BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

HUỲNH TẤN PHÁT

NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH TỐI ƯU CHO
HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI QUY MÔ NHỎ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

HUỲNH TẤN PHÁT

NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH TỐI ƯU CHO
HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI QUY MÔ NHỎ

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 60.52.02.02

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS Phạm Đức Đại

HÀ NỘI, NĂM 2017

1.1

Nguồn năng lượng mặt trời............................................................................1

1.1.1

Bức xạ mặt trời ........................................................................................1

1.1.2

Nguồn gốc năng lượng mặt trời................................................................2

1.2

Năng lượng mặt trời trên thế giới và tiềm năng NLMT tại Việt Nam.............4

1.2.1

Quá trình phát triển và triển khai ứng dụng năng lượng mặt trời...............4

1.2.2

Tình hình ứng dụng năng lượng mặt trời trên thế giới ..............................5

1.2.3

Tiềm năng năng lượng mặt trời của Việt Nam..........................................8

1.3


1.5.3

Pin màng mỏng ......................................................................................18

1.5.4

Nguyên lý hoạt động pin mặt trời ...........................................................18

1.5.5

Mạch điện tương đương của tế bào quang điện.......................................19

1.5.6

Điện áp hở mạch và dòng ngắn mạch .....................................................20

1.6

Hệ thống điện mặt trời độc lập.....................................................................21

1.7

Hệ thống điện mặt trời hoà lưới ...................................................................23

CHƯƠNG 2
TRỜI
2.1

MÔ HÌNH TOÁN HỌC MÔ TẢ NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT
.........................................................................................................25

2.2.2

Quá trình xả điện của Acqui...................................................................43

2.2.3

Dung lượng của Acqui ...........................................................................44

2.3

Mô hình nguồn lưới điện (Grid model) ........................................................44

2.4

Mô hình tải (Loads) .....................................................................................45

2.5

Hệ thống kết nối NLMT, Acqui, lưới điện...................................................45

2.5.1

Hoạt động của hệ thống..........................................................................45

2.5.2

Các điều kiện đảm bảo hoạt động của hệ thống ......................................46

2.5.3



Xây dựng mô hình và tính toán mô phỏng trên phần mềm GAMS .........62

3.3.3

Kết quả tính toán tối ưu..........................................................................63

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO.................69
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................70
PHỤ LỤC..................................................................................................................71

iv


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Công suất phát điện mặt trời hàng năm trong giai đoạn 2004-2013 trên toàn
cầu [4] .........................................................................................................................7
Hình 1.2 Đầu tư (tỷ USD) và công suất điện PV (GW) xây dựng thêm hàng năm trên
toàn cầu giai đoạn 2004-2013 [4].................................................................................8
Hình 1.3 Hệ thống cung cấp nước nóng bằng NLMT theo kiểu đối lưu tự nhiên........14
Hình 1.4 Hình dạng thực tế và cấu tạo pin mặt trời ....................................................16
Hình 1.5 Hiệu ứng quang điện ...................................................................................19
Hình 1.6 Mạch điện tương đương của tế bào quang điện............................................19
Hình 1.7 Đặc điểm dòng và áp của tế bào quang điện lúc trời có nắng và không.......21
Hình 1.8 Hệ thống điện mặt trời độc lập ....................................................................22
Hình 1.9 Hệ thống điện mặt trời hòa lưới...................................................................24
Hình 2.1 Sơ đồ tương đương pin mặt trời...................................................................25
Hình 2.2 Mô hình dòng điện ngắn mạch ....................................................................26
Hình 2.3 Mô hình điện áp hở mạch ............................................................................27
Hình 2.4 Công suất của pin mặt trời theo từng thời điểm trong ngày..........................40


vi


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BXMT Bức xạ mặt trời
MPP (Maximum Power Point) Điểm công suất lớn nhất
MT Mặt trời
NL Năng lượng
NLMT Năng lượng mặt trời
NLTT Năng lượng tái tạo
NOCT (Nominal Operating Cell Temperature) Nhiệt độ hoạt động danh định của tế
bào quang điện
NTE (Nominal Terestrial Environment) Môi trường ngoài trời danh định
PV (Photovoltaic) Pin quang điện; pin mặt trời
SOC (State of charge) Trạng thái sạc
STC (Standard test condition) Điều kiện kiểm tra chuẩn

vii


MỞ ĐẦU
Năng lượng tái tạo, trong đó có năng lượng mặt trời đã và đang được cả thế giới quan
tâm nghiên cứu và sử dụng. Trên thế giới, các nước phát triển đã có rất nhiều ứng dụng
trong đời sống và trong công nghiệp để thu được các nguồn năng lượng này. Với ưu
điểm là sẵn có, dồi dào, là nguồn năng lượng sạch, thân thiện với môi trường, năng
lượng mặt trời đang là giải pháp thay thế cho các nguồn năng lượng khác đang ngày
cạn kiệt trên Trái Đất. Tại các nước đang phát triển, trong đó có Việt Nam việc sử
dụng năng lượng mặt trời đã được quan tâm và khích lệ.
Hệ thống điện mặt trời mang tính khả thi cao, dễ thực hiện, đặc biệt là các hệ thống

- Chương 3: Xây dựng bài toán vận hành tối ưu nguồn điện mặt trời – nguồn lưu trữ
hoà với lưới điện.
Kết luận, đánh giá và đưa ra kết quả tính toán tối ưu chi phí vận hành.

ix


CHƯƠNG 1

NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP
KHAI THÁC SỬ DỤNG

Chương này luận văn sẽ trình bày những nội dung tổng quan
- Nguồn năng lượng mặt trời
- Năng lượng mặt trời trên thế giới, tiềm năng NLMT tại Việt Nam và Ninh Thuận
- Các phương pháp khai thác sử dụng năng lượng mặt trời
- Các công nghệ chế tạo Pin MT
- Hệ thống NLMT độc lập và nối lưới
1.1 Nguồn năng lượng mặt trời
1.1.1 Bức xạ mặt trời
Mặt trời là quả cầu lửa khổng lồ với đường kính trung bình khoảng 1,39 triệu km và ở
cách Trái đất khoảng 150 triệu km. Nhiệt độ bề mặt của mặt trời vào khoảng 5800K,
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.
Có 2 loại bức xạ mặt trời (BXMT): BXMT đến bên ngoài bầu khí quyển và BXMT
đến trên mặt đất.
1.1.1.1 Bức xạ mặt trời đến bên ngoài bầu khí quyển
BXMT đến bên ngoài bầu khí quyển có giá trị khá ổn định ứng với một vị trí khảo sát
cụ thể và có phương rất rõ ràng, đó là đường nối từ mặt trời đến vị trí khảo sát. Các
khảo sát thực tế cho thấy - về mặt giá trị - BXMT đến bên ngoài bầu khí quyển cũng

1.1.2

Nguồn gốc năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời (NLMT) có vai trò quan trọng đối với sự tồn tại và phát triển của
các yếu tố sự sống trên Trái đất.
Trước hết, NLMT là nguồn năng lượng khổng lồ có tính tái sinh. NLMT được sinh ra
do các phản ứng nhiệt hạt nhân tổng hợp các hạt nhân đồng vị Hydro (H) để tạo ra các
hạt nhân Heli (He) liên tục xảy ra trên Mặt trời. Công suất bức xạ của Mặt trời là
3,865.1026W, nhưng phần NLMT đến bề mặt trái đất chỉ là 17,57.1016W.

2


Ngoài khí quyển Trái đất mật độ NLMT là 1.353W/m2. Nhưng khi tới mặt đất các tia
mặt trời phải đi qua lớp khí quyển Trái đất nên bị mất khoảng 30% do các hiện tượng
hấp thụ, tán xạ bởi các phân tử khí, hơi nước... của lớp khí quyển. Vì vậy, trên bề mặt
Trái đất, mật độ BXMT chỉ còn khoảng 1.000W/m2. Mặc dù ở các vĩ độ khác nhau thì
NLMT khác nhau, nhưng nhìn chung NLMT phân bố khắp trên bề mặt trái đất. Ở đâu
cũng có thể khai thác và ứng dụng nguồn năng lượng này.
Bản chất của BXMT là sóng điện từ có phổ bước sóng trải từ 10-10m đến 1014m,
trong đó mắt người có thể nhận biết được dải sóng có bước sóng từ 0,4 đến 0,7m và
được gọi là áng sáng nhìn thấy. Vùng bức xạ điện từ có bước sóng nhỏ hơn 0,4m
được gọi là vùng sóng tử ngoại. Còn vùng có bước sóng lớn hơn 0,7m 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.
Ngoài lớp khí quyển trái đất BXMT 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 Trái đất, bức xạ mặt trời bị biến đổi và gồm 3 thành phần:

điện (photovoltaic effect, viết tắt PV) một cách trực tiếp, hoặc nhờ các hệ thống nhiệt
điện thông qua hiệu ứng hội tụ tia mặt trời (concentrated solar power, viết tắt CSP)
một cách gián tiếp. Các hệ thống CSP sử dụng các thấu kính hay các gương hội tụ và
hệ thống “dõi theo mặt trời” (solar tracking systems) để hội tụ một diện tích lớn các tia
mặt trời vào một diện tích nhỏ hơn (gọi là điểm hay đường hội tụ). Nguồn nhiệt hội tụ
này sau đó được sử dụng để phát điện. Các hệ thống này gọi là hệ nhiệt điện mặt trời.
Còn các hệ thống PV biến đổi ánh sáng thành điện năng khi dùng hiệu ứng quang điện
được gọi là hệ thống điện PV.
Ứng dụng quan trọng đầu tiên của pin mặt trời là nguồn dự phòng (back-up) cho vệ
tinh nhân tạo Vanguard I vào năm 1958, nó đã cho phép truyền tín hiệu về Trái đất
hơn một năm sau khi nguồn Acqui điện hóa đã bị kiệt. Sự hoạt động thành công này
của pin mặt trời trên vệ tinh đã được lặp lại trong nhiều vệ tinh khác của Liên Xô và
Mỹ. Vào cuối những năm 1960, PV đã trở thành nguồn năng lượng được được sử dụng
riêng cho vệ 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 thông ngày nay.

4


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. [1]
Sự cấm vận dầu năm 1973 và sự khủng hoảng năng lượng năm 1979 đã làm thay đổi
chính sách năng lượng trên thế giới và công nghệ NLMT được quan tâm thúc đẩy phát
triển. Chiến lược triển khai tập trung vào các chương trình tăng tốc như: “Chương
trình sử dụng PV Liên Bang” ở Mỹ; “Chương trình NLMT” ở Nhật. Các cố gắng khác
gồm có sự xây dựng các cơ sở nghiên cứu ở Mỹ (SERI, nay là NREL), Nhật (NEDO),

Dijibouti, Scotland và các quốc gia đảo vùng Tuvalu; Đức đặt ra mục tiêu đến năm
2020, khoảng 20 triệu dân (trên tổng số 65 triệu) sống ở các vùng sử dụng 100%
NLTT. [4]
Bảng 1.1 Tốc độ tăng trưởng trung bình (%) công suất phát điện NLTT giai đoạn 2008-2013
và năm 2013. [4]

Tốc độ tăng trưởng về công suất điện NLTT (%)
Thời
gian
Địa nhiệt Thủy điện

Giao thông vận tải
Nhiệt (%) (Nhiên liệu sinh
học, %)

Điện MT Nhiệt
Nhiệt
SX
SX
NL gió
(PV)
điện MT
Mặt trời ethanol biodiesel

20082013

3,2

3,7


Trong các năm gần đây, các công nghệ NLMT có tốc độ tăng trưởng cao và liên tục.
Lý do của xu hướng trên là: (1) Công nghệ ngày càng hoàn thiện, dẫn đến giá NLMT
càng ngày càng giảm sâu; (2) Vấn đề an ninh năng lượng, NLMT là nguồn NL địa
phương nên không phụ thuộc vào nguồn nhập khẩu, và do đó không phụ thuộc vào các
biến đổi chính trị và các tác động khác; (3) Các nguồn NL hóa thạch đã dần cạn kiệt,
trong lúc nhu cầu NL không ngừng tăng; (4) Ô nhiễm môi trường do khai thác sử dụng
NL hóa thạch đã đến mức báo động, dẫn đến các hiện tượng biến đổi khí hậu trên toàn
cầu. Việc cắt giảm phát thải, sử dụng các nguồn NL sạch trở nên cấp bách và có tính
nghĩa vụ đối với các quốc gia.

6


Tổng công suất PV đã lắp đặt giai đoạn 2004-2013 trên thế giới (hình 1.1). Đến năm
2013, tổng công suất PV toàn cầu đạt đến 139 GW. Nói riêng, công suất PV lắp đặt
của một số nước và vùng lãnh thổ dẫn đầu như: Năm 2013, Đức lắp thêm 3,3 GW, đưa
tổng công suất đến 2013 lên 36 GW; Trung Quốc lắp thêm 12,9 GW, chiếm khoảng
72% tổng công suất PV lắp thêm năm 2013 trên toàn thế giới, trở thành nước 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 trước đó, đưa tổng công suất lên khoảng 14 GW. [4]
Gigawatts
150

139

125
100
100

khoảng 39GW. Sự tăng mạnh đầu tư vào phát triển nguồn điện PV trong những năm
gần đây chủ yếu do giá mô đun PV và giá hệ thống PV giảm liên tục và khá nhanh. Đã
đến lúc điện PV đã có thể cạnh tranh được với NL hóa thạch truyền thống.

7


Hình 1.2 Đầu tư (tỷ USD) và công suất điện PV (GW) xây dựng thêm hàng năm trên toàn
cầu giai đoạn 2004-2013 [4]

1.2.3

Tiềm năng năng lượng mặt trời của Việt Nam

Việt Nam được đánh giá là có nguồn tài nguyên NLMT vào loại cao trên thế giới.
Nguồn NL sạch và tiềm năng lớn này hoàn toàn có thể tham gia đóng góp vào cân
bằng NL quốc gia. Cho đến nay, các hoạt động nghiên cứu khai thác, ứng dụng NLMT
còn rất hạn chế, trình độ thấp, qui mô nhỏ lẻ, manh mún và tự phát. Lý do cơ bản cho
sự trì trệ đó là do trước đây chúng ta chưa có chính sách về NLTT nói chung và
NLMT nói riêng. Tuy nhiên, đến 4/2017, Thủ tướng chính phủ đã ký quyết định mua
điện mặt trời với giá 2086 đồng/KWh, như vậy, hệ thống điện mặt trời có thể hoà lưới
bằng hai chế độ để bán khi thừa và mua khi thiếu. Đây cũng là một lợi thế tốt để phát
triển nguồn điện mặt trời tại Việt Nam.
Để đánh giá tiềm năng NLMT thường người ta dùng 2 đại lượng, đó là Mật độ NLMT
trung bình ngày và số giờ nắng trung bình năm.
Nhiều địa phương trên lãnh thổ Việt Nam có giá trị các đại lượng trên khá cao. Tính
trung bình cho cả nước thì bằng 4,5kWh/m2/ngày và khoảng 2000 giờ/năm. Tuy nhiên
do điều kiện tự nhiên mà NLMT trên các vùng lãnh thổ khác nhau cũng khác nhau như
được chỉ ra trong bảng 1.2.


3

Khu vực Bắc Trung Bộ

4,6 - 5,2

1700 - 2000

4

Khu vực Nam Trung bộ và Tây Nguyên

4,9 - 5,7

2000 - 2600

Khu vực Nam bộ

4,3 - 4,9

2200 - 2500

Trung bình cả nước

4,6

2000

5


Trong Quy hoạch điện VII (điều chỉnh) cũng nêu rõ yêu cầu đẩy nhanh tiến độ các dự
án nguồn điện sản xuất từ năng lượng tái tạo, trong đó có NLMT bao gồm cả nguồn
NL tập trung lắp đặt trên mặt đất và các nguồn riêng lẻ lắp đặt trên nóc nhà. Mục tiêu
nhằm góp phần nâng công suất nguồn điện mặt trời từ mức không đáng kể như hiện
nay lên khoảng 850 MW vào năm 2020, khoảng 4.000 MW vào năm 2025 và khoảng
12.000 MW đến năm 2030. Theo lộ trình này, từ nay đến năm 2020, mỗi năm chúng ta
phải xây dựng các dự án điện mặt trời với công suất hơn 200 MW; từ năm 2020 2025, mỗi năm phải lắp đặt hơn 600 MW và 5 năm tiếp theo, mỗi năm phải lắp đặt
1.600 MW mới đạt kế hoạch đề ra.
Hiện nay, cả nước có khoảng 30 nhà đầu tư bắt đầu xúc tiến lập các dự án điện mặt
trời có công suất từ 20 đến trên 300 MW tại một số địa phương, tập trung chủ yếu ở
khu vực miền Trung. Trong đó đáng chú ý là 2 dự án của Công ty Đầu tư và Xây dựng
Thiên Tân (tại tỉnh Quảng Ngãi và Ninh Thuận) và dự án Tuy Phong do Công ty
TNHH DooSung Vina (Hàn Quốc) đầu tư với quy mô 66 triệu USD, công suất 30 MW
tại tỉnh Bình Thuận.
Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) cũng đang dự định triển khai nghiên cứu phát
triển 2 dự án trên đất liền tại thủy điện Trị An (tỉnh Đồng Nai) và dự án nổi trên mặt
nước tại hồ thủy điện Đa Mi (tỉnh Bình Thuận).

10


Ngoài ra EVN cũng đề xuất với tỉnh Ninh Thuận về việc đầu tư dự án điện mặt trời
với tổng vốn đầu tư khoảng 8.000 tỷ đồng, công suất 200 MW trên diện tích 400 ha tại
xã Phước Thái, huyện Ninh Phước, tỉnh Ninh Thuận. Dự kiến dự án này sẽ được tiến
hành khởi công trong năm 2018. [5]
Tại hội thảo “Phát triển điện mặt trời tại Việt Nam - Cơ hội và thách thức” do Hiệp hội
Năng lượng sạch Việt Nam tổ chức tại Hà Nội, nhiều ý kiến chuyên gia cho rằng thách
thức lớn nhất đối với việc phát triển điện mặt trời tại Việt Nam là biểu giá điện hiện
hành chưa hấp dẫn các nhà đầu tư; suất đầu tư hiện nay còn rất cao. Cùng với đó nhà
đầu tư chưa tiếp cận được nguồn vốn từ quỹ hỗ trợ NLTT mà phải dùng nguồn vốn

toàn tỉnh.
Theo Quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Ninh Thuận, đến năm 2020 thì
Ninh Thuận phấn đấu trở thành Trung tâm NLTT. Việc ứng dụng điện mặt trời và điện
gió được tỉnh quan tâm phát triển, nhằm tạo tăng trưởng kinh tế nhanh và bền vững
theo hướng xanh, sạch. Hơn nữa, theo dự báo về những tiến bộ mới trong công nghệ
sản xuất các tấm pin mặt trời với hiệu suất hiện nay là 12 - 16%, sẽ tăng lên tới 25%
vào năm 2030 và có thể tăng tới 40% vào năm 2050 và tuổi thọ tấm pin dự báo cũng
sẽ tăng từ 25 năm lên đến 40 năm, dẫn tới suất đầu tư nhà máy và giá thành điện mặt
trời sẽ thấp. Đồng thời, giá mua điện của Tập đoàn EVN cũng sẽ tăng dần theo lộ
trình. Do vậy, thời gian thu hồi vốn đầu tư sẽ ngắn hơn và sản xuất, kinh doanh điện
mặt trời sẽ có lợi nhuận.
Ninh Thuận từ trước năm 2000, ngành Bưu điện đã có ứng dụng điện mặt trời (hệ độc
lập) để cấp điện cho các Bưu cục ở các xã vùng sâu, vùng xa của tỉnh chưa có lưới
điện quốc gia. Năm 2006 – 2007, thực hiện Dự án nghiên cứu ứng dụng công nghệ
điện mặt trời cung cấp điện cho các vùng đặc thù và trang trại chăn nuôi chưa có lưới
điện đi qua, với công suất 2 kWp cho 2 trang trại nông nghiệp, đèn tín hiệu khu vực
bãi rùa đẻ và 10 hộ dân ở huyện Ninh Sơn, với kinh phí mua sắm máy móc thiết bị là
237,4 triệu đồng (suất đầu tư 168,7 triệu đồng/kWp). Năm 2010, Công ty TNHH Tập
đoàn Quốc tế Kim Đỉnh (Hà Nội) tài trợ thiết bị và lắp đặt tại Quảng trường 16 tháng 4
2 trụ đèn chiếu sáng, công suất 35W/trụ ứng dụng điện mặt trời và điện gió. Ngày 1712-2012, lễ khánh thành công trình hệ thống phát điện sử dụng NLMT (nối lưới), công
suất 10 kWp do Công ty Hanvit, Hàn Quốc tài trợ cho thôn Đá Hang, xã Vĩnh Hải,
huyện Ninh Hải. Ngày 30-12-2012 bàn giao sử dụng trạm điện mặt trời (hỗn hợp) tại

12


khu vực Văn phòng UBND tỉnh Ninh Thuận, với công suất 14,82 kWp. Năm 2013, từ
nguồn kinh phí hỗ trợ 100 triệu đồng của Công ty Holcim, Trường Đại học Bách khoa
TP.Hồ Chí Minh phối hợp với Hội Nông dân tỉnh thực hiện Mô hình tưới phun mưa sử
dụng NLMT cho hộ nông dân thuộc xã An Hải, huyện Ninh Phước, với công suất 0,8

nông sản và sấy khô các loại thủy hải sản, các hoạt động nghiên cứu và sử dụng
NLMT cho đến hiện nay thường tập trung vào các lĩnh vực như cung cấp nước nóng
dùng trong sinh hoạt và phát điện.
1.4.1 Cung cấp nước nóng bằng năng lượng mặt trời
Sử dụng năng lượng mặt trời qua quá trình trao đổi nhiệt theo kiểu đối lưu tự nhiên.

1- Collector mặt trời

2- Ống nước nóng tuần hoàn

3- Bình chứa nước nóng

4- Ống nước lạnh tuần hoàn

Hình 1.3 Hệ thống cung cấp nước nóng bằng NLMT theo kiểu đối lưu tự nhiên

Dưới tác động của các tia BXMT, nước trong collector mặt trời (1) sẽ gia tăng nhiệt độ
và dần dần đi lên theo đường ống dẫn nước nóng (2). Tương ứng, nước có nhiệt độ
thấp hơn sẽ chảy từ bình chứa (3) đặt ở phía trên để đi vào collector (1) theo đường
ống dẫn nước lạnh tuần hoàn (4) và tạo nên vòng tuần hoàn khép kín. Trong trường
hợp này chuyển động của nước là hoàn toàn tự nhiên, có nghĩa là không do tác động
của bơm, chuyển động này được tạo nên là do sự sụt giảm khối lượng riêng của nước
khi nhiệt độ nước gia tăng. Cứ tiếp tục như thế nhiệt độ của nước trong bình chứa sẽ
tăng dần. Khi BXMT ở mức còn đủ để làm nóng nước thì nước trong bình chứa bị
phân lớp khá đáng kể theo nhiệt độ, theo đó nhiệt độ của nước ở vị trí cao hơn sẽ có
giá trị lớn hơn. Nguyên tắc làm việc cơ bản của các hệ thống loại này là sự tích lũy dần
nhiệt lượng nhận được từ các tia BXMT từ sáng cho đến chiều, do vậy thường chỉ nên
sử dụng nước nóng mặt trời từ cuối buổi chiều trở đi.

14