Khoa học

Nghiên cứu, triển khai ứng dụng thiết bị năng lượng mặt trời tại vùng nông thôn, miền núi

00:10 |01/10/2012

NangluongVietnam - 

Các loại bếp nấu sử dụng năng lượng mặt trời rất phù hợp với người dân vùng nông thôn nơi mà chất đốt chủ yếu là rơm rạ và củi... nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ sức khoẻ và môi trường.

Trịnh Trọng Chưởng - Giảng viên khoa Điện
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

Trong việc tìm kiếm và phát triển sử dụng các nguồn năng lượng mới, đáp ứng tốt các nhu cầu về năng lượng và môi trường, năng lượng mặt trời được xem là dạng năng lượng ưu việt nhất, có thể là dạng năng lượng chính được sử dụng trong tương lai.

Năng lượng mặt trời thực chất là nguồn năng lượng nhiệt hạch vô tận của thiên nhiên. Hàng năm, mặt trời cung cấp cho trái đất một lượng năng lượng khổng lồ, gấp 10 lần trữ lượng các nguồn nhiên liệu có trên trái đất. Hiện nay, năng lượng mặt trời được con người sử dụng dưới nhiều dạng khác nhau và thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời cũng rất đa dạng, nhưng trong đó thiết bị nấu ăn và cung cấp nước nóng bằng năng lượng mặt trời là có hiệu suất cao và rất phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam, đặc biệt là ở các vùng nông thôn.

Việt Nam là một nước nhiệt đới, nằm ở vành đai nội chí tuyến nên tổng số giờ nắng trong năm lớn, ở khu vực miền Trung có khoảng 2.900 giờ nắng và với cường độ bức xạ cao, lên đến 950W/m2 do đó rất thuận lợi cho việc triển khai ứng dụng các thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời. Trên cơ sở đó, các cán bộ giảng dạy Bộ môn Hệ thống điện, Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội đã thiết kế và chế tạo bếp đun sử dụng năng lượng mặt trời, đã triển khai và hoạt động có hiệu quả tại xã Yên Lạc, tỉnh Vĩnh Phúc.

Bếp nấu dùng năng lượng mặt trời

Bếp nấu bằng năng lượng mặt trời có rất nhiều loại khác nhau, nhưng qua quá trình nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm trong mấy năm qua, có 2 loại bếp rất phù hợp với điều kiện Việt Nam đó là loại bếp hình hộp (hình 1) dùng để nấu cơm, nấu nước và bếp parabôn (hình 2) dùng để nấu thức ăn khi cần nhiệt độ cao.

Hình 1: Bếp đun dạng hình hộp

Hình 2: Bếp đun dạng hình parabol đang được triển khai ở Vĩnh Phúc

Các loại bếp nấu sử dụng năng lượng mặt trời này rất phù hợp với người dân vùng nông thôn nơi mà chất đốt chủ yếu là rơm rạ và củi... nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ sức khoẻ và môi trường. Các loại bếp này đã được triển khai rộng rãi và được người dân rất ủng hộ ở Vĩnh Phúc.

Với một hộ gia đình nếu dùng một bếp Parabôn có thể tiết kiệm được từ 150.000 - 300.000 đồng/ tháng.

Riêng đối với Vĩnh Phúc là tỉnh có số giờ nắng cao, trung bình hàng năm số giờ nắng dao động khoảng 1.700 - 1.800 giờ. Hiện tại, trên địa bàn tỉnh hầu hết các xã nông thôn, miền núi, người dân đều đun nấu bằng củi, rơm rạ, nên ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe cũng như môi trường sinh thái.

Từ thực tế đó, Sở Khoa học và Công nghệ Vĩnh Phúc đã hợp tác với Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội để thực hiện đề tài “Nghiên cứu, triển khai ứng dụng thiết bị năng lượng mặt trời tại vùng nông thôn, miền núi tỉnh Vĩnh Phúc” với mục tiêu được đặt ra là nghiên cứu cải tiến, thiết kế chế tạo và triển khai ứng dụng một số thiết bị sử dụng nguồn năng lượng mặt trời phù hợp với điều kiện thực tế của người dân nông thôn, miền núi trên địa bàn tỉnh.

Thông qua việc làm này nhằm cải thiện đời sống, nâng cao ý thức của người dân về sử dụng nguồn năng lượng sạch góp phần tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường. Hiện tại, đề tài đang được triển khai thí điểm tại Yên Lạc với hơn 10 hộ dân tham gia (mỗi hộ dân được trang bị 1 bếp Parabôn có trị giá 1,5 triệu đồng) với nguồn ngân sách do UBND tỉnh Vĩnh Phúc cấp.

Trước khi triển khai đề tài, Sở Khoa học và Công nghệ cùng nhóm tác giả của đề tài đã tiến hành điều tra, khảo sát tình hình thực tế, nhu cầu sử dụng thiết bị của người dân trong thôn; nghiên cứu cải tiến, thiết kế chi tiết các loại bếp nấu ăn sử dụng năng lượng mặt trời phù hợp với điều kiện địa phương. Chế tạo các thiết bị bếp nấu sử dụng năng lượng mặt trời để triển khai dự án; tổ chức khóa tập huấn về việc lắp đặt, hướng dẫn sử dụng, sửa chữa thiết bị năng lượng mặt trời cho người dân. Sau đó tiến hành triển khai ứng dụng ở các gia đình; hỗ trợ thiết bị cho các gia đình nghèo; tổ chức ngày hội nấu ăn bằng năng lượng mặt trời tại địa bàn triển khai đề tài; đánh giá sản phẩm bằng cách lấy ý kiến của tổ chuyên gia và người dân.

Điểm đặc biệt của chiếc bếp này là có thể đặt ở nơi mát để nấu nướng, khắc phục nhược điểm của các bếp sử dụng năng lượng mặt trời khác là phải nấu trực tiếp ngoài ánh nắng mặt trời. Nhiệt độ lúc cao nhất có thể lên đến 3000C. Theo kinh nghiệm đã triển khai thì nếu nắng tốt: với 4 lít nước chỉ nấu trong khoảng 25-30 phút, nấu 3 lon gạo hết 45 phút. Thông thường nếu ngày nắng bình thường, từ 8 - 9h sáng đến 5h chiều là thời điểm đun nấu, khoảng trưa là thời điểm có bức xạ mặt trời cao - là khoảng thời gian đun nấu tốt nhất trong ngày.

Ngoài khoảng thời gian trên, nhiệt lượng còn lại có thể đun nóng nước để phục vụ sinh hoạt khác hoặc hâm nóng thức ăn. Chi phí cho mỗi bếp khoảng 800 ngàn đồng (nếu sử dụng vật liệu rẻ tiền: gỗ, giấy bạc...) và 1.400.000 đồng nếu sử dụng tôn và inox.

Tuy nhiên, bếp này cũng có những nhược điểm riêng của nó: Do ánh nắng mặt trời có tính chất phân tán, nên khi sử dụng sẽ bị tổn thất nhiệt, khả năng tích nhiệt chậm nên các món chiên, xào không thể ngon như bếp gas. Nếu cải thiện được vấn đề này, bổ sung thêm vài chi tiết công nghệ thì có thể triển khai để sử dụng đại trà với quy mô lớn hơn.

Thử nghiệm bếp chế tạo

Thí nghiệm và đo đạc:

- Thực hiện lúc 11 giờ trưa, ngày 21 tháng 7 năm 2011.

- Thiết bị đun nấu: ấm nước, dung tích 2,5 lít.

- Thiết bị đo nhiệt độ nước trong bình đun: nhiệt kế.

Tính điện năng tiết kiệm được

Điện năng tiết kiệm do bếp đem lại tính theo nhiệt năng do bếp tạo ra, được tính bằng kCal là 177,5 kCal, còn hiệu suất điện của bếp được so sánh với ấm đun nước nóng Việt Nam sản xuất (kiểu ấm đun Nga) có giá trị khoảng 0,5 tương đương 0,412 kW.

Đây là chỉ tính điện năng tiết kiệm được sử dụng bếp có 30 phút. Nếu một ngày sử dụng 4 tiếng, một tháng 20 ngày thì một tháng tiết kiệm khoảng: 0,412.8.20 = 65,92 kWh và nếu cả năm thì lượng điện tiết kiệm được là đáng kể.

Bảng: Kết quả xác định nhiệt độ của bình nước tại thời điểm 11h

Kết luận

Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và triển khai ứng dụng một số thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời phù hợp với điều kiện của người dân vùng nông thôn, miền núi là hướng đến mục tiêu cải thiện cuộc sống, nâng cao ý thức cho người dân về sử dụng nguồn năng lượng sạch để góp phần bảo vệ môi trường.

Qua những kết quả về nghiên cứu lý thuyết và triển khai ứng dụng vào thực tiễn, việc sử dụng các thiết bị năng lượng mặt trời vào sinh hoạt hàng ngày của người dân có ý nghĩa rất lớn trong việc tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường. Tuy nhiên, do đặc điểm của các thiết bị năng lượng nhiệt mặt trời khi sử dụng không được thuận lợi bằng các thiết bị sử dụng các nguồn năng lượng truyền thống, hơn nữa hiện nay ý thức của người dân về việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo chưa cao nên rất khó triển khai các thiết bị này vào thực tế.

Qua kinh nghiệm nghiên cứu, muốn triển khai rộng rãi các thiết bị năng lượng mới nói chung và năng lượng mặt trời nói riêng vào thực tế có hiệu quả thì trước hết cần phải có sự phối hợp và hỗ trợ của các cấp các ngành, bước đầu cần có cơ chế khuyến khích hay hỗ trợ một phần về mặt kinh phí để tạo điều kiện cho người dân tiếp xúc và làm chủ đối với các thiết bị này để mỗi người dân biết rõ hơn về lợi ích thực tế mang lại khi sử dụng các thiết bị, hơn nữa nâng cao được ý thức về tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường của mỗi người dân chúng ta.

Một số kiến nghị

1. Tăng cường và khuyến khích sử dụng bếp năng lượng mặt trời, vì đóng góp to lớn trong tiết kiệm năng lượng và giải quyết phần nào bài toán ô nhiễm môi trường.

2. Cần tận dụng các nguyên liệu rẻ tiền sẵn có để chế tạo bếp với chấp nhận là hiệu suất không cao so với các bếp tiên tiến. Hiệu suất thí nghiệm đo được còn thấp, do chế tạo đầu tay chưa có kinh nghiệm về tính tuyệt đối điểm hội tụ và sự bằng phẳng và chất phản chiếu. Với hình thức chế tạo như đề tài đã thực hiện, nếu có kinh nghiệm thì có thể nâng hiệu suất tới 40,3%. Hiện nay trên thế giới bếp hội tụ dùng guơng kính rất nặng, đắt cũng chỉ tạo hiệu suất tới trên 50%.

3. Cần có hỗ trợ kinh phí và tổ chức nhóm người nghiên cứu chế tạo mẫu, thành lập cơ sở sản xuất và phổ cập sử dụng.

4. Tuyên truyền trong dân sử dụng bếp năng lượng mặt trời, bước đầu có trợ giá, sau vài năm mới kinh doanh thực sự.

NangluongVietnam.vn