Luận Văn Xây dựng chương trình tính toán bức xạ mặt trời theo giờ từ số liệu bức xạ mặt trời trung bình tháng

2. GIỚI THIỆU
Số liệu bức xạ theo giờ của một địa phương là yêu cầu bắt buộc trong việc thiết kế các hệ
thống sử dụng năng lượng mặt trời cũng như nghiên cứu việc sử dụng những thiết bị này tại địa
phương đó, ngoài ra một số liệu bức xạ theo giờ có độ tin cậy cao cũng giúp ích rất nhiều trong
việc tính toán các bài toán kỹ thuật trong các lĩnh vực nông nghiệp, năng lượng, môi trường và
đặc biệt là trong lĩnh vực dự báo thời tiết, rất quan trọng ở nước ta, vốn là một nước nông
nghiệp. Ở các nước phát triển, số liệu bức xạ theo giờ được đo đạc một cách có hệ thống từ lâu
và các trạm quan trắc có thể cung cấp số liệu bức xạ theo giờ của từng vùng trong thời gian
dài. Còn ở nước ta đa phần các trạm quan trắc chỉ đo bức xạ 3 giờ 1 lần, trong các trạm khí
tượng thủy văn khu vực phía Nam có trạm Cần Thơ đo bức xạ theo giờ từ năm 2002 nhưng
Science & Technology Development, Vol 9, No.11- 2006
Trang 6
thiết bị trục trặc nên số liệu không đầy đủ và việc đo đã ngừng lại sau 1 năm do máy hỏng và
trạm Nhà Bè đo từ năm 2005, do đó các số liệu đo này chưa thể sử dụng trong việc nghiên cứu,
thiết kế các thiết bị năng lượng mặt trời cũng như các bài toán khác.Việc thiếu số liệu bức xạ
theo giờ có thể được giải quyết bằng cách ngoại suy từ số liệu ở những vùng lân cận có khí hậu
gần giống với địa phương cần nghiên cứu, nhưng ở nước ta biện pháp này không thể thực hiện
được vì lượng số liệu đo quá hạn chế, và phương pháp này có độ chính xác hạn chế do sự sai
biệt về vị trí gây ra. Biện pháp duy nhất để giải quyết khó khăn là sử dụng các mô hình thống
kê toán học cho phép tạo ra chuỗi số liệu theo giờ từ những thông số đo dễ hơn hay ít tốn kém
hơn như số giờ nắng, giá trị bức xạ trung bình, phương pháp này có ưu điểm là độ chính xác
cao nếu xác định được mô hình tính toán phù hợp với khu vực khảo sát và được kiểm chứng tin
cậy.
Trên cơ sở phân tích, cải tiến các phương pháp xây dựng mô hình tính toán hiện có, bài viết
này trình bày một phương pháp phù hợp nhất để xây dựng chương trình tính toán bức xạ theo
giờ từ số liệu bức xạ trung bình tháng của các địa phương thuộc Việt Nam nhằm phục vụ yêu
cầu đánh giá tiền khả thi các dự án sử dụng năng lượng mặt trời ở nước ta. Nhiều nhà khoa học
đã nghiên cứu các mô hình tính toán chuỗi số liệu bức xạ trong đó sử dụng chính giá trị bức xạ
làm biến số (Brinkwoth [6], Goh và Tan [10], Brook và Finney [7]). Do đặc tính của thông số
bức xạ mặt trời phụ thuộc vào địa điểm khảo sát nên những mô hình này đều chỉ có thể ứng
dụng cho 1 địa phương cụ thể mà thôi. (Graham [11]). Một số nhà nghiên cứu tìm cách xây
dựng mô hình tính bức xạ thông qua các biến số trung gian như Excell [9], Vergara -
Dominguez et al. [16] nghiên cứu tỷ số giữa lượng bức xạ thực và lượng bức xạ trong những
ngày bầu trời trong sáng thay cho lượng bức xạ đến bên ngoài bầu khí quyển, tuy nhiên những
nghiên cứu này thất bại trong việc kết hợp phân bố xác suất các giá trị bức xạ trong ngày, vốn
được xem là yêu cầu quan trọng nhất trong việc tính toán chuỗi số liệu bức xạ theo ngày
(Graham [11]). Ở Việt Nam, công trình của KS. Nguyễn Thị Bích [18] nghiên cứu tính toán
tổng lượng bức xạ trong ngày theo số giờ nắng áp dụng mô hình Angstrom và từ biên độ nhiệt
độ theo các mô hình DC (Donatelli - Campbell), mô hình DB (Donatelli- Bellocci) và mô hình
DCBB, là mô hình kết hợp của 2 mô hình nói trên và mô hình BC (Bristow and Campbell), tuy
nhiện kết quả mới chỉ dừng lại ở việc tính toán tổng bức xạ theo ngày và so sánh giữa các mô
hình.
Hướng nghiên cứu khả thi nhất hiện nay là tính toán bức xạ mặt trời qua độ trong sáng theo
ngày của bầu trời KT và độ trong sáng theo giờ của bầu trời kT, lần lượt được định nghĩa là tỷ
số giữa lượng bức xạ đến bề mặt trái đất và lượng bức xạ đến bên ngoài bầu khí quyển trên mặt
phẳng nằm ngang trong 1 ngày hay 1 giờ và trên cùng 1 đơn vị diện tích. Do giá trị bức xạ đến
bên ngoài bầu khí quyên trên mặt phẳng nằm ngang có thể tính toán được nên với KT và kT
cũng sẽ xác định được giá trị bức xạ đến trên bề mặt trái đất. Liu và Jordan [15] phát hiện ra
một tính chất đặc biệt của KT là mặc dù bức xạ có những đặc tính phụ thuộc vào vị trí khảo sát
nhưng KT lại không phụ thuộc vào địa điểm mà chỉ phụ thuộc vào một thông số duy nhất đó là
giá trị trung bình tháng , do đó KT và kT có thể sử dụng để xây dựng một mô hình không bị giới
hạn bởi địa phương. Một ưu điểm khác của việc sử dụng KT và kT là nó cho phép khử sự thay
đổi theo mùa (Klein [13]) và thành phần xác định mang tính xu hướng (trend) trong bức xạ
(Mustacchi et al., [17]). Hơn nữa các mô hình dạng này có độ tin cậy khá cao do áp dụng mô
hình ARMA (Auto Regressive Moving Average), một mô hình thống kê tuyến tính rất phổ
biến, Tuy nhiên, KT và kT có phân bố xác suất phi chuẩn vì vậy số liệu phải được chuẩn hóa
trước khi áp dụng bất kỳ mô hình ARMA nào