1. Máy nước nóng năng lượng mặt trời ống chân không
Máy nước nóng năng lượng mặt trời dạng ống là loại được sử dụng nhiều nhất hiện nay do chúng có giá thành rẻ và là loại ra đời sớm nhất so với các loại được so sánh trong bài viết này.
Cấu tạo của máy nước nóng năng lượng mặt trời dạng ống được thể hiện như hình (cắt) sau:
Nguyên lý hoạt động:
Các ống thuỷ tinh chân không được gắn với bồn nước nóng thông qua hàng lỗ trên thân bồn. Sau khi cấp nước vào bồn thì nước sẽ tràn vào và điền đầy toàn bộ phần thành trong của ống thuỷ tinh chân không. Do được đặt dốc một góc so với phương nằm ngang (điều này là bắt buộc) nên những bọt khí sẽ tự động di chuyển lên trên để nước đảm bảo điền đầy bên trong ống này. Ban đầu, khi chưa có ánh nắng mặt trời thì nhiệt độ của nước trong ống sẽ bằng nhiệt độ của nước trong bồn chứa.Vào thời điểm ban ngày – khi có ánh nắng mặt trời, ánh nắng sẽ chiếu xuyên qua lớp thuỷ tinh thành ngoài, vào mặt ngoài của thành trong ống thuỷ tinh chân không – nơi có chứa các lớp vật liệu hấp thụ nhiệt – làm cho ống thuỷ tinh phía trong nóng lên và truyền nhiệt vào nước chứa bên trong nó.Do được truyền nhiệt, nước bên trong ống thuỷ tinh chân không sẽ nóng lên. Với tính chất của chất lỏng có nhiệt độ cao sẽ có xu hướng di chuyển lên trên, nhiệt độ thấp di chuyển xuống dưới nên nước nóng trong ống sẽ di chuyển lên trên vào bồn chứa, phần nước lạnh hơn bên trong bồn chứa sẽ di chuyển xuống dưới ống như hình.
2. Máy nước nóng năng lượng mặt trời ống dầu
Máy nước nóng năng lượng mặt trời ống dầu có cấu tạo hệt như máy nước nóng năng lượng mặt trời ống chân không nêu trên nhưng chỉ khác tại phần ống hấp thụ nhiệt. Thực ra có thể không phân biệt ra thành hai loại máy ống chân không và ống dầu nếu như tôi không có ý định khuyến khích bạn sử dụng loại ống dầu này do những ưu điểm của nó.
– Truyền nhiệt nhanh và hiệu quả hơn ống thông thường: Vì sử dụng môi chất trung gian có nhiệt độ bốc hơi thấp nên quá trình truyền nhiệt có thể diễn ra sớm hơn và kết thúc muộn hơn so với sử dụng nước bên trong lòng ống (để truyền nhiệt). Lý giải điều này như sau: Nếu như ánh nắng yếu chỉ có thể truyền nhiệt cho ống làm cho lớp hấp thụ nhiệt trong ống nóng lên đến nhiệt độ khoảng 35 độ C (hoặc thấp hơn, miễn là nhiệt độ này cao hơn nhiệt độ bốc hơi của dầu trong ống) thì đối với nước, chúng chỉ có thể nâng nhiệt độ nước trong ống lên 35 độ C, tuy nhiên đối với ống dầu thì nhiệt nhiệt độ này đủ cho dầu bốc hơi, bay lên phía đầu ống và truyền nhiệt cho nước. Do việc truyền nhiệt này không phụ thuộc vào nhiệt độ nên quá trình diễn ra liên tục cho đến khi nào nhiệt độ của nước tăng lên cao đến mức cân bằng với lượng nhiệt thoát ra. Như vậy có thể thấy rằng nhiệt độ phần hấp thụ nhiệt dù có thấp (cỡ 35 độ như ví dụ) cũng có thể làm cho nước nóng lên (cỡ 80 độ hoặc hơn) nếu như vẫn có ánh nắng cường độ yếu như vậy – điều này là không thể xảy ra đối với ống thường.
– Tiếp tục truyền nhiệt ngay cả khi tắt nắng: Nếu như vào thời điểm tắt nắng, ống thông thường sẽ ngừng quá trình truyền nhiệt thì đối với ống dầu, nhiệt vẫn được truyền vào bồn nước cho đến khi lớp hấp thụ nhiệt bên trong của nó nguội đi đến nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ bốc hơi của dầu. Điều này khá thuận lợi khi tôi đi làm về vào lúc gần tắt nắng và bắt đầu tắm thì sau khi tắm xong, máy nước nóng vẫn tiếp tục nung nóng nước dành cho những người sử dụng sau.
– Không gây đóng cặn, rêu-nhớt trong lòng ống: Với loại ống thông thường, nếu như nguồn nước có cặn bẩn hoặc có vi sinh vật thì sau khoảng 1-2 năm sử dụng sẽ bị giảm hiệu suất. Cặn bẩn khi vào bồn nước sẽ dần tích tụ phía dưới của ống hấp thụ nhiệt và không thể tự chui ra nếu không có sự can thiệp từ bên ngoài (tháo ống ra vệ sinh sau một khoảng thời gian sử dụng) Sau thời gian, cặn này sẽ đầy dần lên cho đến khi chúng chứa cỡ 2/3 ống thì hiệu suất trao đổi nhiệt giảm đi rõ rệt, và khi chứa đầy ống rồi thì máy nước nóng năng lượng mặt trời hoàn toàn mất tác dụng đun nước. Tôi có một đứa em họ sau khi lắp đặt bình nước nóng loại ống thường đã kêu rằng nước chẳng nóng gì sau một năm sử dụng mặc dù vẫn có nắng như bình thường – đây chính là trường hợp ống nhà nó bị cặn bởi nguồn nước vùng nông thôn khá đục. Với loại ống dầu, do nước không chui vào lòng ống nên không thể có hiện tượng này xảy ra – mà bạn biết rằng khi đã lắp đặt rồi thì ít người nghĩ cần phải vệ sinh ống sau 1 đến 2 năm sử dụng (nếu không được tư vấn).
Ngoài cặn bẩn, ánh nắng mặt trời vi sinh vật và thực vật trong nguồn nước cũng gây ra vấn đề: Chúng tạo ra thành trong ống bị rêu, nhớt và làm cản trở, giảm hiệu suất cho quá trình hấp thụ nhiệt. Tương tự như với trường hợp bị cặn, rêu nhớt sẽ làm mất tác dụng hấp thụ nhiệt sau một thời gian đủ dài để phủ đầy phía thành trong của ống. Muốn khắc phục hiện tượng này chỉ có cách tháo từng ống ra vệ sinh.– Tiết kiệm chi phí bảo dưỡng, hoặc tránh các rủi ro khi bảo dưỡng: Do đặc điểm không bị đóng cặn hoặc không bị tạo rêu, nhớt bên trong lòng ống so với loại ống thông thường nên máy nước nóng năng lượng mặt trời sẽ ít phải bảo dưỡng hơn hoặc hầu như không cần bảo dưỡng nếu nguồn nước đủ sạch đến một mức nhất định. Theo nhiều nhà sản xuất đã quảng cáo thì khoảng cách thời gian cần bảo dưỡng có thể kéo dài đến cỡ 10 năm hoặc không cần bảo dưỡng cho suốt tuổi thọ của thiết bị.Đối với loại ống thường, (khoảng 1-2 năm cần bảo dưỡng một lần) khi bảo dưỡng phải tháo toàn bộ ống ra vệ sinh, gây ra rủi ro cho chính ống hấp thụ nhiệt (nứt, vỡ do va chạm hoặc cố tháo khi hệ thống khung đỡ đã lệch lạc uốn vặn do quá trình sử dụng) cũng như hệ thống gioăng làm kín của bồn (hỏng gioăng do quá trình tháo lắp, mà các gioăng này rất khó sửa chữa khi hỏng).Nhược điểm
Vậy loại ống dầu có nhược điểm gì không? Tôi cảm thấy rằng nhược điểm duy nhất là chúng đắt hơn khoảng 2-3 triệu/máy nước nóng năng lượng mặt trời so với loại sử dụng ống thường. Tuy vậy thì nhược điểm này hoàn toàn có thể chấp nhận được vì những ưu điểm mà nó mang lại.
Khi tìm hiểu thông tin trên Internet trước khi chọn mua, tôi thấy có ý kiến lo ngại rằng dầu có thể ảnh hưởng đến nước hay không. Ý kiến này là phi lý bởi dầu được bao bọc bằng thuỷ tinh phía trong lòng ống nên hoàn toàn không tiếp xúc gì với nước – vậy nó không thể ảnh hưởng đến chất lượng nước được đun nóng.
3. Máy nước nóng năng lượng mặt trời loại tấm phẳng ( Panel )
Máy nước nóng năng lượng mặt trời loại tấm phẳngMáy nước nóng năng lượng mặt trời theo nguyên lý tấm phẳng có cấu tạo và nguyên lý hoạt động rất khác biệt so với loại máy dạng ống nêu trên.
Khác với máy nước nóng năng lượng mặt trời dạng ống, máy dạng tấm phẳng có thành phần hấp thụ nhiệt theo dạng tấm phẳng được bảo vệ bằng một lớp kính cường lực phía trên. Nhiệt hấp thụ được từ tấm hấp thụ có thể được truyền tới bình chứa theo các dạng khác nhau: bằng ống dẫn nước, ống đồng hoặc bằng ống dẫn môi chất. Máy dạng tấm không tự hoạt động như máy dạng ống, mà phụ thuộc vào các thiết bị điện điều khiển, hỗ trợ…Hình dưới đây mô tả một máy dạng tấm phẳng: Nước từ bồn chứa được bơm vào hệ thống ống dẫn (bằng đồng) gắn trên tấm hấp thụ nhiệt, sau khi nhận nhiệt sẽ quay trở lại bồn chứa và vòng bơm tuần hoàn lại tiếp tục cho đến khi nhiệt độ nước bên trong bồn chứa đạt đến nhiệt độ thiết đặt. Nước đầu vào, đầu ra cũng được điều khiển thông qua hệ thống bơm này. Để hoạt động, nhất thiết phải có một bơm nước và hệ thống điều khiển, thiết đặt nhiệt độ.
Ngoài dạng trên, máy nước nóng năng lượng mặt trời dạng tấm phẳng còn có các nguyên lý trao đổi nhiệt khác như: Thiết kế dạng các ống đồng truyền nhiệt cho các ống góp, thiết kế các thanh hấp thụ nhiệt dạng lá, thiết kế các ống dẫn nhiệt dạng sử dụng môi chất trung gian….
Ưu điểm
Cơ bản nhất của máy nước nóng năng lượng mặt trời dạng tấm là hình dạng của chúng khá đẹp đẽ so với các loại máy nước nóng năng lượng mặt trời khác. Chúng có thể lắp đặt trên bất kỳ vị trí nào trên mái nhà mà không nhất thiết phải có bồn cấp nước đặt cao hơn nhờ bắt buộc có một hệ thống bơm nước cùng hệ thống điều khiển điện tử. Như vậy có thể nói máy nước nóng năng lượng mặt trời dạng tấm phù hợp cho các biệt thự đắt tiền được sở hữu bởi những người có điều kiện kinh tế cao.
Mặc dù tất cả các loại máy nước nóng năng lượng mặt trời đều có vị trí để lắp đặt thêm một thanh gia nhiệt phục vụ cho việc đun nóng nước trong điều kiện thời tiết mùa đông không có mặt trời, tuy nhiên các loại máy dùng ống thường không được tích hợp bộ thiết đặt điều khiển nhiệt độ phù hợp nên việc nung bổ xung này hầu như được thực hiện theo cách thủ công, tù mù, không biết lúc nào cần ngắt phù hợp. Trái lại, với loại máy nước nóng tấm phẳng, do có bộ điều khiển nhiệt tự động theo thiết đặt nên chúng có thể cấp nhiệt cho nước từ điện năng một cách kinh tế nhất, tối ưu nhất do tự động ngắt nguồn cấp sau khi nhiệt độ nước đạt tới mức độ thiết đặt.
Nhược điểm:
Do yêu cầu bắt buộc phải có điện để bơm, điều khiển hệ thống nên máy nước nóng năng lượng mặt trời sẽ không hoạt động nếu như bị mất điện. Mặt khác, nếu như loại máy nước nóng kiểu hấp thụ nhiệt dạng ống có khả năng chống thất thoát nhiệt ra môi trường khá tốt thì phần lớn máy dạng tấm tản nhiệt ra môi trường nhiều hơn, và do đó mà hiệu suất kém hơn. Tuy vậy nhược điểm lớn hơn cả là do tính phức tạp của máy dạng tấm là các thiết bị điện tử và bơm nước phải bắt buộc có nên đẩy giá thành của chúng lên khá cao, có thể đến mức gấp 4-10 lần so với máy dạng ống dầu. Nếu bạn tham khảo giá thì sẽ thấy chúng có thể có giá 20 triệu cho đến cỡ 60 triệu/máy có dung tích ở mức vừa phải.
Tác giả bài viết: Mai Nhiệm
