HE THONG NUOC NONG NANG LUONG MAT TROI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

----------

HỆ THỐNG NƯỚC NÓNG
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
(Môn học: Năng lượng tái tạo)
Giáo viên hướng dẫn: PGS TS VÕ VIẾT CƯỜNG
Nhóm thực hiện: NGUYỄN HOÀI PHONG 16142178
NGUYỄN TẤN MINH 16142147

TP Hồ Chí Minh 15-05-2019


LỜI CÁM ƠN
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 lý thuyết, liên quan,
cũng như các tài liệu tìm hiểu để giúp nhóm hoàn thành đồ án một cách tốt nhất.
Nhóm xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy trong thời gian vừa qua.
Cuối cùng, nhóm xin chúc quý thầy cô và các bạn nhiều sức khỏe và gặt hái
nhiều thành công.
Xin cảm ơn.

2|Page


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU
Nền khoa học, kỹ thuật ngày càng phát triển, đời sống người dân ngày càng
được cải thiện, hiện đại hóa, kèm theo đó là nhu cầu sử dụng năng lượng điện ngày

một tăng cao. Trước tình trạng nguồn năng lượng tự nhiên như dầu mỏ, than, nhiệt,
khí đốt…đều đang đứng trước những nguy cơ bị cạn kiệt do khai thác và sử dụng
quá mức. Do đó, buộc chúng ta phải vào cuộc và tìm kiếm nguồn năng lượng thay
thế mới hoặc tái tạo được.
Vì lý do đó rất nhiều đề tài đã nghiên cứu về những ứng dụng to lớn của năng
lượng mặt trời đối với đời sống hằng ngày. Mặt trời là một nguồn năng lượng vô
tận, không bao giờ cạn kiệt. Mặc dù nó có nhiều ưu điểm, nhưng thời gian qua, các
sản phẩm sử dụng năng lượng mặt trời vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi, một mặt
do hiệu suất của nó tạo ra không cao, mặt khác do giá thành cũng như kinh tế khó
đáp ứng được dẫn đến việc sử dụng năng lượng mặt trời chưa thật sự phổ biến.
Trong các sản phẩm ứng dụng năng lượng mặt trời thì máy nước nóng năng
lượng mặt trời cũng xem như là một sản phẩm đóng góp to lớn trong việc tiết kiệm
nguồn điện quốc gia. Tuy nhiên còn một số vấn đề khó khăn gặp phải như giá thành
cao, chi phí lắp đặt, phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết.
Chúng em xin chọn đề tài này để tìm hiểu về tình hình sử dụng năng lượng
mặt trời tại TP.Hồ Chí Minh, cũng như nghiên cứu hệ thống máy nước nóng phù
hợp với điều kiện địa lý của khu vực. Mong rằng đề tài sẽ được mọi người quan
tâm phát triển để có những ứng dụng trong thực tiễn tốt hơn.
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. Sau đó đưa ra một số
3|Page


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.

NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tiền năng và tình hình phát triển năng lượng tái tạo ở Việt Nam.

1.1.1 Vai trò của các nguồn năng lượng tái tạo
Hiện nay tất cả các nước trên thế giới đang đối mặt với cuộc chiến chống biến đổi
khí hậu toàn cầu, với việc thực hiện mục tiêu của Paris COP 21 là đảm bảo sự tăng nhiệt
độ trung bình toàn cầu từ nay đến năm 2100 ở mức dưới 2°C, bằng biện pháp giảm sản
xuất và sử dụng năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch (than, dầu, khí), nguyên nhân phát ra
2/3 lượng khí nhà kính (CO2) mà thay thế bằng các nguồn năng lượng tái tạo (NLTT) như:
gió, mặt trời, sinh khối...
Riêng đối với Việt Nam - đất nước sẽ chịu tác động khá trầm trọng của biến đổi khí
hậu, lại có tiềm năng nguồn NLTT (thủy điện, gió, mặt trời, sinh khối, địa nhiệt) phong
phú, trong khi các nguồn năng lượng sơ cấp trong nước như thủy điện vừa và lớn, than,
dầu khí đều ngày càng cạn kiệt, đang biến đổi từ một nước xuất khẩu năng lượng thành
nước nhập khẩu năng lượng thì việc tăng cường phát triển các nguồn NLTT có ý nghĩa hết
sức to lớn trong việc giảm sử dụng nhiên liệu hóa thạch nhập khẩu, vừa góp phần giảm
phát thải khí nhà kính trong mục tiêu toàn cầu, vừa đảm bảo an ninh năng lượng, phục vụ
cho công cuộc phát triển kinh tế - xã hội của đất nước.

1.1.2 Năng lượng mặt trời
Năng lượng mặt trời (NLMT) tổ chức năng lượng tái tạo của các nước ASEAN đã
phân loại tiềm năng năng lượng mặt trời thành 4 mức như sau:
+ Mức 1: Khu vực có bức xạ trung bình năm trên 4,8 kWh/m2 /ngày.
+ Mức 2: Khu vực có bức xạ trung bình năm từ 3,8÷4,8 kWh/m2 /ngày.
4|Page


+ Mức 3: Khu vực có bức xạ trung bình năm từ 3,2÷3,7 kWh/m2 /ngày.
+ Mức 4: Khu vực có bức xạ trung bình năm từ 3,2 kWh/m2 /ngày trở xuống.
Với các khu vực ở mức 1 thì khai thác và sử dụng năng lượng mặt trời đạt hiệu quả
cao, mức 2 đạt hiệu quả, mức 3 bình thường, mức 4 thì không có hiệu quả.
Việc đo đạc và đánh giá dữ liệu cường độ bức xạ mặt trời thường xuyên ở các vị trí
có thể mới chỉ là điều kiện cần thiết ban đầu để triển khai ứng dụng năng lượng mặt trời.

Vì thế, cần phải biết rõ các giá trị bức xạ mặt trời trong cả năm tại vị trí cụ thể, nơi mà hệ
thống thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời sẽ được thiết kế và xác định công suất. Ngoài
ra, thông số về số giờ nắng cũng là một chỉ tiêu để đánh giá tiềm năng khả thực. Theo số
liệu thống kê của Trung tâm Khí tượng Thuỷ văn Quốc gia về số giờ nắng (số liệu bình
quân 20 năm) ở Việt Nam, thì có thể chia thành 3 khu vực như sau:
+ Khu vực 1: Các tỉnh vùng Tây Bắc (Sơn La, Lai châu): Số giờ nắng tương đối
cao từ 1897÷2102 giờ/năm.
+ Khu vực 2: Các tỉnh còn lại của miền Bắc và một số tỉnh từ Thanh Hóa đến
Quảng Bình. Số giờ nắng trung bình năm từ 1400÷1700 giờ/năm.
+ Khu vực 3: Các tỉnh từ Huế trở vào: Số giờ nắng cao nhất cả nước từ 1900÷2900
giờ/năm.
Theo đánh giá, những vùng có số giờ nắng từ 1800giờ/năm trở lên thì được coi là
có tiềm năng để khai thác sử dụng. Đối với Việt Nam, thì tiêu chí này phù hợp với nhiều
vùng, nhất là các tỉnh phía Nam. Ở Việt Nam, năng lượng mặt trời được coi là nguồn năng
lượng phong phú bởi nơi nào cũng có và có những đặc điểm nổi bật. Năng lượng mặt trời
không phân bố đồng đều trên toàn lãnh thổ do đặc điểm địa hình và chịu ảnh hưởng của
các dòng khí quyển đại dương và lục địa. Có hai vùng khí hậu đặc trưng khá rõ nét là:
+ Từ vĩ tuyến 17 trở ra Bắc, khí hậu có 4 mùa rõ rệt: xuân, hạ, thu, đông.
+ Từ vĩ tuyến 17 trở vào Nam, khí hậu phân ra 2 mùa: mùa mưa và mùa khô.

1.1.3 Các nguồn năng lượng khác
1.1.3.1 Thủy điện nhỏ
5|Page


Thủy điện nhỏ (TĐN) được đánh giá là dạng năng lượng tái tạo khả thi nhất về mặt
kinh tế - tài chính. Căn cứ vào các báo cáo đánh giá gần đây nhất, thì hiện nay nước ta có
trên 1.000 địa điểm đã được xác định có tiềm năng phát triển TĐN, quy mô từ 100 kW tới
30 MW (với thế giới chỉ tới 10 MW), với tổng công suất đặt trên 7.000 MW (đứng đầu
các nước ASEAN), các vị trí này tập trung chủ yếu ở vùng núi phía Bắc, Nam Trung bộ

và Tây Nguyên.
Hiện nay, có khá nhiều doanh nghiệp tư nhân đã đầu tư và vận hành hiệu quả kinh tế
cao các trạm thủy điện nhỏ tại một số tỉnh như: Hà Giang, Lào Cai, Nghệ An, Hà Tĩnh,
Gia Lai…
TĐN vẫn được coi là nguồn NLTT, hiện cung cấp 19% sản lượng điện của toàn cầu.
Công nghệ TĐN cũng bao gồm tua bin thủy lực, máy phát điện như thủy điện vừa và lớn,
nhưng thường chỉ sử dụng lưu lượng dòng chảy (run-of-river) trên các nhánh sông nhỏ,
hoặc suối để phát điện không cần đập và hồ chứa.

1.1.3.2 Năng lượng sinh khối
Là một nước nông nghiệp, Việt Nam có tiềm năng rất lớn về nguồn năng lượng sinh
khối (NLSK). Các loại sinh khối chính là: gỗ năng lượng, phế thải - phụ phẩm từ cây
trồng, chất thải chăn nuôi, rác thải ở đô thị và các chất thải hữu cơ khác. Nguồn NLSK có
thể sử dụng bằng cách đốt trực tiếp, hoặc tạo thành viên nhiên liệu sinh khối.
Khả năng khai thác bền vững nguồn sinh khối cho sản xuất năng lượng ở Việt Nam
đạt khoảng 150 triệu tấn mỗi năm. Một số dạng sinh khối có thể khai thác được ngay về
mặt kỹ thuật cho sản xuất điện, hoặc áp dụng công nghệ đồng phát năng lượng (sản xuất
cả điện và nhiệt) đó là: trấu ở Đồng bằng Sông Cửu Long, bã mía dư thừa ở các nhà máy
đường, rác thải sinh hoạt ở các đô thị lớn, chất thải chăn nuôi từ các trang trại gia súc, hộ
gia đình và chất thải hữu cơ khác từ chế biến nông - lâm - hải sản. Hiện nay, một số nhà
máy đường đã sử dụng bã mía để phát điện, nhưng chỉ bán được với giá hơn 800
đồng/kWh (4 cent/kWh).
6|Page


Cuối năm 2013, Bộ Công Thương đã trình Chính phủ xem xét cơ chế hỗ trợ sản xuất
điện từ năng lượng sinh khối. Theo đó, mức giá cao nhất mà ngành điện mua lại điện
được sản xuất từ nguồn nguyên liệu sinh khối lần lượt là 1.200 - 2.100 đồng/kWh. Mức
giá như đề xuất trên sẽ góp phần tạo động lực cho việc phát triển nguồn điện từ nguồn
nguyên liệu sinh khối ở nước ta. Việc xây dựng các nhà máy điện đốt rác thải cũng đang

được quan tâm với mục tiêu giảm thiểu ô nhiễm môi trường, đặc biệt tại các thành phố, đô
thị lớn. Hiện nay, tại nước ta đã có một số dự án điện đốt rác đã đi vào hoạt động, hoặc
đang được triển khai xây dựng tại thủ đô Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, Cần Thơ, Hà
Nam…

1.1.3.3 Năng lượng gió
Nguồn điện gió sử dụng luồng không khí (gió) đập vào cánh tua bin làm quay máy
phát điện. Nguồn điện gió cũng là nguồn điện xoay chiều như thủy điện, nhiệt điện.
Nghiên cứu của Ngân hàng Thế giới chỉ ra rằng, Việt Nam là nước có tiềm năng gió
lớn nhất trong 4 nước khu vực, với hơn 39% tổng diện tích của Việt Nam được ước tính là
có tốc độ gió trung bình hàng năm lớn hơn 6m/s, ở độ cao 65m, tương đương với tổng
công suất 512 GW. Đặc biệt, hơn 8% diện tích Việt Nam được xếp hạng có tiềm năng gió
rất tốt (tốc độ gió ở độ cao 65m 7 - 8 m/giây), có thể tạo ra hơn 110 GW.

Tiềm năng gió của Việt Nam ở độ cao 65m

7|Page


Vùng ven biển phía Nam nước ta có diện tích rộng khoảng 112.000 km2, còn khu
vực có độ sâu từ 30m đến 60m, với diện tích rộng khoảng 142.000 km2 là khu vực có
tiềm năng phát triển điện gió biển rất tốt. Đặc biệt, khu vực biển có độ sâu 0-30m từ Bình
Thuận đến Cà Mau, rộng khoảng 44.000 km2.
Theo số liệu gió tại Phú Quý, Côn Đảo thì vùng này đạt tốc độ gió trung bình ở độ
cao 100m, đạt hơn 5-8m/s. Hiện nay, trang trại gió biển đầu tiên với công suất gần 100
MW đã hoạt động và đang nghiên cứu triển khai các giai đoạn tới năm 2025, lên tới 1.000
MW (tức gấp 10 lần).
Cụ thể, các trang trại tua bin gió tại đảo Phú Quý và Bạc Liêu đã hoạt động tốt và
mang lại hiệu quả kinh tế cao, cơ hội thu hồi vốn khoảng hơn 10 năm, so với tuổi thọ tua
bin 20 năm. Trang trại gió biển Khai Long (Cà Mau) xây dựng từ tháng 1/2016, với công

suất giai đoạn 1 là 100 MW. Trang trại gió biển hiện đóng góp ngân sách cho các địa
phương với nguồn thu ổn định, như tỉnh Bạc Liêu (với 99 MW) đạt 76 tỷ đồng/năm, khi
hoàn thành trang trại gió 400 MW sẽ lên tới gần 300 tỷ mỗi năm. Tỉnh Cà Mau, với 300
MW cũng sẽ thu được hơn 200 tỷ/năm.
Theo thông tin từ Bộ Công Thương, mới đây, Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (PVN)
cùng với các nhà đầu tư từ Singapore, Liên bang Nga đã khởi động dự án gió Kê Gà, trên
biển Bình Thuận, với công suất 3.400 MW.
Về diện tích chiếm đất, một máy phát điện gió công suất 2 MW chiếm diện tích 0,6
ha. Các máy phát điện phải đặt cách xa nhau khoảng 7 lần đường kính cánh quạt của nó
(ví dụ, với cánh quạt đường kính 80 m thì phải đặt cách nhau 560 m).

1.2 Chính sách khuyến khích của Chính phủ
Chính phủ Việt Nam đã ban hành nhiều chính sách khuyến khích phát triển năng
lượng tái tạo, đề ra mục tiêu sử dụng năng lượng tái tạo và hướng đến một thị trường điện
cạnh tranh với nguồn đầu tư và mô hình kinh doanh đa dạng. Thủ tướng Chính phủ phê
duyệt Chiến lược phát triển Năng lượng tái tạo quốc gia của Việt Nam đến năm 2020 tầm
8|Page


nhìn 2050 , Chính phủ khuyến khích việc phát triển và sử dụng năng lượng mới và năng
lượng tái tạo; cung cấp các hỗ trợ tài chính cho nghiên cứu sản xuất thử nghiệm và xây
dựng những mô hình thí điểm; miễn thuế nhập khẩu, thuế sản xuất và lưu thông. Cụ thể,
Chính phủ đã đề ra mục tiêu tăng thị phần của năng lượng tái tạo trong tổng năng lượng
thương mại sơ cấp từ 3% năm 2010 lên 5% năm 2020 và 11% năm 2050 và tăng thị phần
điện sản xuất từ nguồn năng lượng tái tạo như gió và sinh khối từ 3.5% tổng sản lượng
điện sản xuất 6% năm 2030.

1.3 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 < 45 0C;
loại nhiệt độ trung bình từ 450C đến 800C; và loại nhiệt độ cao > 80 0C. Chính phủ các
9|Page


nước này khuyến khích sử dụng năng lượng mặt trời qua miễn thuế, cho vay dài hạn lãi
suất thấp, tài trợ nghiên cứu phát triển v.v 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 (m 2) tấm thu nhiệt
mặt trời đã lắp đặt ở Châu Âu và mục tiêu đến năm 2010 sẽ có khoảng 100 triệu (m 2) 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(m 2)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 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

Áo

100 000 m2

Liên Hiệp Anh

40 000 m2

Đan Mạch

20 000 m2

Các nước khác

55 000 m2

Toàn Châu Âu

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
nhiệt mặt trời. Điện cũng được cung cấp phần lớn qua pin mặt trời. Trung Quốc cũng phát
10 | P a g e


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 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)

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.
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).
11 | P a g e


Tại Châu Á: Solar Research Design (Malaysia), Enolar Systems Marketing, Sunbeam (Ấn
Độ), Beijing Sunda Solar (Trung Quốc), SolAsia Energy Development (Đài Loan).

1.4 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.

12 | P a g e

Bảng số liệu về lượng bức xạ mặt trời tại các vùng miền nước ta.

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.
Nắm bắt được vấn đề đó, sản phẩm máy nước nóng năng lượng mặt trời
(NNNLMT) ngay từ những năm 90 của thập kỷ đã được nhiều đơn vị quan tâm nghiên
cứu phát triển, bao gồm cả các đơn vị trong nước như: trường đại học Bách khoa thành
phố Hồ Chí Minh nghiên cứu, chuyển giao công nghệ và cho ra đời với kỳ vọng sẽ tận

13 | P a g e


dụng được triệt để nguồn năng lượng tái tạo, tự nhiên sẵn có và vô tận ở một đất nước
nhiệt đới như Việt Nam.

Hệ thống nước nóng mặt trời SOLAR-BK- của Trung tâm Nghiên cứu Thiết bị nhiệt và
Năng lượng mới.

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.

14 | P a g e


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,…

Máy nước nóng NLMT của Công ty Đại Thành.

15 | P a g e


CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG NƯỚC NÓNG NĂNG LƯỢNG
MẶT TRỜI
2.1 Tổng quát hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời
2.1.1 Cấu tạo chung
Một hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời đơn giản bao gồm các bộ phận chính:
bộ thu nhiệt (collector), bình bảo ôn, hệ thống khung giá đỡ và hệ thống ống dẫn.
Hệ thống này được sử dụng trong các hộ gia đình hoặc quy mô nhỏ lẻ, công suất và
nhu cầu nhỏ.

Hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời gia đình đơn giản
Đối với quy mô lớn hơn, hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời công nghiệp là hệ
thống kết nối nhiều bộ thu nhiệt (collector) và bình bảo ôn lại với nhau để tăng công suất
và hiệu suất thu nhiệt của hệ thống. Tuy nhiên về cơ bản thì cũng chỉ gồm ba bộ phận như
nêu trên. Hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời công nghiệp thường sử dụng trong các
nhà máy công nghiệp, nhà xưởng, khách sạn hoặc những nơi có nhu cầu sử dụng cao.

16 | P a g e

Hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời trong công nghiệp

2.1.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời
Hoạt động của máy nước nóng năng lượng mặt trời dựa trên nguyên lý đối lưu nhiệt
tự nhiên và hiệu ứng lồng kính giúp biến đổi quang năng thành nhiệt năng.
Đầu tiên nước sẽ đi vào các ống chân không. Sau đó, khi có ánh nắng mặt trời lên,
các chất liệu hấp thụ nhiệt bên mặt ngoài ống thủy tinh sẽ làm ống thủy tinh nóng lên
truyền nhiệt độ cho nước bên trong ống.
Theo nguyên lý đối lưu nhiệt, nước nóng hơn có xu hướng di chuyển lên trên bồn
chứa và nước lạnh sẽ di chuyển xuống dưới ống chân không để được làm nóng. Cứ luân
phiên như vậy cho đến khi nhiệt độ nước trong cả bình chứa và ống chân không bằng
nhau thì quá trình này kết thúc.

17 | P a g e


Nguyên lý hoạt động hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời

2.2 Bộ thu nhiệt (collector)
Bộ thu nhiệt (hay còn gọi là bộ phận hấp thụ nhiệt mặt trời) là bộ phận quan trọng
nhất trong hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời. Bất cứ vật thể nào để dưới ánh nắng
mặt trời đều hấp thụ nhiệt và có thể cảm nhận được thông qua thiết bị đo hoặc bằng tay.
Bộ thu nhiệt được chế tạo bởi các vật liệu có khả năng hấp thụ tốt nhất nhiệt lượng từ bức
xạ mặt trời, sau đó truyền nhiệt cho nước (hoặc không khí) chứa trong nó. Nước lạnh khi
đi qua các ống hấp thụ nhiệt của bộ thu nhiệt sẽ được trao đổi (gia tăng) nhiệt độ, giãn nở
và chuyển động lên phía trên nhờ hiệu ứng siphon nhiệt rồi đi vào bồn chứa. Nước có
nhiệt độ thấp hơn đi từ dưới bồn chứa theo ống xuống để vào phần dưới của bộ thu nhiệt.
Bằng cách này bộ thu nhiệt có thể tập trung phần lớn nhiệt từ mặt trời mỗi ngày. Sự khác
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.
Yêu cầu rất quan trọng của bộ thu nhiệt là phải được cấu tạo để hạn chế thấp nhất hệ
số mất mát nhiệt độ quá trình trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh, đặc biệt là vào
18 | P a g e


ban đêm, khi nhiệt độ môi trường xuống thấp. Vì lý do này, các thế hệ bộ thu nhiệt mới
thường được bọc nhiều lớp cách nhiệt với các vật liệu khác nhau. Hay nói cách khác, hiệu
suất hấp thu nhiệt và tỷ lệ mất mát nhiệt của các bộ thu thay đổi tùy theo cấu tạo và vật
liệu chế tạo nên bộ thu.
Cụ thể hơn, để tăng khả năng hấp thụ năng lượng bức xạ mặt trời của bộ thu, người
ta thường phù lên bề mặt hấp thụ một lớp sơn màu tối. Thông thường một lớp sơn đen có
khả năng hấp thụ từ 90-95% năng lượng bức xạ mặt trời. Chất lượng sơn và phương pháp
sơn (sơn phun, quét,...) khác nhau sẽ làm thay đổi khả năng hấp thụ năng lượng bức xạ
mặt trời. Ngoài ra, lớp sơn phủ bề mặt còn có tác dụng cản trở sự tỏa nhiệt đến lớp gương
trong suốt. Trong trường hợp này thì lớp sơn đen thông thường hoàn toàn không hiệu quả,
mà phải sử dụng các lớp sơn kim loại (có thể là ô-xit niken và đồng, hoặc sunfit niken và
kẽm). Hiện nay, lớp sơn phủ kim loại được sử dụng phổ biến là lớp sơn phủ Crom đen.
Tuy nhiên, do giá thành của lớp sơn phủ kim loại này rất đắt nên hiện nay chưa được áp
dụng nhiều ở thị trường Việt Nam. Một vấn đề cần lưu ý nữa là để liên kết giữa lớp sơn
phủ và bề mặt hấp thụ được bền theo thời gian thì bắt buộc phải làm sạch bề mặt hấp thụ
trước lúc sơn phủ.
Tùy theo cấu tạo và vật liệu bề mặt hấp thu nhiệt, người ta phân loại bộ thu nhiệt
(collector) thành 2 dạng:
+ Bộ collector dạng phẳng (ống van kim loại).
+ Bộ collector dạng ống chân không.

2.2.1 Bộ thu nhiệt (collector) dạng tấm phẳng
2.2.1.1 Cấu tạo bộ thu nhiệt (collector) dạng tấm phẳng
Các bộ thu nhiệt dạng phẳng (flat-plate collector) hoạt động dựa trên nguyên lý hiệu

ứng nhà kính. Hiệu ứng này được định nghĩa là hiện tượng tích lũy năng lượng bức xạ
mặt trời bên dưới một lớp khí hoặc một tấm kính nào đó. Theo đó, bề mặt hấp thu nhiệt
19 | P a g e


bức xạ của bộ thu nhiệt dạng phẳng nhận năng lượng bức xạ mặt trời, tích lũy năng lượng
và cung cấp nhiệt lượng để làm nóng nước (hoặc không khí) chứa trong hệ thống ống dẫn
bên trong thông qua một lớp gương phủ trong suốt. Một bộ thu nhiệt dạng phẳng thường
có các thành phần chính như hình:
Hình ảnh mặt cắt ngang bộ thu nhiệt (collector) dạng tấm phẳng.
1 - Lớp cách nhiệt

2 - Lớp đệm tấm phủ trong suốt
3 - Tấm phủ trong suốt
4 - Đường nước nóng ra
5 - Bề mặt hấp thụ nhiệt
6 - Lớp tôn bọc
7 - Đường nước lạnh vào
8 - Khung đỡ collector
Hệ thống ống dẫn: chứa môi chất hoặc chất lỏng bên trong, nhận nhiệt và gia nhiệt
cho môi chất (hoặc chất lỏng) đó.
20 | P a g e


Lớp gương bao phủ trong suốt: vừa có tác dụng truyền dẫn năng lượng bức xạ mặt
trời đến bề mặt hấp thụ, tránh mất mát nhiệt, vừa có chức năng bảo vệ tác động cơ học,
tránh các tác nhân từ bên ngoài (bụi bẩn, lá cây, cát,...) xâm nhập vào bên trong. Đồng
thời cũng giúp cho việc vệ sinh bề mặt bộ thu dễ dàng hơn.
Khung đỡ collector: định hình bộ thu, bảo vệ cơ học bộ thu.
Bề mặt hấp thụ nhiệt: thường được sơn phủ màu đen để tăng cường khả năng hấp

thu bức xạ mặt trời của bộ thu.

2.2.1.2 Kích thước bề mặt hấp thu
Việc chọn kích thước cho bộ thu nhiệt (collector) phụ thuộc vào 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 và lắp đặt một cách dễ dàng hay không (vận chuyển lên
trên mái nhà).
Các yếu tố khác cần lưu ý đến nữa là tính sẵn có của các vật liệu khác và với kích
thước collector này sao cho những vật liệu đó có thể tìm mua được một cách dễ dàng.
Việc cắt gọt vật liệu dễ tạo ra những phế phẩm, gây tốn kém về tài chính, tốn công, tốn
thời gian lắp đặt cũng như năng lượng vô ích.

2.2.1.3 Các loại bề mặt hấp thu nhiệt
Tùy vào mục đích sử dụng nhiệt (nấu nước, nấu nướng, sưởi,…) mà có cấu tạo bề
mặt bộ thu khác nhau.
Bề mặt hấp thụ là bề mặt xảy ra trao đổi nhiệt trong đó một bên là năng lượng bức
xạ mặt trời được hấp thụ còn bên kia là môi chất cần đun nóng (nước, không khí,…).
Không chỉ chứa môi chất hấp thụ nhiệt, để tăng khả năng hấp thu thì người ta gắn vào bề
mặt các ống kim loại.

2.2.1.3.1 Bề mặt hấp thu nhiệt dạng ống hình rắn

21 | P a g e


Bề mặt hấp thụ nhiệt dạng ống hình rắn.
Hệ thống ống có thể được chế tạo từ bất kỳ dạng ống kim loại nào (sắt, mạ sắt,
nhôm, đồng, inox,… ). Đường kính ống từ 10mm đến 16mm.
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 ống một cách dễ dàng, nên dùng cát khô, đổ

đầy vào ống rồi bịch lại và bắt đầu uốn.
Sau khi uốn xong, đặt ống nằm trên tấm hấp thụ được sơn phủ màu tối (thường là
màu đen), khoan các lỗ ở 2 bên ống, khoảng cách các lỗ là 15 cm, các ống cách nhau
trung bình khoảng 15 cm đến 30 cm, gắn vững chắc các ống 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, tuy nhiên cách làm này
mất nhiều công và vật liệu hơn.

2.2.1.3.2 Bề mặt hấp thu nhiệt dạng dãy ống

22 | P a g e


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, thời gian và
tốn công hơn so với loại ống hình rắn.
Sử dụng các ống kim loại có đường kính ống từ 10 mm đến 16 mm. Nếu các khớp
nối chữ T có sẵn và giá rẻ thì đoạn nối giữa các ống góp ngang và ống dọc được hàn vào
khớp chữ T, nếu nó không có sẵn hoặc rất đắt thì phải khoan ở các ống góp ngang một số
lỗ có đường kính bằng đường kính các ống. Sau đó sử dụng phương pháp hàn điện để cố
định ống dọc và ống góp ngang với nhau. Đường kính ống góp ngang luôn lớn hơn đường
kính ống dọc (thường là 10 mm – 21 mm hoặc 16 mm – 26mm).

3.2.1.3.3 Bề mặt hấp thu nhiệt dạng tấm
Trong trường hợp bề mặt hấp thu nhiệt dạng tấm, nước không chảy theo hệ thống
ống kim loại mà chảy trực tiếp giữa hai tấm hấp thu được hàn lại với nhau.
Toàn bộ bề mặt của tấm hấp thụ, đốt nóng trực tiếp nước và dẫn nhiệt đến môi chất
chứa trong đó. Các tấm hấp thụ thường được làm bằng vật liệu tôn dạng lượn sóng hoặc
dạng phẳng.
Để gắn chặt hai tấm lại với nhau thường dùng các bulông ép, ở giữa có đệm cao su,

cũng có thể gắn chặt bằng cách hàn đính các thanh đỡ ở giữa 2 tấm.
23 | P a g e


Bề mặt hấp thụ nhiệt dạng tấm.

3.2.1.3.4 Bề mặt hấp thu nhiệt dạng dãy ống đan xen

Bề mặt hấp thụ nhiệt được đan xen vào dãy ống.

24 | P a g e


Tương tự như dạng bộ thu có bề mặt hấp thu dạng dãy ống, nhưng được tăng cường
hiệu suất trao đổi nhiệt bằng cách luồn các ống trao đổi nhiệt giữa hai lớp cánh nhôm
(hoặc đồng) cán dẹt.

2.2.1.4 Phương pháp ghép nối các bộ thu nhiệt (collector)
Đối với các hệ thống nước nóng công suất lớn, bắt buộc phải ghép nối các bộ thu
nhiệt lại với nhau. Có ba cách ghép nối các bộ thu, bao gồm: ghép nối tiếp, ghép song
song và ghép hỗn hợp. Mỗi cách ghép có ưu, nhược điểm về kỹ thuật khác nhau.
+ Đối với cách ghép nối tiếp, nước nóng chảy từ bộ thu dưới cùng đến lần lượt các
bộ thu bên trên. Cách ghép này cung cấp nước nóng ngõ ra có nhiệt độ cao, phạm vi hoạt
động tốt ngay cả khi bức xạ mặt trời yếu. Tuy nhiên, tổn thất nhiệt của hệ thống lớn. Cách
ghép này thường được ứng dụng trong các trường hợp cần nhiệt độ nước cao.

Ghép nối các bộ thu nhiệt nối tiếp
+ Đối với cách ghép song song, nước có nhiệt độ giống nhau chảy trực tiếp vào từng
bộ thu từ bồn chứa. Do đó, cùng một khoảng thời gian thì lượng nước được đun nóng
nhiều hơn so với cách ghép nối tiếp, hiệu suất nhiệt của toàn bộ hệ thống cao. Tuy nhiên,

25 | P a g e