Nước nóng năng lượng mặt trời (Solar Water Heating – SWH) là hệ thống sử dụng nhiệt của ánh sáng mặt trời để làm nóng nước, thay vì chuyển đổi thành điện như các tấm pin PV. Công nghệ này được ứng dụng rộng rãi trong gia đình, khách sạn, nông nghiệp và công nghiệp nhờ khả năng tiết kiệm năng lượng lớn và chi phí vận hành gần như bằng 0.
Hệ thống sưởi năng lượng mặt trời (Solar Heating System) mở rộng nguyên lý này để cung cấp nhiệt cho không gian, nhà kính, bể bơi, chuồng trại hoặc dùng trong các dây chuyền công nghiệp.
Cấu tạo cơ bản
a. Tấm thu nhiệt (Solar Collector) – bộ phận quan trọng nhất
Tấm thu nhiệt là “trái tim” của toàn bộ hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời. Đây là nơi tiếp nhận bức xạ mặt trời, chuyển đổi chúng thành nhiệt và truyền nhiệt này cho nước hoặc chất truyền nhiệt (heat-transfer fluid).
Chức năng chính
- Hấp thụ năng lượng mặt trời với hiệu suất cao.
- Chuyển đổi bức xạ → nhiệt thông qua các lớp hấp thụ đặc biệt.
- Truyền nhiệt cho nước hoặc chất lỏng độc lập (glycol) trong ống dẫn.
- Giảm tối đa thất thoát nhiệt ra môi trường nhờ lớp cách nhiệt và mặt kính che phủ.
Cấu tạo cơ bản của Solar Collector
Tùy loại (tấm phẳng – Flat Plate Collector hoặc ống chân không – Evacuated Tube Collector) nhưng nhìn chung gồm:
Mặt kính che phủ (Cover Glass / Glazing)
- Là lớp kính cường lực trong suốt chuyên dụng.
- Cho phép ánh sáng đi qua tốt, nhưng hạn chế thất thoát nhiệt nhờ hiệu ứng nhà kính.
- Chống bụi, mưa đá, tia UV.
Tấm hấp thụ nhiệt (Absorber Plate) – quan trọng nhất
- Là lớp kim loại (đồng hoặc nhôm) phủ sơn hấp thụ nhiệt đặc biệt (Selective Coating).
- Màu đen, có khả năng hấp thụ 95–97% bức xạ mặt trời.
- Chuyển đổi bức xạ thành nhiệt năng.
Ống dẫn nhiệt / Ống dẫn nước (Heat Pipes hoặc Water Tubes)
- Gắn chặt với tấm hấp thụ.
- Truyền nhiệt trực tiếp cho nước.
- Ở hệ ống chân không, ống là dạng “heat pipe” dùng môi chất bay hơi.
Lớp cách nhiệt (Insulation Layer)
- Thường dùng polyurethane hoặc sợi thủy tinh.
- Chống thất thoát nhiệt ra môi trường.
- Bảo đảm hiệu suất tấm thu cao, đặc biệt vào sáng sớm hoặc chiều tối.
Khung và vỏ bảo vệ (Frame & Casing)
- Làm bằng nhôm hoặc thép không gỉ.
- Chịu được nắng, mưa, gió, sương muối.
- Bảo vệ toàn bộ cấu trúc bên trong.
Vai trò của tấm thu nhiệt trong toàn hệ thống
- Chiếm 70–80% hiệu suất tổng.
- Hiệu suất càng cao thì nước nóng tạo ra càng nhiều.
- Tấm thu quyết định:
- Nhiệt độ nước tối đa
+ Tốc độ làm nóng
+ Khả năng hoạt động trong mùa lạnh
+ Độ bền hệ thống
b. Bình bảo ôn (Storage Tank / Water Tank)
Bình bảo ôn là nơi lưu trữ nước nóng sau khi được làm nóng từ tấm thu nhiệt. Đây là bộ phận thứ hai quan trọng nhất trong hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời, quyết định khả năng giữ nhiệt và cung cấp nước nóng ổn định cho gia đình hoặc cơ sở sản xuất.
Chức năng chính
- Giữ nước nóng trong thời gian dài (từ 24–72 giờ tùy loại).
- Ổn định áp lực và lưu lượng nước nóng trong hệ thống.
- Cung cấp nước nóng cho các thiết bị: vòi sen, máy giặt, bếp, hệ thống sưởi sàn, khách sạn, nhà máy…
Cấu tạo cơ bản
Bình bảo ôn thường gồm 3 lớp:
Lớp vỏ ngoài (Outer Shell)
- Thường làm từ inox 304/316, nhôm hoặc thép phủ sơn tĩnh điện.
- Có nhiệm vụ bảo vệ kết cấu và tăng độ bền trước thời tiết khắc nghiệt.
Lớp cách nhiệt (Insulation Layer)
Là lớp quan trọng nhất, dùng vật liệu:
- Polyurethane (PU) Foam – phổ biến nhất, chống thất thoát nhiệt rất tốt.
- Bọt Polystyrene (EPS) hoặc bông thủy tinh (một số dòng giá rẻ).
Giúp giảm thất thoát nhiệt, giữ nước nóng lâu hơn và tiết kiệm năng lượng.
Lớp ruột bình (Inner Tank / Liner)
- Là bề mặt tiếp xúc trực tiếp với nước nóng.
- Vật liệu:
+ Inox SUS 304/316 (cao cấp, chống ăn mòn)
+ Tráng men (Glass-lined steel) – chịu nhiệt cao, chống đóng cặn
Các bộ phận phụ trợ
- Van xả khí (Air Vent Valve): giải phóng áp suất dư.
- Van an toàn (Safety Valve): chống nổ khi áp suất hoặc nhiệt tăng quá mức.
- Thanh magie (Magnesium Anode Rod): giảm ăn mòn điện hóa bên trong bình.
- Cảm biến nhiệt (Temperature Sensor): dùng cho hệ thống tự động hoặc bơm tuần hoàn.
- Đầu vào – đầu ra nước nóng/lạnh được bố trí để tối ưu đối lưu.
c. Ống dẫn nhiệt / Chất tải nhiệt (Heat Pipes & Heat Transfer Fluid)
Trong hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời, ống dẫn nhiệt và chất tải nhiệt đóng vai trò trung gian truyền nhiệt từ tấm thu nhiệt (collector) đến bình bảo ôn (storage tank). Đây là bộ phận đảm bảo quá trình trao đổi nhiệt diễn ra nhanh, ổn định và an toàn.
Ống dẫn nhiệt (Heat Pipes)
Khái niệm
- Là các ống kim loại rỗng (thường bằng đồng), bên trong chứa một lượng nhỏ chất lỏng dễ bay hơi.
- Hoạt động dựa trên nguyên lý bay hơi – ngưng tụ để truyền nhiệt cực nhanh.
Cách hoạt động
- Mặt trời làm nóng phần đáy ống → chất lỏng bên trong bay hơi.
- Hơi nóng di chuyển lên đầu ống gắn vào giàn ống chân không hoặc ống góp.
- Hơi ngưng tụ lại thành lỏng, giải phóng nhiệt vào hệ thống nước.
- Chất lỏng quay xuống đáy ống → chu trình lặp lại.
Đặc điểm
- Truyền nhiệt rất nhanh và hiệu quả.
- Không tiếp xúc trực tiếp với nước → tránh bám cặn, an toàn và bền bỉ.
- Thường dùng trong hệ thống ống chân không (Evacuated Tube Collectors).
Chất tải nhiệt (Heat Transfer Fluid – HTF)
Khái niệm
Là chất lỏng trung gian dùng để mang nhiệt từ bộ thu về bình chứa. Tùy loại hệ thống, HTF có thể là:
- Nước (phổ biến ở hệ thống khí hậu nóng, không đóng băng).
- Dung dịch glycol – water (cho vùng lạnh, chống đông).
- Dầu nhiệt (cho hệ thống nhiệt độ cao).
Vai trò của chất tải nhiệt
- Dẫn nhiệt hiệu quả từ tấm thu nhiệt sang bình bảo ôn.
- Chống đông (đối với dung dịch glycol) khi thời tiết xuống 0°C.
- Ngăn ăn mòn và kéo dài tuổi thọ hệ thống.
- Ổn định nhiệt, giúp hệ thống hoạt động liên tục ngay cả khi trời ít nắng.
Ứng dụng trong các loại hệ thống
| Hệ thống | Chất tải nhiệt dùng | Vai trò |
|---|---|---|
| Thermosiphon | Nước (hoặc glycol) | Truyền nhiệt tự nhiên, không cần bơm |
| Forced Circulation | Nước + glycol / dầu | Truyền nhiệt hiệu quả, chống đông, chống ăn mòn |
| Indirect System | Glycol / dầu | Trao đổi nhiệt qua bộ trao đổi, bảo vệ nước sinh hoạt |
| High-Temperature | Dầu truyền nhiệt / muối nóng chảy | Cho các ứng dụng công nghiệp nhiệt cao |
| Space Heating | Glycol / nước / không khí | Sưởi phòng, sưởi nền, nhà kính |
| Hybrid Solar-Heat Pump | Gas lạnh | Tối ưu hóa hiệu suất của heat pump |
d. Bộ điều khiển và cảm biến (Controller & Sensors)
Bộ điều khiển và hệ thống cảm biến là “bộ não” của toàn bộ hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời. Chúng đảm bảo hệ thống vận hành tự động, an toàn và tối ưu hiệu suất, đặc biệt trong các mô hình có bơm tuần hoàn (active system).
Chức năng của bộ điều khiển
Bộ điều khiển điện tử có vai trò:
- Theo dõi nhiệt độ tại bình bảo ôn và tại tấm thu nhiệt.
- Điều khiển bơm tuần hoàn để đảm bảo nước nóng di chuyển hợp lý trong hệ thống.
- Ngăn quá nhiệt, tự ngắt bơm khi nhiệt độ vượt mức giới hạn.
- Chống đóng băng bằng cách kích hoạt bơm chạy ngược vào ban đêm ở vùng lạnh.
- Giám sát an toàn: cảnh báo lỗi, mất nước, quá áp hoặc hỏng cảm biến.
- Tối ưu hóa năng lượng, giảm thời gian bơm hoạt động không cần thiết → tiết kiệm điện.
Cảm biến nhiệt độ (Temperature Sensors)
Hệ thống thường sử dụng cảm biến nhiệt độ dạng:
- PT100 / PT1000
- Thermistor NTC
Vị trí lắp đặt:
- Tại tấm thu nhiệt: đo nhiệt độ nước/chất tải nhiệt dưới ánh nắng.
- Tại bình bảo ôn: đo nhiệt độ nước trong bình chứa.
Nhờ dữ liệu từ hai vị trí này, bộ điều khiển biết khi nào cần bật/tắt bơm.
Nguyên lý hoạt động
- Cảm biến tại tấm thu nhiệt báo nhiệt độ T1.
- Cảm biến tại bình bảo ôn báo nhiệt độ T2.
- Bộ điều khiển so sánh:
+ Nếu T1 > T2 + ΔT (thường 5–10°C) → Bơm ON (đưa nước nóng vào bình).
+ Nếu T1 ≤ T2 → Bơm OFF (tránh làm nguội nước trong bình).
- Trong trường hợp:
+ Quá nhiệt (≥ 90°C) → Bơm tắt để bảo vệ hệ thống.
+ Môi trường < 0°C (ở hệ glycol) → Chạy bơm chống đông.
+ Thiếu nước trong hệ → Cảnh báo trên màn hình điều khiển.
e. Thanh điện dự phòng (Electric Backup Heater)
Thanh điện dự phòng là bộ phận được tích hợp trong bình bảo ôn của hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời, có chức năng gia nhiệt bổ sung khi nhiệt lượng từ mặt trời không đủ để làm nóng nước đến nhiệt độ yêu cầu.
Chức năng chính
- Tự động kích hoạt khi nước trong bình bảo ôn thấp hơn mức nhiệt độ cài đặt (thường 40–55°C).
- Hoạt động thay thế trong những ngày mưa kéo dài, nhiều mây hoặc ban đêm.
- Đảm bảo nguồn nước nóng luôn ổn định, không bị gián đoạn.
Cấu tạo cơ bản
- Thanh điện trở (heating element): làm bằng đồng hoặc inox, chuyển hóa điện năng thành nhiệt năng.
- Bộ cảm biến nhiệt độ: đo nhiệt độ nước trong bình để điều khiển kích hoạt hoặc tắt thanh điện.
- Bộ ổn nhiệt (thermostat): đảm bảo an toàn, tự động ngắt khi nước đủ nóng hoặc khi hệ thống quá nhiệt.
Vai trò trong hệ thống
- Bổ sung nhiệt khi bức xạ mặt trời không đáp ứng yêu cầu.
- Tăng độ tin cậy cho hệ thống, đặc biệt ở vùng có mùa đông lạnh hoặc lượng nắng thấp.
- Đảm bảo trải nghiệm người dùng nhờ nước nóng liên tục 24/7.
Lưu ý an toàn
- Không bật thanh điện khi bình không có nước (tránh cháy điện trở).
- Luôn sử dụng aptomat chống rò (ELCB) để đảm bảo cách điện và chống giật.
- Nên bảo trì định kỳ mỗi 12–18 tháng để kiểm tra cặn bám và độ an toàn.
f. Giá đỡ và khung lắp đặt (Mounting Frame)
Giá đỡ và khung lắp đặt là bộ phận đảm bảo hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời (bao gồm tấm thu nhiệt và bình bảo ôn) được cố định chắc chắn, đặt đúng góc nghiêng và hướng tối ưu để hấp thụ năng lượng mặt trời tối đa. Đây là thành phần quan trọng giúp hệ thống vận hành ổn định, bền bỉ trong thời gian dài.
Chức năng chính
- Cố định hệ thống trên mái nhà, nền đất hoặc giàn khung riêng.
- Tạo góc nghiêng tối ưu (thường 10°–35° tuỳ vĩ độ) để hấp thụ bức xạ mặt trời tốt nhất.
- Hướng tấm thu nhiệt về phía Nam (ở Việt Nam) để đạt năng lượng tối đa.
- Chịu tải trọng của tấm thu nhiệt, bình bảo ôn và lượng nước bên trong.
- Kháng thời tiết, chịu lực gió, mưa, bão và tác động cơ học.
Vật liệu phổ biến
- Thép mạ kẽm: bền, chịu lực tốt, chống gỉ.
- Nhôm định hình: nhẹ, dễ lắp đặt, tuổi thọ cao.
- Inox (thép không gỉ): chống ăn mòn tuyệt vời, dùng cho môi trường biển hoặc khu vực độ ẩm cao.
Đặc điểm cấu tạo
- Thanh giằng chịu lực: nâng đỡ tấm thu nhiệt và bình bảo ôn.
- Chân đế cố định: bắt vít trực tiếp vào mái tôn, mái ngói hoặc đổ bê tông.
- Khớp chỉnh góc: cho phép thay đổi độ nghiêng của tấm thu nhiệt theo mùa hoặc theo địa phương.
- Bộ liên kết: bulông, ốc vít thép không gỉ chống gỉ sét.
Yêu cầu lắp đặt
- Lắp đặt ở nơi thoáng, có nắng suốt ngày, tránh bóng che của cây hoặc công trình.
- Đảm bảo liên kết chắc chắn với mái để chống gió lớn.
- Tính toán tải trọng mái để đảm bảo an toàn.
- Sử dụng gioăng chống thấm (cho mái tôn/mái ngói) để tránh rò nước.
Nguyên lý hoạt động cơ bản
a. Thu năng lượng mặt trời (Solar Energy Collection)
Chức năng:
- Biến đổi năng lượng bức xạ từ mặt trời thành nhiệt năng để làm nóng nước hoặc chất tải nhiệt.
- Đây là bước quan trọng nhất vì hiệu suất toàn bộ hệ thống phụ thuộc vào khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời của tấm thu.
Các loại tấm thu năng lượng mặt trời:
Tấm phẳng (Flat-plate collector):
- Cấu tạo gồm khung, lớp hấp thụ, tấm kính che, lớp cách nhiệt.
- Ưu điểm: bền, chi phí hợp lý, hiệu suất ổn định.
- Phù hợp khí hậu nắng vừa phải.
Ống chân không (Evacuated tube collector):
- Bao gồm các ống thủy tinh chân không chứa ống hấp thụ nhiệt.
- Ưu điểm: cách nhiệt tốt, giữ nhiệt lâu, hiệu suất cao trong điều kiện nhiệt độ thấp hoặc nhiều mây.
Nguyên lý hấp thụ năng lượng:
- Ánh sáng mặt trời chiếu vào bề mặt hấp thụ → chuyển hóa thành nhiệt.
- Nhiệt này được truyền sang chất tải nhiệt (nước hoặc dung dịch glycol) đi đến bình bảo ôn hoặc hệ thống sưởi.
Vị trí và hướng lắp đặt:
- Lắp hướng hướng Nam (ở Bắc bán cầu) hoặc hướng tối ưu theo vĩ độ để nhận năng lượng mặt trời nhiều nhất.
- Góc nghiêng tấm thu cũng quan trọng để tối đa hóa thu năng lượng quanh năm.
Yếu tố ảnh hưởng hiệu suất:
- Cường độ ánh sáng mặt trời: trời nhiều mây, mưa hoặc vùng ít nắng → hiệu suất giảm.
- Bụi bẩn, lá cây che tấm thu: cần vệ sinh định kỳ.
- Chất lượng vật liệu tấm thu và lớp cách nhiệt: ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng giữ nhiệt và chuyển hóa năng lượng.
b. Chuyển nhiệt đến bình bảo ôn (Heat Transfer to Storage Tank)
Chất tải nhiệt được làm nóng tại tấm thu
- Sau khi hấp thụ năng lượng mặt trời, tấm thu năng lượng làm nóng chất tải nhiệt bên trong (nước hoặc dung dịch glycol).
- Nhiệt độ chất tải nhiệt có thể tăng lên từ 40°C – 90°C tùy điều kiện nắng.
Di chuyển đến bình bảo ôn
Có 2 cơ chế chính để chất tải nhiệt nóng di chuyển từ tấm thu đến bình bảo ôn:
Đối lưu tự nhiên (Thermosiphon System – Không dùng bơm)
- Dựa trên nguyên lý: Nước nóng nhẹ hơn → tự động nổi lên. Nước lạnh nặng hơn → chảy xuống.
- Khi chất tải nhiệt nóng lên trong tấm thu:
+ Nó tự động đi lên bình bảo ôn (đặt cao hơn tấm thu).
+ Nước lạnh trong bình bảo ôn tự chảy xuống tấm thu để tiếp tục được làm nóng.
- Chu trình này diễn ra liên tục không cần điện, không cần bơm.
- Ưu điểm: đơn giản – bền bỉ – tiết kiệm điện.
- Nhược điểm: yêu cầu lắp đặt bình bảo ôn cao hơn tấm thu.
Bơm tuần hoàn (Active System – Có dùng bơm)
- Cảm biến nhiệt độ tại tấm thu và bình bảo ôn so sánh nhiệt độ.
- Khi tấm thu nóng hơn → bộ điều khiển bật bơm tuần hoàn.
- Bơm sẽ:
+ Đẩy chất tải nhiệt nóng từ tấm thu → vào bình bảo ôn.
+ Đồng thời hút chất tải nhiệt mát từ bình bảo ôn → xuống tấm thu để được làm nóng tiếp.
- Ưu điểm: lắp đặt linh hoạt, hiệu suất cao.
- Nhược điểm: cần điện cho bơm, giá thành cao hơn.
Truyền nhiệt trong bình bảo ôn
Tùy thiết kế hệ thống:
Hệ thống trực tiếp (Direct System)
- Nước sinh hoạt chảy trực tiếp qua tấm thu và được làm nóng, sau đó trở về bình bảo ôn.
Hệ thống gián tiếp (Indirect System)
- Chất tải nhiệt nóng đi qua ống xoắn trao đổi nhiệt (heat exchanger coil) trong bình bảo ôn.
- Nhiệt được truyền sang nước sinh hoạt nhưng chất tải nhiệt không tiếp xúc trực tiếp với nước dùng.
Hệ gián tiếp an toàn hơn, đặc biệt cho vùng lạnh vì dùng glycol chống đông.
Kết quả
- Bình bảo ôn nhận nhiệt liên tục → nước được làm nóng và giữ nhiệt lâu nhờ lớp cách nhiệt dày.
- Hệ thống đảm bảo cung cấp nước nóng ổn định suốt ngày.
c. Lưu trữ và sử dụng (Storage & Usage)
Lưu trữ trong bình bảo ôn (Storage Tank)
Bình bảo ôn là nơi giữ nước nóng sau khi đã được làm nóng từ tấm thu năng lượng mặt trời.
Bên trong bình có:
- Lớp cách nhiệt dày (PU Foam) giúp giữ nhiệt nhiều giờ liền, hạn chế thất thoát nhiệt.
- Hai lớp nước phân tầng nhiệt:
+ Lớp nước nóng ở phía trên (nhẹ hơn) – sẵn sàng đưa vào sử dụng.
+ Lớp nước lạnh phía dưới – tiếp tục được đưa xuống tấm thu để làm nóng.
Với hệ gián tiếp, bình có ống trao đổi nhiệt dạng xoắn để truyền nhiệt từ chất tải nhiệt sang nước sinh hoạt mà không tiếp xúc trực tiếp.
Duy trì nhiệt độ ổn định
- Bộ điều khiển theo dõi nhiệt độ trong bình.
- Khi nhiệt giảm xuống dưới mức cài đặt (ví dụ dưới 45–50°C), thanh điện dự phòng (Backup Heater) sẽ tự động bật để bổ sung nhiệt.
- Điều này đảm bảo nước nóng luôn sẵn có 24/7, kể cả ban đêm hoặc ngày ít nắng.
Sử dụng nước nóng
Nước nóng được cấp tới các thiết bị qua hệ thống đường ống:
Dùng cho sinh hoạt
- Tắm – vòi sen
- Rửa chén
- Máy giặt
- Nhà bếp
- Bồn tắm, spa gia đình
Dùng cho thương mại / công nghiệp
- Khách sạn, resort (lượng nước nóng lớn)
- Bệnh viện
- Trường học, ký túc xá
- Nhà máy chế biến, nhà xưởng sử dụng nhiệt
Hệ thống có thể kết hợp van trộn nhiệt (mixing valve) để:
- Điều chỉnh nhiệt độ đầu ra
- Tránh bỏng cho người dùng
- Tiết kiệm nước nóng
Tối ưu sử dụng
- Nước dùng ở tầng trên luôn ưu tiên lấy nước nóng.
- Khi nước được rút ra, nước lạnh bổ sung từ đáy bình → tiếp tục được làm nóng từ năng lượng mặt trời.
Lợi ích của quá trình lưu trữ
- Cung cấp nước nóng ổn định và liên tục.
- Giảm hao phí năng lượng.
- Tối ưu hiệu suất của tấm thu và toàn bộ hệ thống.
d. Hỗ trợ khi ánh sáng không đủ (Backup Heating Support)
Khi nào cần hỗ trợ?
Hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời hoạt động hiệu quả khi có đủ bức xạ mặt trời. Tuy nhiên, vào các thời điểm sau, năng lượng thu được có thể không đủ để làm nóng nước:
- Ngày mưa, nhiều mây, hoặc thời tiết lạnh kéo dài.
- Buổi tối, ban đêm – không có ánh sáng mặt trời.
- Mùa đông ở các vùng có cường độ bức xạ thấp.
- Khi nhu cầu nước nóng tăng đột biến (nhiều người dùng cùng lúc).
Khi đó, hệ thống cần có nguồn nhiệt bổ sung (Backup Heating) để duy trì nước nóng liên tục.
Thanh điện dự phòng (Electric Backup Heater)
Đây là phương pháp phổ biến nhất.
Nguyên lý:
- Được lắp bên trong bình bảo ôn.
- Khi bộ điều khiển phát hiện nhiệt độ nước thấp hơn mức cài đặt (ví dụ < 45–50°C): → Thanh điện tự động bật để nâng nhiệt độ nước.
- Khi đạt mức đặt trước → tự tắt để tiết kiệm điện.
Ưu điểm:
- Hoạt động tự động, ổn định.
- Dễ lắp đặt, chi phí thấp.
- Đảm bảo luôn có nước nóng dù trời không nắng.
Nhược điểm:
- Tiêu thụ điện nếu thời gian ánh sáng yếu kéo dài.
Hệ thống hỗ trợ bằng gas hoặc nồi đun phụ (tùy trường hợp)
Một số công trình thương mại hoặc công nghiệp sử dụng:
- Bộ gia nhiệt bằng gas
- Nồi hơi (boiler)
- Máy nước nóng heat-pump
để bổ sung nhiệt cho nước khi cần thiết.
Ưu điểm:
- Công suất lớn, đáp ứng nhu cầu cao.
- Phù hợp khách sạn, bệnh viện, xưởng.
Bộ điều khiển thông minh (Smart Controller)
- So sánh nhiệt độ tấm thu – bình bảo ôn – đầu ra.
- Tự động xác định khi nào cần dùng nguồn nhiệt dự phòng.
- Tối ưu:
+ Giảm sử dụng điện
+ Ngăn quá nhiệt
+ Tăng tuổi thọ hệ thống
e. Nguyên lý đối lưu tự nhiên (Thermosiphon)
Khái niệm đối lưu tự nhiên
Đối lưu tự nhiên (Thermosiphon) là hiện tượng chất lỏng nóng tự động di chuyển lên cao và chất lỏng lạnh tự động chảy xuống, hoàn toàn không cần dùng bơm. Hiện tượng này dựa trên sự chênh lệch mật độ của chất lỏng ở các nhiệt độ khác nhau.
- Nước nóng → nhẹ hơn → nổi lên
- Nước lạnh → nặng hơn → chìm xuống
Ứng dụng trong hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời
Trong hệ thống này, đối lưu tự nhiên được sử dụng để di chuyển nước hoặc chất tải nhiệt giữa tấm thu năng lượng mặt trời và bình bảo ôn, tạo thành một chu trình hoàn toàn tự động.
Nguyên lý hoạt động theo từng bước
Bước 1: Hấp thụ năng lượng
- Ánh sáng mặt trời làm nóng chất tải nhiệt trong tấm thu năng lượng.
- Khi được làm nóng, chất lỏng trong ống thu giảm mật độ → trở nên nhẹ hơn.
Bước 2: Nước nóng tự nổi lên
- Chất tải nhiệt nóng tự động dâng lên theo đường ống dẫn đến phía trên của bình bảo ôn (do nhẹ hơn).
Bước 3: Nước lạnh chảy xuống tấm thu
- Đồng thời, nước lạnh trong bình bảo ôn (ở đáy bình) có mật độ lớn hơn → tự động chảy xuống tấm thu để được làm nóng tiếp.
Bước 4: Chu trình lặp lại liên tục
- Sự chênh lệch nhiệt độ luôn tồn tại làm cho dòng đối lưu tự nhiên diễn ra không ngừng: Tấm thu → Bình bảo ôn → Tấm thu → …
Hệ thống vận hành hoàn toàn không dùng điện, không có bơm.
Điều kiện để đối lưu tự nhiên hoạt động hiệu quả
- Bình bảo ôn phải được đặt cao hơn tấm thu (thường đặt trên mái nhà, ngay phía trên tấm thu).
- Đường ống phải:
+ Ngắn, thẳng
+ Không quá nhiều góc cong
+ Lớp cách nhiệt tốt
- Tấm thu phải nhận đủ ánh sáng mặt trời.
Nếu bố trí sai (ví dụ tấm thu cao hơn bình), đối lưu tự nhiên không thể diễn ra.
Ưu điểm của hệ thống đối lưu tự nhiên
- Không dùng điện → không tốn chi phí vận hành
- Cấu trúc đơn giản → ít hỏng hóc
- Bền, ổn định, tuổi thọ cao
- Tính an toàn cao (không có bơm, không rò điện)
Nhược điểm
- Không linh hoạt trong lắp đặt vì yêu cầu bình bảo ôn phải đặt cao.
- Hiệu suất có thể thấp hơn hệ bơm tuần hoàn khi tấm thu đặt xa hoặc nằm thấp hơn.
Ứng dụng
Hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời không chỉ phục vụ nhu cầu sinh hoạt cơ bản mà còn trở thành giải pháp tiết kiệm năng lượng – vận hành ổn định – thân thiện môi trường, được tích hợp rộng rãi ở nhiều loại công trình và ngành nghề khác nhau.
a. Ứng dụng trong gia đình (Residential Applications)
Cung cấp nước nóng sinh hoạt
- Dùng cho tắm, giặt, rửa, vệ sinh.
- Giúp giảm chi phí tiền điện/gas 40–80% hằng tháng.
Sưởi ấm trong mùa lạnh
- Kết nối với sàn sưởi nước nóng (Underfloor Heating).
- Kết hợp với radiator để làm ấm nhanh không gian.
- Phù hợp cho các khu vực khí hậu lạnh hoặc có mùa đông rõ rệt.
Gia nhiệt bể bơi
- Giữ nước bể bơi ấm quanh năm mà không tốn điện cho máy gia nhiệt.
Hệ thống lai gia đình (Hybrid Home System)
- Kết hợp với bơm nhiệt (heat pump) hoặc điện trở dự phòng, đảm bảo nước nóng 24/7.
b. Ứng dụng trong khách sạn – resort – spa (Hospitality Sector)
Cung cấp nước nóng cho phòng nghỉ
- Khối lượng tiêu thụ lớn và liên tục → hệ mặt trời giúp giảm mạnh chi phí vận hành.
Nhiệt cho spa – tắm khoáng – xông hơi
- Tạo nước nóng cho bồn tắm, bồn sục, phòng tắm trị liệu.
Sưởi ấm không gian
- Tích hợp radiator hoặc sàn sưởi để nâng cao trải nghiệm khách hàng.
Gia nhiệt bể bơi của resort
- Đảm bảo nước ấm ổn định, thân thiện môi trường, không gây tiếng ồn như máy heat pump.
c. Ứng dụng trong nhà hàng – bếp ăn công nghiệp (Food Service)
Rửa chén, vệ sinh dụng cụ nấu
- Nhu cầu nước nóng cao để đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm.
Tiền xử lý thực phẩm bằng nước ấm
- Rã đông, vệ sinh, sơ chế thực phẩm cần nước ấm ổn định.
Giảm tải chi phí nhiên liệu
- Thay thế phần lớn gas/diesel dùng cho nồi hơi nhỏ hoặc máy nước nóng cục bộ.
d. Ứng dụng trong bệnh viện – phòng khám – viện dưỡng lão (Healthcare)
Nước nóng cho tắm bệnh nhân
- Đảm bảo vệ sinh, an toàn cho người già, trẻ em, bệnh nhân phục hồi chức năng.
Khử trùng thiết bị y tế
- Tiền gia nhiệt nước trước khi đưa vào máy khử khuẩn.
Hệ thống sưởi phòng bệnh
- Đặc biệt với bệnh viện ở vùng lạnh hoặc khu điều trị trẻ sơ sinh.
Hỗ trợ tiết kiệm năng lượng cho hạ tầng lớn
- Bệnh viện hoạt động 24/7 → hệ mặt trời giúp giảm chi phí vận hành hàng năm rất lớn.
e. Ứng dụng trong trường học – ký túc xá – trung tâm thể thao (Education & Community)
Cung cấp nước nóng sinh hoạt
- Cho ký túc xá, khu tắm công cộng, nhà tắm thể thao.
Bếp ăn tập thể
- Nước nóng cho vệ sinh khu bếp và dụng cụ ăn uống.
Bể bơi trường học – trung tâm thể thao
- Giữ nhiệt độ nước phù hợp cho luyện tập quanh năm.
Hỗ trợ công trình xanh
- Tăng điểm LEED/LOTUS/EDGE.
f. Ứng dụng công nghiệp – nhà máy – xưởng sản xuất (Industrial Applications)
Tiền gia nhiệt cho nồi hơi (Steam Boiler Pre-Heating)
- Giảm nhiên liệu đốt (than, gas, dầu).
- Kéo dài tuổi thọ nồi hơi do nhiệt độ nước cấp cao hơn.
Nước nóng trong quy trình sản xuất
- Giặt, tẩy rửa công nghiệp.
- Nhuộm, dệt, chế biến thực phẩm.
- Rửa thiết bị trong nhà máy.
Sưởi ấm khu vực làm việc
- Ứng dụng radiator hoặc sàn sưởi trong xưởng ở vùng lạnh.
g. Ứng dụng thể thao – giải trí – dịch vụ công cộng (Recreation & Public Facilities)
Sưởi ấm hồ bơi công cộng
- Duy trì nước ấm ổn định, tiết kiệm năng lượng.
Trung tâm spa & fitness
- Phục vụ tắm nóng – sauna – massage thủy lực.
Công viên nước, khu vui chơi
- Gia nhiệt cho hồ sục, hồ trẻ em, bồn nước nóng.
h. Ứng dụng trong nông nghiệp (Agriculture)
Sưởi ấm nhà kính (Greenhouse Heating)
- Giúp rau, hoa, cây cảnh phát triển ổn định trong mùa lạnh.
Chăn nuôi gia súc – gia cầm
- Cung cấp nước ấm cho heo, gà, bò để tăng sức đề kháng và giảm bệnh.
Nuôi trồng thủy sản
- Sưởi nước cho ao nuôi đặc thù (cá cảnh, tôm giống…).
Vệ sinh trang trại
- Rửa chuồng trại bằng nước nóng để giảm vi khuẩn.
i. Ứng dụng kết hợp hệ thống năng lượng (Hybrid & Smart Energy)
Hệ thống lai Solar + Heat pump + Boiler
- Tối ưu hiệu suất và đảm bảo nước nóng 24/7.
- Solar cung cấp nhiệt chính → heat pump bổ sung → boiler dự phòng.
Tích hợp BMS/Smart Home
- Điều khiển chế độ ưu tiên điện mặt trời, tự động bật/tắt backup.
Công trình xanh – tiêu chuẩn quốc tế
- Hệ thống nước nóng mặt trời giúp công trình đạt các tiêu chí tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải.
Ưu điểm
Tiết kiệm năng lượng và chi phí vận hành
- Sử dụng nguồn năng lượng miễn phí từ mặt trời.
- Giảm 40–90% chi phí điện/gas cho nước nóng và sưởi.
- Thời gian hoàn vốn nhanh (2–5 năm tùy hệ thống và khu vực).
Hoạt động tự động, ổn định và an toàn
- Hệ thống vận hành hoàn toàn tự động, ít phải can thiệp.
- Không có nguy cơ cháy nổ như dùng gas hoặc dầu.
- Tấm thu và bình bảo ôn thiết kế bền bỉ, tuổi thọ 15–25 năm.
Thân thiện môi trường
- Không phát thải CO₂ trong quá trình hoạt động.
- Góp phần giảm hiệu ứng nhà kính, bảo vệ môi trường.
- Tăng điểm cho chứng nhận công trình xanh (LEED, LOTUS, EDGE).
Đa dạng phương pháp truyền nhiệt
Phù hợp với cả:
- Đối lưu tự nhiên (Thermosiphon) – không dùng điện, ít bảo trì.
- Tuần hoàn cưỡng bức (Forced circulation) – hiệu suất cao, linh hoạt lắp đặt.
Dễ dàng kết hợp với các nguồn năng lượng khác
Kết hợp với:
- Heat pump (bơm nhiệt)
- Nồi hơi (boiler)
- Điện trở dự phòng
Đảm bảo nước nóng 24/7 ngay cả khi trời nhiều mây hoặc mùa đông.
Hiệu suất cao và công nghệ ngày càng tối ưu
- Tấm thu ống chân không hấp thụ tốt ngay cả trong thời tiết lạnh.
- Lớp cách nhiệt bình bảo ôn giúp giữ nhiệt 6–48 giờ.
- Hệ thống điều khiển thông minh tối ưu hoá thu – lưu – sử dụng nhiệt.
Ứng dụng linh hoạt trong nhiều loại công trình
- Gia đình, khách sạn, resort, spa.
- Nhà máy, bếp công nghiệp, bệnh viện, ký túc xá.
- Bể bơi, khu thể thao, nông nghiệp, nhà kính.
Chi phí bảo trì thấp
- Không có bộ phận chuyển động → ít hỏng hóc.
- Tấm thu chỉ cần vệ sinh định kỳ.
- Tuổi thọ dài, dễ thay thế linh kiện.
Nâng cao tiện nghi và chất lượng sống
- Luôn có nước nóng ổn định, an toàn.
- Sưởi ấm không gian bằng năng lượng sạch, phù hợp nhà có trẻ em và người cao tuổi.
- Không gây tiếng ồn như máy heat pump hoặc máy sưởi quạt.
Về IFK Solartech
IFK Solartech mang đến cho bạn không gian xanh hiện đại, nơi công nghệ và thiên nhiên hòa quyện hoàn hảo. Với các giải pháp năng lượng mặt trời tiên tiến, hệ thống vận hành thông minh và nhiều ứng dụng thân thiện với môi trường – đây chính là điểm đến lý tưởng cho một cuộc sống bền vững, tiết kiệm và xanh hơn mỗi ngày.
Trụ sở chính: 41 Đường 13 Quốc Lộ 13, Khu đô Thị Vạn Phúc, Thủ Đức, Tp. HCM
Văn phòng Di Linh: Số 8, Đường 3 Cây Thông, Tân Thượng, Di Linh, Lâm Đồng
Số điện thoại:(+84)282.247.7755
Email: info@soltech.ifkgroup.net
Website: https://soltech.ifkgroup.net/
Facebook: https://www.facebook.com/ifksolartech
Vietnamese