Giáo trình Năng lượng mặt trời - Lý thuyết và ứng dụng

trªn bÇu 
trêi, víi quy −íc giê mÆt trêi chÝnh ngä lµ thêi ®iÓm mÆt trêi ®i qua thiªn ®Ønh 
cña ng−êi quan s¸t. Giê mÆt trêi lµ thêi gian ®−îc sö dông trong mäi quan hÖ vÒ 
gãc mÆt trêi, nã kh«ng ®ång nghÜa víi giê theo ®ång hå. 
Quan hÖ h×nh häc gi÷a mét mÆt ph¼ng bè trÝ bÊt kú trªn mÆt ®Êt vµ bøc 
x¹ cña mÆt trêi truyÒn tíi, tøc lµ vÞ trÝ cña mÆt trêi so víi mÆt ph¼ng ®ã cã thÓ 
®−îc x¸c ®Þnh theo c¸c gãc ®Æc tr−ng sau (h×nh 2.5): 
- Gãc vÜ ®é φ: vÞ trÝ gãc t−¬ng øng víi vÜ ®é vÒ phÝa b¾c hoÆc vÒ phÝa nam 
®−êng xÝch ®¹o tr¸i ®Êt, víi h−íng phÝa b¾c lµ h−íng d−¬ng. 
 - 900 ≤ φ ≤ 900 
- Gãc nghiªng β: gãc gi÷a mÆt ph¼ng cña bÒ mÆt tÝnh to¸n vµ ph−¬ng n»m 
ngang. 
 0 ≤ β ≤ 1800 
(β > 900 nghÜa lµ bÒ mÆt nhËn bøc x¹ h−íng xuèng phÝa d−íi). 
- Gãc ph−¬ng vÞ cña bÒ mÆt γ: gãc lÖch cña h×nh chiÕu ph¸p tuyÕn bÒ mÆt trªn 
mÆt ph¼ng n»m ngang so víi ®−êng kinh tuyÕn. Gãc γ = 0 nÕu bÒ mÆt quay vÒ 
h−íng chÝnh nam, γ lÊy dÊu (+) nÕu bÒ mÆt quay vÒ phÝa t©y vµ lÊy dÊu (-) nÕu 
bÒ mÆt quay vÒ phÝa ®«ng. 
-1800 ≤ γ ≤ 1800 
 26
- Gãc giê ω: gãc chuyÓn ®éng cña vÞ trÝ mÆt trêi vÒ phÝa ®«ng hoÆc phÝa t©y cña 
kinh tuyÕn ®Þa ph−¬ng do qu¸ tr×nh quay cña tr¸i ®Êt quanh trôc cña nã vµ lÊy 
gi¸ trÞ 150 cho 1 giê ®ång hå, buæi s¸ng lÊy dÊu (-), buæi chiÒu lÊy dÊu (+). 
- Gãc tíi θ: gãc gi÷a tia bøc x¹ truyÒn tíi bÒ mÆt vµ ph¸p tuyÕn cña bÒ mÆt ®ã. 
- Gãc thiªn ®Ønh θz: gãc gi÷a ph−¬ng th¼ng ®øng (thiªn ®Ønh) vµ tia bøc x¹ tíi. 
Trong tr−êng hîp bÒ mÆt n»m ngang th× gãc thiªn ®Ønh chÝnh lµ gãc tíi θ. 
- Gãc cao mÆt trêi α : gãc gi÷a ph−¬ng n»m ngang vµ tia bøc x¹ truyÒn tíi, tøc 
lµ gãc phô cña gãc thiªn ®Ønh. 
- Gãc ph−¬ng vÞ mÆt trêi γs: gãc lÖch so víi ph−¬ng nam cña h×nh chiÕu tia bøc 
x¹ mÆt trêi truyÒn tíi trªn mÆt ph¼ng n»m ngang. Gãc nµy lÊy dÊu ©m (-) nÕu 
h×nh chiÕu lÖch vÒ phÝa ®«ng vµ lÊy dÊu d−¬ng (+) nÕu h×nh chiÕu lÖch vÒ phÝa 
t©y. 
- Gãc lÖch δ: vÞ trÝ gãc cña mÆt trêi t−¬ng øng víi giê mÆt trêi lµ 12 giê (tøc lµ 
khi mÆt trêi ®i qua kinh tuyÕn ®Þa ph−¬ng) so víi mÆt ph¼ng cña xÝch ®¹o tr¸i 
®Êt, víi h−íng phÝa b¾c lµ h−íng d−¬ng. 
-23,450 ≤ δ ≤ 23,450 
MÆt 
trêi
α
γ
γ
 θz
z
z
β
N
B
§
T
Thiªn 
®Ønh
Ph¸p tuyÕn tõ mÆt 
ph¼ng n»m ngang
 θ
H×nh 2.5. Quan hÖ c¸c gãc h×nh häc cña tia bøc x¹ mÆt trêi trªn mÆt ph¼ng nghiªng 
 27
Gãc lÖch δ cã thÓ tÝnh to¸n theo ph−¬ng tr×nh cña Cooper: 
 δ = 23,45.sin(360
365
284 n+
) 
trong ®ã n lµ thø tù ngµy cña 1 n¨m . 
Quan hÖ gi÷a c¸c lo¹i gãc ®Æc tr−ng ë trªn cã thÓ biÓu diÔn b»ng ph−¬ng 
tr×nh gi÷a gãc tíi θ vµ c¸c gãc kh¸c nh− sau: 
cosθ = sinδ.sinφ. cosβ - sinδ.cosφ. sinβ.cosγ + cosδ.cosφ.cosβ.cosω + 
 + cosδ.sinφ.sinβ.cosγ.cosω + cosδ.sinβ.sinγ.sinω 
 vµ: cosθ = cosθz.cosβ + sinθz.sinβ.cos(γs - γ) 
§èi víi bÒ mÆt n»m ngang gãc tíi θ chÝnh lµ gãc thiªn ®Ønh cña mÆt trêi θz, gi¸ 
trÞ cña nã ph¶i n»m trong kho¶ng 00 vµ 900 tõ khi mÆt trêi mäc ®Õn khi mÆt trêi 
ë thiªn ®Ønh (β = 0): 
 cosθz = cosφ.cosδ.cosω + sinφ.sinδ 
2.2.2. Bøc x¹ mÆt trêi ngoµi khÝ quyÓn lªn mÆt ph¼ng n»m ngang: 
T¹i thêi ®iÓm bÊt kú, bøc x¹ mÆt trêi ®Õn mét bÒ mÆt n»m ngang ngoµi 
khÝ quyÓn ®−îc x¸c ®Þnh theo ph−¬ng tr×nh: 
 zongo
nEE θcos.
365
.360cos.033.01. ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ += 
Thay gi¸ trÞ cosθz vµo ph−¬ng tr×nh trªn ta cã Eo.ng t¹i thêi ®iÓm bÊt kú tõ lóc 
mÆt trêi mäc ®Õn lóc mÆt trêi lÆn: 
( )δφωδφ sin.sincos.cos.cos
365
360cos.033.01. +⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ += nEE ongo 
TÝch ph©n ph−¬ng tr×nh nµy theo thêi gian tõ khi mÆt trêi mäc ®Õn khi 
mÆt trêi lÆn (6h ®Õn 18h mÆt trêi) ta sÏ ®−îc Eo. ngay lµ n¨ng l−îng bøc x¹ mÆt 
trêi trªn mÆt ph¼ng n»m ngang trong mét ngµy: 
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ +⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ += δφπωωδφπ sin.sin180sin.cos.cos365
360cos.033.01
3600.24
.
s
s
o
ngayo
nEE 
 víi ωs lµ gãc giê mÆt trêi lÆn (0) (tøc lµ gãc giê ω khi θz = 900) 
δφδφ
δφω tgtgs .cos.cos
sin.sincos −=−= 
 28
Ng−êi ta còng x¸c ®Þnh n¨ng l−îng bøc x¹ ngµy trung b×nh th¸ng Eoth 
b»ng c¸ch thay gi¸ trÞ n vµ δ trong c¸c c«ng thøc trªn lÊy b»ng gi¸ trÞ ngµy 
trung b×nh cña th¸ng vµ ®é lÖch δ t−¬ng øng. 
N¨ng l−îng bøc x¹ trªn mÆt ph¼ng n»m ngang trong mét giê nhÊt ®Þnh 
cã thÓ x¸c ®Þnh khi ph©n tÝch ph−¬ng tr×nh 1.9 trong kho¶ng thêi gian gi÷a c¸c 
gãc giê ω1 vµ ω2: 
( ) ( ) ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ −+−⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ += δφωωπωωδφπ sin.sin180sinsincos.cos365
360033.013600112 1221.
nExE ogioo
2.2.3. Tæng c−êng ®é bøc x¹ mÆt trêi lªn bÒ mÆt trªn tr¸i ®Êt 
Tæng bøc x¹ mÆt trêi lªn mét bÒ mÆt ®Æt trªn mÆt ®Êt bao gåm hai phÇn 
chÝnh ®ã lµ trùc x¹ vµ t¸n x¹. PhÇn trùc x¹ ®· ®ù¬c kh¶o s¸t ë trªn, cßn thµnh 
phÇn t¸n x¹ th× kh¸ phøc t¹p. H−íng cña bøc x¹ khuÕch t¸n truyÒn tíi bÒ mÆt lµ 
hµm sè cña ®é m©y vµ ®é trong suèt cña khÝ quyÓn, c¸c ®¹i l−îng nµy l¹i thay 
®æi kh¸ nhiÒu. Cã thÓ xem bøc x¹ t¸n x¹ lµ tæng hîp cña 3 thµnh phÇn (h×nh 
2.6). 
- Thµnh phÇn t¸n x¹ ®¼ng h−íng: phÇn t¸n x¹ nhËn ®−îc ®ång ®Òu tõ toµn bé 
vßm trêi. 
- Thµnh phÇn t¸n x¹ quanh tia: phÇn t¸n x¹ bÞ ph¸t t¸n cña bøc x¹ mÆt trêi xung 
quanh tia mÆt trêi. 
- Thµnh phÇn t¸n x¹ ch©n trêi: phÇn t¸n x¹ tËp trung gÇn ®−êng ch©n trêi. 
 29
Gãc khuÕch t¸n ë møc ®é nhÊt ®Þnh phô thuéc ®é ph¶n x¹ Rg (cßn gäi lµ albedo 
-suÊt ph©n chiÕu) cña mÆt ®Êt. Nh÷ng bÒ mÆt cã ®é ph¶n x¹ cao (vÝ dô bÒ mÆt 
tuyÕt xèp cã Rg = 0,7) sÏ ph¶n x¹ m¹nh bøc x¹ mÆt trêi trë l¹i bÇu trêi vµ lÇn 
l−ît bÞ ph¸t t¸n trë thµnh thµnh phÇn t¸n x¹ ch©n trêi. 
Nh− vËy bøc x¹ mÆt trêi truyÒn ®Õn mét bÒ mÆt nghiªng lµ tæng cña c¸c 
dßng bøc x¹ bao gåm: trùc x¹ Eb, 3 thµnh phÇn t¸n x¹ Ed1, Ed2, Ed3 vµ bøc x¹ 
ph¶n x¹ tõ c¸c bÒ mÆt kh¸c l©n cËn Er: 
EΣ = Eb + Ed1 + Ed2 + Ed3 + Er 
Tuy nhiªn viÖc tÝnh to¸n c¸c ®¹i l−îng t¸n x¹ nµy rÊt phøc t¹p. V× vËy 
ng−êi ta gi¶ thiÕt lµ sù kÕt hîp cña bøc x¹ khuÕch t¸n vµ bøc x¹ ph¶n x¹ cña 
mÆt ®Êt lµ ®¼ng h−íng, nghÜa lµ tæng cña bøc x¹ khuÕch t¸n tõ bÇu trêi vµ bøc 
x¹ ph¶n x¹ cña mÆt ®Êt lµ nh− nhau trong mäi tr−êng hîp kh«ng phô thuéc 
h−íng cña bÒ mÆt. Nh− vËy tæng x¹ trªn bÒ mÆt nghiªng sÏ lµ tæng cña trùc x¹ 
Eb.Bb vµ t¸n x¹ trªn mÆt n»m ngang Ed. 
Khi ®ã mét bÒ mÆt nghiªng t¹o mét gãc β so víi ph−¬ng n»m ngang sÏ 
cã tæng x¹ b»ng tæng cña 3 thµnh phÇn: 
 ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −+⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ ++= ∑∑ 2
cos1.
2
cos1 ββ
β gdbb REEBEE 
thµnh phÇn t¸n 
x¹ ®¼ng huíng
thµnh phÇn t¸n 
x¹ ch©n trêi
thµnh phÇn t¸n 
x¹ quanh tia
Tia trùc x¹
H×nh 2.6. S¬ ®å ph©n bè c¸c thµnh phÇn bøc x¹ khuÕch t¸n. 
 30
Trong ®ã : EΣ lµ tæng x¹ trªn bÒ mÆt n»m ngang, 
 (1 + cosβ)/2 = Fcs lµ hÖ sè gãc cña bÒ mÆt ®èi víi bÇu trêi 
 (1 - cosβ)/2 = Fcg lµ hÖ sè gãc cña bÒ mÆt ®èi víi mÆt ®Êt 
 Rg lµ hÖ sè ph¶n x¹ bøc x¹ cña m«i tr−êng xung quanh. 
Vµ ta cã tû sè bøc x¹ Bb cña bÒ mÆt nghiªng gãc β so víi bÒ mÆt ngang: 
zzn
n
bng
n
b E
E
E
EB θ
θ
θ
θ
cos
cos
cos.
cos. === 
 En lµ c−êng ®é bøc x¹ mÆt trêi tíi theo ph−¬ng bÊt kú, 
 Ebng lµ bøc x¹ mÆt trêi theo ph−¬ng vu«ng gãc víi mÆt n»m ngang, 
 Ebngh lµ bøc x¹ mÆt trêi theo ph−¬ng vu«ng gãc víi mÆt ph¼ng nghiªng, 
cosθ vµ cosθz ®−îc x¸c ®Þnh bëi c¸c ph−¬ng tr×nh trªn vµ c¸c gãc ®−îc 
biÓu diÔn trªn h×nh 2.8. 
T¸n x¹ 
®½ng 
huíng
T¸n x¹ 
ch©n trêi
T¸n x¹ 
quanh tia
Tia trùc x¹
MÆt ®Êt
Ph¶n x¹ tõ mÆt ®Êt
β
H×nh 2.7. C¸c thµnh phÇn bøc x¹ lªn bÒ mÆt nghiªng. 
θz
Ebng
En
β
θ
Ebngh
nE
H×nh 2.8. Bøc x¹ trùc x¹ trªn bÒ mÆt n»m ngang vµ nghiªng. 
 31
Trong tênh toaïn kyî thuáût, coï thãø coi cæåìng âäü bæïc xaû tåïi màût âáút laì haìm 
cuía thåìi gian τ, tênh tæì luïc màût tråìi moüc, τ = 0 âãún khi màût tråìi làûn τ =τn/2, våïi 
τn=24h = 24.3600s nhæ sau: E(τ) = En.sinϕ(τ) 
 ϕ(τ) = ω.τ laì goïc nghiãng tia nàõng so våïi màût âáút, 
 srad
n
/10.72,7
3600.24
22 5−=== πτ
πω laì täúc âäü goïc tæû xoay cuía traïi âáút, 
En[W/m2] laì cæåìng âäü bæïc xaû cæûc âaûi trong ngaìy, láúy trë trung bçnh caí 
nàm theo theo säú liãûu säú liãûu âo læåìng thæûc tãú taûi vé âäü cáön xeït. 
2.3. Bøc x¹ mÆt trêi truyÒn qua kÝnh 
 §é hÊp thô, truyÒn qua vµ ph¶n x¹ cña vËt liÖu lµ hµm sè cña bøc x¹ truyÒn 
tíi, ®é dµy vµ chØ sè khóc x¹ cña líp vËt liÖu ®ã. HÇu hÕt c¸c bé thu NLMT ®Òu 
sö dông kÝnh lµm vËt liÖu che phñ bÒ mÆt bé thu v× tÝnh chÊt quang häc −u viÖt 
cña nã. 
2.3.1. HiÖu øng lång kÝnh 
Hiãûu æïng läöìng kênh 
laì hiãûn tæåüng têch luyî nàng 
læåüng bæïc xaû cuía màût tråìi 
phêa dæåïi mäüt táúm kênh 
hoàûc mäüt låïp khê naìo âoï, 
vê duû CO2 hoàûc NOx. Giaíi 
thêch hiãûu æïng läöng kênh 
nhæ sau: Táúm kênh hoàûc 
låïp khê coï âäü trong âån 
sàõc Dλ giaím dáön khi bæåïc 
soïng λ tàng. Coìn bæåïc 
soïng λmkhi Eλ cæûc âaûi, laì 
bæåïc soïng mang nhiãöu 
nàng læåüng nháút, thç laûi 
giaím theo âënh luáût Wien 
λ = 2,9.10-3/T. 
 Bæïc xaû màût tråìi, phaït ra tæì nhiãût âäü cao T0 = 5762K, coï nàng læåüng táûp 
trung quanh soïng λm0 = 0,5µm, seî xuyãn qua kênh hoaìn toaìn, vç D(λm0) ≈ 1. 
Bæïc xaû thæï cáúp, phaït tæì váût thu coï nhiãût âäü tháúp, khoaíng T ≤ 400K, coï nàng 
læåüng táûp trung quanh soïng λm = 8µm, háöu nhæ khäng xuyãn qua kênh, vç D(λm) 
Eλ
(µm)λ
λmo= 0,5 λm = 8
λ
D
0
0
1
To
T
 Hinh 2.9. Hiãûu æïng läìng kênh. 
 32
≈ 0, vaì bë phaín xaû laûi màût thu. Hiãûu säú nàng læåüng (vaìo - ra) > 0, âæåüc têch luyî 
phêa dæåïi táúm kênh, laìm nhiãût âäü taûi âoï tàng lãn. 
2.3.2. Sù ph¶n x¹ cña bøc x¹ mÆt trêi 
 §èi víi c¸c bÒ mÆt nh½n, biÓu thøc Fresnel cña ®é ph¶n x¹ bøc x¹ qua 
m«i tr−êng thø nhÊt cã ®é khóc x¹ (chiÕt suÊt) n1 ®Õn m«i tr−êng thø 2 cã chiÕt 
suÊt n2 lµ: 
( )
( )122
12
2
sin
sin
θθ
θθ
+
−=⊥r ®èi víi thµnh phÇn vu«ng gãc. 
 r// = 
( )
( )122
12
2
θθ
θθ
+
−
tg
tg
 ®èi víi thµnh phÇn song song cña bøc x¹ . 
 r = 
i
r
E
E
= 
2
//rr +⊥ lµ ®é ph¶n x¹ trung b×nh cña hai thµnh phÇn song 
song vµ vu«ng gãc. 
Ei, Er, t−¬ng øng lµ c−êng ®é bøc x¹ tíi, c−êng ®é bøc x¹ ph¶n x¹. 
C¸c gãc θ1 vµ θ2 lµ gãc tíi vµ gãc khóc x¹ (h×nh 2.10) cã quan hÖ víi ®é khóc 
x¹ n theo ®Þnh luËt Snell: 
1
2
2
1
sin
sin
θ
θ=
n
n
Nh− vËy nÕu biÕt c¸c ®¹i l−îng gãc θ1, θ2, vµ chiÕt suÊt c¸c m«i tr−êng n1, n2 ta 
cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc ®é ph¶n x¹ r cña bÒ mÆt. §èi víi tia bøc x¹ tíi vu«ng gãc 
θ
1
2
n 1
n 2
m«i truêng 1
m«i truêng 2
Ei
rE
dE
θ
 H×nh 2.10. Qu¸ tr×nh truyÒn cña tia bøc x¹. 
 33
θ1, θ2 = 0 vµ c¸c ph−¬ng tr×nh trªn cã thÓ kÕt hîp: 
( )
2
21
21
0 ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
+
−==
nn
nn
E
Er
i
r 
NÕu mét m«i tr−êng lµ kh«ng khÝ (chiÕt suÊt n2 ≈ 1) th×: 
( )
2
1
1
0 1
1
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
+
−==
n
n
E
Er
i
r 
§èi víi c¸c lo¹i bé thu NLMT, th−êng sö dông kÝnh hoÆc vËt liÖu mµng 
máng trong suèt phñ trªn bÒ mÆt hÊp thô nhiÖt bøc x¹, v× vËy lu«n cã 2 bÒ mÆt 
ng¨n c¸ch cña mçi líp vËt liÖu phñ g©y ra tæn thÊt ph¶n x¹. NÕu bá qua nhiÖt 
l−îng hÊp thô cña líp vËt liÖu nµy vµ xÐt t¹i thêi ®iÓm mµ chØ cã thµnh phÇn 
vu«ng gãc cña bøc x¹ tíi (h×nh 2.11), th× ®¹i l−îng (1 - r⊥ ) cña tia bøc x¹ tíi sÏ 
tíi ®−îc bÒ mÆt thø 2, trong ®ã (1 - r⊥ )2 ®i qua bÒ mÆt ph©n c¸ch vµ r⊥ (1 - r⊥ ) 
bÞ ph¶n x¹ trë l¹i bÒ mÆt ph©n c¸ch thø nhÊt v.v...Céng tÊt c¶ c¸c thµnh phÇn 
®−îc truyÒn qua th× hÖ sè truyÒn qua cña thµnh phÇn vu«ng gãc: 
 ( ) ( )∑
⊥
⊥
⊥
⊥
⊥⊥⊥ +
−=−
−=−=
r
r
r
rrrd n
1
1
1
1
1
2
22 
§èi víi thµnh phÇn song song còng cã kÕt qu¶ t−¬ng tù vµ hÖ sè truyÒn 
qua trung b×nh cña c¶ hai thµnh phÇn: 
 ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
+
−++
−=
⊥
⊥
r
r
r
rdr 1
1
1
1
2
1
NÕu bé thu cã N líp vËt liÖu phñ trong suèt nh− nhau th×: 
 ( ) ( ) ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
−+
−+−+
−=
⊥
⊥
rN
r
rN
rdrN 121
1
121
1
2
1
1 r (1-r) r
2
(1-r) r
2
2
(1-r) (1-r) r
2 (1-r) r
2 4
(1
-r
) 
r
2
2
(1-r) r
(1-r) 
3
3
(1
-r
) r
(1-r) r 4
 H×nh 2.11. Qu¸ tr×nh truyÒn cña tia bøc x¹ qua líp phñ kh«ng hÊp thô. 
 34
2.3.3. Tæn thÊt do hÊp thô bøc x¹ cña kÝnh 
Sù hÊp thô bøc x¹ trong vËt liÖu kh«ng trong suèt ®−îc x¸c ®Þnh bëi ®Þnh 
luËt Bougure dùa trªn gi¶ thiÕt lµ bøc x¹ bÞ hÊp thô tû lÖ víi c−êng ®é bøc x¹ 
qua vËt liÖu vµ kho¶ng c¸ch x mµ bøc x¹ ®i qua: dE = - EKdx víi K lµ h»ng sè 
tû lÖ. LÊy tÝch ph©n däc theo ®−êng ®i cña tia bøc x¹ trong vËt liÖu tõ 0 ®Õn δ 
/cosθ2 (víi δ lµ chiÒu dµy cña líp vËt liÖu) ta cã hÖ sè truyÒn qua cña vËt liÖu 
khi cã hÊp thô bøc x¹: 
 Da = 
i
d
E
E
 = exp ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛−
2cosθ
δK
Trong ®ã, Ed lµ c−êng ®é bøc x¹ truyÒn qua líp vËt liÖu. 
§èi víi kÝnh: K cã trÞ sè xÊp xØ 4m-1 ®èi víi lo¹i kÝnh cã c¹nh mµu tr¾ng 
b¹c vµ xÊp xØ 32m-1 ®èi víi lo¹i kÝnh cã c¹nh mµu xanh lôc. 
2.3.4. HÖ sè truyÒn qua vµ hÖ sè ph¶n x¹ cña kÝnh 
HÖ sè truyÒn qua, hÖ sè ph¶n x¹ vµ hÖ sè hÊp thô cña mét líp vËt liÖu cã 
thÓ ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau : 
§èi víi thµnh phÇn vu«ng gãc cña bøc x¹: 
( )
( ) ( ) ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡
−
−
+
−=−
−=
⊥
⊥
⊥
⊥
⊥
⊥
⊥ 2
2
2
2
1
1
1
1
1
1
a
a
a
a
Dr
r
r
rD
Dr
rDD 
( )
( ) ( )⊥⊥⊥
⊥⊥
⊥⊥ +=−
−+= DDr
Dr
rDrrR a
a
a .1
.1
.1
2
22
 ( ) ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
−
−−= ⊥⊥
a
a Dr
rDA
.1
1
1 
Thµnh phÇn song song cña bøc x¹ còng ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c¸c biÓu 
thøc t−¬ng tù. §èi víi bøc x¹ tíi kh«ng ph©n cùc, c¸c tÝnh chÊt quang häc ®−îc 
x¸c ®Þnh b»ng trung b×nh céng cña hai thµnh phÇn nµy. 
§èi víi c¸c bé thu NLMT thùc tÕ, Da th−êng lín h¬n 0,9 vµ r ≈ 0,1. V× 
vËy tõ ph−¬ng tr×nh trªn ta cã gi¸ trÞ D⊥ ≈ 1 (t−¬ng tù D// ≈ 1). 
2.3.5. HÖ sè truyÒn qua ®èi víi bøc x¹ khuÕch t¸n 
 Do bøc x¹ khuÕch t¸n lµ v« h−íng nªn vÒ nguyªn t¾c l−îng bøc x¹ nµy 
truyÒn qua kÝnh cã thÓ ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch tÝch ph©n dßng bøc x¹ theo tÊt 
c¶ c¸c gãc tíi. Tuy nhiªn do sù ph©n bè gãc cña bøc x¹ khuÕch t¸n nãi chung 
 35
kh«ng thÓ x¸c ®Þnh ®ù¬c nªn khã x¸c ®Þnh biÓu thøc tÝch ph©n nµy. NÕu bøc x¹ 
khuÕch t¸n ®Õn kh«ng phô thuéc gãc tíi th× cã thÓ tÝnh to¸n ®¬n gi¶n hãa b»ng 
c¸ch ®Þnh nghÜa mét gãc t−¬ng ®−¬ng ®èi víi bøc x¹ cã cïng hÖ sè truyÒn qua 
nh− t¸n x¹. §èi víi mét kho¶ng kh¸ réng c¸c ®iÒu kiÖn tÝnh to¸n th× gãc t−¬ng 
®−¬ng nµy lµ 600. Nãi c¸ch kh¸c, trùc x¹ víi gãc tíi 600 cã cïng hÖ sè truyÒn 
qua nh− bøc x¹ khuÕch t¸n ®¼ng h−íng. 
 H×nh 2.12 lµ quan hÖ gi÷a gãc tíi hiÖu qu¶ cña bøc x¹ t¸n x¹ ®¼ng h−íng 
vµ bøc x¹ ph¶n x¹ tõ mÆt ®Êt víi c¸c gãc nghiªng kh¸c nhau cña bé thu. Cã thÓ 
x¸c ®Þnh gÇn ®óng quan hÖ nµy b»ng biÓu thøc to¸n häc sau: 
 - §èi víi bøc x¹ ph¶n x¹ tõ mÆt ®Êt: 
 θhq = 90 - 0,5788β + 0,002693β2 
 - §èi víi bøc x¹ khuÕch t¸n: 
 θhq = 59,7 - 0,1388β + 0,001497β2 
55
60
65
70
75
80
85
90
Bøc x¹ ph¶n 
x¹ tõ mÆt ®Êt
Bøc x¹ khuÕch 
t¸n tõ bÇu trêi
θ hq
β
G
ãc
 tí
i h
iÖ
u 
qu
¶,
 H×nh 2.12. Gãc tíi hiÖu qu¶ cña t¸n x¹ ®¼ng h−íng vµ bøc x¹ 
 ph¶n x¹ tõ mÆt ®Êt trªn mÆt ph¼ng nghiªng. 
 36
2.3.6. TÝch sè cña hÖ sè truyÒn qua vµ hÖ sè hÊp thô (DA) 
 TÝch sè DA cña hÖ sè truyÒn qua vµ hÖ sè hÊp thô ®−îc xem nh− ký hiÖu 
biÓu diÔn tÝnh chÊt cña mét tæ hîp bé thu vµ kÝnh (DA). Trong sè bøc x¹ xuyªn 
qua kÝnh vµ tíi bÒ mÆt bé thu, mét phÇn l¹i bÞ ph¶n x¹ trë l¹i hÖ thèng kÝnh. 
Tuy nhiªn, kh«ng ph¶i tÊt c¶ l−îng bøc x¹ nµy bÞ mÊt ®i mµ mét phÇn lín trong 
sè ®ã l¹i ®−îc ph¶n x¹ trë l¹i bé thu nhê hiÖu øng lång kÝnh (nh− biÓu diÔn 
trong h×nh 2.13), trong ®ã D lµ hÖ sè truyÒn qua cña hÖ thèng kÝnh vµ A lµ hÖ sè 
hÊp thô cña bÒ mÆt bé thu. 
Nh− vËy trong sè n¨ng l−îng tíi, DA lµ phÇn sÏ ®−îc bé thu hÊp thô, cßn 
(1-A)D lµ phÇn bÞ ph¶n x¹ trë l¹i hÖ thèng kÝnh che. Sù ph¶n x¹ nµy ®−îc gi¶ 
thiÕt lµ khuÕch t¸n vµ nh− vËy phÇn n¨ng l−îng (1- A)D tíi tÊm phñ lµ bøc x¹ 
khuÕch t¸n vµ (1- A).D.Rd lµ phÇn ®−îc ph¶n x¹ trë l¹i bÒ mÆt bé thu. §¹i l−îng 
Rd lµ hÖ sè ph¶n x¹ cña hÖ thèng kÝnh ®èi víi bøc x¹ khuÕch t¸n tõ bÒ mÆt bé 
thu vµ cã thÓ x¸c ®Þnh tõ ph−¬ng tr×nh Rd = Da (1-Dr) = Da - D nh− ®é chªnh 
lÖch gi÷a Da vµ D ë gãc tíi 60
0. NÕu hÖ thèng kÝnh gåm 2 líp (hay nhiÒu líp) 
th× Rd sÏ h¬i kh¸c so víi ®é ph¶n x¹ khuÕch t¸n cña bøc x¹ tíi. Sù ph¶n x¹ 
nhiÒu lÇn ®èi víi bøc x¹ khuÕch t¸n sÏ tiÕp tôc ®Ó cho phÇn n¨ng l−îng tíi ®−îc 
hÊp thô cã trÞ sè: 
 ( ) ( )[ ] ( )∑
∞
= −−=−= 0 111n d
n
d RA
DARADADA 
DΑ DΑ(1-Α)R 22
D
(1-Α)D
(1-Α)DR
(1-Α) DR
(1-Α) DR2
2
DΑ(1-Α) R
2d
d
d
d d
Bøc x¹ mÆt trêi ®Õn
HÖ thèng líp kÝnh
BÒ mÆt hÊp thô
 H×nh 2.13. Qu¸ tr×nh hÊp thô bøc x¹ mÆt trêi cña bé thu kiÓu lång kÝnh 
 37
Nãi kh¸c ®i, sÏ cã (DA) phÇn n¨ng l−îng bøc x¹ truyÒn tíi ®−îc bÒ mÆt hÊp thô 
bé thu. 
Trong thùc tÕ A kh¸ lín vµ Rd kh¸ nhá nªn mét c¸ch gÇn ®óng ng−êi ta 
th−êng x¸c ®Þnh: 
(DA) = 1,01 . D . A 
Do D vµ A phô thuéc gãc tíi θ nªn ®−¬ng nhiªn tÝch sè (DA) còng phô 
thuéc gãc tíi θ. §Ó x¸c ®Þnh quan hÖ gi÷a (DA) vµ θ cã thÓ sö dông ®å thÞ ë 
h×nh 2.14, trong ®ã (DA)n lµ tÝch sè (DA) øng víi tr−êng hîp tia tíi vu«ng gãc 
víi bÒ mÆt bé thu (θ = 0). 
2.3.7. Tæng bøc x¹ mÆt trêi hÊp thô ®−îc cña bé thu 
N¨ng l−îng bøc x¹ mÆt trêi ®−îc bé thu hÊp thô gåm 3 thµnh phÇn 
chÝnh: trùc x¹, t¸n x¹, ph¶n x¹ cña mÆt ®Êt. Víi bé thu ®Æt nghiªng mét gãc β ta 
cã tæng bøc x¹ mÆt trêi hÊp thô cña bé thu nh− sau: 
 ( ) ( ) ( )( ) ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −++⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ ++=
2
cos1
2
cos1 ββ
gdbdddbbb DAEERDAEDABES 
Eb, Ed lµ c−êng ®é bøc x¹ trùc x¹ vµ t¸n x¹, 
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
0
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
n
θ ( )o
Sè líp kÝnh 1
2
3
4
(DΑ)
(DΑ)
 H×nh 2.14. §−êng cong (DA)/(DA)n cña bé thu cã 1,2,3,4 líp kÝnh. 
 38
Bb lµ tû sè gi÷a bøc x¹ trùc x¹ lªn mÆt ph¼ng nghiªng vµ lªn mÆt ph¼ng 
n»m ngang, 
(1+cosβ)/2 vµ (1-cosβ)/2 lµ hÖ sè gãc cña bé thu ®èi víi t−¬ng øng bÇu 
trêi vµ mÆt ®Êt, 
(DA)b, (DA)d, (DA)g lµ tÝch sè hÖ sè truyÒn qua vµ hÖ sè hÊp thô t−¬ng 
øng ®èi víi trùc x¹, t¸n x¹ vµ ph¶n x¹ tõ mÆt ®Êt. 
2.4. C©n b»ng nhiÖt vµ nhiÖt ®é c©n b»ng cña vËt thu bøc x¹ mÆt trêi 
Nhiãût âäü cán bàòng τ cuía váût thu bæïc xaû màût tråìi laì nhiãût âäü äøn âënh trãn 
bãö màût váût, khi coï sæû cán bàòng giæîa cäng suáút bæïc xaû váût háúp thuû âæåüc vaì cäng 
suáút nhiãût phaït tæì váût ra mäi træåìng. 
Nhiãût âäü cán bàòng chênh laì nhiãût âäü låïn nháút maì váût coï thãø âaût tåïi sau 
thåìi gian thu bæïc xaû màût tråìi âaî láu, khi ∆U cuía váût = 0. 
Nhiãût âäü cán bàòng τ cuía váût thu bæïc xaû màût tråìi laì nhiãût âäü äøn âënh trãn 
bãö màût váût, khi coï sæû cán bàòng giæîa cäng suáút bæïc xaû váût háúp thuû dæåüc vaì cäng 
suáút nhiãût phaït tæì váût ra mäi træåìng. 
 Ta seî láûp cäng thæïc 
tênh nhiãût âäü cán bàòng T 
cuía váût V coï diãûn têch 
xung quanh F, hãû säú háúp 
thuû A, hãû säú bæïc xaû ε âàût 
trong chán khäng caïch màût 
tråìi mäüt khoaíng r coï diãûn 
têch hæïng nàõng Ft, laì hçnh 
chiãúu cuía F lãn màût phàóng 
vuäng goïc tia nàõng, hay 
chênh laì diãûn têch “caïi 
boïng” cuía V. Phæång trçnh 
cán bàòng nhiãût cho V coï 
daûng: 
 Cäng suáút do V háúp thuû 
= Cäng suáút phaït bæïc xaû tæì 
V. 
Hay: A.Et.Ft = E.F → A.σ0.T04(D/2r)2.Ft = ε.σ0.T04 F . Suy ra: 
 T(r, Ft, F, A, ε) = 4
1
2
1
0 2
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛
F
AF
r
DT tε , [K] 
Ft
MÀÛT TRÅÌI
D, To
T, F, A, ε
r
Ft(τ)
F, V, A, C, ρ, ε
t(τ)
E(τ)
tf
α
MT
 Hçnh 2.15. Xaïc âënh T vaì t (τ) 
 39
 Nãúu V laì váût xaïm, coï A = ε, thç T(r, Ft, F) = 4
1
2
1
0 2
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛
F
F
r
DT t , [K] 
 Nãúu V laì váût xaïm hçnh cáöu, coï Ft/F=1/4, thç T(r) = r
DT02
1 , [K] 
 Nãúu váût V coï thäng säú (ρ, C, ε, A, F, V) âàût trong khê quyãøn nhiãût âäü tf, 
toaí nhiãût phæïc håüp hãû säú α, thç phæång trçnh cán bàòng nhiãût trong thåìi gian dτ 
cho V la ì: 
 δQA = dU + δQα hay A.En.sin(ω.τ).Ft(τ).dτ = ρ.V.C.dt + α.F.(t - tf) .dτ 
 coï daûng )sin()( ωττρρ
α
τ t
m F
VC
AE
VC
Ft
d
dt =+ 
 Khi biãút luáût thay âäøi diãûn têch thu nàng Ft(τ), coï thãø giaíi phæång trçnh vi 
phán våïi âiãöu kiãûn âáöu t(τ = 0) = tf âãø tçm haìm biãún âäøi t(τ) cuía nhiãût âäü váût 
theo thåìi gian. 
2.5. §o c−êng ®é bøc x¹ mÆt trêi. 
Ngoµi ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh c−êng ®é bøc x¹ mÆt trêi t¹i mét ®iÓm bÊt 
kú dùa trªn vÞ trÝ ®Þa lý (®é cao mÆt trêi trêi) nh− trªn, trong thùc tÕ ng−êi ta ®· 
chÕ t¹o c¸c dông cô ®o c−êng ®é bøc x¹ mÆt trêi (pyrheliometer, actinometer - 
®o bøc trùc x¹, vµ pyranometer, Solarimeter- ®o tæng x¹ ). 
 Trùc x¹ kÕ - Pyrheliometer 
 NhËt x¹ kÕ - Pyranometer 
 §Çu ®o - Sensor