Nghiên cứu đặc tính làm việc và các quá trình truyền nhiệt trong ống thủy tinh chân không của thiết bị đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN QUỐC UY

NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC VÀ CÁC Q TRÌNH TRUYỀN
NHIỆT TRONG ỐNG THỦY TINH CHÂN KHƠNG CỦA THIẾT BỊ
ĐUN NƯỚC NÓNG BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NHIỆT

Hà Nội – 01/2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN QUỐC UY

NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC VÀ CÁC Q TRÌNH TRUYỀN
NHIỆT TRONG ỐNG THỦY TINH CHÂN KHƠNG CỦA THIẾT BỊ
ĐUN NƯỚC NÓNG BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Ngành: Kỹ thuật nhiệt
Mã số: 9520115

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NHIỆT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS. TS. NGUYỄN NGUYÊN AN
2. PGS. TS. LẠI NGỌC ANH

Hà Nội – 01/2019


LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của bản thân tôi. Luận án này
được thực hiện nhờ sự hướng dẫn khoa học của tập thể hướng dẫn: PGS. TS.
Nguyễn Nguyên An và PGS. TS. Lại Ngọc Anh. Các số liệu và kết quả trình bày
trong luận án là hồn tồn trung thực, được trích dẫn rõ ràng và chưa được tác giả
nào công bố.
Hà Nội, ngày 7 tháng 1 năm 2019
Tập thể hướng dẫn

PGS. TS. Nguyễn Nguyên An

Nghiên cứu sinh

PGS. TS. Lại Ngọc Anh

i

Nguyễn Quốc Uy


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Phòng Đào tạo,
Viện Khoa học & Công nghệ Nhiệt - Lạnh và Bộ môn Kỹ thuật nhiệt đã tạo điều
kiện thuận lợi cho tơi hồn thành luận án này. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn
Trường Đại học Điện lực, nơi tôi công tác, đã tạo mọi điều kiện và động viên tơi
trong q trình học tập, nghiên cứu. Nhân đây, tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy cô

và đồng nghiệp, đặc biệt là TS. Tạ Văn Chương, những người đã giúp đỡ, đóng góp
nhiều ý kiến quý báu cho bản luận án này.
Hơn tất cả, tơi xin được bày tỏ lịng tri ân chân thành và sâu sắc tới tập thể
hướng dẫn: PGS. TS. Nguyễn Nguyên An và PGS. TS. Lại Ngọc Anh, những người
đã tận tình giúp đỡ, định hướng cho tơi trong suốt quá trình nghiên cứu thực hiện
luận án.
Cuối cùng, tơi xin được cảm ơn gia đình và người thân đã luôn sát cánh bên tôi,
động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tơi tồn tâm với cơng việc nghiên
cứu của mình.
Tơi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 7 tháng 1 năm 2019
Nghiên cứu sinh

Nguyễn Quốc Uy

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... ii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ........................................... vii
DANH MỤC CÁC BẢNG....................................................................................... xi
DANH MỤC CÁC ẢNH, HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ............................................... xii
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ...................................................................................... 1
2. Đối tượng nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu ........................................... 2
3. Nội dung nghiên cứu........................................................................................... 2
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ............................................................................ 3
5. Điểm mới của luận án ......................................................................................... 3

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN .................................................................................... 5
1.1. Năng lượng mặt trời và ứng dụng .................................................................... 5
1.1.1. Thực trạng tiêu thụ năng lượng và phát thải khí nhà kính ........................ 5
1.1.1.1. Tình hình tiêu thụ năng lượng của thế giới ........................................ 5
1.1.1.2. Phát thải khí nhà kính ảnh hưởng đến mơi trường ............................. 6
1.1.2. Vai trị của năng lượng mặt trời................................................................. 7
1.2. Vai trò của việc nghiên cứu đặc tính làm việc và các q trình truyền nhiệt
trong ống thủy tinh chân không của bộ thu năng lượng mặt trời ........................... 8
1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ..................................................... 9
1.3.1. Các nghiên cứu ở trong nước .................................................................... 9
1.3.1.1. Nghiên cứu đánh giá tiềm năng, phân bố bức xạ mặt trời.................. 9
1.3.1.2. Nghiên cứu cải tiến, phát triển khoa học và công nghệ khai thác, sử
dụng năng lượng mặt trời................................................................................. 10
1.3.1.3. Nghiên cứu đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của các hệ thống
nhiệt mặt trời .................................................................................................... 12
1.3.2. Các nghiên cứu ở nước ngoài.................................................................. 14
iii


1.3.2.1. Nghiên cứu về truyền nhiệt và đặc tính bộ thu dùng ống chữ U ...... 15
1.3.2.2. Nghiên cứu về truyền nhiệt và đặc tính bộ thu sử dụng ống nhiệt ... 19
1.3.2.3. Nghiên cứu truyền nhiệt và đặc tính bộ thu sử dụng chất lỏng nano
làm môi chất truyền nhiệt ................................................................................ 22
1.3.2.4. Nghiên cứu về truyền nhiệt và đặc tính bộ thu kiểu nước trong ống
thủy tinh chân khơng........................................................................................ 25
1.3.3. Một số vấn đề tồn tại và sự cần thiết nghiên cứu .................................... 32
Kết luận chương 1 ................................................................................................. 33
CHƢƠNG 2. XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN CHO CÁC Q TRÌNH
TRUYỀN NHIỆT TRONG BỘ THU NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI KIỂU ỐNG
THỦY TINH CHÂN KHÔNG .............................................................................. 34

2.1. Nguyên lý làm việc của thiết bị đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời
kiểu ống thủy tinh chân không .............................................................................. 34
2.2. Cơ sở lý thuyết về bức xạ mặt trời ................................................................. 36
2.2.1. Mặt trời và bức xạ của mặt trời ............................................................... 36
2.2.2. Các thông số hình học của tia bức xạ mặt trời ........................................ 37
2.2.3. Phương pháp tính tốn và xác định các thành phần của bức xạ mặt trời
trên mặt phẳng nghiêng ..................................................................................... 42
2.3. Quá trình truyền nhiệt trong ống thủy tinh chân khơng ................................ 46
2.3.1. Các dịng nhiệt truyền của ống thủy tinh chân không ............................. 46
2.3.2. Sự che khuất giữa các ống cạnh nhau ..................................................... 48
2.3.3. Quá trình của tia bức xạ mặt trời trong ống thủy tinh chân không và tích
số truyền - hấp thụ của ống ............................................................................... 49
2.3.4. Mơ hình tốn xác định lượng bức xạ hấp thụ trên bề mặt hấp thụ của bộ
thu 51
2.3.5. Tổn thất nhiệt của bộ thu kiểu ống thủy tinh chân không ....................... 57
Kết luận chương 2 ................................................................................................. 59
CHƢƠNG 3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH MƠ PHỎNG BỘ THU NĂNG LƢỢNG
MẶT TRỜI KIỂU ỐNG THỦY TINH CHÂN KHÔNG .................................... 60

iv


3.1. Xây dựng chương trình tính lượng bức xạ hấp thụ và chương trình tính tổn
thất nhiệt của bộ thu .............................................................................................. 60
3.1.1. Chương trình tính lượng bức xạ hấp thụ trên bề mặt hấp thụ của bộ thu 60
3.1.2. Chương trình tính tổn thất nhiệt của bộ thu ............................................ 63
3.2. Mô phỏng ống thủy tinh chân không của bộ thu ........................................... 64
3.2.1. Xây dựng và chia lưới mơ hình mơ phỏng.............................................. 67
3.2.2. Thiết lập các thơng số cho mơ hình mô phỏng ....................................... 68
3.2.3. Xử lý kết quả mô phỏng .......................................................................... 71

3.3. Mô phỏng bộ thu năng lượng mặt trời kiểu ống thủy tinh chân khơng gắn với
ống góp.................................................................................................................. 71
3.3.1. Xây dựng và chia lưới mơ hình mơ phỏng.............................................. 73
3.3.2. Thiết lập các thơng số cho mơ hình mơ phỏng ....................................... 74
3.3.3. Xử lý kết quả mô phỏng .......................................................................... 74
3.4. Nghiên cứu đặc tính làm việc của ống thủy tinh chân không và của bộ thu
năng lượng mặt trời ............................................................................................... 75
3.4.1. Cơng suất nhiệt hữu ích của ống thủy tinh chân không .......................... 75
3.4.2. Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của nước trong ống thủy tinh chân không .. 75
3.4.3. Lưu lượng khối lượng nước tuần hoàn trong ống thủy tinh chân không 76
3.4.4. Hiệu suất bộ thu ...................................................................................... 79
Kết luận chương 3 ................................................................................................. 80
CHƢƠNG 4. XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM................................ 81
4.1. Hệ thống thực nghiệm nghiên cứu bức xạ mặt trời ....................................... 81
4.1.1. Cơ sở tính tốn xây dựng thiết bị đo bức xạ ........................................... 81
4.1.2. Thiết kế và chế tạo hệ thống đo bức xạ ................................................... 84
4.2. Hệ thống thực nghiệm nghiên cứu đặc tính bộ thu năng lượng mặt trời ....... 88
4.2.1. Xây dựng sơ đồ nguyên lý hệ thống ....................................................... 88
4.2.2. Thiết kế, chế tạo hệ thống khung giá đỡ bộ thu và hệ thống .................. 90
4.2.3. Thiết kế, chế tạo bình chứa nước nóng ................................................... 92
v


4.2.4. Thiết kế, lắp đặt hệ thống điều khiển, đo và tự động ghi số liệu ............ 94
4.3. Một số kết quả nghiên cứu thực nghiệm...................................................... 101
4.3.1. Nghiên cứu đo bức xạ ........................................................................... 101
4.3.2. Nghiên cứu về đặc tính bộ thu .............................................................. 106
4.3.2.1. Các bước thí nghiệm và số liệu thu được ....................................... 106
4.3.2.2. Nhiệt độ nước ra khỏi bộ thu .......................................................... 109
4.3.2.3. Nhiệt độ nước trong ống góp ...........................................................111

Kết luận chương 4 ............................................................................................... 113
CHƢƠNG 5. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................................... 114
5.1. Các kết quả nghiên cứu ................................................................................ 114
5.1.1. Cơng suất nhiệt hữu ích của ống thủy tinh chân không ........................ 114
5.1.2. Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu trong ống thủy tinh chân không ............... 118
5.2. Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế ................................................... 120
5.2.1. Nghiên cứu xác định hiệu suất bộ thu ................................................... 120
5.2.2. Xác định lưu lượng nước tuần hoàn trong ống thủy tinh chân không .. 122
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT .................................................................................. 124
Kết luận: .............................................................................................................. 124
Đề xuất: ............................................................................................................... 125
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 126
DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ....................... 139

vi


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Các ký hiệu theo chữ Latinh
Ký hiệu

Tên gọi đại lượng (ý nghĩa)

Đơn vị
m2/s

a

Hệ số dẫn nhiệt độ

A

Diện tích

m2

Aabs

Diện tích bề mặt hấp thụ

m2

Ac

Diện tích bộ thu

m2

C

Khoảng cách giữa trục các ống

m

Cp

Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp

di

Đường kính (ngồi) của ống trong (ống hấp thụ)

m

do

Đường kính (ngồi) của ống ngồi (ống bao)

m

F’

Hệ số hiệu suất bộ thu

-

FR

Hệ số lấy nhiệt của bộ thu

-

G

Cường độ bức xạ mặt trời

W/m2

Gb

Cường độ bức xạ tới trực tiếp (trực xạ)

W/m2

Gd

Cường độ bức xạ khuếch tán (tán xạ)

W/m2

Gr

Cường độ bức xạ phản xạ

W/m2

Gt

Cường độ bức xạ toàn phần trên mặt phẳng nghiêng

W/m2

H

Tổng lượng bức xạ trong 1 ngày trên 1 m2 mặt phẳng ngang J/(m2.ngày)

Hb

Tổng lượng trực xạ trong 1 ngày trên 1 m2 mặt phẳng ngang J/(m2.ngày)

Hd

Tổng lượng tán xạ trong 1 ngày trên 1 m2 mặt phẳng ngang

Hr

Tổng lượng phản xạ trong 1 ngày trên 1 m2 mặt phẳng
J/(m2.ngày)
ngang

Ht

Tổng lượng bức xạ trong 1 ngày trên 1 m2 mặt phẳng
J/(m2.ngày)
nghiêng

I

Tổng lượng bức xạ trong 1 giờ trên 1 m2 mặt phẳng ngang

J/(m2.giờ)

Ib

Tổng lượng trực xạ trong 1 giờ trên 1 m2 mặt phẳng ngang

J/(m2.giờ)

vii

J/(kg.K)

J/(m2.ngày)


Ký hiệu

Tên gọi đại lượng (ý nghĩa)

Đơn vị

Id

Tổng lượng tán xạ trong 1 giờ trên 1 m2 mặt phẳng ngang

J/(m2.giờ)

Ir

Tổng lượng phản xạ trong 1 giờ trên 1 m2 mặt phẳng ngang

J/(m2.giờ)

It

Tổng lượng bức xạ trong 1 giờ trên 1 m2 mặt phẳng
nghiêng

J/(m2.giờ)

k

Hệ số truyền nhiệt

W/(m2.K)

Chiều dài ống thủy tinh chân khơng

m

Kích thước xác định

m

M

Tổng khối lượng nước trong hệ thống

kg

mc

Lưu lượng khối lượng nước tuần hồn qua ống góp bộ thu

kg/s

.

Lưu lượng khối lượng nước tuần hoàn tự nhiên trong ống

kg/s

L

m
n

Số thứ tự của ngày trong năm

-

Q

Dịng nhiệt (Cơng suất nhiệt)

W

q

Mật độ dòng nhiệt

W/m2

T

Nhiệt độ tuyệt đối

K

t

Nhiệt độ bách phân

o

UL
z

C

Hệ số tổn thất nhiệt toàn phần của ống bộ thu
Số ống thủy tinh chân không trong bộ thu

W/(m2.K)
-

Các ký hiệu theo chữ Hy Lạp
Ký hiệu


Tên gọi đại lượng (ý nghĩa)

Đơn vị
W/(m2.K)

Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu
Hệ số hấp thụ của bề mặt ống hấp thụ

-



Góc nghiêng bộ thu (so với phương ngang)

độ



Góc phương vị bộ thu (so với phương chính nam)

độ



Góc lệch (tạo bởi mặt phẳng hồng đạo và mặt phẳng xích
đạo của trái đất)

độ



Độ đen của bề mặt ống hấp thụ
viii

-


Ký hiệu

Tên gọi đại lượng (ý nghĩa)

Đơn vị



Hiệu suất



Góc tới của tia bức xạ



Hệ số dẫn nhiệt



Độ nhớt động lực học

Pa.s



Độ nhớt động học

m2/s







(.)



độ
W/(m.K)

Hệ số trở lực

-

Góc chắn tia trực xạ

độ
kg/m3

Khối lượng riêng
Hệ số phản xạ bức xạ

W/(m2.K4)

Hằng số bức xạ
Thời gian

s

Hệ số truyền qua ống thủy tinh

-

Tích số truyền - hấp thụ của tia bức xạ

-

Góc vĩ độ nơi đặt bộ thu

độ

Góc giờ mặt trời

độ

Tốc độ chuyển động

m/s

Các chỉ số trên, dƣới
Ký hiệu
abs

Tên gọi (ý nghĩa)

Ký hiệu

Hấp thụ

i

Tên gọi (ý nghĩa)
Bên trong

a

Môi trường

b

Tia tới trực tiếp (trực xạ)

L

Tổn thất

bx

Bức xạ

m

Trung bình

c

Bộ thu

n

Pháp tuyến

d

khuếch tán

đl

Đối lưu

o

ix

Đi vào

Bên ngồi
Đi ra


Ký hiệu

Tên gọi (ý nghĩa)

Ký hiệu

Tên gọi (ý nghĩa)

dn

Dẫn nhiệt

r

Phản xạ

f

Chất lỏng

t

Tổng cộng

g

Tồn bộ

u

Hữu ích

h

Mặt phẳng ngang

w

Bề mặt vách

Các chữ viết tắt

Ký hiệu
BX

Tên gọi (ý nghĩa)

Ký hiệu

Tên gọi (ý nghĩa)

Bức xạ

MT

Mặt trời

BXMT Bức xạ mặt trời

NL

Năng lượng

CĐBX Cường độ bức xạ

NLBX

Năng lượng bức xạ

CFD

Computational Fluid Dynamics

EES

Engineering Equation Solver

NLMT

Năng lượng mặt trời

MH

Mơ hình

QTTN

Q trình truyền nhiệt

MHMP Mơ hình mơ phỏng
MHT

NLBXMT Năng lượng bức xạ mặt trời

TĐNĐL Trao đổi nhiệt đối lưu

Mô hình tốn

TĐNBX Trao đổi nhiệt bức xạ

MHVL Mơ hình vật lý

TTCK

x

Thủy tinh chân không


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Tiêu thụ năng lượng của thế giới trong năm 1973 và 2015 ....................... 5
Bảng 1.2. Phát thải CO2 của thế giới .......................................................................... 6
Bảng 4.1. Thông số kỹ thuật của thiết bị đo ............................................................. 95
Bảng 4.2. Chu kỳ điều chỉnh, góc lệch trung bình và vị trí lỗ điều chỉnh .............. 101
Bảng 4.3. Khoảng cách tâm bóng che - thanh U ngang và chiều rộng bóng che ... 103
Bảng 4.4. Hệ số hiệu chỉnh tán xạ .......................................................................... 105
Bảng 4.5. Một số dữ liệu thực nghiệm trong ngày ................................................. 107
Bảng 4.6. Dữ liệu thực nghiệm được lấy trung bình trong thời gian 5 phút .......... 108
Bảng 4.7. Nhiệt độ nước ra khỏi bộ thu theo thực nghiệm và mơ phỏng .............. 109
Bảng 5.1. Nhiệt hữu ích và nhiệt tổn thất của ống TTCK ...................................... 117
Bảng 5.2. Một số dữ liệu điển hình xác định hiệu suất bộ thu ............................... 121

xi


DANH MỤC CÁC ẢNH, HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Dự báo sử dụng NLMT cho một số ứng dụng đến năm 2050 .................... 7
Hình 1.2. Cấu trúc bộ thu kiểu ống TTCK dùng ống chữ U .................................... 15
Hình 1.3. Cấu trúc bộ thu của Ruobing Liang và các cộng sự ................................. 16
Hình 1.4. Bộ thu dùng ống chữ U kết nối liên tiếp của R.K. Mishra và các cộng sự
.................................................................................................................................. 17
Hình 1.5. Cấu trúc bộ thu của Xianhua Nie và các cộng sự ..................................... 18

Hình 1.6. Sơ đồ hệ thống thực nghiệm của Xianhua Nie và các cộng sự ................ 18
Hình 1.7. Sơ đồ nguyên lý bộ thu dùng ống nhiệt trọng trường .............................. 19
Hình 1.8. Cấu tạo bộ thu sử dụng trong nghiên cứu của L. M. Ayompe và A. Duffy
.................................................................................................................................. 20
Hình 1.9. Bộ thu của L.J. Shah và S. Furbo ............................................................. 25
Hình 1.10. Miền tính tốn mơ phỏng trong nghiên cứu [69] ................................... 27
Hình 1.11. Hệ thống đo lưu lượng nước tuần hồn trong phịng thí nghiệm ........... 28
Hình 1.12. Đo nhiệt độ nước vào và ra khỏi miệng ống .......................................... 29
Hình 2.1. Bộ thu kiểu ống TTCK ............................................................................. 35
Hình 2.2. Các góc cơ bản của tia trực xạ và các mặt phẳng ..................................... 38
Hình 2.3. Quan hệ giữa các góc hình học đối với một mặt phẳng đặt nghiêng ở các
vị trí khác nhau ......................................................................................................... 40
Hình 2.4. Chuyển đổi trực xạ ................................................................................... 42
Hình 2.5. Các dịng nhiệt xuất hiện khi BXMT đập tới bề mặt ống TTCK ............. 47
Hình 2.6. Các góc giới hạn của tia trực xạ ............................................................... 49
Hình 2.7. Quá trình của tia bức xạ trong ống thủy tinh chân khơng ........................ 50
Hình 2.8. Sơ đồ khối mơ hình xác định bức xạ hấp thụ trên bề mặt của ống thủy tinh
chân không bộ thu năng lượng mặt trời.................................................................... 51
Hình 2.9. Hệ trục tọa độ và các thơng số hình học sử dụng trong mơ hình ............. 55
Hình 2.10. Sơ đồ biểu diễn các nhiệt trở của ống TTCK ......................................... 57
Hình 3.1. Lưu đồ thuật toán xác định bức xạ hấp thụ trên bề mặt bộ thu ................ 61
xii


Hình 3.2. Chương trình tính bức xạ hấp thụ trên bề mặt bộ thu............................... 62
Hình 3.3. Lưu đồ thuật tốn xác định tổn thất nhiệt của 1 ống và của cả bộ thu ..... 63
Hình 3.4. Chương trình tính tổn thất nhiệt ............................................................... 64
Hình 3.5. Lưu đồ thuật tốn mơ phỏng ống TTCK .................................................. 66
Hình 3.6. Xây dựng mơ hình mơ phỏng ống TTCK ................................................ 67
Hình 3.7. Chia lưới mơ hình mơ phỏng ống TTCK ................................................. 67

Hình 3.8. Thiết lập các thơng số cho mơ hình mơ phỏng ống TTCK ...................... 68
Hình 3.9. Các điều kiện biên của mơ hình mơ phỏng .............................................. 69
Hình 3.10. Cường độ bức xạ mặt trời trong thời gian mơ phỏng ............................. 69
Hình 3.11. Kết quả mơ phỏng ống TTCK ................................................................ 71
Hình 3.12. Lưu đồ thuật tốn mơ phỏng bộ thu NLMT kiểu ống TTCK ................. 72
Hình 3.13. Xây dựng mơ hình mơ phỏng bộ thu kiểu ống TTCK gắn với ống góp 73
Hình 3.14. Chia lưới mơ hình mơ phỏng bộ thu kiểu ống TTCK gắn với ống góp . 73
Hình 3.15. Thiết lập thơng số cho mơ hình mơ phỏng bộ thu kiểu ống TTCK gắn
với ống góp ............................................................................................................... 74
Hình 3.16. Kết quả mô phỏng bộ thu kiểu ống TTCK gắn với ống góp .................. 74
Hình 3.17. Phân bố nhiệt độ trên bề mặt của ống .................................................... 75
Hình 3.18. Phân bố nhiệt độ của nước tại miệng ống. ............................................. 76
Hình 3.19. Phân bố vận tốc tại mặt cắt dọc mơ hình ................................................ 77
Hình 3.20. Véc tơ vận tốc của nước tại miệng ống .................................................. 78
Hình 4.1. Mặt phẳng quỹ đạo chuyển động của mặt trời trong ngày ....................... 84
Hình 4.2. Pyranometer đo tổng xạ trên mặt phẳng nghiêng của bộ thu ................... 85
Hình 4.3. Cấu tạo của thiết bị đo tổng xạ, tán xạ và trực xạ .................................... 85
Hình 4.4. Khung đỡ .................................................................................................. 86
Hình 4.5. Vịng chắn trực xạ..................................................................................... 86
Hình 4.6. Kích thước mặt chia độ ............................................................................ 86
Hình 4.7. Kích thước và hình ảnh thực tế của máng trượt ....................................... 87
Hình 4.8. Thiết bị đo tổng xạ, tán xạ và trực xạ thực tế được chế tạo và lắp đặt ..... 88
xiii


Hình 4.9. Sơ đồ nguyên lý hệ thống thiết bị thí nghiệm .......................................... 89
Hình 4.10. Kích thước mặt giá đỡ bộ thu ................................................................. 91
Hình 4.11. Cơ cấu thay đổi góc nghiêng của bộ thu ................................................ 91
Hình 4.12. Kích thước khung đế đỡ hệ thống .......................................................... 92
Hình 4.13. Cấu tạo và kích thước bình chứa nước nóng .......................................... 93

Hình 4.14. Hình ảnh thiết bị thực nghiệm được chế tạo và lắp đặt .......................... 93
Hình 4.15. Sơ đồ bố trí các điểm đo nhiệt độ, lưu lượng và bức xạ......................... 94
Hình 4.16. Chế tạo và hiệu chuẩn các đầu đo nhiệt độ dùng cảm biến LM335 ....... 95
Hình 4.17. Sơ đồ bố trí các thiết bị trong hệ thống điều khiển, đo và tự ghi số liệu 97
Hình 4.18. Sơ đồ đấu điện hệ thống điều khiển, đo và tự ghi số liệu....................... 98
Hình 4.19. Tủ điện chứa bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ ........................................ 99
Hình 4.20. Tủ điện điều khiển, giám sát và tự ghi số liệu ...................................... 101
Hình 4.21. Nhiệt độ nước ra khỏi bộ thu ................................................................ 110
Hình 4.22. Nhiệt độ nước trong ống góp ................................................................ 112
Hình 5.1. Cơng suất nhiệt hữu ích phụ thuộc cường độ bức xạ hấp thụ trên ống khi
nhiệt độ nước là 30 oC ............................................................................................ 115
Hình 5.2. Cơng suất nhiệt hữu ích phụ thuộc cường độ bức xạ hấp thụ trên ống khi
nhiệt độ nước là 40 oC ............................................................................................ 115
Hình 5.3. Cơng suất nhiệt hữu ích phụ thuộc cường độ bức xạ hấp thụ trên ống khi
nhiệt độ nước là 50 oC ............................................................................................ 116
Hình 5.4. Cơng suất nhiệt hữu ích phụ thuộc cường độ bức xạ hấp thụ trên ống khi
nhiệt độ nước là 60 oC ............................................................................................ 116
Hình 5.5. Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu trong ống phụ thuộc nhiệt độ nước và cường
độ bức xạ mà ống nhận được .................................................................................. 119
Hình 5.6. Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu trong ống phụ thuộc nhiệt độ nước và góc
chắn tia trực xạ ....................................................................................................... 120
Hình 5.7. Hàm đặc tính hiệu suất của bộ thu NLMT ............................................. 120
Hình 5.8. Phương trình tiêu chuẩn xác định lưu lượng nước tuần hồn trong ống
thủy tinh chân khơng đường kính 47/58 mm ......................................................... 123
xiv


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Năng lượng mặt trời (NLMT) ngày càng được xem là một trong những nguồn

năng lượng (NL) tái tạo quan trọng và thiết yếu đối với con người. Với tiềm năng có
thể được coi là vô tận, NLMT được sử dụng để sản xuất điện năng trực tiếp bằng
pin mặt trời hoặc gián tiếp nhờ chu trình Rankine. NLMT cũng có thể được chuyển
hóa thành năng lượng hóa học, năng lượng cơ học, nhưng phổ biến, đơn giản và
hiệu quả hơn cả là chuyển hóa thành nhiệt năng và được dùng để đun nước nóng
cung cấp cho các nhu cầu sinh hoạt cũng như các q trình có sử dụng nhiệt trong
cơng nghiệp. Trong lĩnh vực ứng dụng NLMT để đun nước nóng, các bộ thu kiểu
tấm phẳng và kiểu ống thủy tinh chân khơng (TTCK) thường được sử dụng do có
cấu tạo đơn giản, hoạt động ổn định và chi phí chế tạo thấp. Ngày nay, các bộ thu
NLMT kiểu ống TTCK được sử dụng phổ biến hơn vì chúng có nhiều ưu điểm nổi
trội đã được kiểm chứng qua thực tiễn như có hiệu suất nhiệt cao trong phạm vi làm
việc rộng, được mơ-đun hóa đến từng ống nên dễ dàng thiết kế, lắp đặt hệ thống
theo các mức độ công suất khác nhau, và có chi phí chế tạo rất thấp.
Nhiều nghiên cứu khoa học ở trong và ngoài nước đã tiến hành đối với bộ thu
kiểu ống TTCK. Các nghiên cứu chia thành nhiều hướng khác nhau, tập trung vào
nhiều mục tiêu như: nghiên cứu ảnh hưởng của góc nghiêng bộ thu, của tỉ lệ diện
tích bộ thu so với thể tích bình chứa, của lưu lượng nước tuần hồn qua bộ thu đến
hiệu suất nhiệt, chi phí đầu tư và khả năng thu hồi vốn, ... Các nghiên cứu có thể
được thực hiện bằng lý thuyết hoặc bằng thực nghiệm, song chủ yếu vẫn là nghiên
cứu kết hợp thông qua xây dựng mơ hình tốn (MHT) hoặc mơ phỏng số rồi lấy
thực nghiệm để kiểm chứng và hiệu chỉnh mơ hình lý thuyết. Mặc dù số lượng
nghiên cứu khá nhiều, phong phú về nội dung, đa dạng về hướng, nhưng các kết quả
cơng bố thiếu tính hệ thống, chưa rõ ràng, không thuận tiện cho người sử dụng
trong việc tính tốn thiết kế, lựa chọn lắp đặt hoặc đánh giá hiệu quả và các yếu tố
ảnh hưởng đến hệ thống bộ thu NLMT. Nhằm mục đích xây dựng cơ sở khoa học
giúp hỗ trợ việc định hướng hợp lý khi tính tốn, phân tích, đánh giá chất lượng và
hiệu quả làm việc của các bộ thu NLMT kiểu ống TTCK, luận án này tập trung vào
nghiên cứu các quá trình truyền nhiệt (QTTN) diễn ra trong ống TTCK để từ đó xác
định các thơng số đặc trưng (đặc tính) của bộ thu, đặc biệt khi làm việc trong điều
kiện thời tiết ở Việt Nam.

1


2. Đối tƣợng nghiên cứu và phƣơng pháp nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu chính của luận án là đặc tính làm việc và các quá trình
truyền nhiệt trong ống TTCK của thiết bị đun nước nóng bằng NLMT, loại thiết bị
được sử dụng phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới trong đó có Việt Nam. Ngồi ra,
bức xạ mặt trời (BXMT) cũng là đối tượng mà luận án quan tâm nghiên cứu cùng
với đối tượng chính, nhằm hỗ trợ cho việc nghiên cứu đối tượng chính.
Để nghiên cứu các đối tượng này, trên cơ sở các lý thuyết đã có, tác giả sẽ tiến
hành xây dựng các MHT, mơ hình mơ phỏng (MHMP), sau đó kết hợp với việc xây
dựng mơ hình vật lý (MHVL) để nghiên cứu, thí nghiệm nhằm kiểm chứng và hiệu
chỉnh các MHMP. Trên cơ sở các MHMP đã được kiểm chứng về độ tin cậy, các
nghiên cứu về đặc tính làm việc của bộ thu sẽ được tiến hành và sau đó được ứng
dụng vào thực tiễn tính tốn bộ thu NLMT kiểu ống TTCK.

3. Nội dung nghiên cứu
Các nội dung nghiên cứu chủ yếu của luận án bao gồm:
-

Tổng quan về tình hình nghiên cứu bộ thu NLMT kiểu ống TTCK trong và
ngoài nước, phân tích, đánh giá các kết quả nghiên cứu đã đạt được, các vấn
đề cịn tồn tại, từ đó đề xuất hướng nghiên cứu;

-

Nghiên cứu về các đặc điểm hình học và quang học của BXMT, các phương
pháp xác định các thành phần bức xạ (BX) và tổng lượng BX trên mặt phẳng
nghiêng, xác định tổng lượng BX hấp thụ trên bề mặt hấp thụ của bộ thu;
Nghiên cứu các quá trình truyền nhiệt trong bộ thu, xác định các thơng số đặc

trưng như góc chắn tia trực xạ, hệ số trao đổi nhiệt đối lưu từ bề mặt trong

-

-

của ống hấp thụ đến nước phụ thuộc tốc độ chuyển động tuần hoàn tự nhiên
của nước trong ống, hệ số trao đổi nhiệt từ bề mặt ngoài ống tới mơi trường
xung quanh, từ đó xây dựng mơ hình tốn giúp xác định công suất nhiệt của
từng ống, nhiệt độ nước ra khỏi ống, phân bố nhiệt độ nước trong ống góp,
nhiệt độ nước ra khỏi bộ thu;
Xây dựng các mơ hình mơ phỏng ống TTCK, mơ phỏng bộ thu NLMT kiểu
ống TTCK gắn với ống góp để xác định các thông số làm việc của bộ thu;
Xây dựng hệ thống thiết bị thí nghiệm bao gồm các thiết bị đo đạc dữ liệu
thời tiết như nhiệt độ khơng khí, cường độ BXMT, nhiệt độ nước, lưu lượng
nước tuần hoàn, phục vụ nghiên cứu thực nghiệm cũng như kiểm chứng các
mơ hình lý thuyết đã xây dựng;

2


-

Sử dụng mơ hình mơ phỏng và hệ thống thiết bị thí nghiệm đã xây dựng,
nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số vận hành đến công suất nhiệt và hiệu
suất của bộ thu.

4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Ý nghĩa khoa học:
-

Phương pháp xác định hệ số trao đổi nhiệt đối lưu trong ống dựa trên nghiên
cứu mô phỏng CFD của luận án có thể góp phần mở rộng khả năng phân tích,
đánh giá mức độ và các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình truyền nhiệt trong bộ

-

thu;
Phương pháp tính tốn cơng suất nhiệt hữu ích dựa theo mô phỏng và kiểm
chứng bằng thực nghiệm trong luận án có thể áp dụng cho các loại bộ thu

-

NLMT có điều kiện làm việc tương tự;
Phương trình tiêu chuẩn được xây dựng trong luận án có thể giúp tính tốn,
xác định lưu lượng khối lượng nước tuần hồn trong ống TTCK. Đây là thông
số quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến cơng suất nhiệt hữu ích của từng ống
cũng như của cả bộ thu. Các hệ số trong phương trình tìm được bằng việc hồi
quy các số liệu đo và tính tốn mơ phỏng cho ống có đường kính trong/ngoài
47/58 mm theo các điều kiện làm việc khác nhau.

Ý nghĩa thực tiễn:
-

Luận án đã xây dựng được hệ thống thiết bị thí nghiệm để nghiên cứu, kiểm
chứng mơ hình xác định BX hấp thụ của bộ thu và hệ thống thiết bị thí nghiệm
để nghiên cứu, kiểm chứng các quá trình trao đổi nhiệt bên trong bộ thu

NLMT kiểu ống TTCK;
- Các kết quả nghiên cứu của luận án có thể tham khảo khi tính tốn, phân tích,

đánh giá các phương án thiết kế, lắp đặt và vận hành các hệ thống đun nước
nóng bằng NLMT kiểu ống TTCK sử dụng phổ biến trong dân dụng và công
nghiệp.

5. Điểm mới của luận án
-

-

Đã xây dựng và giải mơ hình xác định BX hấp thụ trên bề mặt hấp thụ của bộ
thu NLMT kiểu ống TTCK bằng việc chia bề mặt trụ thành các phân tố dọc
theo chu vi ống;
Bằng việc sử dụng nghiên cứu mô phỏng CFD và thực nghiệm đã tính được
các tiêu chuẩn Re và Ra*, từ đó xây dựng được phương trình tiêu chuẩn
3


 0,709 và tính được lưu lượng nước tuần hồn trong ống

Re  0,0012  Ra *

TTCK;
-

Xây dựng được phương pháp xác định hệ số trao đổi nhiệt đối lưu trong ống
dựa trên kết quả nghiên cứu mô phỏng CFD;

-

Bằng nghiên cứu mô phỏng đã xác định được nhiệt độ trung bình trên bề mặt

hấp thụ và từ đó xây dựng được phương pháp tính cơng suất nhiệt hữu ích của
bộ thu NLMT sử dụng ống TTCK theo các điều kiện làm việc khác nhau;

-

Xây dựng được phương pháp và hệ thống thí nghiệm để xác định các thành
phần BXMT mà chỉ sử dụng 02 BX kế (pyranometer);

-

Xác định được hiệu suất của bộ thu NLMT kiểu ống TTCK bằng cả lý thuyết
và thực nghiệm. Đây là thông số quan trọng để đánh giá hiệu quả làm việc
của các hệ thống đun nước nóng bằng NLMT.

4


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Năng lƣợng mặt trời và ứng dụng
1.1.1. Thực trạng tiêu thụ năng lƣợng và phát thải khí nhà kính
1.1.1.1. Tình hình tiêu thụ năng lượng của thế giới
Xã hội càng phát triển, các hoạt động công nghiệp và đời sống con người ngày
càng tăng cao, nhu cầu sử dụng năng lượng cũng ngày càng lớn. Nếu so sánh giữa
hai mốc thời gian là năm 1973 và 2015 thì mức tiêu thụ năng lượng của thế giới đã
tăng lên rất nhiều. Các số liệu thống kê của IEA được trình bày trong bảng 1.1 minh
họa rõ về điều này [84].
Bảng 1.1. Tiêu thụ năng lượng của thế giới trong năm 1973 và 2015
(1 Mtoe = 107 Gcal = 11630 GW.h)
Loại năng
lƣợng

Năm 1973
Lượng tiêu thụ

Năm 2015
Lượng tiêu thụ

Mtoe

GW.h

Tỉ lệ,
%

Điện

109,818

1277183

1,8

341,175

3967865,25

2,5

Than

1494,745

17383884

24,5

3834,807

44598805,41

28,1

Dầu

2818,662

32781039

46,2

4326,099

50312531,37

31,7

Khí thiên
nhiên

976,16

11352741

16,0

2947,752

34282355,76

21,6

Hạt nhân

54,909

638591,67

0,9

668,703

7777015,89

4,9

Sinh khối
và phế thải

640,605

7450236,2

10,5

1323,759

15395317,17

9,7

Khác

6,101

70954,63

0,1

204,705

2380719,15

1,5

Tổng cộng

6101

70954630

100

13647

158714610

100

5

Mtoe

GW.h

Tỉ lệ,
%


1.1.1.2. Phát thải khí nhà kính ảnh hưởng đến mơi trường
Theo các số liệu thống kê ở trên, năng lượng được thế giới sử dụng chủ yếu là
từ các nguồn nhiên liệu hóa thạch (than đá, dầu mỏ, khí đốt). Để sử dụng các nguồn
nhiên liệu này cần phải đốt cháy chúng và kết quả là thải ra môi trường các khí gây
hiệu ứng nhà kính (chủ yếu là CO2). Hiệu ứng nhà kính đã làm cho trái đất nóng
lên, gây biến đổi khí hậu và ảnh hưởng xấu đến môi trường. Theo số liệu công bố
của IEA, phát thải CO2 của thế giới đã tăng lên rất nhiều kể từ năm 1973 đến 2015.
Bảng 1.2. Phát thải CO2 của thế giới
Nguồn phát thải

Năm 1973

Năm 2015

Lượng phát thải
(triệu tấn)

Tỉ lệ (%)

Lượng phát thải
(triệu tấn)

Tỉ lệ (%)

Than

5503,048

35,6

14500,006

44,9

Dầu

6940,642

49,9

11173,724

34,6

Khí thiên nhiên

2225,952

14,4

6426,506

19,9

Các nguồn khác

15,458

0,1

193,764

0,6

Tổng cộng

15458

100

32294

100

Cũng theo số liệu công bố của IEA, Việt Nam với dân số 91,7 triệu người, tiêu
thụ 73,8 triệu tấn dầu quy đổi và cũng đóng góp 168,3 triệu tấn CO2 phát thải trong
năm 2015.
Như vậy lượng năng lượng tiêu thụ hàng năm của thế giới là rất lớn và vẫn có
xu hướng gia tăng. Trong khi đó nguồn năng lượng hóa thạch khơng tái tạo được
nên ngày càng cạn kiệt. Đồng thời việc sử dụng năng lượng hóa thạch làm phát thải
CO2 và các khí độc hại NOx, SOx gây ơ nhiễm mơi trường và hiệu ứng nhà kính làm
biến đổi khí hậu là vấn đề đã và đang báo động tồn nhân loại. Để giải bài tốn về
năng lượng và phát triển, các quốc gia trên thế giới cần phải có các kế hoạch và
hành động cụ thể. Riêng Việt Nam, Chính phủ cũng đã phê duyệt Chiến lược phát
triển năng lượng quốc gia đến năm 2020 và tầm nhìn đến năm 2050. Trong chiến
lược phát triển này, vấn đề sử dụng tiết kiệm và hiệu quả năng lượng được đề cao
cùng với đó là việc phát triển sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo, trong đó có
năng lượng mặt trời.
6


1.1.2. Vai trị của năng lƣợng mặt trời
Mặt trời có nhiệt độ bề mặt xấp xỉ 5800 K, bức xạ lan truyền chủ yếu với bước
sóng trong khoảng 0,25÷3 m. Khoảng 40% năng lượng bức xạ là sóng ánh sáng
nhìn thấy, trong đó khoảng 10% là tia cực tím và 50% là bức xạ hồng ngoại. Cường
độ bức xạ mặt trời bên ngồi khí quyển trái đất bằng 1367 W/m2. Trên bề mặt trái
đất nếu bầu trời trong, khơng có mây, bức xạ vào khoảng 1000 W/m2. Tiềm năng lý
thuyết NLMT đến bề mặt trái đất (mặt đất và đại dương) vào khoảng 3,9.106
EJ/năm [91]. Đây quả là một con số cực lớn, nó hồn tồn có thể đáp ứng đầy đủ tất
cả các nhu cầu tiêu thụ NL của con người.
NLMT có thể được ứng dụng cho nhiều lĩnh vực như:
-

Sản xuất điện năng: dùng các tấm pin mặt trời (PV) để biến trực tiếp bức xạ
nhiệt mặt trời thành điện năng hoặc dùng lò hơi sản xuất điện theo chu trình
Rankine;

-

Sản xuất nhiệt năng: dùng bộ thu NLMT để đun nóng chất lỏng (nước, các
dung dịch chất lỏng); sưởi ấm, làm mát khơng gian phịng;

-

Sấy khơ, chưng cất, điện phân, …

Hình 1.1. Dự báo sử dụng NLMT cho một số ứng dụng đến năm 2050
(Nguồn: IEA)
Trong số các ứng dụng nhiệt của NLMT thì ứng dụng để đun nước nóng là đơn
giản, hiệu quả và phổ biến nhất.

7


1.2. Vai trị của việc nghiên cứu đặc tính làm việc và các quá trình
truyền nhiệt trong ống thủy tinh chân khơng của bộ thu năng
lƣợng mặt trời
Hiện nay, có hai loại bộ thu NLMT được sử dụng rộng rãi là bộ thu kiểu tấm
phẳng và bộ thu kiểu ống TTCK. Với nhiều ưu điểm vượt trội như giá thành rẻ, hiệu
suất nhiệt cao, làm việc ổn định, có khả năng mơ-đun hóa, … các bộ thu NLMT
kiểu ống TTCK ngày càng được sử dụng phổ biến.
Theo xu hướng chung, nhiều nghiên cứu khoa học ở trong và ngoài nước đã

thực hiện đối với bộ thu kiểu này nhằm nâng cao hiệu suất cũng như giảm chi phí
đầu tư, lắp đặt. Các nghiên cứu khá nhiều và chia thành nhiều hướng khác nhau
nhưng quan trọng nhất chính là hướng nghiên cứu về đặc tính làm việc và các q
trình truyền nhiệt bên trong bộ thu NLMT bởi chúng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu
suất của các bộ thu và hiệu quả của toàn hệ thống sử dụng NLMT. Trên thế giới, số
lượng các nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực trên là rất lớn nhưng chúng vẫn tồn tại
các hạn chế và chưa thể giải quyết được nhiều vấn đề trong quá trình hoạt động của
bộ thu NLMT khi áp dụng vào điều kiện nước ta (sẽ nói kỹ hơn ở mục 1.3.2). Do
đó, nội dung nghiên cứu đặc tính làm việc và các quá trình truyền nhiệt trong ống
TTCK của bộ thu NLMT mà luận án đặt ra là cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn.
Trong thực tế, để nghiên cứu được q trình truyền nhiệt từ đó xác định các
thông số làm việc của bộ thu NLMT cần biết một thông số hoạt động rất quan trọng
là lượng BXMT đập tới bề mặt hấp thụ của bộ thu. Hiện tại, các bộ thu kiểu ống
TTCK được tính toán, thiết kế chủ yếu dựa trên phương pháp đã được xây dựng cho
bộ thu kiểu tấm phẳng bằng cách coi bề mặt hấp thụ của bộ thu chỉ đơn giản là mặt
phẳng đi qua trục và bao tất cả các ống TTCK, bỏ qua khe hở giữa các ống cũng
như độ cong của các bề mặt hấp thụ dạng trụ. Việc quy đổi bề mặt hấp thụ gồm các
ống trụ về một bề mặt “tấm phẳng tương đương” như vậy đang gây sai số khơng
nhỏ trong kết quả tính tốn. Vì thế, trong luận án đã tiến hành nghiên cứu, xây dựng
mơ hình xác định lượng BXMT đập đến bề mặt hấp thụ của bộ thu kiểu ống TTCK.
Đây là thơng số quan trọng trong tính tốn, mơ phỏng hoạt động của ống TTCK của
các bộ thu NLMT.
Nghiên cứu mơ phỏng hệ thống giúp tối ưu hóa thiết kế hệ thống, làm giảm giá
thành đầu tư xây dựng hệ thống [23]. Đồng thời giúp tối ưu hóa chế độ vận hành,
góp phần đảm bảo hệ thống vận hành ổn định và tiết kiệm năng lượng. Đây chính là

8


chìa khóa để giảm thiểu các đặc điểm hạn chế của hệ thống đun nước nóng bằng

năng lượng mặt trời kết hợp với bơm nhiệt.

1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc
1.3.1. Các nghiên cứu ở trong nƣớc
Ở nước ta, từ những năm 90 của thế kỷ 20 trở lại đây, đã có nhiều nhà khoa học
quan tâm nghiên cứu về NLMT và các ứng dụng của nó, đặc biệt là ứng dụng nhiệt.
Các nghiên cứu có thể chia thành 3 lĩnh vực lớn là: (1) nghiên cứu đánh giá tiềm
năng và phân bố NLBXMT của Việt Nam; (2) nghiên cứu cải tiến, phát triển khoa
học và công nghệ khai thác, sử dụng NLMT; và (3) nghiên cứu đánh giá hiệu quả
kinh tế - kỹ thuật của các hệ thống NLMT.
1.3.1.1. Nghiên cứu đánh giá tiềm năng, phân bố bức xạ mặt trời
Theo hướng đánh giá tiềm năng, phân bố NLBXMT ở Việt Nam hiện chưa có
nhiều nghiên cứu, cho đến gần đây mới thấy hai công bố khoa học. Đầu tiên là công
bố của các tác giả Trần Quang Khánh và Nguyễn Văn Đường (2004). Trong nghiên
cứu này [39], các tác giả đã đề xuất phương pháp đánh giá tiềm năng BXMT trên
mặt phẳng bộ thu bằng việc áp dụng phương pháp Khí tượng học bề mặt và Năng
lượng mặt trời (Surface meteorology and Solar Energy - SSE) dựa trên số liệu thống
kê cường độ BXMT và các thơng số khí tượng do Cơ quan Hàng khơng Vũ trụ Mỹ
(NASA) thu thập bằng hệ thống vệ tinh. NLBX trên mặt phẳng nghiêng được tính
tốn từ NLBX trên mặt phẳng ngang tại vị trí khảo sát và chỉ số độ trong của bầu
trời. Trên cơ sở áp dụng phương pháp SSE với sự trợ giúp của phần mềm
MATLAB, các tác giả đã tính tốn NLBX trên bề mặt bộ thu tấm phẳng đặt nghiêng
góc 21,03o so với phương ngang và quay hướng chính nam tại địa điểm khảo sát là
Trường Đại học Nơng nghiệp I. Kết quả tính tốn thấy rằng phương pháp này có thể
dễ dàng áp dụng và đạt được độ chính xác cao.
Nghiên cứu chuyên sâu về hướng này là cơng trình của tác giả Đỗ Trần Hải
(2006), nghiên cứu sử dụng BXMT ở Việt Nam cho cấp nhiệt phục vụ sản xuất và
tiêu dùng trong chiến lược khai thác năng lượng sạch bảo vệ môi trường [8]. Ở đây,
tác giả đã xác định hệ số đánh giá độ trong của khí quyển, xây dựng đường cong
chuẩn phân bố BXMT, xây dựng phần mềm tính tốn phân bố BXMT trên mặt

phẳng ngang và xây dựng phương pháp xác định chuẩn hợp lý khai thác NLMT.
Đồng thời, tác giả cũng phân tích, đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật và mức giảm
thiểu phát thải khí nhà kính, bảo vệ mơi trường khi sử dụng NLMT. Kết quả nghiên
9