Khoa Môi trường

Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường

MỤC LỤC
Danh mục các từ viết tắt..............................................................................................4
Danh mục bảng............................................................................................................5
Danh mục hình.............................................................................................................6
....................................................................................................................................... 7
MỞ ĐẦU....................................................................................................................... 8
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ CÁC CÔNG
NGHỆ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI........................................................................12
1.1. NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ..................................................................12
1.2. TỔNG QUAN CÁC CÔNG NGHỆ KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG NĂNG
LƯỢNG MẶT TRỜI .....................................................................................................24
1.3. CÔNG NGHỆ NHIỆT MẶT TRỜI ĐỂ SẢN XUẤT NƯỚC NÓNG...................34
1.4. TIỀM NĂNG VÀ ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CỦA VIỆT NAM
.........................................................................................................................................59
1.5. MỘT SỐ VẤN ĐỀ CẦN LƯU Ý KHI SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
.........................................................................................................................................67
1.6. TÍNH KINH TẾ VÀ TRIỂN VỌNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI......................69
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. 73
2.1. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU........................................................73
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU....................................................................................75
2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..........................................................................75
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN..................................81
3.1. TIỀM NĂNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TẠI HÀ NỘI ...................................81
3.2. HIỆN TRẠNG NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG THIẾT BỊ ĐUN NƯỚC NÓNG
MẶT TRỜI TẠI HÀ NỘI...............................................................................................83
3.3. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA THIẾT BỊ ĐUN NƯỚC NÓNG NĂNG LƯỢNG
MẶT TRỜI......................................................................................................................90


CTMTQG

Chương trình Mục tiêu Quốc gia

ĐMT

Điện mặt trời

ĐNNMT

Đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời

NL

Năng lượng

NLMT

Năng lượng mặt trời

PV

Hiệu ứng quang điện (Photovaltaic)

TBNNMT

Thiết bị nước nóng mặt trời

TTNLM

Bảng 1.6. Các nhà máy điện từ pin mặt trời lớn nhất thế giới...............................30
Bảng 1.7. Các nhà máy CSP đang hoạt động...........................................................33
Bảng 1.8. Kết quả kiểm tra thành phần nước trước và sau khi chưng cất ...........40
Bảng 1.9. Một số thông số về nhiệt độ của bếp trong quá trình sử dụng...............43
Bảng 1.10. Tính chất của một số vật liệu dùng làm tấm phủ trong suốt................47
Bảng 1.11. Năng lượng mặt trời trên các vùng lãnh thổ Việt Nam .......................59
Bảng 1.12. Số liệu về bức xạ mặt trời trung bình tại một số địa phương .............61
Bảng 1.13. Lộ trình phát triến nước nóng mặt trời.................................................66
Bảng 2.1. Lắp đặt các hệ thí nghiệm sử dụng thiết bị ĐNNMT.............................73
Bảng 3.1. Lượng tổng xạ cả ngày trung bình Qtb (đơn vị: kWh/m2.ngày)...........82
Bảng 3.2. Lượng tán xạ cả ngày trung bình Dtb (đơn vị: kWh/m2.ngày).............82
Bảng 3.3. Lượng trực xạ cả ngày trung bình Itb (đơn vị: kWh/m2.ngày).............82
Bảng 3.4. Số giờ nắng cả ngày trung bình (lý thuyết) N (đơn vị: giờ/ngày)...........82
Bảng 3.5. Số thiết bị nước nóng mặt trời..................................................................85
Bản 3.6. Tỷ lệ tham gia của các quận/huyện............................................................86
Bảng 3.7. Số thiết bị, tổng dung tích bình chứa và tỷ lệ tăng trưởng hàng năm...88
Bảng 3.8. Nhiệt độ trung bình nước vào và ra, lượng nước nóng sử dụng trung
bình hàng ngày và lượng năng lượng tiết kiệm của các hộ thí nghiệm..................90
Bảng 3.9. Múc phí đối với các khí thải gây ô nhiễm môi trường............................99
Bảng 3.10. Tổng hợp kết quả tiết kiệm điện và lợi ích môi trường của thiết bị
ĐNNMT.................................................................................................................... 100

HV: Nguyễn Đình Đáp

5

K16 Khoa học môi trường


Khoa Môi trường

Hình 1.23. Sự biến đổi của cường độ bức xạ mặt trời theo thời gian trong ngày .62
Hình 2.1. Thiết bị ĐNNMT được lắp đặt tại hiện trường ......................................74
Hình 2.2. Cấu tạo bên ngoài và các cổng tín hiệu của bộ thu thập số liệu tự động
..................................................................................................................................... 77

HV: Nguyễn Đình Đáp

6

K16 Khoa học môi trường


Khoa Môi trường

Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường

Hình 2.3. Cấu tạo bên trong, bo mạch chính và nguồn nuôi của bộ thu thập số
liệu tự động................................................................................................................. 77
Hình 2.4. Hệ đo và thu thập số liệu sau khi lắp đặt.................................................78
Hình 2.5. Giao diện kết nối với máy vi tính của SWH Data logger .......................79
Hình 2.6. Kết quả đo được lưu lại dưới dạng file excel...........................................79
Hình 3.1. Biểu đồ tỷ lệ tham gia lắp đặt và sử dụng thiết bị ĐNNMT của các
quận/huyện................................................................................................................. 88
Hình 3.2. Biểu đồ tăng trưởng hàng năm của thiết bị ĐNNMT (từ 2008 - 2010)..89
Hình 3.3. Nhiệt độ nước và lượng nước sử dụng (a và b) nhà Cô Yến..................92
Hình 3.4. Nhiệt độ nước và lượng nước sử dụng (a và b) nhà Ông Thịnh.............92
Hình 3.5. Nhiệt độ nước và lượng nước sử dụng (a và b) nhà Ông Hội.................93
Hình 3.6. Nhiệt độ nước và lượng nước sử dụng (a và b) Nhà Ông Lam.............94
Hình 3.7. Nhiệt độ nước và lượng nước sử dụng (a và b) Trung tâm Năng lượng
mới.............................................................................................................................. 94

năng lượng mặt trời (ĐNNMT), đặc biệt các Trung tâm thương mại, cao ốc văn phòng,
khác sạn, bệnh viện, kho vận, trong đó quy định nước nóng từ NLMT phải đáp ứng
được từ 30 - 70% nhu cầu tùy thuộc vào vùng khí hậu cụ thể. Ở Cape Town (Nam
Phi), Rome (Italia) đòi hỏi các tòa nhà xây dựng mới phải lắp đặt hệ thống ĐNNMT
nhằm đảm bảo 30 - 50% nhu cầu sử dụng hàng ngày…
Việt Nam đã xây dựng trên 100 trạm quan trắc để theo dõi các dữ liệu về NLMT
trên khắp lãnh thổ Việt Nam. Những số liệu quan trắc của các trạm cho thấy, năng
lượng bức xạ trung bình trên cả nước mỗi ngày từ 4 - 6kWh/m 2. Tiềm năng sử dụng
NLMT ở hầu khắp mọi vùng trong cả nước.
Đối với mỗi hộ gia đình riêng việc đun nước nóng cho sinh hoạt bình quân sinh
ra khoảng 30% tổng lượng khí thải CO2 của cả hộ gia đình tạo ra. Thông qua lắp đặt

HV: Nguyễn Đình Đáp

8

K16 Khoa học môi trường


Khoa Môi trường

Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường

thiết bị ĐNNMT, thiết bị có khả năng cung cấp khoảng 80% nhu cầu năng lượng cần
thiết của chúng ta để đun nước nóng. Theo ước tính, cả nước hiện có khoảng 2,5 triệu
bình đun nước nóng bằng điện có công suất trong khoảng 2 - 5kW, hàng năm tiêu tốn
khoảng 3,6 tỷ kWh điện năng và sẽ tăng nhanh theo tốc độ xây dựng nhà ở, dịch vụ và
du lịch. Đây là một con số rất lớn cho thấy một thị trường đầy tiềm năng đối với thiết
bị bình ĐNNMT.
Việt Nam có nhiều lợi thế phát triển hệ thống sử dụng NLMT. Trong đó, hiệu


Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường

Xuất phát từ những thực tiễn nêu trên, với sự hỗ trợ của Văn phòng tiết kiệm
năng lượng (Bộ Công Thương) và Trung tâm nghiên cứu năng lượng mới (Đại học
Bách khoa Hà Nội), trong khuôn khổ một luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường, tác
giả tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu sử dụng thiết bị đun nước nóng bằng
năng lượng mặt trời phục vụ sinh hoạt” được đặt ra với mục đích tìm hiểu những
điều kiện cơ bản để triển khai, lắp đặt thiết bị nước nóng mặt trời, tính toán hiệu quả
về mặt tiết kiệm điện năng, kinh tế và môi trường của việc sử dụng thiết bị nước nóng
mặt trời dựa trên cơ sở khoa học và thực nghiệm. Từ đó, kiến nghị các giải pháp phát
triển sử dụng các thiết bị đun nước nóng mặt trời ở Hà Nội nói riêng và Việt Nam nói
chung.
Các nội dung nghiên cứu:
- Nghiên cứu những đặc điểm kỹ thuật của thiết bị ĐNNMT, những yếu tố ảnh
hưởng đến hiệu suất của thiết bị
- Nghiên cứu, đánh giá các tiềm năng, đặc thù của Hà Nội trong sử dụng thiết bị
ĐNNMT
- Điều tra, đánh giá hiện trạng sử dụng thiết bị ĐNNMT tại Hà Nội.
- Tiến hành thực nghiệm lắp đặt 05 hệ thống ĐNNMT có các bộ đo ghi tự động;
đo đạc, thu thập, xử lý số liệu và đánh giá hiệu quả tiết kiệm năng lượng, hiệu quả
kinh tế và môi trường của của các hệ thống.
- Đề xuất một số giải pháp phát triển sử dụng thiết bị ĐNNMT phục vụ sinh hoạt.
Việc thực hiện đề tài nhằm giải đáp các câu hỏi nêu trên với những phân tích đầy
đủ bài toán kinh tế môi trường của việc sử dụng thiết bị ĐNNMT cho người dân thành
phố Hà Nội.
Hiện nay, các giải pháp công nghệ thân thiện với môi trường và tiết kiệm năng
lượng đang được quan tâm, đầu tư nghiên cứu. Trong đó, sử dụng các nguồn năng
lượng tái tạo là giải pháp cứu cánh cho thách thức khủng hoảng năng lượng và biến
đổi khí hậu toàn cầu, là một mũi tên nhằm tới hai mục tiêu của sự phát triển bền vững.

Mặt trời là quả cầu lửa khổng lồ với đường kính trung bình khoảng 1,36 triệu km
và ở cách Trái đất khoảng 150 triệu km. Theo các số liệu hiện có, nhiệt độ bề mặt của
mặt trời vào khoảng 6.000K, trong khi đó nhiệt độ ở vùng trung tâm của mặt trời rất
lớn, vào khoảng 8.106K đến 40.106K. Mặt trời được xem là một lò phản ứng nhiệt hạch
hoạt động liên tục. Do luôn luôn bức xạ năng lượng vào trong vũ trụ nên khối lượng
của mặt trời sẽ giảm dần. Điều này dẫn đến kết quả là đến một ngày nào đó mặt trời sẽ
thôi không tồn tại nữa. Tuy nhiên, do khối lượng của mặt trời vô cùng lớn, vào khoảng
1,991.1030kg, nên thời gian để mặt trời còn tồn tại cũng vô cùng lớn. Bên cạnh sự biến
đổi nhiệt độ rất đáng kể theo hướng kính, một điểm đặc biệt khác của mặt trời là sự
phân bố khối lượng rất không đồng đều. Ví dụ, khối lượng riêng ở vị trí gần tâm mặt
trời vào khoảng 100g/cm3, trong khi đó khối lượng riêng trung bình của mặt trời chỉ
vào khoảng 1,41g/cm3 [1].
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 NLMT, người ta rất chú ý đến khái niệm hằng số mặt
trời (Solar Constant). Về mặt định nghĩa, hằng số mặt trời được hiểu là lượng bức xạ
mặt trời (BXMT) nhận được trên bề mặt có diện tích 1m 2 đặt bên ngoài bầu khí quyển
và thẳng góc với tia tới. Tùy theo nguồn tài liệu mà hằng số mặt trời sẽ có một giá trị
cụ thể nào đó, các giá trị này có thể khác nhau tuy nhiên sự sai biệt không nhiều.
Trong tài liệu này ta thống nhất lấy giá trị hằng số mặt trời là 1353W/m 2[1].
Có 2 loại bức xạ mặt trời: BXMT đến bên ngoài bầu khí quyển và BXMT đến
trên mặt đất. Trong mục này ta cần phân biệt ý nghĩa của các ký hiệu được dùng để
biểu diễn giá trị của lượng bức xạ khảo sát là G, I và H. Đơn vị của G là W/m 2, đơn vị

HV: Nguyễn Đình Đáp

12

K16 Khoa học môi trường


Nếu bề mặt khảo sát nằm ngang, giá trị G 0 biểu diễn lượng BXMT đến mặt
phẳng có diện tích 1m2 đặt bên ngoài bầu khí quyển có giá trị là:
Go = GSC.[1+0,033.Cos(360.n/365)].CosθZ

(2)

Trong đó, θ là góc tới của tia trực xạ (là góc hợp bởi tia trực xạ và pháp tuyến
của bề mặt khảo sát); θz là góc tới đối với các bề mặt ngang

HV: Nguyễn Đình Đáp

13

K16 Khoa học môi trường


Khoa Môi trường

Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường

Gọi Ho (J/m2) là lượng BXMT đến mặt phẳng nằm ngang có diện tích 1m 2 đặt
bên ngoài bầu khí quyển trong thời gian 1 ngày, ta viết được:
Ho = GSC.[1+0,033.Cos(360.n/365)].∫(Cosδ.Cosφ.Cosω+Sinδ.Sinφ).dt
Trong đó
δ: Góc lệnh của mặt trời (góc tạo bởi tia trực xạ và mặt phẳng xích đạo của Trái
đất;
φ: Góc phương vị của bề mặt khảo sát (là góc tạo bởi hình chiếu lên mặt phẳng
nằm ngang của pháp tuyến của bề mặt khảo sát và phương nam)
ω: Góc giờ của mặt trời (là góc tạo bởi tia trực xạ và đường nối khải sát với vị trí
cao nhất của mặt trời trong ngày)

trình bày cụ thể ngày điển hình của mỗi tháng (do Klein đề nghị) và các giá trị δ, n
tương ứng.
Bảng 1.1. Các giá trị δ, n tương ứng theo ngày
Tháng

Ngày điển hình

δ, độ

N

1

17

-20,9

17

2

16

-13

47

3

16


17

21,2

198

8

16

13,5

228

9

15

2,2

258

10

15

-9,6

288

15

K16 Khoa học môi trường


Khoa Môi trường

Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường

quan tâm đến các tia bức xạ có bước sóng λ trong khoảng từ 0,24µm đến 50µm.
Cường độ của các tia bức xạ có bước sóng λ < 0,24µm và λ > 50µm thật sự không
đáng kể [1].
Quang phổ của BXMT được trình bày trên hình 1.1; Số liệu về sự phân bố
BXMT theo bước sóng được đưa ra trong bảng 1.2, trong đó:
Gsc,λ - cường độ bức xạ đơn sắc, W/m2
f0-λ - tỉ số giữa lượng bức xạ ứng với bước sóng trong khoảng từ 0 đến λ và hằng
số mặt trời.
Bảng 1.2. Phân bố bức xạ mặt trời theo bước sóng
λ, µm

GSC,λ

f0-λ

λ, µm

GSC,λ

f0-λ


0,1968

1,2

485

0,7840

0,26

130

0,0027

0,49

1950

0,2115

1,4

337

0,8433

0,27

232


0,9159

0,29

482

0,0081

0,52

1833

0,2538

2,0

103

0,9349

0,30

514

0,0121

0,53

1842


0,0222

0,55

1725

0,2938

2,6

48

0,9667

0,33

1059

0,0293

0,56

1695

0,3065

2,8

39


0,3318

3,2

22,6

0,9822

0.36

1068

0,0532

0,59

1700

0,3444

3,4

16,6

0,9850

0,37

1181



1120

0,0700

0,62

1602

0,3810

3,8

11,1

0,9891

0,39

1098

0,0782

0,64

1544

0,4042

4,0


1427

0,4481

5,0

3,8

0,9951

0,42

1747

0,1122

0,70

1369

0,4688

6,0

1,8

0,9972

0,43


0,59

0,9988

0,45

2006

0,1514

0,80

1109

0,5602

10,0

0,24

0,9994

0,46

2066

0,1665

0,90

800
400
0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

Bước sóng

2,4


độ của các tia bức xạ và làm cho quang phổ của các tia bức xạ đến mặt đất thu hẹp lại,
có thể nói các tia bức xạ có bước sóng lớn hơn 2,3µm rất khó đến được bề mặt Trái đất
(trong vùng này, các tia hồng ngoại không chỉ bị hấp thụ bởi hơi nước mà còn bởi khí
CO2) . Cùng với hiện tượng hấp thụ, hiện tượng phản xạ làm một bộ phận của tia bức
xạ bị đổi phương, do đó phương của thành phần bị phản xạ không rõ ràng. Kết quả của
các hiện tượng vừa nêu là, càng tiến đến gần bề mặt đất, cường độ của các tia bức xạ
tổng càng giảm. Một cách tổng quát, người ta xem lượng bức xạ tổng đi vào bầu khí
quyển (Terrestrial Solar Radiation hay Total Solar Radiation) để đến một bề mặt khảo
sát nào đó trên mặt đất bao gồm hai thành phần là trực xạ (Beam Radiation) và khuếch
tán (Diffuse Radiation). Thành phần trực xạ có phương rõ ràng, đó là đường thẳng nối
từ mặt trời đến địa điểm khảo sát. Trong khi đó, đối với thành phần khuếch tán, việc
xác định phương hướng và cường độ của thành phần khuếch tán là khá phức tạp.
Các khảo sát cho thấy, vào những ngày bầu trời trong sáng, do sự hấp thụ bởi các
phân tử ôxy và ôzôn có trong bầu khí quyển ở tầm cao, bước sóng nhỏ nhất của các tia
bức xạ đến bề mặt Trái đất chỉ vào khoảng 0,29µm. Sự suy giảm cường độ các tia bức
xạ mặt trời đến bề mặt Trái đất trong trường hợp này là do ba nguyên nhân sau đây:
- Sự hấp thụ có tính chọn lọc theo bước sóng bởi hơi nước, các phân tử ôxy, ôzôn
và CO2.
- Sự phân tán Rayleigh bởi các phân tử của các loại chất khí và các hạt bụi lơ
lửng có trong bầu khí quyển (kích thước của các thành phần này rất nhỏ so với bước

HV: Nguyễn Đình Đáp

18

K16 Khoa học môi trường


Khoa Môi trường


HV: Nguyễn Đình Đáp

19

K16 Khoa học môi trường


Khoa Môi trường

Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường

Ta có:
G = Gb + Gd

(4)

GT = GbT + GdT

(5)

Đặt:
R = GT/G

(6)

Rb = GbT/Gb

(7)

Rd = GdT/Gd

(12)

b) Lượng hóa mức độ trong sáng của bầu trời

HV: Nguyễn Đình Đáp

20

K16 Khoa học môi trường


Khoa Môi trường

Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường

Theo những giả thiết đã nêu về sự phân bố và hướng của tia khuếch tán, vào
những ngày bầu trời trong sáng ta xem như R = R b, còn vào những ngày bầu trời bị
mây và sương mù ta xem như R d = 1. Rõ ràng, mức độ khuếch tán và hấp thụ các tia
bức xạ mặt trời thay đổi theo thời gian do trạng thái và đặc điểm của bầu khí quyển
không hoàn toàn ổn định. Chính vì vậy ta cần phải chuẩn hóa khái niệm trong sáng của
bầu trời. Gọi τb là hệ số xuyên qua bầu khí quyển của các tia trực xạ, ta có:
τb = Gb/Go = ao + a1.e(-k/Cosθz)

(13)

Các nhà nghiên cứu đã đề xuất cách xác định ao, a1 và k ứng với bầu trời đạt độ
trong sáng tiêu chuẩn có tầm nhìn xa 23km như sau:
a0S = 0,4237 – 0,00821.(6 – A)2

(14)

được giá trị bức xạ tổng. Gọi G d là thành phần tia khuếch tán xuyên qua bầu trời có độ
trong sáng tiêu chuẩn đến 1m2 bề mặt nằm ngang, Liu và Jordan đã đề nghị cách xác

HV: Nguyễn Đình Đáp

21

K16 Khoa học môi trường


Khoa Môi trường

Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường

định hệ số xuyên qua bầu khí quyển τd của các tia khuếch tán ứng với bầu trời có độ
trong sáng tiêu chuẩn như sau:
τd = Gd/Go = 0,271 – 0,2939.τb

(20)

Trong đó, τb là hệ số xuyên qua bầu khí quyển của các tia trực xạ (trong công
thức 13)
Tuy nhiên, việc sử dụng các hệ số đã nêu không có tính thực tế cao do độ trong
sáng của bầu trời rất khác nhau tùy theo địa điểm và thời điểm khảo sát, do vậy
phương pháp đã nêu chỉ có giá trị tham khảo.
Cần phải xác định rõ, việc xác định cường độ bức xạ mặt trời đến trên mặt đất là
bài toán không hề đơn giản. Nói chung, tùy vào từng trường hợp cụ thể mà người ta có
thể tìm kiếm phương pháp thích hợp. Thông thường, trong các thí nghiệm khoa học
người ta thường phải trực tiếp đo cường độ bức xạ mặt trời, còn trong các nghiên cứu
đánh giá tiềm năng người ta thường phải xây dựng phương pháp mô phỏng dựa trên

1014µm, trong đó mắt người có thể nhận biết được giải sóng có bước sóng từ 0,4 đến
0,7µm và được gọi là áng sáng nhìn thấy (vùng khả kiến). Vùng bức xạ điện từ có
bước sóng nhỏ hơn 0,4µm được gọi là vùng sóng tử ngoại. Còn vùng có bước sóng lớn
hơn 0,7µm được gọi là vùng hồng ngoại. Do bản chất của sóng điện từ nên NLMT là
nguồn năng lượng không có phát thải, không gây ô nhiễm môi trường hay được gọi là
nguồn năng lượng sạch.
Các thành phần của BXMT trên mặt đất:
Ngoài lớp khí quyển trái đất bức xạ mặt trời chỉ có một thành phần. Đó là các tia
mặt trời đi thẳng phát ra từ mặt trời. Nhưng khi tới mặt đất, do các hiện tượng tán xạ
trong lớp khí quyển quả đất, bức xạ mặt trời bị biến đổi và gồm 3 thành phần:
(1)- Thành phần trực xạ gồm các tia mặt trời đi thẳng từ mặt trời đến mặt đất.
Nhờ các tia trực xạ này mà ta có thể nhìn thấy mặt trời;
(2)- Thành phần nhiễu hay tán xạ gồm các tia mặt trời tới mặt đất từ mọi phương
trên bầu trời do hiện tường tán xạ của tia mặt trời trên các phân tử khí, hơi nước, các
hạt bụi,…. Nhờ các tia tán xạ này mà chúng ta vẫn có ánh sáng ngay cả những ngày
mây mù, không thể nhìn thấy mặt trời, ở trong nhà, dưới bóng cây,…;
Tổng hai thành phần trên được gọi là tổng xạ của bức xạ mặt trời ở mặt đất. Các
Trạm Khí tượng thường đo các thành phần này nhiều lần trong một ngày và liên tục
trong nhiều năm để có số liệu đánh giá tiềm năng NLMT.
Tỷ lệ của các thành phần trực xạ và tán xạ trong tổng xạ phụ thuộc vào điều kiện
tự nhiên và trạng thái thời tiết của địa điểm và thời điểm quan sát hay đo đạc. Ví dụ ở
nước ta, trong các tháng mùa Hè, từ tháng 5 đến tháng 8, thì thành phần trực xạ chiếm
ưu thế (trên 50%), còn trong mùa Đông, từ tháng 12 đến tháng 2 năm sau thành phần
tán xạ lại chiếm ưu thế.

HV: Nguyễn Đình Đáp

23

K16 Khoa học môi trường

về tinh nhân tạo Vanguard I vào năm 1958, nó đã cho phép truyền tín hiệu về quả đất
hơn một năm sau khi nguồn ắc qui điện hóa đã bị kiệt. Sự hoạt động thành công này
của pin mặt trời trên vệ tinh đã được lặp lại trong nhiều về tinh khác của Liên Xô và
Mỹ. Vào cuối những năm 1960, PV đã trở thành nguồn năng lượng được được sử dụng

HV: Nguyễn Đình Đáp

24

K16 Khoa học môi trường


Khoa Môi trường

Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường

riêng cho về tinh. PV đã có một vai trò rất quan trọng công nghệ vệ tinh thương mại và
nó vẫn giữ vị trí đó đối với hạ tầng viễn thong ngày nay.
Nhờ sự phát triển của khoa học công nghệ nên hiện nay con người đã biết khai
thác NLMT một cách hiệu quả và chủ động hơn nhờ các công nghệ hiện đại.
Nhà máy nhiệt điện mặt trời thương mại đầu tiên được xây dựng trong những
năm 1980. Nhà máy có công suất lớn nhất là 354MW xây dựng tại Sa mạc Mojave ở
California (Mỹ). Các nhà máy lớn khác như nhà máy Solnova (150MW) và Andasol
(100MW), cả hai đều ở Tây Ban Nha [4].
Những phát triển giai đoạn đầu của công nghệ năng lượng mặt trời (CN NLMT)
bắt đầu trong những năm thập niên 1980 đã được kích thích bởi sự kiện rằng than sẽ
không lâu nữa sẽ bị cạn kiệt. Tuy nhiên sự phát triển của CN NLMT sau đó bị chậm lại
vào thời gian đầu của thế kỷ 20 do phải đối mặt với các vấn đề về giá, tính kinh tế và
tính tiện dụng của than và dầu. Năm 1974 người ta đã ước tính rằng chỉ có 6 hộ ở tất
cả khu vực Bắc Mỹ sử dụng hoàn toàn năng lượng cho sưởi ấm và làm lạnh nhờ các hệ

lượng xanh với mục đích giới thiệu công nghệ mới về các thiết bị áp dụng NLMT cho
các hộ gia đình và cơ sở kinh doanh nhỏ.
Ở Pháp, từ những năm của thập niên 60 thế kỉ trước, họ đã rất chú trọng tới việc
giải quyết thiếu hụt năng lượng cho quốc gia phát triển. Họ đã thành công trong việc
thiết kế và lắp đặt các hệ thống biến NLMT thành điện năng cung ứng cho các làng xã
có quy mô 1.000 hộ. Nhờ đó, một số quốc gia vùng Trung Mỹ đã thừa hưởng thành
tựu này vì dễ lắp ráp và chi phí tương đối rẻ.
Đan Mạch được cho là quốc gia sử dụng năng lượng hiệu quả nhất thế giới. Ở
Đan Mạch, ước tính có tới 30% các hộ sử dụng tấm thu NLMT. Đan Mạch là nước
đầu tiên triển khai cơ chế buộc các nhà máy điện lớn phải mua điện xanh từ các địa
phương với giá cao (Feed - in tariff - FIT). Với cơ chế này, các địa phương hào hứng
sản xuất điện xanh. Mô hình đã được 30 nước áp dụng như: Đức, Tây Ba Nha, Nhật
Bản… Đức trở thành nước dẫn đầu thị trường PV thế giới (chiến 45%) kể từ khi điều
chỉnh lại hệ thống giá điện (Feed-in tariff) như là một phần của Chương trình “Hành
động nguồn năng lượng tái tạo” (Renewable Energy Sources Act). Công suất lắp đặt
PV đã tăng từ 100MW năm 2000 lên gần 4150MW vào cuối năm 2007 (bảng 1.5). Sau
năm 2007, Tây Ban Nha trở thành nước có sự phát triển sôi động nhất. Các nước Pháp,
Italy, Hàn Quốc và Mỹ cũng đã tăng công suất lắp đặt lên rất nhanh trong các năm mới
đây nhờ các chương trình kích thích và các điều kiện thị trường địa phương. Các
nghiên cứu mới đây đã cho thấy rằng, thị trường PV thế giới được dự báo vượt quá
16GW vào năm 2010.

HV: Nguyễn Đình Đáp

26

K16 Khoa học môi trường


Khoa Môi trường


3.

Mỹ

142

16

4.

Italy

17

2

5.

Nhật Bản

17

2

6.

Hàn Quốc

13


3



HV: Nguyễn Đình Đáp

27

K16 Khoa học môi trường