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

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

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

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


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

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

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):

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



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

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

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