Năng lượng mặt trời - nguồn năng lượng sạch, dồi dào và dễ sử dụng
Hiện nay, ở nước ta, việc sử dụng nước nóng phần lớn được cung cấp từ nguồn điện năng, qua các bình nóng lạnh, được chế tạo từ nhiều nước khác nhau như Italia, Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc... với công suất định mức tiêu thụ điện là N = 2,5kW. Theo thống kê sơ bộ, ở các thành phố lớn như Hà Nội, Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Hải Phòng đã có tổng cộng trên 3 triệu bình. Thói quen của người Việt Nam là sử dụng bình đun nước nóng vào giờ đi làm về (từ 18 - 20h hàng ngày) lại trùng hợp với thời gian cao điểm của phụ tải. Do đó, đã góp phần làm tăng công suất đỉnh tại cao điểm buổi tối. Qua phân tích quá trình sử dụng điện vì mục đích cấp nước nóng cho thấy, đây là phương án kém hiệu quả kinh tế. Vì vậy, việc tìm kiếm một nguồn năng lượng sạch, dễ sử dụng, nhằm cung cấp nước nóng, phục vụ cho các mục đích công nghiệp, sinh hoạt và dịch vụ trong xã hội hiện đại là hết sức cấp bách. Nguồn năng lượng này cần đáp ứng các đòi hỏi:
- Có thể thay thế các nguồn năng lượng hiện sử dụng.
- Là nguồn năng lượng sẵn có và giàu tiềm năng ở Việt Nam.
- Là nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường.
- Dễ sử dụng và khai thác.
Việt Nam nằm ở khu vực xích đạo, có tiềm năng về năng lượng mặt trời, cường độ bức xạ trung bình vào khoảng 1346,8 - 2153,5kWh/m2/năm và số giờ nắng trung bình từ 1.600 - 2.720h/năm, rất thuận lợi cho việc phát triển và sử dụng năng lượng mặt trời.
* Hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời để cấp nước nóng. Nguyên tắc chung của hệ thống là sử dụng hiệu ứng lồng kính để biến đổi quang năng thành nhiệt năng và bẫy nhiệt để giữ lượng nhiệt này.
Nguyên lý hoạt động: ánh sáng mặt trời mang theo một nguồn năng lượng rất lớn và một phần năng lượng này sẽ biến đổi thành nhiệt năng khi gặp các vật có thể hấp thụ và phát sinh nhiệt lượng. Tuỳ thuộc vào mức độ hấp thụ và phản xạ lại tia bức xạ mặt trời của mỗi vật thể mà khả năng tăng nhiệt cũng như giữ nhiệt của mỗi vật thể khác nhau. Để giữ và tận dụng nguồn nhiệt lượng tự nhiên này, người ta chế tạo các thiết bị đặc biệt để hấp thụ nhiều nhất và phản xạ ít nhất lượng nhiệt này, nhằm các mục đích khác nhau, trong đó có việc cấp nước nóng.
Hiện nay, các loại màng siêu mỏng, có đặc tính quang học mang tính lựa chọn rất cao, dùng cho các bề mặt hấp thụ năng lượng (bức xạ mặt trời) đã được chế tạo ra và sản xuất.
Bố trí thiết bị và hoạt động của thiết bị cấp nước:
Dựa trên hiệu ứng lồng kính như vậy, người ta chế tạo ra các thiết bị để biến đổi quang năng thành nhiệt năng và bẫy nhiệt để giữ lượng nhiệt này:
1. Thiết bị cấp nước nóng dựa trên hệ thống tuần hoàn đối lưu tự nhiên: Bức xạ nhiệt với cường độ bức xạ lên tới 1.200W khúc xạ qua 1 hoặc 2 lớp kính trong của bộ thu rồi tới bề mặt hấp thụ. Tại bề mặt hấp thụ, bức xạ có bước sóng l = 0,2 - 2,5m được biến đổi thành nhiệt năng và truyền nhiệt vào nước cần đun trong ống, làm nước nóng lên. Đối với thiết bị loại này, hiệu quả chỉ phát huy thực sự tới 3h chiều trong ngày. Trong quá trình thu và giữ nhiệt, việc sử dụng nước nóng ở thời điểm này là hạn chế. Khả năng của thiết bị cấp nước nóng dựa trên cơ sở hệ thống tuần hoàn đối lưu tự nhiên nên phụ thuộc rất nhiều vào lớp bề mặt của thiết bị (tức là hệ số hấp thụ và phản xạ).
Đối với loại bề mặt hấp thụ không lựa chọn, có nghĩa là hệ số a/e ằ 1 thì chỉ cần xử lý bề mặt tốt trước khi phun phủ và chất phun phủ phải được chế tạo sao cho hệ số a >- 0,9 để bền vững với bức xạ mặt trời không được quá dày so với bước sóng l = 0,7mm, chịu được độ ẩm cao và chống bị phá huỷ. Đối với loại bề mặt hấp thụ có lựa chọn có nghĩa a/e >= 1 thì việc xử lý bề mặt và chất phun phủ cần phải đạt được các tiêu chuẩn công nghiệp cao. Đây là một công nghệ rất phức tạp và sản phẩm có giá thành cao.
2. Hệ thống cấp nước nóng dựa trên quá trình tuần hoàn đối lưu cưỡng bức: Ngược với nguyên tắc của việc sử dụng năng lượng mặt trời bằng hệ thống tuần hoàn đối lưu tự nhiên, trong hệ thống cấp nước nóng bằng đối lưu cưỡng bức, người ta sử dụng các biện pháp cưỡng bức như: sử dụng máy bơm, hệ thống áp lực tạo luân chuyển tuần hoàn của hệ thống. ¦u điểm của hệ thống này là có thể cung cấp liên tục và không hạn chế thời gian sử dụng, không chỉ phù hợp với các hộ gia đình mà còn rất thông dụng cho các khối công nghiệp và dịch vụ.
Có thể nói, gần đây, việc sử dụng năng lượng mặt trời cho mục đích đun nóng nước phục vụ sinh hoạt hàng ngày trong dân cư, trong các hoạt động đời sống xã hội, du lịch và hoạt động kinh doanh du lịch ngày càng trở nên phổ biến. Một lợi ích rất thiết thực mà bình đun nóng nước sử dụng năng lượng mặt trời đem lại, đó là có thể cung cấp nước nóng liên tục với hiệu quả kinh tế cao. Hơn nữa, các thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời có thể được coi là một giải pháp rất hiệu quả trong việc giảm phụ tải điện và nhu cầu về công suất đỉnh tại thời gian cao điểm trong ngày.
Hiện nay, ở Việt Nam, một trong những công ty đi đầu trong lĩnh vực này là Công ty Cổ phần Đầu tư Phát triển Công nghệ năng lượng mới (viết tắt là DRE) chuyên kinh doanh, tư vấn, chuyển giao công nghệ, buôn bán, làm đại lý bán các thiết bị năng lượng mới... Từ tháng 7/2004, Công ty DRE đã hợp tác với SUNPU - Công ty công nghệ của Bắc Kinh, thuộc Viện nghiên cứu Năng lượng mặt trời Trung Quốc - một trong những công ty đã tập trung vào công tác quảng bá, mở rộng sản phẩm và nghiên cứu ứng dụng của nhiệt quang năng lượng mặt trời và các linh kiện cơ bản luân chuyển điện năng. Hợp tác với SUNPU, Công ty DRA đã là nhà cung cấp độc quyền hai sản phẩm: lõi tấm phẳng tụ nhiệt - bộ phận cốt lõi của tấm tụ nhiệt năng lượng mặt trời và ống kính chân không tụ nhiệt. Lõi tấm phẳng của SUNPU sử dụng loại kim loại nhôm, đồng tổng hợp nên có nhiều ưu điểm như: tạo ra áp lực cần thiết, nước tinh khiết không độc, hiệu quả tụ nhiệt cao. Tấm phẳng này đã qua điện hoá học xử lý, bề mặt tráng thêm một lớp sơn đặc biệt, có thể hấp thụ nhiệt mang tính chất lựa chọn, làm cho sản phẩm này càng đạt đến độ toàn mỹ. Dựa vào sự đo đạc, tính toán theo nguyên lý "tuần tự đông kết" được lặp đi lặp lại nhiều lần, hệ thống làm nóng nước bằng năng lượng mặt trời SUNPU loại tấm phẳng có hiệu suất thu nhiệt ban ngày trên 60%, thời gian giữ nhiệt đạt đến trên 48 tiếng. ¦u điểm của loại này là dung lượng nước trong máy không nhiều, nên sau khi ánh nắng mặt trời chiếu vào, lập tức hệ thống này hoạt động tuần hoàn rất nhanh. Còn hệ thống làm nóng nước bằng năng lượng mặt trời loại ống kính chân không tụ nhiệt lại có cấu tạo chịu được sự đông kết, ở dưới nhiệt độ - 50% vẫn không bị đóng băng, đồng thời, trong điều kiện thời tiết thất thường và ít ánh sáng mặt trời đều có thể làm cho nước trong bình nóng lên. Do đó, đối với loại máy nước nóng năng lượng mặt trời của ống chân không, người sử dụng sẽ cảm thấy thật an toàn và tiện dụng
Sử dụng nặng lượng mặt trời cho mục đích cấp nước nóng tại nước ta là một biện pháp tích cực để mang lại lợi ích cho người sử dụng và hệ thống điện quốc gia. Tại các nước châu Âu hoặc các nước Đông Nam á như Singapo, Malaixia, Thái Lan và Trung Quốc, việc sử dụng năng lượng mặt trời đã được đưa vào chính sách quốc gia nhằm mục đích tiết kiệm năng lượng, không gây ô nhiễm môi trường. Vì vậy, đã đến lúc, các nhà hoạch đính chính sách của chúng ta cần xem đây là một trong những chương trình cần nhanh chóng hoàn thiện nghiên cứu để đi vào ứng dụng trên diện rộng./.
