Tóm tắt:Thiết bị ứng dụng năng lượng mặt trời cung cấp năng lượng nhiệt và điện phát triển mạnh mẽ trên thế giới trong nhiều năm gần đây. Để năng cao hiệu suất thiết bị đã có nhiều nghiên cứu, nhiều sản phẩm cơ cấu định hướng theo vị trí mặt trời lắp cho tấm thu bức xạ mặt trời. Cơ cấu định hướng theo vị trí mặt trời được sử dụng để đưa mặt thu các thiết bị luôn hướng về phía mặt trời nhằm thu nhiều năng lượng nhất. Ở Việt Nam, cơ cấu định hướng mặt thu theo vị trí mặt trời chưa được quan tâm nhiều, đã có một số thử nghiệm từ các trường đại học ở quy mô phòng thí nghiệm.
Xuất phát từ thực tế cần thiết nghiên cứu chế tạo cơ cấu định hướng theo vị trí mặt trời đơn giản áp dụng cho quy mô công suất nhỏ, đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống tự động thích ứng với vị trí mặt trời nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng các thiết bị dùng năng lượng mặt trời” đã được thực hiện nghiên cứu, thiết kế hệ thống điện mặt trời có hệ thống định hướng theo vị trí mặt trời, thử nghiệm tại địa bàn Hà Nội. Trên cơ sở đó, đề xuất chế tạo hệ thống quy mô thương mại và ứng dụng cho các vùng trong cả nước.
1. Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu
Mục tiêu của đề tài: Nghiên cứu các hệ thống tự động điều chỉnh góc quay bề mặt thu năng lượng mặt trời theo vị trí của mặt trời để thu được nhiều năng lượng. Thiết kế, chế tạo hệ thống tự động điều chỉnh góc quay bề mặt thu của thiết bị pin mặt trời hệ gia đình.
Nội dung của đề tài: Thu thập số liệu khí tượng của các trạm khí tượng chính trong phạm vi cả nước, cập nhật số liệu mới nhất. Nghiên cứu các phương án tự động điều chỉnh góc quay bề mặt thu năng lượng mặt trời theo vị trí của mặt trời để đạt hiệu quả cao. Thiết kế hệ thống tự động điều chỉnh góc quay bề mặt thu của thiết bị pin mặt trời hệ gia đình. Đo đạc số liệu, đánh giá hiệu quả, xem xét khả năng ứng dụng tại Việt Nam.
Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu các tài liệu và công trình đã có, phân tích và chọn công nghệ tiên tiến phù hợp của nước ngoài và nắm vững công nghệ để triển khai vào điều kiện Việt Nam để chế tạo ra sản phẩm phục vụ nâng cao hiệu suất hệ thống pin mặt trời.
Địa điểm thử nghiệm
Tại Viện Năng lượng, số 6 Tôn Thất Tùng, Đống Đa, Hà Nội
2. Kết quả nghiên cứu của đề tài
2.1. Lựa chọn phương án
Trong khuôn khổ đề tài này hệ thống quang điện cho quy mô gia đình sẽ được chọn làm mô hình nghiên cứu thử nghiệm
Hình 1. Các loại mô hình 1 trục và 2 trục định hướng theo vị trí mặt trời
Các hệ thống có bộ định hướng có thể đạt công suất gần như tối đa suốt thời gian hoạt động vào những ngày nắng, quang mây trong khi hệ thống có mặt thu cố định chỉ đạt công suất tối đa trong một vài giờ trong giữa ngày.
Hệ thống PV có bộ định hướng theo vị trí mặt trời sẽ nhận được nhiều năng lượng hơn so với hệ thống có mặt thu cố định vào các giờ buổi sáng và buổi chiều. Điều đó chỉ ra rằng các dàn pin có bộ định hướng sẽ cần công suất đặt nhỏ hơn so với các dàn pin lắp cố định mà vẫn sản ra cùng mức điện năng.
Thị trường hiện nay, có hai loại hệ thống năng lượng mặt trời định hướng, hệ thống định hướng theo trục đơn, và hệ thống định hướng theo trục kép. Hệ thống định hướng theo một trục duy nhất sẽ định hướng theo vị trí mặt trời từ Đông sang TTây trên một trục đặt theo hướng Bắc Nam. Hệ thống trục kép định hướng Đông sang phía Tây và định hướng theo phía Bắc đến phía Nam.
Qua nghiên cứu các tài liệu, đánh giá ưu khuyết điểm của các hệ thống định hướng theo vị trí mặt trời trên thế giới đề tài đã phân tích để đi đến lựa chọn một phương án thiết kế chế tạo hệ thống, căn cứ phân tích như dưới đây:
Hệ thống định hướng theo một trục
• Định hướng theo vị trí mặt trời từ Đông sang Tây bằng cách sử dụng một trục duy nhất
• Tăng hiệu suất thu năng lượng mặt trời tới 34%
• Thiết kế đơn giản, hiệu quả
• Bảo dưỡng thấp
• Chi phí thấp hơn so với trục kép
• Giảm thấp khả năng hư hỏng
Hệ thống định hướng theo hai trục
• Định hướng theo vị trí mặt trời từ Đông sang Tây, và phía Bắc đến phía Nam bằng cách sử dụng hai trục quay
• Tăng hiệu suất thu năng lượng mặt trời tới 37%
• Thiết kế phức tạp hệ thống các cảm biến và điều khiển động cơ
• Chi phí đầu tư cao hơn do các bộ phận bổ sung và thời gian lắp đặt
• Chi phí bảo trì cao hơn
• Các bộ phận bổ sung thêm tăng thêm khả năng hư hỏng
Dựa trên những phân tích, so sánh trên đây, đề tài lựa chọn phương án hệ thống một trục quay định hướng theo vị trí mặt trời.
Các nghiên cứu của thế giới đã chỉ ra hệ thống định hướng theo trục kép chỉ có thể tăng thêm thêm 3% năng lượng so với trục đơn. Với chi phí thiết bị, chi phí bảo trì cao hơn, và có thời gian ngừng để sửa chữa cao, hệ thống định hướng theo trục kép thực tế có thể ít khả năng phát triển mạnh như loại một trục.
Lý Ngọc Thắng, Viện Năng lượng, Bộ Công Thương
