CHƯƠNG II: NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 2.1. Năng lượng bức xạ Mặt Trời
2.1.3. Phổ bức xạ Mặt Trời
2.1.3.1. Thành phần bức xạ Mặt Trời
Ở mặt đất nhận được 2 thành phần bức xạ:
• Trực xạ (bức xạ trực tiếp): bức xạ Mặt Trời nhận được khi không bị bầu khí quyển phát tán.
• Tán xạ: bức xạ Mặt Trời nhận được sau khi hướng của nó đã bị thay đổi do sự phát tán của bầu khí quyển.
Hướng của tia trực xạ phụ thuộc vào vị trí của Mặt Trời trên bầu trời, tức là phụ thuộc vào thời gian và địa điểm quan sát. Trong khi đó đối với tán xạ không có hướng xác định, ta quan sát từ mọi điểm trên bầu trời.
Tổng xạ: tổng của trực xạ và tán xạ trên một bề mặt, chiếm khoảng 70% toàn bộ bứ xạ Mặt Trời hướng về Trái Đất.
Cường độ bức xạ (W/m2): cường độ năng lượng bức xạ Mặt Trời đến một bề mặt tương ứng với một đơn vị diện tích của bề mặt. Cường độ bức xạ cũng bao gồm cường độ bức xạ trực xạ, cường độ bức xạ tán xạ, và cường độ bức xạ quang phổ.
Phần lớn các số liệu về bức xạ Mặt Trời được đo ở trên mặt nằm ngang ở các trạm khí tượng thủy văn.
Qua (hình 2.4), ta thấy sự biến đổi của bức xạ Mặt Trời vào 1 ngày nắng tốt là khá đẹp và có một cực đại lân cận giữa trưa. Đối với các ngày mây mù các đường cong trên sẽ biến đổi phức tạp với rất nhiều cực đại và cực tiểu phụ.
[1]
Hình 2.4. Các đường cong ghi các thành phần tổng xạ và nhiễu xạ trong 1 ngày trong sáng
sử dụng Bộ giao tiếp Cobra3 Unit
GVHD: Vương Tấn Sĩ 17 SVTH: Nguyễn Văn Mừng 2.1.3.2. Những yếu tố ảnh hưởng đến cường độ bức xạ nhận được trên mặt đất
Cường độ bức xạ Mặt Trời trên mặt đất chủ yếu phụ thuộc 2 yếu tố: góc nghiêng của các tia sáng đối với mặt phẳng bề mặt tại điểm đã cho và độ dài đường đi của tia sáng trong khí quyển. Hay nói chung là phụ thuộc vào độ cao của Mặt Trời (góc giữa phương từ điểm quan sát đến Mặt Trời và mặt phẳng nằm ngang đi qua điểm đó). Yếu tố cơ bản xác định cường độ của bức xạ Mặt Trời tại một điểm nào đó trên Trái Đất là quãng đường mà nó đi qua. Sự tiêu hao năng lượng trên quãng đường đó gắn liền với sự tán xạ, hấp thụ bức xạ và phụ thuộc vào thời gian trong ngày, mùa, vị trí địa lý.
2.1.3.3. Năng lượng bức xạ Mặt Trời ở Việt Nam
Có 2 đại lượng chính để đánh giá bức xạ Mặt Trời ở 1 địa phương nào đó, đó là mật độ năng lượng Mặt Trời trung bình ngày và số giờ nắng trung bình tháng trong năm và cả năm.
sử dụng Bộ giao tiếp Cobra3 Unit
GVHD: Vương Tấn Sĩ 18 SVTH: Nguyễn Văn Mừng Bảng 2.2. Lượng tổng bức xạ Mặt Trời trung bình ngày của các tháng trong năm ở một số địa phương ở Việt Nam (đơn vị MJ/m2.ngày) [1]
Tổng bức xạ Mặt Trời của các tháng trong năm (đơn vị: MJ/m2.ngày)
1 2 3 4 5 6
Địa phương
7 8 9 10 11 12
8,21 8,72 10,43 12,70 16,81 17,56
Cao Bằng
18,81 19,11 17,60 13,57 11,27 9,37 18,81 19,11 17,60 13,57 11,27 9,37 Móng Cái
17,56 18,23 16,10 15,75 12,91 10,35 11,23 12,65 14,45 16,84 17,89 17,47 Sơn La
11,23 12,65 14,45 16,84 17,89 17,47
8,76 8,63 9,09 12,44 18,94 19,11
Láng (Hà Nội)
20,11 18,23 17,22 15,04 12,40 10,66
9,72 9,55 10,18 13,53 20,66 20,32
Yên Định
20,87 18,96 18,44 15,71 12,19 11,35
8,88 8,13 9,34 14,50 20,03 19,78
Vinh
21,79 16,39 15,92 13,16 10,22 9,01 12,44 14,87 18,02 20,28 22,17 21,04 Đà Nẵng
22,84 20,78 17,93 14,29 10,43 8,47 17,51 20,07 20,95 20,88 16,72 15,00 Cần Thơ
16,68 15,29 16,38 15,54 15,25 16,38 16,68 15,29 16,38 15,54 15,25 16,38 Đà Lạt
18,94 16,51 15,00 14,87 15,75 10,07 a. Cường độ bức xạ
Theo kết quả nghiên cứu của đề tài cấp Nhà nước mang mã số 52C-01-01a đã tiến hành xử lý số liệu quan trắc của 112 trạm Khí tượng thủy văn phân bố trên toàn quốc về bức xạ Mặt Trời và thời gian nắng. Số liệu được thu thập liên tục trong 18÷29 năm, mỗi ngày tiến hành 5 lần quan trắc vào 6h30’, 9h30’, 12h30’, 15h30’, 18h30’.
Giá trị cường độ tổng xạ trung bình ngày:
lan k k
n
i i i
moc i d
Q Q Q
Q
Q Q
) 2 2 ( 2
2 2
(kWh/m2/ngày) (2.1) Với Qd : lượng tổng xạ cả ngày trung bình.
Qi : cường độ tổng xạ trung bình ở kỳ quan trắc đầu có giá trị Q>0.
Qk : cường độ tổng xạ trung bình ở kỳ quan trắc cuối có giá trị Q>0.
sử dụng Bộ giao tiếp Cobra3 Unit
GVHD: Vương Tấn Sĩ 19 SVTH: Nguyễn Văn Mừng
moc: khoảng thời gian giữa lúc Mặt Trời mọc và kỳ quan trắc đầu có Q>0.
lan: khoảng thời gian giữa lúc Mặt Trời lặn và kỳ quan trắc đầu có Q>0.
Giá trị cường độ tổng xạ trung bình cả năm (kWh/m2/năm) hay (kWh/m2/N):
i i i
i i
i S
Q S
Q (kWh/m2/N) (2.2) Với Qi: cường độ bức xạ trung bình trong nhiều năm tại trạm quan trắc thứ i.
Si: diện tích của địa phương có đặt trạm quan trắc thứ i.
i
Si : tổng diện tích của nhóm địa phương hoặc tất cả các địa phương trong toàn quốc (số liệu thống kê năm 1989).
Từ tính toán dựa trên công thức ( 2.2), ta thu được cường độ bức xạ trung bình trên ngày và trên năm ở một số địa phương (bảng 2.3)
Bảng 2.3. Cường độ bức xạ trung bình [1]
Cường độ bức xạ trung bình Vùng
lãnh thổ
Tên địa phương
(kWh/m2/ngày) (kWh/m2/năm)
1 Vùng núi phía Bắc, Đông Bắc, Đồng bằng sông Hồng đến Vinh - Nghệ An
3,91 1.427
2 Vùng núi Tây Bắc, Thanh Hóa, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị
4,44 1.549
3 Thừa Thiên - Huế, ven biển từ Đà Nẵng đến Phú Yên, Kon Tum, Gia Lai, các tỉnh Đông Nam Bộ, TP Hồ Chí Minh, các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long
4,80 1.799
4 Đắk Lăk, Lâm Đồng, Khánh Hoà, Ninh Thuận, Bình Thuận, Bà Rịa Vũng Tàu
5,61 2.084
Cả nước 4,59 1.675
sử dụng Bộ giao tiếp Cobra3 Unit
GVHD: Vương Tấn Sĩ 20 SVTH: Nguyễn Văn Mừng b. Số giờ nắng trong cả năm
Số giờ nắng được đo bằng nhật quang ký Cambell-Stocker, trong đó có một số rất 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, đã để lại vết cháy trên giấy giản đồ. 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 (bảng 2.4) trên cơ sở tính theo công thức (2.3).
i i i
i i
S T S
T (h/N) (2.3)
Với T: số giờ nắng trung bình trong năm (h/N).
Si: diện tích địa phương có đặt trạm quan trắc thứ i (km2).
Ti: tổng số giờ nắng trung bình trong nhiều năm tại trạm đo thứ i.
i
Si : tổng diện tích của nhóm địa phương hoặc tất cả các địa phương trong toàn quốc (số liệu thống kê năm 1989).
Ghi chú: số giờ nắng trung bình cả năm của các trạm có giá trị đo xấp xỉ nhau được xếp thành 1 nhóm lãnh thổ và được tính theo (2.3).
sử dụng Bộ giao tiếp Cobra3 Unit
GVHD: Vương Tấn Sĩ 21 SVTH: Nguyễn Văn Mừng Bảng 2.4. Số giờ nắng trung bình trong năm [1]
Vùng lãnh thổ
Tên địa phương Số giờ nắng trung bình trong năm
1 Điện Biên, Lai Châu, Sơn La, Mộc Châu 1.930
2 Lào Cai, Hà Giang, vùng Tây Bắc Bắc bộ 1.452
3 Vùng núi phía Bắc, Đông Bắc, Đồng bằng sông Hồng và Bắc khu IV cũ (đến Hà Tĩnh)
1.631
4 Quảng Bình, Quảng Trị, Vùng núi Thừa Thiên - Huế
1.818
5 Vùng ven biển từ Quảng Trị, Thừa Thiên - Huế đến Ninh Thuận
2.294
6 Phan Thiết (Bình Thuận) 2.961
7 Kon Tum, Gia Lai, Đăk Lăk, Lâm Đồng 2.431
8 Đông Nam Bộ, TP Hồ Chí Minh, Đồng bằng sông Cửu Long
2.411
Trung bình cả nước 1.854
Sau khi chúng ta đã tìm hiểu và thấy được ánh sáng không những chiếu sáng, mà nó còn mang lại cho ta một nguồn năng lượng rất lớn. Để sử dụng nguồn năng lượng này thì con người đã làm như thế nào? Chúng ta hãy vào chương sau để thấy được đều này.