tối thiểu so với việc kéo lưới điện
quốc gia hoặc sử dụng lưới độc lập diesel.

Trang 7


GVHD: PGS TS. VÕ VIẾT CƯỜNG
2) Tập trung vào các lưới điện mini tại các vùng có nhiều cơ hội sử dụng điện cho
sản xuất.
3) Những dịch vụ điện ngoài lưới quốc gia và các hệ thống mini sẽ thuộc sở hữu, vận
hành và quản lý của các cơ quan địa phương.
4) Thống nhất với chính sách của Chính Phủ về phân phối công bằng, các dịch vụ
lưới điện năng lượng tái tạo và lưới điện độc lập sẽ nhận được những khoản trợ cấp minh
bạch.
5) Cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ nông thôn nên được coi như một dịch vụ thương

mại, ngoại trừ những khu vực mà chính phủ đã có chính sách trợ cấp khi xét thấy cần
thiết về mặt xã hội và điều này thường gắn với những mục tiêu phát triển đồng điều, bình
đẳng.
1.1.2.b. Khung chính sách
1) Việc lựa chọn những xã sẽ được phục vụ về điện bằng lưới quốc gia, lưới mini
hoặc ngoài lưới quốc gia sẽ phải đáp ứng những tiêu chí về kinh tế được khuyến nghị.
Quyết định về việc dùng giải pháp ngoài lưới, lưới mini sẽ dựa trên tiêu chí chi phí tối
thiểuu với điều kiện có thể cung cấp những dịch vụ tương đương với việc kéo dài lưới
điện quốc gia hoặc lưới điện diesel.
2) Những tiêu chuẩn về thiết kế, về chất lượng, về đấu nối… phải tuân thủ theo
những tiêu chuẩn của Tổng Công Ty Điện Lực Việt Nam và được Bộ Công Nghiệp xem
xét.
3) Những hệ thống điện ngoài lưới quốc gia và các lưới điện dựa trên nguồn năng
lượng tái tạo sẽ được sở hữu và vận hành bởi các xí nghiệp thương mại như các tổ chức
cộng đồng, các HTX và khu vực tư nhân
4) Khuyến khích cấp điện tại chỗ đưa lên lưới. Những tỉnh có những xã miền núi,
những vùng hải đảo chưa đấu nối vào lưới điện quốc gia lập những dự án phát điện địa
phương tại chỗ thích hợp với những trường hợp đặc biệt của địa phương, chính phủ sẽ
khuyến khích những nhà đầu tư nước ngoài và trong nước cho các dự án này.
Trang 8


GVHD: PGS TS. VÕ VIẾT CƯỜNG
5) Cơ chế tài trợ cho ĐKHNT: Chính phủ sẽ đảm bảo những điều kiện sau khi cấp
các khoản ngân sách cho Tổng Công Ty Điện Lực Việt Nam, cho các Công ty điện lực và
các chủ thể kinh doanh khác có đầu tư vào ĐKHNT: Nguồn vốn hoàn trả hoặc hoàn trả
một phần từ các khoản vay đa phương hay song phương được phân bổ như một ngân sách
đặc biệt nhằm vào đầu tư cho ĐKHNT bởi vì đầu tư này được xác định là đầu tư phù hợp.
1.2. Tình hình sử dụng năng lượng mặt trời để đun nước nóng trên thế giới.
Hiện nay vào khoảng 82% năng lượng sử dụng chủ yếu trên thế giới là than đá, khí

thiên nhiên, dầu và uranium, khoảng 12% từ năng lượng sinh khối (biomas) và 6% từ
thủy điện.Nhu cầu năng lượng hiện nay trên thế giới đang tăng cao, những nguồn năng
lượng truyền thống như nhiên liệu hoá thạch (dầu mỏ, khí đốt, than…) hiện là nguồn
năng lượng chủ yếu cho các nhu cầu năng lượng của các nước trên thế giới.Giá nhiên liệu
ngày càng cao và việc sử dụng nhiên liệu hoá thạch đang ảnh hưởng đến môi trường trái
đất.
Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về sử dụng năng lượng và hạn chế bớt tác động
đến môi trường, các nhà khoa học và nhà quản lý ở các nước trên thế giới đã nghiên cứu
tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế dần nguồn năng lượng hoá thạch.Các nước công
nghiệp đang nhận thức rõ hiểm họa cạn kiệt năng lượng và có những chính sách mạnh và
cụ thể để phát triển năng lượng tái tạo cũng như tăng hiệu quả năng lượng. Trên thế giới
nói chung năng lượng mặt trời được nghiên cứu sử dụng theo các hướng:
Biến đổi thành nhiệt và sử dụng ở dạng nhiệt năng (nước nóng, sấy, sưởi…).
Biến đổi thẳng thành điện qua các pin mặt trời (photovoltaic).
Tập trung (hội tụ) nhằm mục đích có nhiệt độ rất cao để nung hay phát điện.
Trong ba hướng kỹ thuật biến đổi năng lượng mặt trời trên thì các ứng dụng nhiệt và
biến đổi thành điện nhờ pin mặt trời là hai hướng phát triển mạnh nhất. Trong các ứng
dụng thu nhiệt mặt trời làm nóng nước, người ta chia ra loại nhiệt độ thấp: chỉ cần <
450C; loại nhiệt độ trung bình từ 450C đến 800C; và loại nhiệt độ cao > 800C. Chính phủ
các nước này khuyến khích sử dụng năng lượng mặt trời qua miễn thuế, cho vay dài hạn
Trang 9


GVHD: PGS TS. VÕ VIẾT CƯỜNG
lãi suất thấp, tài trợ nghiên cứu phát triển v.v..Ủy Ban Châu Âu đã đưa ra mục tiêu nâng
tỷ lệ 6% nguồn năng lượng mới hiện nay lên 12% vào năm 2010. Các tòa nhà năng lượng
tiêu thụ vào khoảng 40% trong đó 75% dùng cho nước nóng và sưởi ấm. Đến năm 2000
chỉ có 0,11% tổng năng lượng cấp trong các toà nhà là được cung cấp bởi hệ thống năng
lượng mặt trời. Mục tiêu đến năm 2010 sẽ nâng lên mức 1,18%. Mức tăng trưởng 20%
diện tích các tấm thu nhiệt mặt trời (collector) được lắp đặt và hiện nay có khoảng 18

triệu (m2) tấm thu nhiệt mặt trời đã lắp đặt ở Châu Âu và mục tiêu đến năm 2010 sẽ có
khoảng 100 triệu (m2) bộ đun nước nóng mặt trời được lắp đặt ở Châu Âu. Những nước
dẫn đầu Châu Âu là Đức 2,3 triệu (m2), Áo 2,3 triệu (m2) và Hy Lạp 2,3 triệu (m2). Nước
Mỹ cũng có mục tiêu cụ thể, vào năm 1998 Tổng Thống Clinton đưa ra chương trình 1
triệu mái nhà năng lượng mặt trời cho đến 2010. Hiện nay ở Mỹ hàng năm sản xuất hơn
700.000(m2)tấm thu nhiệt mặt trời loại nhiệt độ thấp. Một bộ nhiệt mặt trời làm nóng
nước bên Mỹ có giá từ 1500 ($) trở lên.

Bảng 1.2. Bộ đun nước nóng mặt trời dạng tấm phẳng sản xuất ở Châu Âu - năm
1994
Nước

Sản xuất tấm thu nhiệt mặt trời

CHLB Đức

170 000 m2

Hy Lạp

165 000 m2

Ao

100 000 m2

Liên Hiệp Anh

40 000 m2

Đan Mạch

20 000 m2

Các Nước Khác

55 000 m2

Toàn Châu Au

550 000 m2
(Nguồn: International Solar Energy Society)

Úc là một nước cũng có ngành công nghiệp hệ đun nước mặt trời khá phát triển. Họ có
các công ty xuất khẩu nhiều các bộ đun nước mặt trời ra nước ngoài (chiếm khoảng 30%
số họ sản xuất được), trong đó ở Việt Nam với thương hiệu là SOLAHART. Thành tựu
nổi tiếng của Úc là làng Olympic Sydney được cung cấp nước nóng hoàn toàn do thu
Trang 10


GVHD: PGS TS. VÕ VIẾT CƯỜNG
nhiệt mặt trời. Điện cũng được cung cấp phần lớn qua pin mặt trời. Trung Quốc cũng
phát triển mạnh về máy nước nóng mặt trời sử dụng ống chân không, trong năm 2000
Trung Quốc đã xuất xưởng hơn 1.000.000 ống chân không. Số liệu thống kê 1994 cho
hay rằng tổng cộng trên thế giới có 6,5 triệu bộ đun nước mặt trời. Nhật Bản, Israel là
nước dẫn đầu Châu Á về sử dụng bộ đun nước nóng mặt trời.

Bảng 1.3. Bộ đun nước nóng mặt trời đã lắp đặt một số nước trên thế giới - năm
1994
Nước

Diện tích tấm thu nhiệt mặt trời đã lắp
đặt

Các nước vùng Trung Đông

8,5 triệu m2

Mỹ

6,5 triệu m2

Nhật Bản

6 triệu m2

Châu Âu

5,6 triệu m2

Úc

2,5 triệu m2

Trung Quốc

1,5 triệu m2
(Nguồn: International Solar Energy Society)

Dự báo thế giới sẽ có 100 triệu (m 2) bộ thu nhiệt năng lượng mặt trời để đun nước

nóng vào năm 2010. Các nước phát triển sẽ có sự tăng trưởng khoảng 20%/năm.
Tại 1 số nước như Israel hay Cộng Hoà Síp (Cyprus), việc lắp đặt thiết bị nước nóng
dùng NLMT là bắt buộc cho ai muốn xây dựng nhà mới. Chính phủ các nước phát triển
khuyến khích sử dụng NLMT qua miễn thuế, cho vay dài hạn lãi suất thấp, chính phủ
dùng tiền ngân sách mua các thiết bị NLMT và đặt ở công sở, trại lính, bệnh viện, tài trợ
nghiên cứu phát triển v.v…
Sản phẩm nuớc nóng dùng NLMT đã được thương mại hoá rộng rãi trên khắp thế giới.
Có thể kể một số hãng chuyên cung cấp thiết bị nước nóng NLMT nổi tiếng trên thế giới
như:
Tại Anh: Thermomax, Imagination Solar, Radiant Energy.
Tại Australia: Solarhart, Beasley, Edwards Hot Water, Rheem, Solco, Quantum.
Trang 11


GVHD: PGS TS. VÕ VIẾT CƯỜNG
Tại Mỹ: SolarRoofs, Alternate Energy Technology, Heliodyne, Sun Ray Solar
Products, Sun Earth, Sun Systems, Sun Trapper Solar, Thermo Technologies.
Tại Canada: Thermo Dynamics, Solarnetix, Thermomax Industries.
Tại Châu Âu: Solvis, Sailer Solarsysteme (Đức), Aton Solar Systems (Hà Lan), Arcon
(Đan Mạch).
Tại Châu Á: Solar Research Design (Malaysia), Enolar Systems Marketing, Sunbeam
(Ấn Độ), Beijing Sunda Solar (Trung Quốc), SolAsia Energy Development (Đài Loan).
1.3. Tình hình sử dụng nước nóng dùng năng lượng mặt trời ở Việt Nam.
Việt nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, có số giờ nắng trong năm cao và thời
gian chiếu sáng mặt trời trong ngày dài. Do đó thích hợp sử dụng các thiết bị sử dụng bộ
thu năng lượng mặt trời để cung cấp nước nóng dùng trong sinh hoạt cho hộ gia đình, các
nơi vui chơi giải trí hoặc cho các nhà hàng, khách sạn.
Đối với nước ta là nước có khí hậu nhiệt đới, gần đường xích đạo nên lượng bức xạ
mặt trời trong năm là tương đối cao.Thời gian chiếu sáng trung bình trong một năm từ
2000 đến 2600 giờ.Khu vực Nam Bộ nhận bức xạ khoảng 5-6 (kWh/m 2) hàng ngày.Khu

vực Nam trung bộ và Tây nguyên nhận bức xạ khoảng 4-6 (kWh/m 2) hàng ngày, lượng
bức xạ trung bình tương đối cao và không thay đổi nhiều.Đây là nguồn năng lượng dồi
dào nhất và sạch nhất. Tuy nhiên việc ứng dụng năng lượng mặt trời ở nước ta chưa được
phát triển, ứng dụng thấy rõ nhất là sử dụng bộ thu năng lượng mặt trời để sản xuất nước
nóng phục vụ trong sinh hoạt cho hộ gia đình, một số nhà hàng-khách sạn.

Bảng 1.4. Bức xạ mặt trời trung bình hàng ngày ở một số khu vực
Đơn vị: kWh/m2/ngày
Hà Nội

2.63 2.27 2.52 3.9 5.98 5.77 6.14 5.72 5.48 4.83 3.87 3.43

Cần Thơ

5.78 6.15 6.76 6.78 6.2 5.58 5.68 5.71 5.51 5.48 5.35 5.45

Sơn La

3.89 4.27 5.32 5.97 6.3 5.29 5.31 5.49 5.52 5.04 4.16 4.05

Cao Bằng 2.86 2.89 3.62 4.61 5.47 5.29 5.64 5.86 4.59 4.84 4.06 3.82
Lạng Sơn 2.67 2.53 2.92 4.05 5.86 5.59 5.97 5.72 5.54 4.72 3.84 3.35
TP.HCM

5.68 6.13 6.68 6.60 5.99 5.52 5.68 5.66 5.47 5.53 5.38 5.37
Trang 12


GVHD: PGS TS. VÕ VIẾT CƯỜNG

Năng lượng mặt trời là nguồn năng có thể nói là vô tận, tuy nhiên rất phân tán và rất
khó thu nhận và chuyển hoá thành nguồn năng lượng có ích. Các thiết bị thu nhận năng
lượng mặt trời chuyển thành nhiệt năng hoặc điện năng. Hiện nay ở thành phố Hồ Chí
Minh và các khu vực Nam trung bộ đã có nhiều nhà ở xây mới đã sử dụng hệ thống nước
nóng mặt trời thay thế cho các bộ đun điện trở.
Hiện nay có nhiều đơn vị chế tạo và lắp đặt hệ thống đun nước nóng mặt trời, hai
trung tâm nghiên cứu về năng lượng mặt trời chính của nước ta là Trường Đại học Bách
khoa Hà Nội và Đại học Bách khoa TP. HCM.Các trường đại học khác cũng có những
hoạt động nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời.
Trung tâm Nghiên cứu Thiết bị nhiệt và Năng lượng mớithuộc Trường Đại học Bách
khoa Thành phố Hồ Chính Minh hiện đang đưa ra thị trường máy nước nóng mặt trời với
thương hiệu là SOLAR-BK. Trung tâm đã trải qua hơn 15 năm nghiên cứu và ứng dụng
máy nước nóng mặt trời sử dụng trong hộ gia đình. Từ những máy nước nóng được lắp
đặt đầu tiên vận hành cho đến nay vẫn còn hoạt động hiệu quả, chứng tỏ được hiệu quả và
đánh giá được tuổi thọ cho thiết bị. Hiện nay thiết bị thu nhận năng lượng mặt trời của
Trung tâm nhập từ CHLB Đức – tấm SOLADURE, còn các phụ kiện còn lại chế tạo trong
nước. Sản phẩm trung tâm có 3 loại chính từ 180 lít –240 lít và 320 lít.

Trang 13


GVHD: PGS TS. VÕ VIẾT CƯỜNG

Hình 1.1. Hệ thống nước nóng mặt trời SOLAR-BK-180 của Trung tâm Nghiên cứu Thiết
bị nhiệt và Năng lượng mới.
Nhược điểm loại này là vì ống trụ vừa đóng vai trò là bộ thu (solar collector) vừa
đóng vai trò là bình chứa nên nhiệt độ đạt không cao (chỉ đạt 55 – 60 0C trong những ngày
nắng tốt tại Tp. HCM) và mất nhiệt rất nhanh một khi tắt nắng (không còn bức xạ mặt
trời).
Trung tâm Nghiên cứu và Chuyển giao Công nghệ- trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật

thành phố Hồ Chí Minh với thương hiệu là HELIO, sử dụng bộ thu tấm phẳng với kết cấu
truyền thống.
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội là một trung tâm nghiên cứu NLMT phía Bắc
nước ta.Nhóm nghiên cứu của trường cũng có truyền thống và kinh nghiệm lâu
năm.Collector phẳng cũng là một trong những khởi đầu của các nghiên cứu tại đó.Một
trong những phát triển của họ gần đây là phát triển collector hộp phẳng mỏng có thêm
gương phản xạ lắp hai bên (xung quanh) để đạt nhiệt độ cao. Thiết kế này thich hợp cho
các ứng dụng nước nóng ở nhiệt độ cao, như trong kỹ thuật làm lạnh theo nguyên tắc hấp
thụ.
Bộ thu mặt trời loại ống chân không có các đơn vị chế tạo và lắp đặt như Công ty
TNHH Đại Thành – Khánh Hoà với thương hiệu là YACHI, Công ty TNHH Quán Quân
với thương hiệu là Quán Quân, Công ty Khang Đại,Công ty Nam Đại Thành …
Trang 14


GVHD: PGS TS. VÕ VIẾT CƯỜNG

Hình 1.2. Máy nước nóng NLMT của Công ty Khang Đại

Chương 2. ĐẶC ĐIỂM KHÍ HẬU TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ
MINH
2.1. Đặc điểm chung.

Thành phố Hồ Chí Minh có toạ độ 10°10' – 10°38' Bắc và 106°22' – 106°54'
Đông, phía Bắc giáp tỉnh Bình Dương, Tây Bắc giáp tỉnh Tây Ninh, Đông và Đông
Bắc giáp tỉnh Đồng Nai, Đông Nam giáp tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu, Tây và Tây Nam
giáp tỉnh Long An và Tiền Giang[46]. Nằm ở miền Nam Việt Nam, Thành phố Hồ
Chí Minh cách Hà Nội 1.730 km theo đường bộ, trung tâm thành phố cách bờ biển
Đông 50 km theo đường chim bay. Với vị trí tâm điểm của khu vực Đông Nam Á,
Trang 15

GVHD: PGS TS. VÕ VIẾT CƯỜNG
Thành phố Hồ Chí Minh là một đầu mối giao thông quan trọng về cả đường bộ,
đường thủy và đường không, nối liền các tỉnh trong vùng và còn là một cửa ngõ
quốc tế.[47]
Nằm trong vùng chuyển tiếp giữa miền Đông Nam Bộ và đồng bằng sông Cửu
Long, địa hình thành phố thấp dần từ Bắc xuống Nam và từ Tây sang Đông. Vùng
cao nằm ở phía bắc - Đông Bắc và một phần Tây Bắc, trung bình 10 đến 25 mét.
Xen kẽ có một số gò đồi, cao nhất lên tới 32 mét như đồi Long Bình ở quận 9.
Ngược lại, vùng trũng nằm ở phía nam - Tây Nam và Ðông Nam thành phố, có độ
cao trung bình trên dưới 1 mét, nơi thấp nhất 0,5 mét. Các khu vực trung tâm, một
phần các quận Thủ Đức, quận 2, toàn bộ huyện Hóc Môn và quận 12 có độ cao
trung bình, khoảng 5 tới 10 mét.

Nhiệt độ trung bình qua các tháng của TP. Hồ Chí Minh

Trang 16


GVHD: PGS TS. VÕ VIẾT CƯỜNG

Chương 3. CÔNG NGHỆ MÁY ĐUN NƯỚC NÓNG BẰNG NĂNG
LƯỢNG MẶT TRỜI
3.1. Công nghệ bộ thu.
Bất cứ vật thể nào để dưới ánh nắng mặt trời đều hấp thụ nhiệt và ta có thể cảm nhận
được thong qua thiết bị đo hoặc bằng tay. Nhưng bộ góp năng lượng mặt trời “Collector”
được cấu tạo từ các vật liệu nhằm hấp thu lượng bức xạ mặt trời cao hơn. Bộ góp hấp thu
năng lượng mặt trời và truyền nhiệt lượng cho môi trường chứa trong nó như nước,
không khí, … Nhiệt lượng của nước nóng lên và chuyển động lên trên nhờ nguyên lý tỷ

trọng của nước nóng thấp hơn tỷ trọng của nước lạnh, do đó phần nước nóng dịch chuyển
lên và nước lạnh dịch chuyển xuống tạo thành dòng tự nhiên. Bằng cách này Collector có
thể hấp thu nhiệt từ mặt trời mỗi ngày mà không cần thêm tác động từ bên ngoài. Sự khác
Trang 17


GVHD: PGS TS. VÕ VIẾT CƯỜNG
biệt của mỗi loại collector là chất liệu cấu tạo hấp thu được nhiệt lượng từ mặt trời nhiều
hay ít và lượng nhiệt mất mát do tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh.
Chúng ta chia ra thành 3 loại vật liệu thường dùng
Loại collector phẳng ống cánh kim loại.
Loại collector ống chân không.
3.1.1. Dạng tấm phẳng.
3.1.1.a. Thành phần cơ bản.
Hệ thống cung cấp nước nóng có nhiệt độ thấp dùng năng lượng mặt trời hiện nay
được sử dụng rộng rãi trong sinh hoạt gia đình hoặc trong nhà hàng, khách sạn với mục
đích tắm giặt, rửa chén bát, hâm nước bể bơi và hâm nóng nước trước lúc nấu nhằm tiết
kiệm năng lượng... Thiết bị chủ yếu của hệ thống này đó là bộ phận hấp thụ bức xạ nhiệt
mặt trời sau đây được gọi là Collector.

Hình 3.1. Mặt cắt ngang tấm phẳng.
1 - Lớp cách nhiệt
2 - Lớp đệm tấm phủ trong suốt
3 - Tấm phủ trong suốt
Trang 18


GVHD: PGS TS. VÕ VIẾT CƯỜNG
4 - Đường nước nóng ra
5 - Bề mặt hấp thụ nhiệt

6- Lớp tôn bọc
7- Đường nước lạnh vào
8- Khung đỡ Collector
3.1.1.b. Nguyên lý làm việc của Collector:
Bất cứ vật thể nào mà để dưới ánh nắng mặt trời đều hấp thu nhiệt và ta có thể cảm
nhậ n được điều đó bằng cách sờ tay vào nó. Nhưng bộ góp năng lượng mặt trời
“Collector” được tạo thành bởi các vật liệu mà có thể hấp thụ tốt nhất năng lượng bức xạ
mặt trời.
Collector hấp thụ nhiệt từ bức xạ mặt trời và truyền nhiệt cho nước (hoặc không khí)
chứa trong đó. Nước nóng trong các ống của bề mặt trao đổi nhiệt giãn nở và do đó có thể
chuyển động lên phía trên nhờ hiệu ứng Syphon nhiệt rồi đi vào bình chứa, lúc đó nước
có nhiệt độ thấp hơn đi từ dưới bình chứa theo ống xuống vào phần dưới của
Collector. Bằng cách này Collector có thể tập trung hầu hết phần lớn nhiệt từ mặt trời
mỗi ngày.
Điều quan trọng nữa là Collector phải cấu tạo sao cho để hạn chế sự mất mát nhiệt do
quá trình tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh và vào ban đêm khi nhiệt độ môi trường
xuống thấp. Để đảm bảo được điều đó tốt nhất là phải bọc cách nhiệt cho Collector, bình
chứa và các đường ống nối.
Bản thân của Collector tạo thành một hộp không khí kín do đó không khí nóng không
thể thoát ra được, phía sau Collector cũng có lớp cách nhiệ t, do đó nhiệt không thể
truyền dễ dà ng ra ngoài, phía trước của Collector là một tấm phủ trong suốt, thường là
kính nhiều khi dùng tấm nhựa trong, lớp phủ trong suốt này còn có tác dụng làm tăng quá
trình hấp thụ nhiệt nhờ hiệu ứng nhà kính.
Vậy vấn đề là cần phải làm sao để có một Collector mà có thể thu nhận càng nhiều
nhiệt càng tốt và mất mát nhiệt càng ít càng tốt.
Trang 19


GVHD: PGS TS. VÕ VIẾT CƯỜNG
Không thể có một Collector và cũng như một cách lắp đặt nào hoàn hảo về mọi mặt

và thích hợp cho mọi đối tượng. Trong phần này sẽ chỉ đưa ra một số lựa chọn cho việc
thiết kế và lắp đặt một Collector mà thỏa mãn một số chỉ tiêu sau: Rẻ nhất, Dễ lắp đặt
nhất, Hiệu quả nhất.
3.1.1.c. Kích thước bề mặt hấp thụ.
Việc chọn kích thước cho Collector có liên quan bởi nhiều yếu tố khác nhau. Một
trong các yếu tố quan trọng khi xét đến kích thước và trọng lượng của một Collector là nó
có thể vận chuyển được đến nơi lắp đặt dễ dàng hay không (vận chuyển lên mái nhà).
Các yếu tố khác cần lưu ý đến nữa là tính sẵn có của các vật liệu khác nhau và với kích
thước này sao cho những vật liệu đó có thể kiếm được một cách dễ dàng. Việc cắt gọt vật
liệu dẫn đến còn lại những phế phẩm và tất nhiên tốn kém về tài chính và tốn thời gian
cũng như năng lượng vô ích.
Ví dụ: Ở Việt Nam tấm kính hoặc tấm nhựa có kích thước 1250 mm x 800 mm tương
đối rẻ và chiều dài ống thường sẵn có là 6m. Do đó một Collector có thể được sản xuất
với kích thước là a x b =1250 mm x 800 mm và 6m ống dạng hình rắn. Với loại dạng
hình rắn và dạng tấm thì mối quan hệ của chiều dài và chiều rộng của Collector cần phải
trong khoảng 1,5 ÷ 2 lầ n.
3.1.1.d. Bề mặt hấp thụ.
Bề mặt hấp thụ ở đây muốn nói đến đó là bề mặt trao đổi nhiệt mà một bên là năng
lượng bức xạ mặt trời được hấp thụ còn bên kia là môi chất cần đun nóng. Ngoài ra bề
mặt chứa môi chất hấp thụ nhiệt, để tăng khả năng hấp thụ thì người ta gắn vào bề mặt
một ống kim loại.
A. Các loại bề mặt hấp thụ.
a. Bề mặt hấp thụ nhiệt dạng ống hình rắn.

Trang 20


GVHD: PGS TS. VÕ VIẾT CƯỜNG

Hình 3.2. Bề mặt hấp thụ nhiệt dạng ống hình rắn.

Bề mặt hấp thụ nhiệt dạng ống hình rắn cỏ thể lắp đặt chỉ cần một vài dụng cụ đơn
giản. Hệ thống ống có thể được chế tạo từ bất kỳ dạng ống kim loại nào (Sắt, Mạ sắt,
Nhôm, Đồng, … ). Đường kính ống từ 10mm đến 16mm. Có thể dùng từ 1m 2 đến 2m2
cho 1 thiết bị hấp thụ.
Ống hình rắn có thể được uốn cong bằng máy uốn, nếu máy uốn ống không có sẵn thì
các ống có thể được uốn bằng tay. Để uốn cong dễ dành, nên dùng cát kho, đổ đầy vào
ống rồi nút lại và uốn.
Sau khi uốn ống xong, đặt ống nằm trên tấm kim loại ở đó có khoan các lỗ 2 bên ống,
khoảng cách các lỗ là 15 cm, nếu không có khoan thì các lỗ có thể tạo bằng đinh, sợi dây
kim loại được xâu qua từng cặp lỗ và quanh ống đến khi nó được gắn vững chắc vào tấm
hấp thụ. Tấm hấp thụ có thể là các dải kim loại và được gắn vào bề mặt hấp thụ bằng
cách đan xen vào nhau.
Ống hình rắn còn có thể được hàn liên tục vào tấm hấp thụ, cách làm này mất nhiều
công và vật liệu hơn.
b. Bề mặt hấp thụ nhiệt dạng dãy ống.

Trang 21


GVHD: PGS TS. VÕ VIẾT CƯỜNG

Hình 3.3. Bề mặt hấp thụ nhiệt dạng dãy ống kiểu vòng dây.
Việc lắp đặt bề mặt hấp thụ dạng dãy ống cần phải dùng nhiều dụng cụ, nhiều thời
gian và công hơn so với loại ống hình rắn. Hình 3.5 là cấu tạo của bề mặt hấp thụ dạng
dãy ống.
Nếu các khớp nối chữ T sẵn có và không đắt lắm thì đoạn nối giữa các ống góp và
ống dọc được hàn vào khớp chữ T, nếu nó không sẵn có và đắt thì khoan ở các ống góp
một số lỗ có đường kính bằng đường các ống dọc và nối chúng vào. Tùy thuộc vào điều
kiện cụ thể mà các ống dọc và các ống góp được hàn điện hay bằng cách hàn khác (hàn
thiếc, hàn đồng ...)

Hình 3.4. Bề mặt hấp thụ nhiệt được đan xen vào dãy ống.
Trang 22


GVHD: PGS TS. VÕ VIẾT CƯỜNG
Các ống dùng làm ống dọc có thể có đường kính trong là 10mm đến 16mm nếu các
ống dọc mà có đường kính trong 10 ÷ 12mm thì các ống góp cần giới hạn là 21mm, còn
ống dọc có đường kính là 16mm thì ống góp bằng 26mm. Với các bộ hấp thụ rất rộng thì
đường kính của ống góp có thể lớn hơn. Khi quyết định đường kính ống để làm ống góp
cũng như ống dọc thì cần chú ý đến độ sẵn có và giá thành của chúng trên thị trường.
Ống cần phải kiểm tra sự rò rỉ trước khi hàn.
Nói chung loại này cũng có 3 cách gắn các ống với tấm hấp thụ nhiệt như trường hợp
ống hình rắn:
Với vòng dây kim loại ( hình 3.4 )
Đan vào các ống những dãi tấm hấp thụ (hình 3.5 )
Hoặc hàn
c. Bề mặt hấp thụ nhiệt bằng các tấm.
Trong trường hợp bề mặt hấp thụ được chế tạo bằng các tấm, nước không chảy theo
hệ thống ống mà chảy trực tiếp giữa 2 tấm được hàn với nhau.
Toàn bộ bề mặt của tấm hấp thụ, đốt nóng trực tiếp nước và dẫn nhiệt đến môi chất
chứa trong đó. Để chế tạo loại này thường dùng 2 tấm tôn hàn với nhau như (hình 3.6).
Để gắn chặt 2 tấm lại với nhau nên dùng các bulông ép ở giữa có đệm cao su với
-khoảng cách 15cm một, cũng có thể gắn chặt bằng cách hàn đính các thanh đỡ ở giữa 2
tấm.

Trang 23


GVHD: PGS TS. VÕ VIẾT CƯỜNG

Hình 3.5. Bề mặt hấp thụ nhiệt bằng tấm.
Tấm hấp thụ có thể chế tạo bởi các tấm tôn lượn sóng hoặ c 1 tấm tôn lượn sóng và
một tấm tôn phẳng hay 2 tấm tôn phẳng (hình 3.6).
Tất cả các dạng của tấm hấp thụ cần phải kiểm tra trước khi lắp ráp. Khó khăn trong
việc lắp ráp bề mặt hấp thụ dạng tấm là tốn thời gian và cần nhiều công, hơn nữa là phải
cần dùng thêm que hàn và năng lượng để hàn.
B. Kết luận về các dạng bề mặt hấp thụ.
Từ các kết quả kiểm tra so sánh trên ta có thể rút ra một số kết luận sau:
Loại bề mặt hấp thụ dạng dãy ống có kết quả thích hợp nhất về hiệu suất, giá thành
cũng như công và năng lượng cần thiết. Tuy nhiên nếu trường hợp chú trọng đến giá
thành và sự thuận tiện của quá trình lắp đặt thì có thể dùng dạng ống hình rắn. Bề mặt
hấp thụ dạng tấm cũng có kết quả tốt tương đương dạng dãy ống nhưng đòi hỏi nhiều
công và khó lắp ráp hơn.
Dùng vòng dây kim loại để gắn ống vào tấm hấp thụ không tốt bằng kiểu đan xen.
Hàn thì tốt hơn nhưng không cần thiết vì tốn nhiều công cũng như năng lượng.
Trang 24


GVHD: PGS TS. VÕ VIẾT CƯỜNG
Các ống cách nhau trong khoảng 10 - 15cm là thích hợp nhất về giá thành cũng như
khả năng hấp thụ. Nhưng nếu chú trọng tất cả cho hiệu suất thì có thể dùng với khoảng
cách ngắn hơn.
Đồng là vật liệu tốt để làm tấm hấp thụ nhưng giá thành cao, với điều kiện ở Việt
Nam nên dùng thép là hiệu quả nhất.
Độ dày tấm hấp thụ dùng 0.5mm là tốt, nhưng nếu có sẵn 0.8mm, 1mm, 1.2 mm vẫn
dùng tốt.
Ống có đường kính trong bằng 10mm là tốt nhất, lớn hơn thì cũng tốt nhưng không
nên nhỏ hơn.
.

C. Cách nhiệt Collector.
Lượng nhiệt mất mát do sự tỏa nhiệt từ Collector là rất lớn. Do đó lớp cách nhiệt cần
phải giảm tối thiểu mất mát nhiệt phát ra từ Collector và phải chịu được sự đốt nóng tới
1000C.
Lớp cách nhiệt cần có chiều dày 5cm, tuy nhiên nó có thể mỏng hơn, tùy thuộc vào
loại chất cách nhiệt, và điều kiện khí hậu, sự lựa chọn vật liệu cần phải xét đến ảnh
hưởng chính là giá thành, và tính sẵn có ở trên thị trường.
Nhiệt độ trong Collector đơn giản dùng để đun nóng nước trong hộ gia đình tương
đối thấp nên có thể dùng styropore làm vật liệu cách nhiệt. Ta có thể dùng bông thuỷ tinh
hay các vật liệu sẵn có, rẻ tiền khác như rơm rạ, mùn cưa, trấu...

Trang 25