Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường: Nghiên cứu khả năng sử dụng năng lượng mặt trời phục vụ các hoạt động của con người vùng ven biển Trung Bộ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
--------------------

Lê Hữu Hải

KHẢ NĂNG SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI
PHỤC VỤ CÁC HOẠT ĐỘNG CỦA CON NGƢỜI
VÙNG VEN BIỂN TRUNG BỘ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội – 2016


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
--------------------

Lê Hữu Hải

KHẢ NĂNG SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI
PHỤC VỤ CÁC HOẠT ĐỘNG CỦA CON NGƢỜI
VÙNG VEN BIỂN TRUNG BỘ
Chuyên ngành : Khoa học môi trƣờng
Mã số
: 60440301

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
GS.TS. HOÀNG XUÂN CƠ

XÁC NHẬN HỌC VIÊN ĐÃ CHỈNH SỬA THEO GÓP Ý CỦA HỘI ĐỒNG

Giáo viên hƣớng dẫn

Chủ tịch hội đồng chấm luận văn
thạc sĩ khoa học

GS.TS. Hoàng Xuân Cơ

PGS.TS. Nguyễn Mạnh Khải

Hà Nội – 2016


LỜI CẢM ƠN
Qua luận văn này, tôi xin chân thành bày tỏ lòng cám ơn sâu sắc của mình
tới GS.TS. Hoàng Xuân Cơ, thầy đã luôn quan tâm, tận tình hướng dẫn, động viên
và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu.
Tôi xin chân thành cám ơn TS. Tạ Văn Đa, đã hướng dẫn, giúp đỡ và tạo
mọi điều kiện thuận lợi nhất để tôi có thể hoàn thành tốt luận văn này.
Tôi cũng xin chân thành cám ơn các thầy cô trong Khoa Môi trường, Trường
Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội, Đại học Quốc gia Hà Nội đã giúp đỡ và truyền
đạt những kiến thức quý báu trong suốt quá trình tôi học tập tại trường.
Luận văn này được hoàn thành một phần nhờ sự đồng thuận cung cấp tài
liệu từ đề tài cấp ĐHQG Hà Nội: “Khảo sát, đánh giá tiềm năng năng lượng gió và
mặt trời vùng bờ Việt Nam”, mã số QG.15.18, chủ nhiệm đề tài là GS.TS. Hoàng
Xuân Cơ.
Cuối cùng, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn đối với gia đình, cơ quan, bạn bè
đã ủng hộ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu thực hiện luận văn.
Xin chân thành cám ơn!

Hà Nội, ngày …… tháng….. năm 2016
Tác giả

Lê Hữu Hải


MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU ....................................................................................... 4
DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................... 5
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .................................................................................. 7
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ...................................................................................... 3
1.1. Tổng quan sơ lƣợc về khu vực nghiên cứu ..................................................... 3
1.1.1. Tổng quan vùng Bắc Trung Bộ ................................................................ 3
1.1.2. Tổng quan vùng Trung Trung Bộ ............................................................ 4
1.1.3. Tổng quan vùng Nam Trung Bộ .............................................................. 5
1.2. Tổng quan về năng lƣợng mặt trời .................................................................. 6
1.2.1. Khái niệm chung ...................................................................................... 6
1.2.2. Sơ lƣợc về các nghiên cứu ứng dụng năng lƣợng mặt trời trên thế giới ...... 7
1.2.3. Sơ lƣợc về các nghiên cứu ứng dụng năng lƣợng mặt trời ở Việt Nam..... 10
CHƢƠNG 2 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................... 16
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu .................................................................................... 16
2.1.1. Mạng lƣới trạm quan trắc khí tƣợng ...................................................... 16
2.1.2. Thời gian nắng........................................................................................ 17
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................... 17
2.2.1. Phƣơng pháp thu thập, chiết xuất, thống kê, tổng hợp số liệu ............... 17
2.2.2. Phƣơng pháp đánh giá tiềm năng ........................................................... 17
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ................................................................. 18
3.1. Tiềm năng năng lƣợng mặt trời vùng ven biển Trung Bộ ............................. 18
3.1.1. Khu vực Bắc Trung Bộ .......................................................................... 18

3.1.2. Khu vực Trung Trung Bộ ....................................................................... 21
3.1.3. Khu vực Nam Trung Bộ ......................................................................... 25
3.1.4. Số giờ nắng trong năm của khu vực ....................................................... 28
3.1.5. Số ngày có nắng ..................................................................................... 30
3.1.6. Chênh lệch số giờ nắng giữa các trạm ................................................... 32
3.1.7. Chênh lệch số giờ nắng giữa các tháng trong năm ................................ 33


3.2. Hiện trạng sử dụng năng lƣợng mặt trời tại khu vực ven biển Trung Bộ. .... 34
3.2.1. Giàn đun nƣớc nóng bằng năng lƣợng mặt trời ..................................... 34
3.2.2. Thiết bị sấy bằng năng lƣợng mặt trời ................................................... 35
3.2.3. Hệ thống chƣng cất nƣớc bằng năng lƣợng mặt trời .............................. 36
3.2.4. Hệ thống pin mặt trời ............................................................................. 37
3.2.5. Một số ứng dụng khác ............................................................................ 39
3.3. Khả năng sử dụng năng lƣợng mặt trời tại khu vực ven biển Trung Bộ ....... 42
3.3.1. Nhu cầu sử dụng năng lƣợng mặt trời vùng ven biển Trung Bộ ................. 42
3.3.2. Khái lƣợc về điều kiện tự nhiên ở miền Trung liên quan đến năng
lƣợng mặt trời ................................................................................................... 43
3.3.3. Điều kiện tài chính và cơ chế chính sách đối với miền Trung liên
quan đến khai thác năng lƣợng mặt trời ........................................................... 44
3.3.4. Đánh giá khả năng sử dụng năng lƣợng Mặt trời vùng ven biển
Trung Bộ........................................................................................................... 46
3.3.5. Một số giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng năng lƣợng mặt trời
đối với khu vực ven biển Trung Bộ ................................................................. 48
KẾT LUẬN ............................................................................................................... 50
KIẾN NGHỊ .............................................................................................................. 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 52


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Các số liệu về công suất pin mặt trời đã lắp đặt [18] ................................. 9
Bảng 1.2. Lộ trình phát triến nƣớc nóng mặt trời [13] ............................................. 12
Bảng 3.1. Phân chia các mức giờ nắng năm ............................................................. 28
Bảng 3.2. Điểm đánh giá số giờ nắng ....................................................................... 28
Bảng 3.3. Điểm đánh giá số ngày có nắng................................................................ 30
Bảng 3.4. Độ chênh năm 2009 .................................................................................. 32
Bảng 3.5. Độ chênh năm 2010 .................................................................................. 32
Bảng 3.6. Đánh giá độ chênh số giờ nắng giữa các trạm.......................................... 33
Bảng 3.7. Độ chênh năm 2009 .................................................................................. 33
Bảng 3.8. Độ chênh năm 2010 .................................................................................. 33
Bảng 3.9. Đánh giá độ chênh số giờ nắng giữa các tháng ........................................ 34


DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1. Thị phần công suất lắp đặt thiết bị nƣớc nóng NLMT của 10
nƣớc dẫn đầu thế giới [10] ............................................................8
Hình 1.2. Hệ thống cung cấp nƣớc nóng bằng năng lƣợng mặt trời theo
kiểu đối lƣu tự nhiên................................................................... 11
Hình 3.1. Biểu đồ phân bố số giờ nắng các tháng trong năm 2009 khu vực
Bắc Trung Bộ ............................................................................. 18
Hình 3.2. Biểu đồ phân bố số giờ nắng các tháng trong năm 2010 khu vực
Bắc Trung Bộ ............................................................................. 18
Hình 3.3. Biểu đồ phân bố số giờ nắng các tháng trong năm 2009 trạm Hà
Tĩnh ............................................................................................. 19
Hình 3.4. Biểu đồ phân bố số giờ nắng các tháng trong năm 2010 trạm
Hƣơng Khê ................................................................................. 20
Hình 3.5. Biểu đồ phân bố số giờ nắng các trạm trong năm 2009 khu vực
Bắc Trung Bộ ............................................................................. 20
Hình 3.6. Biểu đồ phân bố số giờ nắng các trạm trong năm 2010 khu vực

Bắc Trung Bộ ............................................................................. 21
Hình 3.7. Biểu đồ phân bố số giờ nắng các tháng trong năm 2009 khu vực
Trung Trung Bộ .......................................................................... 22
Hình 3.8. Biểu đồ phân bố số giờ nắng các tháng trong năm 2010 khu vực
Trung Trung Bộ .......................................................................... 22
Hình 3.9. Biểu đồ phân bố số giờ nắng các tháng trong năm 2009 trạm Lý
Sơn .............................................................................................. 23
Hình 3.10. Biểu đồ phân bố số giờ nắng các tháng trong năm 2010 trạm
Tuyên Hóa .................................................................................. 23
Hình 3.11. Biểu đồ phân bố số giờ nắng các trạm trong năm 2009 khu vực
Trung Trung Bộ .......................................................................... 24
Hình 3.12. Biểu đồ phân bố số giờ nắng các trạm trong năm 2010 khu vực
Trung Trung Bộ .......................................................................... 24
Hình 3.13. Biểu đồ phân bố số giờ nắng các tháng trong năm 2009 khu vực
Nam Trung Bộ ............................................................................ 25
Hình 3.14. Biểu đồ phân bố số giờ nắng các tháng trong năm 2010 khu
vực Nam Trung Bộ ..................................................................... 25
Hình 3.15. Biểu đồ phân bố số giờ nắng các tháng trong năm 2010 trạm
Phan Thiết ................................................................................... 26
Hình 3.16. Biểu đồ phân bố số giờ nắng các tháng trong năm 2010 trạm
Hoài Nhơn .................................................................................. 26
Hình 3.17. Biểu đồ phân bố số giờ nắng các trạm trong năm 2009 khu vực
Nam Trung Bộ ............................................................................ 27


Hình 3.18. Biểu đồ phân bố số giờ nắng các trạm trong năm 2010 khu vực
Nam Trung Bộ ............................................................................ 27
Hình 3.19. Bản đồ số giờ nắng trung bình năm 2009 – 2010 [6] ................... 29
Hình 3.20. Bản đồ số ngày nắng trung bình năm 2009 – 2010 [6] ................ 31
Hình 3.21. Giàn đun nƣớc nóng bằng năng lƣợng mặt trời ............................ 35

Hình 3.22. Thiết bị sấy bằng năng lƣợng mặt trời .......................................... 36
Hình 3.23. Lễ khởi công dự án nhà máy điện mặt trời ở Quảng Ngãi ........... 37
Hình 3.24. Lễ khởi công dự án nhà máy điện mặt trời ở Quảng Bình ........... 38
Hình 3.25. Các giàn pin mặt trời hộ gia đình ................................................. 39
Hình 3.26. Bếp năng lƣợng mặt trời hình hộp và hình parabol ...................... 40
Hình 3.27. Xích lô chạy bằng năng lƣợng Mặt trời ........................................ 40
Hình 3.28. Hệ thống sản xuất mắm bằng năng lƣợng mặt trời ...................... 41


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
BXMT

: Bức xạ mặt trời

NL

: Năng lƣợng

NLMT

: Năng lƣợng mặt trời

NLTT

: Năng lƣợng tái tạo

PMT

: Pin mặt trời

TCTK

: Tổng cục thống kê


MỞ ĐẦU
Mặt trời là một nguồn năng lƣợng khổng lồ. Hoạt động của mặt trời thƣờng
xuyên tạo ra các dòng bức xạ có năng lƣợng lớn truyền vào không gian vũ trụ. Song,
phần bức xạ của mặt trời truyền vào trái đất chỉ là một phần rất nhỏ. Mặc dù vậy,
nguồn năng lƣợng mặt trời (NLMT) đến với Trái đất cũng đủ nuôi sống toàn bộ quả
đất chúng ta. Ngoài việc năng lƣợng mặt trời tự nó tạo ra các hoạt động sống bình
thƣờng cho các loài sinh vật, trong đó có con ngƣời thì từ xa xƣa, loài ngƣời đã biết
tận dụng nguồn năng lƣợng quý giá này trong nhiều hoạt động thực tiễn để nhằm cải
tạo thiên nhiên, chinh phục vũ trụ, cải thiện và nâng cao chất lƣợng cuộc sống của
mình. Tuy dòng bức xạ mặt trời đến trái đất là rất nhỏ so với tổng thể khổng lồ của
nó, nhƣng so với chúng ta, đó lại là một nguồn năng lƣợng vô tận. Bức xạ mặt trời,
trƣớc hết là bức xạ trực tiếp, khi đến trái đất lại tạo ra nhiều dạng bức xạ thứ cấp khác
nhƣ phản xạ, tán xạ (bức xạ khuếch tán), bức xạ mặt đất, bức xạ khí quyển,…Nếu
khai thác có hiệu quả các dạng bức xạ này, có thể mang đến cho chúng ta một nguồn
năng lƣợng hết sức dồi dào. Các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu và cho thấy
rằng, các nguồn năng lƣợng do bức xạ tạo nên đều không có ảnh hƣởng độc hại gì
đến môi trƣờng xung quanh. Từ lâu, nhiều nơi trên thế giới đã sử dụng năng lƣợng
mặt trời nhƣ một giải pháp thay thế những nguồn tài nguyên truyền thống. Tại Đan
Mạch, năm 2000, hơn 30% hộ dân sử dụng tấm thu năng lƣợng mặt trời, có tác dụng
làm nóng nƣớc. Ở Brazil, những vùng xa xôi hiểm trở nhƣ Amazon, điện năng lƣợng
mặt trời luôn chiếm vị trí hàng đầu. Ngay tại Đông Nam Á, điện mặt trời ở Philipines
cũng đã đảm bảo nhu cầu sinh hoạt cho 400.000 dân.
Vdần. Điều này dẫn đến kết quả là đến một ngày
nào đó mặt trời sẽ thôi không tồn tại nữa. Tuy nhiên, do khối lƣợng của mặt trời vô
cùng lớn, vào khoảng 1,991x1030kg, nên thời gian để mặt trời còn tồn tại đƣợc tính

hàng tỷ năm. Bên cạnh sự biến đổi nhiệt độ rất đáng kể theo bán kính, một điểm đặc
biệt khác của mặt trời là sự phân bố khối lƣợng rất không đồng đều. Ví dụ, khối
lƣợng riêng ở vị trí gần tâm mặt trời vào khoảng 100g/cm3, trong khi đó khối lƣợng
riêng trung bình của mặt trời chỉ vào khoảng 1,41g/cm3.
Các kết quả nghiên cứu cho thấy, khoảng cách từ mặt trời đến Trái đất không
hoàn toàn ổn định mà dao động trong khoảng ±1,7% xoay quanh giá trị trung bình
đã trình bày ở trên. Trong kỹ thuật năng lƣợng mặt trời, ngƣời ta rất chú ý đến khái
niệm hằng số mặt trời (Solar Constant). Về mặt định nghĩa, hằng số mặt trời đƣợc
hiểu là lƣợng bức xạ mặt trời nhận đƣợc trên bề mặt có diện tích 1m 2 đặt bên ngoài
bầu khí quyển và thẳng góc với tia tới. Tại khoảng cách trung bình từ trái đất đến
mặt trời (1.5x1011 m), hằng số mặt trời là S0 = 1367 W/m2. Mặt trời phát ra dòng
năng lƣợng gần nhƣ không đổi đƣợc gọi là độ chói của mặt trời, có giá trị: L0 =
3.9x1026 W. [11]
Trong tự nhiên, bức xạ mặt trời là dòng vật chất và năng lƣợng của quá trình
phong hóa, bóc mòn, vận chuyển, bồi tụ cũng nhƣ chiếu sáng và sƣởi ấm cho các
hành tinh trong hệ mặt trời. Ngày nay, con ngƣời đã có thể biến đổi năng lƣợng bức
xạ mặt trời ra nhiều dạng năng lƣợng khác để sử dụng:

6


- Biến đổi ra nhiệt năng nhờ các kỹ thuật làm nóng và làm lạnh.
- Biến đổi ra nhiệt năng rồi từ nhiệt năng thành cơ năng bằng các quá trình
nhiệt động lực và từ cơ năng thành điện năng.
- Biến đổi trực tiếp ra điện năng nhờ các pin quang điện.
- Biến đổi ra nhiệt năng rồi từ nhiệt năng ra hóa năng nhờ các phản ứng nhiệt hóa.
- Tạo ra sinh khối bằng quá trình quang hợp rồi từ sinh khối thu đƣợc hóa
năng nhờ các quá trình lên men và nhiệt phân.
Ngoài ra, ngƣời ta dự đoán trong tƣơng lai còn có thể biến đổi trực tiếp năng
lƣợng mặt trời ra hóa năng nhờ các phản ứng quang hóa. Tuy nhiên, hiện nay năng

lƣợng mặt trời khai thác chủ yếu dƣới dạng nhiệt năng và quang năng. Các phƣơng
tiện kỹ thuật đƣợc sử dụng để biến đổi năng lƣợng mặt trời ra các dạng năng lƣợng
khác bao gồm nhiều thứ khác nhau, từ các dàn đun nƣớc đơn giản đến các lò mặt
trời, các nhà máy điện mặt trời. Nói chung các hệ thống thiết bị mặt trời có 2 loại
khác nhau về tính năng sử dụng năng lƣợng mặt trời:
- Loại không tập trung năng lƣợng mặt trời, loại này hoạt động do tác dụng
của tổng xạ, tức là có thể sử dụng đƣợc cả trực xạ lẫn tán xạ mặt trời.
- Loại hội tụ năng lƣợng mặt trời, loại này hầu nhƣ chỉ sử dụng đƣợc trực xạ
mặt trời.
Hiệu quả hoạt động của các hệ thống thiết bị này chủ yếu phụ thuộc vào
cƣờng độ tổng xạ và trực xạ, phân phối tần suất tổng xạ và trực xạ, phân phối phổ
trực xạ và tán xạ, ngoài ra cũng còn chịu ảnh hƣởng của một số yếu tố khí tƣợng
khác nhƣ nhiệt độ, gió, độ ẩm v..v… Trong phạm vi luận văn cao học này, tác giả
chỉ sử dụng thông số số giờ nắng là thông số đặc trƣng nhất để đánh giá tiềm năng
năng lƣợng mặt trời.
1.2.2. Sơ lược về các nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời trên thế giới
Các số liệu từ REN 21: Renewables Global Status Report 2014, cho thấy:
đến cuối năm 2013, tổng công suất lắp đặt các hệ thống nƣớc nóng mặt trời trên
toàn thế giới vào khoảng 326GWth, trong đó phần lớn đƣợc lắp đặt ở Trung Quốc và
các nƣớc thuộc khối EU. Nếu tính theo công suất đã lắp đặt thiết bị nƣớc nóng mặt

7


trời trên đầu ngƣời (theo đơn vị kWth/1000 dân) thì đến năm 2013, có 5 nƣớc dẫn
đầu thế giới là: (1) Đảo Sip, 548; (2) Áo, 420; (3) Israel, 385; (4) Barbados, 320; (5)
Hy Lạp, 268. Chú ý rằng, các nƣớc trên không phải đều là các nƣớc phát triển và
giàu. Điều đó cho thấy, công nghệ nhiệt mặt trời nhiệt độ thấp có thể phát triển có
hiệu quả ở nhiều nƣớc, trong đó có Việt Nam.[10]

Hình 1.1. Thị phần công suất lắp đặt thiết bị nƣớc nóng NLMT
của 10 nƣớc dẫn đầu thế giới [10]
Theo Renewables 2014, Global Status Report, công suất lắp đặt pin mặt trời
trên toàn thế giới đến năm 2013 là 139 GW. Năm 2013, Đức lắp thêm 3,3 GW, đƣa
tổng công suất đến 2013 lên 36 GW; Trung Quốc lắp thêm 12,9 GW, chiếm khoảng
72% tổng công suất PMT lắp thêm năm 2013 trên toàn thế giới, trở thành nƣớc có
vị trí thứ 2, với tổng công suất khoảng 19 GW; Vị trí thứ 3 là Ý, với tổng công suất
đến 2013 khoảng 17,5 GW; Mỹ đứng vị trí thứ 5 sau Nhật Bản, có tổng công suất
12,5 GW, năm 2013 lắp thêm 4,8 MW; Nhật Bản lắp thêm 6,9 GW, tăng 50% so
với công suất đã xây dựng trƣớc đó, đƣa tổng công suất lên khoảng 14 GW.[18]

8


Bảng 1.1. Các số liệu về công suất pin mặt trời đã lắp đặt [18]
Nƣớc

Công suất pin mặt trời đã lắp đặt, GW

Đức
Nhật

36
14

Mỹ
Ý
Trung Quốc

12,5

17,5
19
Nguồn: Renewables 2014, Global Status Report

Các hình 1.1 và bảng 1.1 cho thấy, các nƣớc đang thi đua khai thác nguồn
năng lƣợng vô tận từ mặt trời để đáp ứng các nhu cầu thiết yếu của con ngƣời.
Trong đó, có thể nói tốc độ khai thác sử dụng năng lƣợng mặt trời ở Trung Quốc là
rất ấn tƣợng. Các nƣớc trong khu vực cũng đang có cuộc cạnh tranh rất quyết liệt
trong lĩnh vực này.
Ngoài ra, trong cuộc chạy đua tìm kiếm những nguồn năng lƣợng mới
nhằm thay thế cho nguồn năng lƣợng đang dần cạn kiệt trên trái đất, giới khoa học
đã tìm mọi cách tận dụng nguồn năng lƣợng vô tận từ vũ trụ, mà đặc biệt là năng
lƣợng mặt trời. Nguồn năng lƣợng đó đã giúp các nhà khoa học ứng dụng và vận
hành thành công nhiều phát minh khoa học độc đáo, đồng thời mở ra những cơ hội
khai thác năng lƣợng mới cho toàn nhân loại:
- Máy bay sử dụng năng lƣợng mặt trời từ lâu đã đƣợc một số quốc gia nhƣ
Anh, Mỹ, Nhật Bản... tìm cách phát triển và đã thu đƣợc thành công lớn. Chiếc máy
bay chạy bằng năng lƣợng mặt trời hiện đại nhất hiện nay của Mỹ là loại máy bay
với sải cánh dài 70 m, trọng lƣợng khoảng 1,6 tấn đã thực hiện thành công nhiều
chuyến bay không cần đến bất kỳ một nhiên liệu nào khác.
- Thành công đầu tiên trong ứng dụng năng lƣợng mặt trời vào việc cung cấp
năng lƣợng cho điện thoại di động thuộc về nhà cung cấp điện thoại di động
Samsung, sau khi hãng này cho ra đời loại điện thoại di động thân thiện với môi
trƣờng đƣợc chế tạo từ nhựa tái chế, và đặc biệt là có thể gọi, hoặc nghe liên tục mà
không cần sạc pin. Thay vào đó, ngƣời sử dụng chỉ việc để mặt sau chiếc điện thoại
tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, và nó sẽ tự nạp năng lƣợng thông qua pin năng

9

lƣợng mặt trời. Chiếc điện thoại này của Samsung đƣợc đánh giá là điểm nhấn của
khoa học công nghệ trong thế kỷ XXI.
- Ý tƣởng trạm xe buýt chiếu sáng tự động bắt đầu đƣợc đƣa ra thực hiện tại
Florence - Italia. Vào ban đêm, những trạm xe buýt này trở thành những công trình
chiếu sáng công cộng hết sức thu hút và sang trọng. Ngoài ra, trong trạm xe buýt,
còn cài đặt thêm hệ thống cho phép ngƣời đợi xe kết nối wifi và sử dụng điện thoại
truy cập Internet miễn phí trong lúc chờ đợi.
- Ô tô chạy bằng năng lƣợng mặt trời là sản phẩm của các nhà sản xuất ôtô
Thụy Sĩ từng đƣợc trƣng bày trong triển lãm xe ôtô tại Geneva. Chiếc ôtô này đƣợc
phủ bởi một lớp film quang điện mỏng cho phép hấp thụ năng lƣợng từ mặt trời và
có thể giúp nó vận hành liên tục trong 20 phút. Tuy chỉ có thể tích trữ và cung cấp
năng lƣợng trong một thời gian ngắn, song loại xe đƣợc đánh giá là thân thiện với
môi trƣờng này đang đƣợc các nhà khoa học tại nhiều quốc gia trên thế giới nghiên
cứu phát triển. [3,5]
1.2.3. Sơ lược về các nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam
Mặc dù đƣợc đánh giá là có tiềm năng rất đáng kể về năng lƣợng mặt trời,
nhƣng do nhiều nguyên nhân khác nhau, tỉ trọng của năng lƣợng mặt trời trong cán
cân năng lƣợng sử dụng chung của toàn đất nƣớc vẫn còn rất bé. Tuy vậy, có thể
thấy rõ năng lƣợng mặt trời đã đƣợc nghiên cứu và đƣa vào sử dụng từ rất lâu ở
Việt Nam. Bên cạnh các phƣơng thức khai thác truyền thống, đơn giản, mang tính
dân gian nhƣ phơi lúa và sấy khô các loại thủy hải sản, các hoạt động nghiên cứu và
sử dụng năng lƣợng mặt trời ở Việt Nam cho đến hiện nay thƣờng tập trung vào các
lĩnh vực nhƣ cung cấp nƣớc nóng dùng trong sinh hoạt và phát điện ở qui mô nhỏ.
Các hoạt động khác nhƣ sấy, nấu ăn, chƣng cất nƣớc, làm lạnh,…có đƣợc chú ý đến
nhƣng vẫn còn ở qui mô lẻ tẻ, chƣa đáng kể.
1.2.3.1. Cung cấp nước nóng bằng năng lượng mặt trời
Đây là lĩnh vực có sự phát triển rất đáng kể trong những năm gần đây, nhất
là ở các tỉnh phía Nam. Về nguyên tắc, có thể có hai loại phƣơng án sử dụng năng
lƣợng mặt trời để cung cấp nƣớc nóng dùng trong sinh hoạt gia đình (dùng để tắm
hoặc rửa chén bát):

10


- Phương án 1: kết hợp với điện, có bơm nƣớc để thực hiện quá trình trao đổi
nhiệt theo kiểu đối lƣu cƣỡng bức.
- Phương án 2: chỉ sử dụng năng lƣợng mặt trời, quá trình trao đổi nhiệt theo
kiểu đối lƣu tự nhiên. [14]
Hiện nay trên thị trƣờng đều có cả hai loại phƣơng án đã nêu ở trên. Tuy
nhiên, do các hệ thống cung cấp nƣớc nóng bằng năng lƣợng mặt trời thuộc phƣơng
án 1 thƣờng đắt hơn rất nhiều lần so với phƣơng án 2, cho nên trong thực tế thƣờng
gặp hệ thống cung cấp nƣớc nóng bằng năng lƣợng mặt trời theo phƣơng án 2 nhiều
hơn phƣơng án 1.
3

Nƣớc nóng đến nơi sử dụng

2
1

Cấp nƣớc lạnh

4

1- Collector mặt trời
3- Bình chứa nước nóng

2- Ống nước nóng tuần hoàn
4- Ống nước lạnh tuần hoàn

Hình 1.2. Hệ thống cung cấp nƣớc nóng bằng năng lƣợng mặt trời
theo kiểu đối lƣu tự nhiên
Thực tế cho thấy, ở các tỉnh phía Nam, gần nhƣ có thể sử dụng nƣớc nóng
mặt trời trong suốt cả năm. Tùy vào đặc điểm của từng hệ thống cụ thể và tùy vào
tình hình thời tiết cụ thể, mà nhiệt độ trung bình của nƣớc vào cuối mỗi buổi chiều
có thể biến đổi trong khoảng từ 45oC cho đến khoảng gần 70oC.

11


Với các hệ thống thuộc phƣơng án 1, do có sử dụng điện trở cho nên chắc
chắn nhiệt độ của nƣớc khá ổn định, có thể kiểm soát đƣợc, có nghĩa là không phụ
thuộc vào thời tiết. Trong hệ thống này ngoài điện trở sẽ có thêm rơ le kiểm soát
nhiệt độ và bơm nƣớc.
Do chƣa có các số liệu thống kê đáng tin cậy cho nên thật khó có thể xác
định số lƣợng các hệ thống nƣớc nóng mặt trời đã đƣợc lắp đặt trong phạm vi cả
nƣớc. Tuy nhiên, một điều rõ ràng là nƣớc nóng mặt trời ngày càng đƣợc nhiều
ngƣời quan tâm.
Nhƣ đã trình bày ở trên, trong điều kiện Việt Nam, tính khả thi của việc ứng
dụng nƣớc nóng mặt trời là rất cao, đặc biệt các tỉnh ở phía nam. Bảng 1.3 dƣới đây
trình bày lộ trình phát triển nƣớc nóng mặt trời trong những năm sắp tới. Các số liệu
trong bảng tƣơng ứng với lƣợng nƣớc nóng mặt trời dự kiến khai thác đã đƣợc qui đổi
sang đơn vị TOE (tấn dầu tƣơng đƣơng), đây là lộ trình ứng với chỉ tiêu ở mức cao.
Bảng 1.2. Lộ trình phát triến nƣớc nóng mặt trời [13]
Năm

2010

2015

2020

2025

TOE

8600

21500

43000

107500

Ghi chú: TOE (The tonne of oil equivalent) là đơn vị được sử dụng để đo
năng lượng, đó là lượng nhiệt sinh ra khi đốt một tấn dầu thô, có giá trị xấp xỉ
khoảng 42GJ.
1.2.3.2. Cung cấp điện bằng năng lượng mặt trời
Tính đến năm 2010, tổng công suất điện mặt trời đã đƣợc lắp đặt trên phạm
vi toàn quốc chỉ vào khoảng 4MWp [5] . Trong tất cả các trƣờng hợp, theo ngôn ngữ
thông dụng, thiết bị dùng để biến đổi trực tiếp bức xạ mặt trời thành điện là pin mặt
trời. Đây là những hệ thống nhỏ lẻ, không nối lƣới, thƣờng đƣợc sử dụng trực tiếp ở
dạng điện một chiều để thắp sáng, trong một số trƣờng hợp có thể đƣợc biến thành
điện xoay chiều để sử dụng cho các nhu cầu khác. Trong vài năm trở lại đây, theo
xu thế chung, đã có một số cố gắng nghiên cứu nối lƣới điện mặt trời. Tuy nhiên,
các hoạt động này hiện chỉ đang dừng ở mức thử nghiệm, chƣa ứng dụng đƣợc
trong đời sống xã hội.

12

Về mặt nguyên lý, pin mặt trời đƣợc tạo nên từ những chất bán dẫn. Dƣới tác
động của các tia bức xạ mặt trời, các điện tử sẽ đƣợc tách ra khỏi các nguyên tử, sự
chuyển động của các điện tử khi đƣợc đấu nối qua vật dẫn điện sẽ tạo nên dòng
điện. Quá trình biến đổi từ các tia sáng mặt trời (Photons) thành điện (Voltage)
đƣợc gọi là hiệu ứng quang điện (Photovoltaic Effect). Cho đến hiện nay, về mặt thị
trƣờng, vật liệu thƣờng đƣợc sử dụng trong công nghiệp chế tạo pin mặt trời là Silic
tinh thể và Silic vô định hình. Trong những năm gần đây, một số nhà nghiên cứu có
xu hƣớng chuyển sang chế tạo pin mặt trời trên cơ sở nano-TiO2 tẩm chất nhạy
quang (Dye-Sensitized Nanocrystalline TiO2 Solar Cell). Tùy theo cấu tạo và loại
vật liệu đƣợc sử dụng mà hiệu suất pin mặt trời có thể biến đổi trong khoảng từ
11,1% cho đến 27,3%. Thông thƣờng mỗi tấm pin mặt trời đƣợc tạo nên từ nhiều
module giống nhau, bằng cách ghép các module theo một cách nào đó ngƣời ta có
thể chế tạo ra các tấm pin mặt trời có mức điện áp và công suất khác nhau. Do khả
năng cung cấp điện của pin mặt trời có quan hệ chặt chẽ với cƣờng độ bức xạ mặt
trời, mà cƣờng độ bức xạ mặt trời lại thƣờng xuyên biến đổi, cho nên không thể
biểu diễn công suất của pin mặt trời ở dạng W (Watt) mà phải là Wp (Watt-peak).
Theo định nghĩa, Wp là công suất điện một chiều của pin mặt trời đƣợc đo đạc trong
các điều kiện tiêu chuẩn nhƣ sau:
- Cƣờng độ sáng: 1000W/m2
- Nhiệt độ môi trƣờng: 25oC
- Quang phổ của nguồn sáng thử nghiệm phải tƣơng tự nhƣ quang phổ của
bức xạ mặt trời tƣơng ứng với hệ số khối lƣợng không khí là 1,5. [3]
Nhìn chung, cho đến hiện nay, kinh phí để lắp đặt pin mặt trời hầu hết đều
đến từ các dự án hợp tác quốc tế hoặc đến từ ngân sách nhà nƣớc, rất ít có trƣờng
hợp ngƣời dân tự bỏ tiền túi để lắp đặt. Tuy nhiên, trong vài năm gần đây, tình hình
đã dần dần thay đổi theo chiều hƣớng tích cực. Trong khoảng hơn 10 năm trở lại
đây, đã xuất hiện một vài công ty chuyên kinh doanh về pin mặt trời, đã có một số
dự án thành lập các nhà máy sản xuất pin mặt trời, và trong thực tế đã và đang xây
dựng nhà máy sản xuất pin mặt trời. Có thể xem SELCO-Vietnam là công ty

13


chuyên kinh doanh về pin mặt trời đầu tiên ở Việt Nam, đây là công ty 100% vốn
nƣớc ngoài, đƣợc thành lập vào năm 1997. Nhà máy pin mặt trời thuộc Công ty cổ
phần Năng lƣợng Mặt trời đỏ đƣợc xem là nhà máy đầu tiên ở Việt Nam trong lĩnh
vực này, nhà máy đƣợc khởi công vào ngày 20.3.2008 tại huyện Đức Hòa, tỉnh
Long An, công suất dự kiến của giai đoạn 1 là 3MWp/năm và của giai đoạn 2 là
5MWp/năm. [5]
Cũng nhƣ các nƣớc khác trong khu vực, việc sử dụng pin mặt trời ở Việt
Nam có tính khả thi rất cao và có nhu cầu tiềm năng rất lớn. Bằng cách triển khai
rộng rãi pin mặt trời, có thể đáp ứng đƣợc nhu cầu sử dụng điện cho các hộ gia
đình, các tổ chức và các đơn vị trú đóng ở các vùng sâu, vùng xa. Ƣu điểm cơ bản
của pin mặt trời là tuổi thọ rất lâu, nhƣng nhƣợc điểm cơ bản của pin mặt trời là giá
thành vẫn còn cao, chƣa phù hợp với phần lớn các hộ gia đình nghèo thật sự có nhu
cầu. Chính vì vậy, trong những năm sắp tới, nên tập trung đẩy mạnh việc sử dụng
pin mặt trời ở các đơn vị thuộc khu vực nhà nƣớc ở các vùng xa xôi nhƣ các đơn vị
bộ đội, các trạm bƣu điện, các trạm y tế, các trƣờng học và hệ thống đèn báo hiệu
giao thông,…Riêng đối với đồng bào ở các vùng sâu, vùng xa, nhà nƣớc cần có
chính sách hỗ trợ tài chính thích hợp mới hy vọng thúc đẩy đƣợc việc sử dụng pin
mặt trời.
Các số liệu khảo sát sơ bộ cho thấy, nhu cầu lắp đặt pin mặt trời cho các tổ
chức, đơn vị thuộc khu vực nhà nƣớc ở các vùng xa xôi không ít hơn 450MWp.
Riêng với các hộ gia đình ở vùng sâu, vùng xa, thật khó xác định chính xác nhu cầu
lắp đặt. Mặc dù vậy, trong vòng 10 năm sắp tới, với sự hỗ trợ của Ngân hàng thế
giới, Chính phủ đang xây dựng dự án 30000 hệ điện mặt trời cho các hộ gia đình
với tổng công suất lắp đặt dự kiến khoảng 1,4MWp.[14]
1.2.3.3. Các ứng dụng khác
Nhƣ đã trình bày ở trên, ngoại trừ nƣớc nóng mặt trời và pin mặt trời, ở

Việt Nam việc ứng dụng năng lƣợng mặt trời vào các lĩnh vực khác đƣợc xem là
không đáng kể. Tuy nhiên, trong số các ứng dụng ít ỏi còn lại, sấy và nấu ăn bằng
năng lƣợng mặt trời có vẻ vẫn đƣợc chú ý nhiều hơn do giá thành rẻ và công nghệ

14


chế tạo đơn giản. Hiện nay, ở một số nơi ngƣời ta ứng dụng năng lƣợng mặt trời để
sấy nông hải sản, chủ yếu là nông sản. Phƣơng pháp sấy thƣờng đƣợc ứng dụng là
làm nóng không khí trực tiếp bằng năng lƣợng mặt trời, có nghĩa là không thông
qua trung gian của những chất tải nhiệt khác. Tuy nhiên, do cấu tạo của hệ thống
sấy thô sơ cho nên hiệu quả vẫn còn khá thấp. Để làm nóng không khí ngƣời ta
thƣờng dùng collector mặt trời dạng phẳng, trong trƣờng hợp này không khí có thể
đƣợc cho đi phía trên hay phía dƣới của bề mặt hấp thụ. Trong một số trƣờng hợp
khác, việc làm nóng không khí có thể đƣợc thực hiện bởi các ống 2 lớp bọc bằng
plastic có tiết diện tròn. Cùng với sấy, hiện đang có một vài dự án triển khai các bếp
mặt trời cho đồng bào ở các vùng sâu, vùng xa. Phƣơng án thƣờng đƣợc sử dụng là
chảo parabol. Trong trƣờng hợp này ngƣời ta đặt vật cần nhận nhiệt ở tiêu điểm của
parabol. Nói chung công nghệ sản xuất chảo parabol khá đơn giản. Thỉnh thoảng
cũng xuất hiện các bếp mặt trời dạng hình hộp. Nhìn chung bếp mặt trời vẫn chƣa
hấp dẫn đƣợc nhiều ngƣời do vận hành không ổn định và do những bất tiện khác.

15


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Cục Mạng lƣới và trang thiết bị kỹ thuật KTTV (2001), Quy phạm quan
trắc khí tượng bề mặt, Hà Nội.
2. Cục kỹ thuật điều tra cơ bản – Tổng cục Khí tƣợng thủy văn (1990), Quy

phạm quan trắc bức xạ, Hà Nội.
3. Nguyễn Xuân Cự, Lƣu Đức Hải, Trần Thanh Lâm, Trần Văn Quy
(2008), Tiềm năng và phương hướng khai thác các dạng năng lượng tái tạo ở Việt
Nam, chương trình nghị sự 21, Hà Nội.
4. Nguyễn Hƣớng Điền (2002), Khí tượng vật lý, Hà Nội.
5. Phạm Ngọc Hồ, Lê Đình Quang (2009), Giáo trình động lực học môi
trường lớp biên khí quyển, Hà Nội.
6. Hán Thị Ngân (2012), Đánh giá tiềm năng năng lượng mặt trời ở Việt
Nam theo số liệu quan trắc khí tượng thủy văn, Luận văn thạc sỹ khoa Môi trƣờng,
Đại học Khoa học Tự Nhiên, ĐH Quốc gia Hà Nội.
7. Phân viện Khí tƣợng thủy văn TP.HCM (1986), Thông báo kết quả
nghiên cứu – Tập IV, TP. Hồ Chí Minh.
8. Trần Văn Sáp, Vũ Văn Đĩnh và nnk (2007), Nghiên cứu, đánh giá hệ
thống quan trắc khí tượng, thủy văn, hải văn, các loại máy và thiết bị đo trong hệ
thống quan trắc Khí tượng – Thủy văn – Hải văn ở nước ta, Trung tâm Khí tƣợng
thủy văn quốc gia, Hà Nội, tr 9 – 19.
9. Phan Văn Tân, Trần Công Minh, Phạm Văn Huấn (2002), Khí hậu vật lý
toàn cầu, Biên dịch tài liệu của Dennis L. Hartmann, Hà Nội.
10. Đặng Đình Thống (2010), Đánh giá hiệu quả thực tế về tiết kiệm năng
lượng của thiết bị đun nước nóng năng lượng mặt trời, Báo cáo Chƣơng trình Mục tiêu
quốc gia sử dụng năng lƣợng tiết kiệm và hiệu quả.
11. Đặng Đình Thống, Lê Danh Liên (2005), Cơ sở năng lượng mới và tái
tạo, Hà Nội.
12. Phạm Ngọc Toàn, Phan Tất Đắc (1993), Khí hậu Việt Nam, Hà Nội.
52


13. Viện Khí tƣợng thủy văn (1986), “Tập Báo cáo công trình nghiên cứu
khoa học”, Hội nghị khoa học lần thứ III, Hà Nội.
14. Viện Khí tƣợng thủy văn (1985), Phân vùng bức xạ mặt trời trên lãnh

thổ Việt Nam, Hà Nội.
Tiếng Anh
15. WMO (2006), Guide to Meteorological Instruments and Methods of
Observation, (Preliminary seventh edition) - No.8
16. Demers M.N (1997), Fundamentals of geographical information
systems, John Wiley & Sons, New York.
17. Polger, P.D., B.S. Goldsmith, R.C. Przywarty, and J.R. Bocchieri,
(1994): National Weather Service warning performance based on the WSR- 88D,
Bull. Amer. Meteor. Soc
18. REN21, Renewables 2014, Global Status Report, December 2014.

53