Thiết kế mô hình nấu nước nóng bằng năng lượng mặt trời với bộ phận tập trung thu nhiệt hình máng

  • Số trang: 89 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 59 |
  • Lượt tải: 0
tailieuonline

Đã đăng 27372 tài liệu

Mô tả:

Ket-noi.com dien dan giao duc LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC THIẾT KẾ MÔ HÌNH NẤU NƯỚC NÓNG BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VỚI BỘ PHẬN TẬP TRUNG THU NHIỆT HÌNH MÁNG Sinh viên thực hiện TRẦN HUY HÙNG MSSV: 1080818 Kỹ Thuật Môi Trường _K34 Cán bộ hướng dẫn ThS. LÊ HOÀNG VIỆT THÁNG 5/2012 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD:LÊ HOÀNG VIỆT LỜI CÁM ƠN Suốt 4 năm dài học Đại học và cuối cùng là thời gian làm đề tài luận văn tốt nghiệp có nhiều khó khăn và trở ngại nhưng được sự chỉ dẫn và đóng góp ý kiến hết sức tận tâm của thầy cô cùng với bạn bè Khoa Môi Trường và Tài Nguyên Thiên Nhiên đã giúp tôi có thể hoàn thành tốt đề tài luận văn này. Nhân đây tôi xin chân thành gởi lời cảm ơn sâu sắc và vô cùng biết ơn đến những người đã giúp đỡ tôi thực hiện thành công đề tài này. Trước hết là lòng biết ơn sâu sắc đối với cha mẹ và người thân, đã yêu thương, lo lắng, động viên cho chúng tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập. Thầy Lê Hoàng Việt Giảng viên bộ môn Kỹ thuật Môi Trường, Khoa Môi Trường và Tài Nguyên Thiên Nhiên; đã tận tâm hướng dẫn giúp tôi hiểu rõ vấn đề, truyền đạt những kinh nghiệm quý báu, cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi để chúng tôi hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này. Thầy Huỳnh Long Toản_Phòng Thực tập Xử lí Nước Thải và Cô Nguyễn Thị Thu Vân_ Phòng thực tập sinh kỹ thuật môi trường, Thầy Nguyễn Trường Thành _ Phòng Thực tập Xử lí Chất Thải Rắn Khoa Môi Trường và Tài Nguyên Thiên Nhiên đã nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình phân tích và làm thí nghiệm. Cuối cùng, Xin cảm ơn các bạn lớp Kỹ Thuật Môi Trường _ K34, Khoa Môi Trường và Tài Nguyên Thiên Nhiên đã động viên hỗ trợ về vật chất lẫn tinh thần giúp tôi hoàn thành luận văn này. Tôi chân thành cảm ơn! Trần Huy Hùng SVTH: TRẦN HUY HÙNG iii LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD:LÊ HOÀNG VIỆT TÓM TẮT ĐỀ TÀI Hiện nay, nhu cầu sử dụng nước sạch trong đời sống hằng ngày của người dân là một vấn đề mang tính cấp thiết. Tuy nhiên, ở các tỉnh trong khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long người dân nông thôn vẫn phải sử dụng nguồn nước lấy từ các ao hồ, kênh rạch để sử dụng trong đời sống sinh hoạt hằng ngày làm cho tỷ lệ mắc bệnh do sử dụng nguồn nước không an toàn ngày một tang cao. Chính vì thế, để khắc phục vấn đề này thì người dân phải có những biện pháp xử lý và khử trùng nguồn nước trước khi đua vào sử dụng. Vào mùa nắng nguồn bức xạ mặt trời ở khu vực miền Nam tương đối cao và người dân có thể tận dụng nguồn năng lượng này vào các việc như nấu ăn hoặc nấu nước uống để khử trùng nguồn nước sinh hoạt. Vì vậy đề tài “ Thiết kế mô hình nấu nước nóng bằng năng lượng mặt trời với bộ phận tập trung thu nhiệt hình máng” được thực hiện nhằm giúp cho người dân giảm thói quen sử dụng rơm, than củi để đun nấu vừa ảnh hưởng tới sức khỏe vừa ảnh hưởng tới môi trường xung quanh. Mục tiêu của đề tài là thiết kế, chế tạo và đánh giá khả năng hoạt động cũng như công suất của mô hình nấu nước nóng bằng năng lượng mặt trời với bộ phận tập trung thu nhiệt hình máng với mục đích dùng nhiệt độ khi đun nước để khử trùng nguồn nước mặt đã được xử lý qua các quá trình lắng và lọc đơn giản phục vụ nhu cầu nước uống cho người dân đặc biệt là người dân vùng nông thôn khi nguồn nước sử dụng trong sinh hoạt hằng ngày của các hộ dân chủ yếu là nguồn nước mặt đã qua quá trình lắng, tuy nhiên nồng độ vi sinh trong nước vẫn còn khá cao. Mô hình sau khi chế tạo phải đảm bảo được chất lượng nước về mặt vi sinh theo QCVN 01:2009/BYT và lượng nước thu được đủ để phục vụ nhu cầu nước uống cho một hộ gia đình trong ngày. Phương pháp tiến hành thí nghiệm: Tôi sử dụng 2 mẫu nước là mẫu nước mặt ở Quận Ô Môn đã được xử lý qua các quá trình lắng và lọc bằng các vật liệu đơn giản và mẫu nước cấp Khoa Môi Trường và Tài Nguyên Thiên Nhiên làm nguồn SVTH: TRẦN HUY HÙNG iiiii LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD:LÊ HOÀNG VIỆT cung cấp đầu vào cho mô hình, tiến hành nấu nước với những vị trí tiêu cự khác nhau. Các kết quả đạt được sau khi tiến hành các thí nghiệm: công suất đầu ra của mô hình đạt từ 15 – 20 lít/ ngày đủ để phục vụ nhu cầu nước uống trong ngày của một họ dân, nước đầu ra được đảm bảo chất lượng khi kết quả phân tích các chỉ tiêu vi sinh như tổng Coliform và E.coli đều đạt theo qui chuẩn Việt Nam 01 : 2009 của Bộ Y Tế. SVTH: TRẦN HUY HÙNG iviii LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD:LÊ HOÀNG VIỆT MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN……………………………………………………………………i TÓM TẮT ĐỀ TÀI……………………………………………………………...ii MỤC LỤC………………………………………………………………………iv DANHSÁCH HÌNH…………………………………………………………..viii DANHSÁCH BẢNG……………………………………………………………x CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU………………………………………….……1 CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU………………………………….3 2.1 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI...........................................3 2.1.1 Cấu trúc của mặt trời ................................................................................4 2.1.2 Năng lượng mặt trời .................................................................................4 2.1.3 Các đơn vị biễu diễn năng lượng mặt trời ................................................5 2.1.4 Bức xạ mặt trời .........................................................................................5 2.1.5 Năng lượng bức xạ mặt trời ở Việt Nam.................................................8 a. Cường độ bức xạ...........................................................................................8 b. Số giờ nắng trong cả năm ...........................................................................10 2.2 ỨNG DỤNG CỦA NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI .......................................11 2.2.1 Pin quang điện ........................................................................................12 2.2.2 Hội tụ ......................................................................................................12 2.2.3 Bẫy nhiệt.................................................................................................12 2.3 THIẾT BỊ THU BỨC XẠ HỘI TỤ ..............................................................13 2.3.1 Khái niệm ...............................................................................................13 2.3.2 Nguyên lý chung của các thiết bị thu bức xạ hội tụ năng lượng mặt trời .........................................................................................................................13 2.3.3 Bộ thu năng lượng mặt trời dạng parapol trụ .........................................14 2.3.4 Nguyên lý hoạt động của bộ thu dạng máng cong .................................14 2.3.5 Nguyên lý thiết kế bộ thu dạng máng cong............................................15 2.3.6 Công thức tính bộ thu dạng máng cong..................................................16 2.4 BỨC XẠ MẶT TRỜI TRUYỀN QUA KÍNH .............................................16 2.5 CÁC LOẠI NẮP ĐẬY TRONG SUỐT .......................................................18 2.6 HỆ ĐUN NƯỚC NÓNG CÓ TÍCH TRỮ NHIỆT........................................19 2.7 KHỬ TRÙNG NGUỒN NƯỚC ...................................................................21 2.7.1 Phương pháp khử trùng bằng nhiệt ........................................................23 2.7.2 Mối quan hệ giữa thời gian và nhiệt độ của quá trình khử trùng nước bằng nhiệt.........................................................................................................23 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN……...25 3.1 ĐỊA ĐIỂM VÀ THỜI GIAN THỰC HIỆN .................................................25 3.1.1 Địa điểm .................................................................................................25 3.1.2 Thời gian.................................................................................................25 3.2 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN ....................................................................25 SVTH: TRẦN HUY HÙNG viv LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD:LÊ HOÀNG VIỆT 3.2.1 Các bước thực hiện đề tài .......................................................................25 3.2.2 Thuyết minh quy trình thực hiện ............................................................26 3.2.3 Yêu cầu của mô hình sau khi chế tạo ....................................................29 3.3 VẬT LIỆU CHẾ TẠO MÔ HÌNH VÀ CÁC THIẾT BỊ ĐO ĐẠC .............30 3.3.1 Vật liệu chế tạo mô hình.........................................................................30 3.3.2 Hình ảnh thông số đo đạc của các thiết bị phục vụ quá trình thí nghiệm .........................................................................................................................31 CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN…………………………..32 4.1 Xác định mục tiêu, công suất thiết kế ...........................................................32 4.2 Tính toán kích thước hệ thống ......................................................................32 Diện tích mặt hứng nắng .................................................................................32 Diện tích và thể tích của ống hấp thụ ..............................................................32 Chiều dài cần uốn của tấm phản xạ .................................................................33 Kích thước khung sườn và vật liệu cách nhiệt. ...............................................33 Lớp kính đậy trong suốt...................................................................................33 4.3 Chọn vật liệu chế tạo mô hình.......................................................................34 4.3.1- Mặt phản xạ và ống hấp thụ ..................................................................34 4.3.2 Vật liệu làm khung sườn.........................................................................34 4.3.3 Vật liệu cách nhiệt ..................................................................................34 4.3.4 Tấm kính đậy trong suốt.........................................................................35 4.4 Tính toán lại công suất, kích thước thiết kế hệ thống ...................................35 4.4.1 Kích thước ống hấp thụ ..........................................................................35 4.4.2 Diện tích mặt hứng nắng và chiều dài đoạn uốn cong của tấm phản xạ 35 4.4.3 Kích thước khung sườn ..........................................................................36 4.4.4 Kích thước lớp kính đậy trong suốt ........................................................37 4.4.5 Các thiết bị phụ trợ .................................................................................37 4.4.6 Sơ đồ tổng thể hệ thống ..........................................................................39 4.5 Kết quả vận hành hệ thống ...........................................................................41 4.5.1 Nguyên tắc tiến hành thí nghiệm............................................................41 4.5.2 Kết quả thí nghiệm .................................................................................42 Thí nghiệm 1: Đun nước theo mẻ không kết hợp bẫy nhiệt. ......................42 Thí nghiệm 2: Đun nước theo mẻ kết hợp bẫy nhiệt. ..................................46 Thí nghiệm 3: Kết quả đun đối lưu tự nhiên kết hợp bẫy nhiệt...................58 4.6 Giá thành hệ thống ........................................................................................66 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………68 5.1 KẾT LUẬN ...................................................................................................68 5.2 KIẾN NGHỊ ..................................................................................................69 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................70 SVTH: TRẦN HUY HÙNG vi LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD:LÊ HOÀNG VIỆT DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1 Cấu trúc của mặt trời.........................................................................................5 Hình 2.2 Dãy bức xạ điện từ ............................................................................................6 Hình 2.3 Góc nhìn từ mặt trời ........................................................................................ 7 Hình 2.4 Quá trình truyền năng lượng bức xạ mặt trời qua lớp khí quyển của Trái đất.................................................................................................................................... 8 Hình 2.5 Đường cong parapol....................................................................................... 14 Hình 2.6 Mô tả đặc trưng của parapol trụ ..................................................................... 15 Hình 2.7 Hiệu ứng nhà kính.......................................................................................... 17 Hình 2.8 Hệ thống thu và tích trữ năng lượng mặt trời dạng tuần hoàn tự nhiên......... 19 Hình 3.1 Sơ đồ thể hiện các bước thực hiện đề tài ....................................................... 25 Hình 3.2 Máy đo bức xạ LX - 107................................................................................ 31 Hình 3.3 Tủ ủ vi sinh .................................................................................................... 31 Hình 4.1 Kích thước ống hấp thụ.................................................................................. 35 Hình 4.2 Kích thước khung sườn.................................................................................. 36 Hình 4.3 Lớp kính đậy trong suốt ................................................................................. 37 Hình 4.4 Chân đỡ mô hình............................................................................................ 38 Hình 4.5 Thùng trữ nước............................................................................................... 39 Hình 4.6 Qui trình tổng thể thiết kế mô hình nước nóng bằng năng lượng mặt trời với bộ phận tập trung thu nhiệt hình máng ................................................................... 39 Hình 4.7 Mô hình nấu nước nóng bằng năng lượng mặt trời với bộ phận tập trung thu nhiệt hình máng....................................................................................................... 40 Hình 4.8 Hình chiếu bằng của mô hình nấu nước nóng bằng năng lượng mặt trời với bộ phận tập trung thu nhiệt hình máng ................................................................... 40 SVTH: TRẦN HUY HÙNG vii LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD:LÊ HOÀNG VIỆT Hình 4.9 Hình chiếu cạnh mô hình nấu nước nóng bằng năng lượng mặt trời với bộ phận tập trung thu nhiệt hình máng ........................................................................ 41 Hình 4.10 Biểu đồ nhiêt độ và bức xạ ngày 24/02/2012 .............................................. 44 Hình 4.11 Biểu đồ nhiêt độ và bức xạ ngày 25/02/2012 .............................................. 45 Hình 4.12 Biểu đồ nhiêt độ và bức xạ ngày 27/02/2012 .............................................. 45 Hình 4.13 Biểu đồ nhiêt độ và bức xạ ngày 11/03/2012 .............................................. 52 Hình 4.14 Biểu đồ nhiêt độ và bức xạ ngày 12/03/2012 .............................................. 53 Hình 4.15 Biểu đồ nhiêt độ và bức xạ ngày 14/03/2012 .............................................. 53 Hình 4.16 Biểu đồ nhiêt độ và bức xạ ngày 17/03/2012 .............................................. 56 Hình 4.17 Biểu đồ nhiêt độ và bức xạ ngày 18/03/2012 .............................................. 57 Hình 4.18 Biểu đồ nhiêt độ và bức xạ ngày 19/03/2012 .............................................. 57 Hình 4.19 Biểu đồ nhiêt độ và bức xạ ngày 04/04/2012 .............................................. 60 Hình 4.20 Biểu đồ nhiêt độ và bức xạ ngày 05/04/2012 .............................................. 61 Hình 4.21 Biểu đồ nhiêt độ và bức xạ ngày 06/04/2012 .............................................. 61 Hình 4.22 Biểu đồ nhiêt độ và bức xạ ngày 11/04/2012 .............................................. 64 Hình 4.23 Biểu đồ nhiêt độ và bức xạ ngày 12/04/2012 .............................................. 65 Hình 4.24 Biểu đồ nhiêt độ và bức xạ ngày 14/04/2012 .............................................. 65 SVTH: TRẦN HUY HÙNG viii vii LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD:LÊ HOÀNG VIỆT DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1 Mật độ năng lượng mặt trời trung bình năm và số giờ nắng theo tiểu khu vực ................................................................................................................................. 3 Bảng 2.2 Cường độ bức xạ trung bình ngày và trung bình năm của các vùng lãnh thổ.................................................................................................................................. 10 Bảng 2.3 Số giờ nắng trung bình cả năm của các vùng lãnh thổ .................................. 11 Bảng 2.4 Các vật liệu nắp đậy trong suốt ..................................................................... 18 Bảng 2.5 Diễn biến tình trạng số ca mắc bệnh dịch tả qua các năm ở Việt Nam......... 22 Bảng 2.6 Nhiệt độ và thời gian cần thiết cho quá trình khử trùng................................ 24 Bảng 3.1 Phương tiện và phương pháp theo dõi các chỉ tiêu của bộ phận tập trung thu nhiệt hình máng sử dụng năng lượng mặt trời........................................................ 30 Bảng 4.1 Kết quả nấu nước nóng không kết hợp bẫy nhiệt ngày 24/02/2012.............. 42 Bảng 4.2 Kết quả nấu nước nóng không kết hợp bẫy nhiệt ngày 25/02/2012.............. 43 Bảng 4.3 Kết quả nấu nước nóng không kết hợp bẫy nhiệt ngày 27/02/2012.............. 44 Bảng 4.4 Kết quả xác định lượng nước nóng theo mẻ kết hợp bẫy nhiệt ngày 06/03/2012 .................................................................................................................... 47 Bảng 4.5 Kết quả xác định lượng nước nóng theo mẻ kết hợp bẫy nhiệt ngày 07/03/2012 .................................................................................................................... 48 Bảng 4.6 Kết quả xác định lượng nước nóng theo mẻ kết hợp bẫy nhiệt ngày 09/03/2012 .................................................................................................................... 49 Bảng 4.7 Kết quả nấu nước nóng kết hợp bẫy nhiệt ngày 11/03/2012......................... 50 Bảng 4.8 Kết quả nấu nước nóng kết hợp bẫy nhiệt ngày 12/03/2012......................... 51 Bảng 4.9 Kết quả nấu nước nóng kết hợp bẫy nhiệt ngày 14/03/2012......................... 51 Bảng 4.10 Kết quả nấu nước nóng kết hợp bẫy nhiệt ngày 17/03/2012....................... 54 Bảng 4.11 Kết quả nấu nước nóng kết hợp bẫy nhiệt ngày 18/03/2012....................... 55 SVTH: TRẦN HUY HÙNG ixviii LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD:LÊ HOÀNG VIỆT Bảng 4.12 Kết quả nấu nước nóng kết hợp bẫy nhiệt ngày 19/03/2012....................... 55 Bảng 4.13 Kết quả nấu nước nóng theo kiểu đối lưu tự nhiên kết hợp bẫy nhiệt ngày 04/04/2012............................................................................................................ 58 Bảng 4.14 Kết quả nấu nước nóng theo kiểu đối lưu tự nhiên kết hợp bẫy nhiệt ngày 05/04/2012............................................................................................................ 59 Bảng 4.15 Kết quả nấu nước nóng theo kiểu đối lưu tự nhiên kết hợp bẫy nhiệt ngày 06/04/2012.............................................................................................................59 Bảng 4.16 Kết quả nấu nước nóng theo kiểu đối lưu tự nhiên kết hợp bẫy nhiệt ngày 11/04/2012............................................................................................................ 62 Bảng 4.17 Kết quả nấu nước nóng theo kiểu đối lưu tự nhiên kết hợp bẫy nhiệt ngày 12/04/2012............................................................................................................ 63 Bảng 4.18 Kết quả nấu nước nóng theo kiểu đối lưu tự nhiên kết hợp bẫy nhiệt ngày 14/04/2012............................................................................................................ 63 Bảng 4.19 Chi phí chế tạo mô hình................................................................................. 6 SVTH: TRẦN HUY HÙNG xix LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD:LÊ HOÀNG VIỆT CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU Việt Nam là một nước có nguồn năng lượng mặt trời rất lớn trong lúc đó các nguồn năng lượng khác không đủ cung cấp cho nhu cầu ngày càng tăng của công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước. Các số liệu khảo sát về lượng bức xạ mặt trời cho thấy các địa phương ở phía Tây Bắc và Bắc Trung Bộ bình quân có khoảng từ 1.800 – 2.100 giờ nắng trong một năm, ở phía Nam (từ Đà Nẵng trở vào) bình quân có khoảng từ 2.000 – 2.600 giờ nắng/năm [1], với số giờ nắng như vậy có thể nói rằng bức xạ mặt trời là nguồn tài nguyên to lớn cho các tỉnh miền Trung và miền Nam. Tại khu vực phía Nam chỉ riêng ở tỉnh Cần Thơ có nguồn bức xạ mặt trời dao động từ 15,00 – 20,95 MJ/m2.ngày trong năm [3], qua các số liệu đó có thể thấy được rằng việc nghiên cứu và ứng dụng năng lượng mặt trời trong đời sống phục vụ lợi ích cho con người và xã hội là những việc làm cần thiết vào lúc này khi các nguồn năng lượng truyền thống ngày càng cạn kiệt và chi phí cho việc sử dụng những nguồn năng lượng truyền thống này ngày một tăng cao. Việc nghiên cứu và sử dụng năng lượng mặt trời hiện đang được phát triển, đã trở thành đề tài được quan tâm nhiều của các nhà khoa học, các kỹ sư không chỉ ở những nước đang phát triển mà còn ở những nước đã có nền công nhiệp phát triển mạnh mẽ vì đây là nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường và có trữ lượng vô cùng lớn do tính tái tạo cao [9]. Trong khi đó ở nước ta cuộc sống của người dân nông thôn còn nghèo, chất đốt chủ yếu được sử dụng là rơm rạ, than, củi, do đó vấn đề đốn cây phá rừng làm chất đốt ngày một gia tăng làm ảnh hưởng đến môi trường sinh thái tự nhiên. Do vậy nghiên cứu sử dụng nguồn năng lượng mặt trời để nấu cơm, nước và thức ăn là rất cần thiết và có ý nghĩa rất lớn trong việc góp phần tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường sinh thái ở nước ta. SVTH: TRẦN HUY HÙNG 1 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD:LÊ HOÀNG VIỆT Hiện nay các sản phẩm sử dụng năng lượng mặt trời xuất hiện trên thị trường thì rất nhiều chủng loại khác nhau, năm 2008 có khoảng 60 nghìn thiết bị đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời đã được lắp đặt [20], tuy nhiên về giá thành của những sản phẩm này tương đối cao khó có thể áp dụng được cho các vùng nông thôn và những hộ gia đình có thu nhập thấp, chính vì vậy việc nghiên cứu và chế tạo ra những sản phẩm, thiết bị vừa tiện lợi vừa hợp giá thành là điều rất cần thiết, để giúp họ có thể tiếp cận được những tiến bộ của khoa học kĩ thuật và giảm thói quen sử dụng rơm, than, củi để đun nấu vừa ảnh hưởng tới sức khỏe vừa gây ô nhiễm môi trường xung quanh. Trên những vấn đề thực tiễn đó, mà đề tài : “Thiết kế mô hình nấu nước nóng bằng năng lượng mặt trời với bộ phận tập trung thu nhiệt hình máng” được thực hiện là thiết thực, nhằm xác định hiệu quả nấu nước nóng và kết quả của việc khử trùng bằng nhiệt từ mô hình. • Mục tiêu nghiên cứu đề tài: Thiết kế và chế tạo mô hình nấu nước nóng bằng năng lượng mặt trời với bộ phận tập trung thu nhiệt hình máng có thể áp dụng được với người dân vùng nông thôn khi mô hình được dùng để đun và khử trùng nguồn nước sử dụng hàng ngày của các hộ dân khi đã được xử lý qua các quá trình lắng và lọc đơn giản, qua các thí nghiệm của mô hình có thể xác định được khoảng thời gian và nhiệt độ cần thiết cho quá trình khử trùng để đảm bảo được chất lượng nguồn nước. SVTH: TRẦN HUY HÙNG 2 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD:LÊ HOÀNG VIỆT CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Năng lượng mặt trời là một trong các nguồn là một trong các nguồn năng lượng tái tạo quan trọng nhất mà thiên nhiên ban tặng cho hành tinh chúng ta. Đồng thời nó cũng là nguồn gốc của các nguồn năng lượng tái tạo khác như năng lượng gió, năng lượng sinh khối, năng lượng các dòng sông… Năng lượng mặt trời có thể nói là vô tận. Tuy nhiên để khai thác, sử dụng nguồn năng lượng này cần phải biết những đặc trưng và tính chất cơ bản của nó, đặc biệt khi tới bề mặt quả đất ( Đặng Đình Thống, 2005). Năng lượng mặt trời có những ưu điểm như: sạch, chi phí nhiên liệu và bảo dưỡng thấp, an toàn cho người sử dụng… Vì thế, đây được coi là nguồn năng lượng quý giá, có thể thay thế những dạng năng lượng truyền thống đang ngày càng cạn kiệt (Phan Đức Chỉnh dịch từ B.J. BRINKWORTH, 1981). Bảng 2.1 Mật độ năng lượng mặt trời trung bình năm và số giờ nắng theo tiểu khu vực [17] SVTH: TRẦN HUY HÙNG 3 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD:LÊ HOÀNG VIỆT Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới với lãnh thổ trãi dài từ vĩ độ 8-230 vĩ Bắc cho nên có tiềm năng lớn về năng lượng mặt trời và tiềm năng năng lượng mặt trời là khác nhau có thể chia ra thành 5 tiểu khu vực với các đặc trưng về năng lượng mặt trời được biểu thị ở bảng 2.1 2.1.1 Cấu trúc của mặt trời Theo Đặng Đình Thống (2005) có thể xem mặt trời là một quả cầu khí ở cách quả đất 1,49.108 km. Từ trái đất chúng ta nhìn mặt trời dưới một góc mở là 31’59. Từ đó có thể tính được đường kính của mặt trời là R = 1,4.106 km, tức là bằng 109 lần đường kính quả đất và do đó thể tích của mặt trời lớn hơn thể tích quả đất 130.104 lần. Từ định luật hấp dẫn người ta cũng tính được khối lượng của mặt trời là 1,989.1027 tấn, lớn hơn khối lượng quả đất 33.104 lần. Mật độ trung bình của mặt trời là 1,4g/cm3, lớn hơn khối lượng riêng của nước (1g/cm3) khoảng 50%. Tuy nhiên mật độ ở các lớp vỏ khác nhau của mặt trời rất khác nhau. Ở phần lõi của mặt trời, do bị nén với áp suất rất cao nên mật độ lên tới 160g/cm3, nhưng càng ra phía ngoài mật độ càng giảm và giảm rất nhanh. Một cách khái quát có thể chia mặt trời thành hai phần chính: phần phía trong và phần khí quyển bên ngoài. Phần khí quyển bên ngoài lại gồm ba miền và được gọi là quang cầu, sắc cầu và nhật miện. Còn phần bên trong của nó cũng có thể chia thành 3 lớp và gọi là tầng đối lưu, tầng trung gian và lõi mặt trời. Một số thông số của các lớp của mặt trời được cho trên hình 2.1 2.1.2 Năng lượng mặt trời Về mặt vật chất thì mặt trời chứa đến 78,4 % khí hydro, heli chiếm 19.8%, các nguyên tố kim loại và các nguyên tố khác chỉ chiếm 1,8%. Năng lượng do mặt trời bức xạ ra vũ trụ là một lượng khổng lồ. Mỗi giây nó phát ra 3,865.1026J, tương đương với năng lượng đốt cháy hết 1,32.1016 tấn than đá tiêu chuẩn. Nhưng bề mặt quả đất chỉ nhận được năng lượng rất nhỏ và bằng 17,57.106 J hay tương đương năng lượng đốt cháy của 6.106 tấn than đá. SVTH: TRẦN HUY HÙNG 4 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD:LÊ HOÀNG VIỆT Hình 2.1 Cấu trúc của mặt trời ( Đặng Đình Thống, 2005) 2.1.3 Các đơn vị biễu diễn năng lượng mặt trời Quang thông: là đại lượng trắc quang cho biết công suất bức xạ của chùm ánh sáng phát ra từ một nguồn sáng điểm [19]. Đơn vị của quang thông là Lumen (lm): 1 lm = 1,464.10-3 W tại bước sóng 555 nm. Độ rọi (cường độ ánh sáng): là mật độ của thông lượng ánh sáng, nói cách khác là số Lumen trên một đơn vị diện tích [18]. Đơn vị của độ rọi là Lux (lx): 1 lx = 1lm/m2 2.1.4 Bức xạ mặt trời Theo Hoàng Dương Hùng (2004) trong toàn bộ bức xạ của Mặt trời, bức xạ liên quan trực tiếp đến các phản ứng hạt nhân xảy ra trong nhân mặt trời không quá 3%. Bức xạ γ ban đầu khi đi qua 5.105 km chiều dày của lớp vật chất Mặt trời bị biến đổi rất mạnh. Tất cả các dạng của bức xạ điện từ đều có bản chất sóng và SVTH: TRẦN HUY HÙNG 5 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD:LÊ HOÀNG VIỆT chúng khác nhau ở bước sóng. Bức xạ γ là sóng ngắn nhất trong các sóng đó (Hình 2.2), từ tâm Mặt trời đi ra do sự va chạm hoặc tán xạ mà năng lượng của chúng giảm đi và bây giờ chúng ứng với bức xạ có bước sóng dài. Như vậy bức xạ chuyển thành bức xạ Rơnghen có bước sóng dài hơn. Gần đến bề mặt Mặt trời nơi có nhiệt độ đủ thấp để có thể tồn tại vật chất trong trạng thái nguyên tử và các cơ chế khác bắt đầu xảy ra; Đặc trưng của bức xạ mặt trời truyền trong không gian bên ngoài Mặt trời là một phổ rộng trong đó cực đại của cường độ bức xạ nằm trong dải 10-1 - 10 µm và hầu như một nửa tổng năng lượng mặt trời tập trung trong khoảng bước sóng 0,38 - 0,78 µm đó là vùng nhìn thấy của phổ; Hình 2.2 Dãy bức xạ điện từ ( Hoàng Dương Hùng, 2004) SVTH: TRẦN HUY HÙNG 6 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD:LÊ HOÀNG VIỆT Chùm tia truyền thẳng từ mặt trời gọi là bức xạ trực xạ. Tổng hợp các tia trực xạ và tán xạ gọi là tổng xạ; Mật độ dòng bức xạ trực xạ ở ngoài lớp khí quyển, tính đối với với 1m2 bề mặt đặt vuông góc với tia bức xạ, được tính theo công thức: q = ϕ D -T. C0 (T/100)4 (2.1) Ở đây : ϕ D – T : hệ số góc bức xạ giữa Trái đất và Mặt trời ϕ D-T = β 2 (2.2) /4 β - góc nhìn mặt trời và β ≈ 32’ như (hình 2.3) C0 = 5,67 W/m2.K4 - hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối T ≈ 5762 0K - nhiệt độ bề mặt Mặt trời (xem giống vật đen tuyệt đối) 2 Vậy  2 × 3,14 × 32    4 360 × 60   5762   2 q= × 5,67 ×   ≈ 1353 W/m 4  100  Hình 2.3 Góc nhìn từ mặt trời ( Hoàng Dương Hùng, 2004) SVTH: TRẦN HUY HÙNG 7 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD:LÊ HOÀNG VIỆT Phần năng lượng bức xạ mặt trời truyền tới bề mặt trái đất trong những ngày quang đãng (không có mây) ở thời điểm cao nhất vào khoảng 1000W/m2. Quátrời trình truyền năng lượng bức xạ mặt trời 2.1.5 Năng lượngHình bức 2.4 xạ mặt ở Việt Nam qua lớp khí quyển của Trái đất ( Hoàng Dương Hùng, 2004) a. Cường độ bức xạ SVTH: TRẦN HUY HÙNG 8 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD:LÊ HOÀNG VIỆT 2.1.5 Năng lượng bức xạ mặt trời ở Việt Nam a. Cường độ bức xạ Theo Nguyễn Công Vân (2005) xử lý số liệu của 112 trạm quan trắc khí tượng thủy văn trên toàn quốc về bức xạ Mặt Trời và thời gian nắng, được thu thập liên tục trong khoảng thời gian 18 ÷ 29 năm, mỗi ngày tiến hành 5 lần quan trắc vào các giờ 6h30, 9h30, 12h30, 15h30 và 18h30. Giá trị cường độ bức xạ trung bình ngày được tính theo công thức: Qd = Q Qi Q n Q τ moc + ( i + ∑Qi + k ) + k τ lan(kWh/ m2 / n) 2 2 i=2 2 2 (2.3) Trong đó, Qd lượng tổng xạ cả ngày trung bình; Q i Q k - cường độ tổng xạ trung bình ở kỳ quan trắc đầu có giá trị Q>0; τ moc τ lan - cường độ tổng xạ trung bình ở kỳ quan trắc cuối có giá trị Q>0; - khoảng thời gian giữa lúc mặt trời mọc và kỳ quan trắc đầu có Q>0; - khoảng thời gian giữa lúc mặt trời lặn và kỳ quan trắc cuối có Q>0; Giá trị cường độ tổng xạ trung bình cả năm (kWh/m2/năm) hay (kWh/m2/N) ∑S Q Q= (kWh/ m ∑S i i 2 i i / N) (2.4) i i Trong đó, Si diện tích của địa phương có đặt trạm quan trắc thứ i; Qi - cường độ bức xạ trung bình trong nhiều năm tại trạm quan trắc thứ i; Si - tổng diện tích của nhóm địa phương hoặc tất cả các địa phương trong toàn quốc. SVTH: TRẦN HUY HÙNG 9 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD:LÊ HOÀNG VIỆT Bảng 2.2 Cường độ bức xạ trung bình ngày và trung bình năm của các vùng lãnh thổ ( Nguyễn Công Vân, 2005 ) Vùng lãnh thổ 1 2 3 4 Tên địa phương Vùng núi phía Bắc, Đông Bắc, Đồng bằng sông Hồng đến Vinh, Nghệ An. Vùng núi Tây Bắc Thanh Hóa – Hà Tĩnh, Quãng Bình, Quãng Trị. Thừa Thiên Huế, ven biển từ Đà Nẵng đến Phú Yên, Kon Tum, Gia Lai, các tỉnh Miền Đông Nam Bộ, T.P Hồ Chí Minh , các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long. Đak Lak, Lâm Đồng, Khánh Hòa, Ninh Thuận, Bình Thuận, Bà Rịa Vũng Tàu. Cả nước Cường độ bức xạ trung bình (kWh/m2/n) (kWh/m2/N) 3,91 1.427 4,44 1.549 4,80 1.799 5.61 2.084 4,59 1.675 b. Số giờ nắng trong cả năm Số giờ nắng được đo bằng nhật quang ký Cambell –Stocker, trong đó có một số ít trạm dùng nhật quang ký Jordan, nhưng sự khác nhau giữa hai loại này là không đáng kể. Các giờ nắng được tính khi cường độ bức xạ có giá trị Q≥ 140 W/m2. Dựa vào số liệu đo được của 112 trạm để tính số giờ nắng trung bình trong vùng lãnh thổ. Số giờ nắng trung bình cả năm của các vùng lãnh thổ được cho trong bảng (2.2) và được tính theo công thức: SVTH: TRẦN HUY HÙNG 10
- Xem thêm -