Nghiên cứu thực nghiệm về bộ thu năng lượng mặt trời dạng động gia nhiệt nước nóng

Bài viết Nghiên cứu thực nghiệm về bộ thu năng lượng mặt trời dạng động gia nhiệt nước nóng nghiên cứu nhằm đánh giá hiệu quả hoạt động của BT động với điều kiện bức xạ tại Đà Nẵng, Việt Nam, một mô hình thiết bị thí nghiệm BT NLMT gia nhiệt nước nóng dạng động kiểu tấm phẳng đã được thiết kế và chế tạo.

12 Ngô Phi Mạnh, Nguyễn Đức Minh, Trần Thị Mỹ Linh, Phạm Vương Chí Đạt, Trương Thị Mỹ Duyên, Phan Văn Hoàng Lộc, Lê Văn Nhân Hiếu NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ BỘ THU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI DẠNG ĐỘNG GIA NHIỆT NƯỚC NÓNG AN EXPERIMENTAL STUDY ON THE TRACKING SOLAR HOT WATER COLLECTOR Ngô Phi Mạnh1, Nguyễn Đức Minh1, Trần Thị Mỹ Linh1, Phạm Vương Chí Đạt2, Trương Thị Mỹ Duyên2, Phan Văn Hoàng Lộc2, Lê Văn Nhân Hiếu2 Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng; npmanh@dut.udn.vn Sinh viên khoa Công nghệ Nhiệt Điện lạnh - Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng Tóm tắt - Vị trí mặt trời thay đổi liên tục theo ngày, theo mùa năm Do đó, để tận dụng tối đa lượng xạ mặt trời, bề mặt thu gia nhiệt nước nóng sử dụng lượng mặt trời phải ln hướng theo vị trí mặt trời Trong nghiên cứu này, mơ hình thiết bị thu lượng mặt trời gia nhiệt nước nóng dạng động, kiểu phẳng thiết kế chế tạo Nhờ cấu vít nâng, xilanh điện cảm biến quang học, mà thu hoạt động chế độ: xoay hướng (theo hướng Bắc Nam) xoay theo hướng (Bắc-Nam Đơng-Tây) Nhiều thí nghiệm tiến hành với thu chế độ với điều kiện xạ tại Đà Nẵng Từ đó, hiệu hoạt động thu đánh giá thông qua thông số, như: Nhiệt độ nước khỏi thu, độ gia nhiệt nước, sản lượng nhiệt hiệu suất chuyển hóa lượng thu Abstract - The sun has both an oscillation in the east-west direction and an annual north-south oscillation Therefore, in order to maximally absorb the thermal radiation from the sun, the absorber surface of water collectors must be able to track the sun’s position in the sky In this study, an experimental model of flat- water solar collector is designed and built This model can operate at seasonal and full - tracking modes Then, numerous experiments have been carried out at two working modes under the solar irradiation conditions in Danang city From these experiments, the performance of the current experimental model is investigated via some typical properties, such as: the outlet water temperature, water temperature differences between inlet and outlet, heating capacity in a day, and solar energy conversion efficiency of the collector Từ khóa - Bộ thu lượng mặt trời; nước nóng; xoay theo mùa; xoay phương; hiệu hoạt động Key words - Water solar collector; hot water; seasonal tracking; full-tracking; performance Đặt vấn đề Năng lượng mặt trời (NLMT) dạng lượng tái tạo, lâu đời, có trữ lượng vơ tận Tuy nhiên, cường độ xạ mặt trời đến bề mặt trái đất thay đổi liên tục theo ngày, thay đổi theo mùa năm Trong đó, hiệu hoạt động thu (BT) NLMT gia nhiệt nước nóng phụ thuộc chủ yếu vào cường độ xạ mặt trời đến bề mặt thu Vì vậy, nhiều nhà khoa học giới nghiên cứu nhằm tìm giải pháp nâng cao hiệu hoạt động thu NLMT Một hướng nghiên cứu là, tính toán thiết kế BT NLMT dạng động Tức bề mặt hấp thụ xạ mặt trời thu di chuyển theo vị trí mặt trời thay đổi ngày năm Như vậy, tia xạ mặt trời chiếu vuông góc với bề mặt hấp thu xạ thu Do đó, hiệu hoạt động thu cải thiện đáng kể so với thu cố định mùa (seasonal tracking) Kết nghiên cứu cho thấy, kiểu BT này, loại cố định có giá thành thấp nhất, tiếp đến BT xoay theo mùa, giá thành cao kiểu xoay theo hướng Đơng Tây Nhưng tính hiệu kỹ thuật, BT xoay theo hướng Đơng Tây có hiệu cao nhất, tiếp đến loại xoay theo mùa thấp loại cố định Thêm vào đó, S Abdallah Nijmeh [3] tiến hành nghiên cứu so sánh hiệu hoạt động hai kiểu BT NLMT gia nhiệt nước nóng, kiểu xoay hướng kiểu BT cố định Và kết nghiên cứu cho thấy, hiệu làm việc BT động cao nhiều so với thu cố định, với tổng lượng xạ hấp thu cao 41,34% so với BT cố định Từ nghiên cứu thấy, hiệu hoạt động BT động cao rõ rệt so với thu dạng cố định Do đó, nghiên cứu này, nhằm đánh giá hiệu hoạt động BT động với điều kiện xạ Đà Nẵng, Việt Nam, mơ hình thiết bị thí nghiệm BT NLMT gia nhiệt nước nóng dạng động kiểu phẳng thiết kế chế tạo Tiếp đến, nhiều thí nghiệm mơ hình chế độ làm việc BT: Xoay theo mùa (theo hướng Bắc - Nam) xoay theo hướng lúc (Hướng Bắc-Nam Đơng-Tây) Hiện nay, có kiểu BT NLMT gia nhiệt nước nóng dạng động Loại thứ nhất, thu xoay theo hướng từ Đông sang Tây ngày (single axis tracking) Loại thứ hai BT NLMT thay đổi độ nghiêng BT theo mùa BT xoay hướng Bắc Nam (seasonal tracking) Và loại cuối BT có khả xoay hướng, từ Đông sang Tây ngày thay đổi độ nghiêng BT theo mùa (Two axes tracking full tracking) Theo kết nghiên cứu lý thuyết Neville [1], NLMT hấp thu BT kiểu xoay hướng cao thu xoay hướng từ 5% đến 50% Trong đó, I.M Michaelides đồng nghiệp [2] thực nghiên cứu mô so sánh hiệu kỹ thuật hiệu kinh tế kiểu BT NLMT gia nhiệt nước nóng: Loại cố định (fixed slope collector), kiểu xoay hướng Đông -Tây (single axis tracking), loại xoay theo Phân tích, lựa chọn, thiết kế chế tạo mơ hình 2.1 Phân tích lựa chọn kiểu thu Trên giới, có kiểu BT NLMT gia nhiệt nước nóng sử dụng rộng rãi, là: BT dùng ống chân không (evacuated tube collectors) BT dạng phẳng (Flat solar collectors) Với BT kiểu ống chân không, chúng tiếp tục chia thành loại gia nhiệt trực tiếp gia nhiệt gián tiếp Trong thu ống chân không loại gia nhiệt trực tiếp (Hình 1), nước cần gia nhiệt dẫn ống thủy tinh, sơn phủ màu đen để tăng cường hấp thụ xạ, nối vào bình chứa nước Ống dẫn nước bọc ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 17, NO 9, 2019 bên ống thủy tinh khác Môi trường ống trì độ chân khơng định nhằm giảm tổn thất nhiệt từ nước nóng mơi trường Vì cấu tạo đơn giản, vật liệu chế tạo thủy tinh nên giá thành kiểu thu thấp Chính vậy, chúng sử dụng phổ biến Tuy nhiên, tuổi thọ thu ngắn, hiệu giảm nhanh độ chân không giảm Và nước hàn đới, nước ống dễ bị đóng băng vào mùa đơng Hình Sơ đồ nguyên lý hình thực tế thu ống chấn không gia nhiệt trực tiếp Trong đó, với kiểu BT ống chân khơng gia nhiệt gián tiếp, phận sinh ống nhiệt nhận nhiệt từ xạ từ mặt trời Sau đó, phần ngưng tụ ống nhiệt, môi chất truyền nhiệt đến nước bình chứa ống góp Với kiểu BT này, tốc độ gia nhiệt nước chậm so với loại gia nhiệt trực tiếp Tuy nhiên, độ bền tuổi thọ cao so với loại gia nhiệt trực tiếp Và giá thành cao so với loại gia nhiệt trực tiếp ứng dụng công nghệ ống nhiệt (Heatpipe) Nguyên lý cấu tạo hình ảnh cấu tạo thực tế BT ống chân không gia nhiệt gián tiếp biểu diễn Hình Với kiểu BT dạng phẳng (flat solar collectors), nước dẫn vào ống góp chia vào ống hấp thụ xạ mặt trời Các ống dẫn nước thường làm đồng Để tăng cường trao đổi nhiệt, ống hấp thụ xạ làm cánh Vật liệu làm cánh thơng thường nhơm đồng 13 Hình thể nguyên lý cấu tạo BT phẳng Phía bề mặt thu lấy sáng, vật liệu chế tạo chủ yếu kính Khác với thu ống chân không, môi trường bề mặt hấp thụ xạ lấy sáng khơng cần trì áp suất chân không Giá thành thu cao sử dụng kim loại màu chế tạo Tuy nhiên, tuổi thọ thu dài, độ bền cao so với thu ống chân không, khơng gặp phải vấn đề chân khơng q trình hoạt động Theo tài liệu [4], tính riêng khu vực châu Á (không kể Trung Quốc), 63% thu lắp đặt vận hành thuộc kiểu phẳng (Flat solar collectors), 37% lại thu kiểu ống chân khơng (năm 2016) Qua tìm hiểu kiểu thu gia nhiệt nước nóng trên, nhóm nghiên cứu lựa chọn thiết kế chế tạo mơ hình BT gia nhiệt nước nóng kiểu phẳng, lý sau: Thứ nhất: BT dùng ống chân khơng có nhược điểm dễ chân khơng trình vận hành, đặc biệt thu bị rung lắc Do đó, thiết kế BT dạng động kiểu ống chân khơng q trình thu chuyển động theo vị trí mặt trời làm nứt vỡ ống, gây chân không ống Kết hiệu làm việc BT giảm đáng kể Đây lý quan trọng nhất; Thứ hai: BT phẳng có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, khơng cần tạo mơi trường chân khơng Do đó, phù hợp với khả chế tạo địa phương Thứ ba: Theo tài liệu [4], BT kiểu phẳng sử dụng phổ biến khu vực châu Á nói chung, Việt Nam nói riêng Do đó, điều giúp đảm bảo tính khả thi áp dụng kết nghiên cứu vào điều kiện xạ Việt Nam 2.2 Mơ hình thiết bị thực nghiệm Hình Sơ đồ nguyên lý cấu tạo thực tế thu ống chân không gia nhiệt gián tiếp Hình Bản vẽ mơ hình thực nghiệm thu NLMT 1- Bộ thu lượng mặt trời; 2- Ổ bi; 3-Khung đỡ thu; 4-Các vít nâng; 5-Xilanh điện; 6-Ống mềm dẫn nước lạnh và; 7-Nước nóng khỏi thu; 8- Đường nước nóng khỏi bình chứa; 9-Đường nước lạnh vào bình chứa; 10- Ống thơng hơi; 11-Bình chứa; 12-Khung đỡ bình chứa Hình Nguyên lý cấu tạo thu phẳng Nhóm nghiên cứu tính tốn thiết kế chế tạo mơ hình BT NLMT gia nhiệt nước nóng dạng động kiểu phẳng, có sơ đồ cấu tạo Hình BT chế tạo cho phép xoay theo hướng mặt trời, theo hướng Đông – Tây (theo ngày) theo hướng Bắc – Nam (theo mùa) Cụ thể, BT xoay theo hướng Đông – Tây nhờ xilanh điện (5), điều khiển mạch điện tử gồm cảm biến quang học Trong đó, cách điều chỉnh vít nâng (4), độ nghiêng BT theo hướng Bắc – Nam điều chỉnh Vì thay đổi vị trí mặt trời theo mùa năm diễn chậm, nên việc thay đổi độ nghiêng BT theo hướng Bắc Nam điều chỉnh định kỳ 14 Ngô Phi Mạnh, Nguyễn Đức Minh, Trần Thị Mỹ Linh, Phạm Vương Chí Đạt, Trương Thị Mỹ Duyên, Phan Văn Hoàng Lộc, Lê Văn Nhân Hiếu 2.2.1 Cấu tạo chi tiết thu Trong mơ hình thiết bị này, BT NLMT dạng phẳng (1) thành tố quan trọng Nó bao gồm ống đồng hấp thụ có đường kính ngồi 12,7mm, chiều dày 0,6 mm nối vào ống góp có đường kính ngồi 34,9mm, chiều dày 1,8mm; đường ống nước lên bình chứa xuống thu có đường kính ngồi 19mm, chiều dày 1mm; Các mặt bên mặt thu bọc thủy tinh cách nhiệt có độ dày 50mm; lớp bảo ơn, cách ẩm bên lớp cách nhiệt vật liệu inox 304 dày 1mm Hình mơ Hình 3D thu Trong đó, Hình vẽ cấu tạo chi tiết thu Nhằm tăng diện tích hấp thụ xạ, ống đồng hấp thụ xạ làm cánh Cánh chế tạo vật nhơm nhơm, có bước cánh 120 mm, chiều dày cánh 1mm Hình biểu diễn mặt cắt ngang cánh ống đồng cấu tạo ty đường kính 14mm, cao 1000mm Bằng cách điều chỉnh độ cao ty mà độ nghiêng thu điều chỉnh theo thay đổi vị trí mặt trời theo hướng Bắc Nam (theo mùa năm) Nguyên lý hoạt động thu sau: Nước lạnh từ bình chứa (11) theo ống nước lạnh (6) vào ống góp phía thu chia cho ống đồng, thu hấp thụ nhiệt từ xạ mặt trời gia nhiệt cho nước, nhờ vào hiệu ứng siphon nhiệt nước lạnh có khối lượng riêng lớn nên nằm phía dưới, cịn nước nhận nhiệt thể tích riêng tăng lên đồng thời làm cho khối lượng riêng giảm nên nước nóng chuyển lên phía vào ống góp theo ống dẫn nước nóng (7) vào bình chứa (11) Kết quả, vịng tuần hồn tự nhiên nước thu hình thành trì có xạ mặt trời đến thu Hình Bản vẽ 3D mơ hình thu Hình Bản vẽ cấu tạo khung thu Hình Hình 3D cấu tạo cánh (a) mặt cắt ngang cấu tạo cánh (b) Sau chế tạo, BT lắp đặt trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng (Hình 9) Các thơng số cấu tạo mơ hình thiết bị thể Bảng Bảng Các thông số cấu tạo thu TT Hình Bản vẽ cấu tạo chi tiết thu 2.2.2 Cấu tạo phần khung thu Để BT xoay theo mùa năm (theo hướng Bắc – Nam) theo ngày (theo hướng Đơng – Tây) phần khung BT vô quan trọng Cấu tạo chi tiết khung BT thể Hình Phần khung chế tạo từ thép hộp mạ kẽm Phần khung nơi đặt thu có kích thước 1,56x1,06m gá hai đầu vào ổ bi có đường kính lỗ mm Để giảm xóc xilanh hoạt động, lò xo đặt đối xứng xilanh điện Trong đó, khung có vít nâng Tên thơng số Kích thước Kích thước thu 1.500x1.000x90 (Dài x Rộng x Cao) Ống đồng dẫn nước 16 (ống dài 1,43 m) Ống góp ống 19 góp (dài 1,0 m) Tấm nhôm hấp thụ 1.430x940 xạ (Dài x Rộng) Diện tích hấp thụ 1,43x0.94 = xạ thực tế, F 1,3442 ht Dung tích bình chứa 90 nước Tấm polycarbonate 1.500x1.000x5 (Dài x Rộng x dày) Mạch điện điều khiển xilanh Cảm biến quang học 10 Xilanh điện Lò xo giảm xóc 11 Ổ bi đỡ đường kính lỗ 12 mm Đơn vị Ghi mm Inox 304, dày mm mm ống mm ống mm Dày mm m2 L Inox 304, dày mm mm Lấy sáng Bộ Bộ Cái cái ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 17, NO 9, 2019 15 Hình 10 Sơ đồ khối tổng quan hệ thống điều khiển xoay bề mặt thu theo phương Đơng – Tây Hình Mơ hình thiết bị thực tế Tiến hành thí nghiệm phân tích kết thí nghiệm 3.1 Tiến hành thí nghiệm 3.1.1 Bộ thu động xoay hướng (seasonal tracking mode) Trong chế độ hoạt động này, có độ nghiêng bề mặt BT điều chỉnh để phù hợp với thay đổi vị trí mặt trời thay đổi theo mùa năm, theo hướng Bắc – Nam Trong đó, bề mặt BT khơng điều chỉnh để thay đổi theo hướng Đơng –Tây Để tiến hành thí nghiệm BT chế độ này, vít điều chỉnh (4) (Hình 4) tác động tạo độ nghiêng cho thu cho bề mặt thu vng góc với tia nắng chiếu tới từ mặt trời Khi độ nghiêng bề mặt BT điều chỉnh, góc tạo bề mặt thu mặt phẳng nằm ngang thay đổi theo Đây gọi góc nghiêng thu Trong BT cố định thương mại thị trường, góc nghiêng có giá trị cố định, tùy thuộc vào thiết kế nhà sản xuất Vì thay đổi vị trí mặt trời theo phương Bắc – Nam diễn chậm, nên mơ hình áp dụng vào thực tế, việc điều chỉnh độ nghiêng thu tiến hành tuần tháng Với nghiên cứu tại, việc điều chỉnh độ nghiêng thu đơn giản chỉnh xác nhờ dụng cụ hỗ trợ nhóm nghiên cứu tự chế tạo Đó nhựa phẳng có kích thước 200x200 mm, 01 trụ nhựa cao 100 mm đính vng góc lên mặt phẳng Khi điều chỉnh độ nghiêng thu, dụng cụ đặt lên bề mặt BT vít (4) điều chỉnh cho bóng trụ nhựa biến phẳng Khi đó, tia nắng tới vng góc với bề mặt BT Việc điều chỉnh độ nghiêng hoàn tất 3.1.2 Bộ thu động xoay hướng (Full-tracking mode) Ở chế độ hoạt động này, góc nghiêng BT điều chỉnh nhờ vít nâng (4) cho bề mặt thu “bám bắt” theo thay đổi vị trí mặt trời theo phương Bắc – Nam, bề mặt BT tự động xoay từ Đông sang Tây liên tục theo ngày nhờ vào xilanh điện (5) điều khiển 01 điều khiển tự động nhóm nghiên cứu thiết kế chế tạo Nguyên lý hoạt động điều khiển biểu diễn sơ đồ khối Hình 10 Trong điều khiển này, cảm biến ánh sáng tạo quang trở (photoresistor), hoạt động dựa nguyên tắc hiệu ứng quang điện nội Cụ thể, quang trở đặt phần tư diện tích hình vng nhựa có kích thước 50x50mm Ở quang trở đặt vách ngăn chữ thập với độ cao 50 mm Hình 11 thể mơ hình 3D cảm biến ánh sáng Hình 11 Mơ hình 3D cảm biến ánh sáng 3.1.3 Các thiết bị đo Trong nghiên cứu này, nhóm sử dụng thiết bị đo để đánh giá hiệu hoạt động BT chế độ vận hành khác Thứ nhất, trạm quan trắc VANTAGE Pro2 sử dụng để đo cường độ xạ tức thời (bao gồm trực xạ tán xạ) tới bề mặt trái đất Giới hạn đo từ đến 1800W/m2, sai số 5% toàn khoảng đo Thứ hai, dụng cụ đo nhiệt độ nước đầu tín hiệu mã hiệu TENMARS TM-82N Nó sử dụng để đo nhiệt độ nước vào khỏi thu Giới hạn đo thiết bị từ -200C đến 1370C, sai số  (0,05% số hiển thị + 0,7C) Thứ ba, thiết bị đo nhiệt độ nước bình chứa mã hiệu FOX-1004, có khoảng đo từ -40C đến 90C, sai số 1% số thị Thiết bị có đầu dị di động, sử dụng đo nhiệt độ nước vị trí khác bình chứa (11) (Hình 4), vào lúc bắt kết thúc thí nghiệm 3.2 Phân tích kết thí nghiệm 3.2.1 Các thông số đánh giá hiệu hoạt động thu Nhiệt độ nước nóng khỏi BT 𝑡𝑛,𝑜 , C Đây giá trị nhiệt độ nước nóng khỏi BT vào thời điểm ngày tiến hành thí nghiệm Độ gia nhiệt nước ∆𝑡, C Độ gia nhiệt nước BT tính theo công thức sau: ∆𝑡 = 𝑡𝑛,𝑜 − 𝑡𝑛,𝑖 , C Sản lượng nhiệt BT ngày Q, MJ/ngày Sản lượng nhiệt BT tính theo cơng thức sau: ̅ ̅ 𝑄 = 𝑚 × 𝐶𝑝̅ × (𝑡𝐵𝐶,1 − 𝑡𝐵𝐶,0 ) Trong đó, 𝑚 = 𝑉𝜌̅𝑛 lượng nước bình chứa, kg; 𝐶𝑝̅ nhiệt dung riêng trung bình nước khoảng ̅ ̅ ̅ ̅ nhiệt độ (𝑡𝐵𝐶,0 ÷ 𝑡𝐵𝐶,1 ), kJ/kgK; 𝑡𝐵𝐶,0 , 𝑡𝐵𝐶,1 nhiệt độ trung bình nước bình chứa vào lúc bắt đầu kết thúc thí nghiệm, C Hiệu suất chuyển hóa lượng BT 𝜂, % Hiệu suất tính theo cơng thức định nghĩa sau: 𝑄ℎ𝑖 𝜂= × 100, % 𝑄ℎ𝑡 16 Ngô Phi Mạnh, Nguyễn Đức Minh, Trần Thị Mỹ Linh, Phạm Vương Chí Đạt, Trương Thị Mỹ Duyên, Phan Văn Hồng Lộc, Lê Văn Nhân Hiếu 𝑄 đó: 𝑄ℎ𝑖 = – Cơng suất nhiệt hữu ích BT hấp thụ 𝜏 ngày, W Với 𝜏 thời gian hoạt động thu ngày, s 𝑄ℎ𝑡 = 𝐸̅ × 𝐹ℎ𝑡 - Cơng suất xạ nhiệt trung bình hấp thụ bề mặt BT, W Với 𝐸̅ cường độ xạ trung bình từ mặt trời đến bề mặt BT ngày, W/m2 𝐹ℎ𝑡 = 1,3442 m2 diện tích hấp thụ xạ BT 3.2.2 Khi thu xoay hướng - xoay theo mùa (seasonal tracking mode) Hình 12 14 thể độ gia nhiệt nước BT ngày thí nghiệm 24/4/2019 16/5/2019 Có thể thấy điểm chung độ gia nhiệt tăng dần cường độ xạ mặt trời tăng dần Sau đạt giá trị cực đại giá trị 41,8C 39,4C lúc 14h, độ gia nhiệt giảm dần kết thúc thí nghiệm Đặc biệt, độ gia nhiệt nằm mức cao ổn định khoảng 9h đến 15h, với độ gia nhiệt trung bình 35,6C 35,5C Hình 13 15 thể nhiệt độ nước nóng khỏi BT ngày tương ứng 24/4/2019 16/5/2019 Nhiệt độ nước nóng tăng dần xạ mặt trời tăng dần, đạt đỉnh tương ứng 92,1C 86,7C Sau đó, nhiệt độ nước nóng giảm dần kết thúc thí nghiệm Hình 12 Độ gia nhiệt nước thu thay đổi theo cường độ xạ mặt trời ngày, 24/4/2019 Hình 15 Nhiệt độ nước nóng khỏi thu thay đổi theo cường độ xạ mặt trời ngày, 16/5/2019 Một điểm đáng ý nhiệt độ nước nóng khỏi BT độ gia nhiệt đạt giá trị cực đại thời điểm lệch so với thời điểm cường độ xạ đạt cực đại Cụ thể, vào ngày 24/4/2019, cường độ xạ đạt cực đại vào lúc 12h 953 W/m2 Tuy nhiên, nhiệt độ nước nóng cực đại khỏi BT độ gia nhiệt cực đại đạt vào lúc 14h Tương tự, vào ngày 16/5/2019, cường độ xạ lớn vào lúc 11h30’ Trong khi, độ gia nhiệt nhiệt độ nước nóng khỏi BT lớn 14h Điều xảy quán tính nhiệt BT Quán tính nhiệt BT phụ thuộc vào khối lượng, vật liệu chế tạo BT Qn tính nhiệt thu lớn độ lệch lớn ngược lại Theo Bảng 2, với lượng nước bình chứa 88 kg, nhiệt độ nước nóng cuối ngày bình chứa có giá trị 66,3 62,7C, tương ứng sản lượng nhiệt sản xuất BT 12,1MJ 11,2 MJ Với sản lượng này, quy đổi qua điện tiêu thụ để gia nhiệt nước nóng mức điện tiêu tốn ngày 3,4 kWh 3,1 kWh Trong đó, hiệu suất chuyển hóa lượng thu khơng lệch nhiều, 38,7% (24/4/2019) 38,5% (16/5/2019) Bảng Sản lượng nhiệt hiệu suất chuyển hóa lượng thu vào ngày 24/4/2019 16/5/2019 TT Hình 13 Nhiệt độ nước nóng khỏi thu thay đổi theo cường độ xạ mặt trời ngày, 24/4/2019 Hình 14 Độ gia nhiệt nước thu thay đổi theo cường độ xạ mặt trời ngày,16/5/2019 Thông số 24/4/2019 16/5/2019 Đơn vị Nhiệt độ trung bình nước bình chứa 33,4 32,2 C lúc bắt đầu thí nghiệm Nhiệt độ trung bình nước nóng bình 66,3 62,7 C chứa cuối Khối lượng nước 88 88 kg bình chứa Sản lượng nhiệt sản xuất 12,1 11,2 MJ/ngày thu Hiệu suất chuyển hóa 38,7 38,5 % lượng 3.2.3 Khi thu xoay hướng (Full –tracking mode) Hình 16 17 thể độ gia nhiệt nhiệt độ nước nóng khỏi thu xoay hướng vào ngày 25/4/2019 So với chế độ xoay hướng thu vào ngày 24/4/2019, độ gia nhiệt nước cực đại lớn (38,3C (25/4) 35,6C (24/4)) Thời gian để thu đạt độ gia nhiệt cực đại thu xoay hướng nhanh Bên cạnh đó, nhiệt độ nước nóng cực đại khỏi thu chế độ xoay hướng sớm so với xoay hướng 1giờ Tuy nhiên, nhiệt độ cực đại thu xoay hướng lớn so với xoay hướng, tương ứng 92,1C 79,8C Điều giải ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 17, NO 9, 2019 thích lưu lượng nước trung bình qua thu chế độ xoay hướng lớn so với chế độ xoay hướng, (theo tính tốn) 11,5 kg/h 10,6 kg/h 17 thu lớn áp suất khí quyển, gây chiều cao lớp nước bình chứa (Hình 19) Theo Bảng 3, nhiệt độ nước cuối ngày bình chứa, sản lượng nhiệt hiệu suất chuyển hóa thu chế độ xoay hướng lớn so với chế độ xoay hướng Bảng Với sản lượng sản xuất BT ngày 25/4 20/5 12,4 MJ 13,1 MJ Nếu quy đổi sang phương pháp gia nhiệt nước điện trở, tiêu thụ điện tương ứng ngày 3,4 kWh 3,6 kWh Bảng Sản lượng nhiệt hiệu suất chuyển hóa lượng thu vào ngày 25/4/2019 20/5/2019 TT Hình 16 Độ gia nhiệt nước thu thay đổi theo cường độ xạ mặt trời ngày, 25/4/2019 Hình 17 Nhiệt độ nước nóng khỏi thu thay đổi theo cường độ xạ mặt trời ngày, 25/4/2019 Hình 18 Độ gia nhiệt nước thu thay đổi theo cường độ xạ mặt trời ngày, 20/5/2019 Thông số 25/4/2019 20/5/2019 Đơn vị Nhiệt độ trung bình nước bình chứa lúc 32,6 36,7 C bắt đầu thí nghiệm Nhiệt độ trung bình nước nóng bình 66,6 72,4 C chứa cuối Khối lượng nước 87,2 88 kg bình chứa Sản lượng nhiệt sản xuất 12,4 13,1 MJ/ngày thu Hiệu suất chuyển hóa 42,6 46,4 % lượng Kết luận Mơ hình thực nghiệm với điều kiện xạ Đà Nẵng, vào ngày gần hai tháng năm 2019, chế độ xoay hướng hướng Với điều kiện xạ gần giống vào ngày liên tiếp, nhóm nghiên cứu có phân tích so sánh hiệu hoạt động thu tương đối xác Từ phân tích kết thí nghiệm thu chế độ, nhóm nghiên cứu rút kết luận sau: Với lượng nước bình chứa 88 kg, nhiệt độ nước nóng trung bình bình vào cuối ngày thu xoay hướng cao so với xoay hướng (0,3C ngày 24/4 25/4; 9,7 C 16/5 20/5) Tương tự, sản lượng nhiệt thu xoay hướng cao (0,3 MJ ngày 24/4 25/4; 1,9 MJ 16/5 20/5) Cuối cùng, hiệu suất chuyển hóa lượng thu chế độ xoay hướng cao với thu xoay hướng, từ 3,9% đến 7,9% Kết luận phù hợp với kết nghiên cứu [1] Lời cảm ơn:Bài báo tài trợ Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng với đề tài có mã số T2019-02-53 TÀI LIỆU THAM KHẢO Hình 19 Nhiệt độ nước nóng khỏi thu thay đổi theo cường độ xạ mặt trời ngày, 20/5/2019 Theo kết thí nghiệm ngày 20/5/2019 Hình 18, độ gia nhiệt đạt giá trị cao thời điểm 10h30’ (48,5C) 13h (45,8C) Trong đó, nhiệt độ nước nóng cực đại khỏi thu đạt 100,3C vào lúc 13h lệch so với thời điểm cường độ xạ mặt trời đạt giá trị cực đạt (12h) Giá trị nhiệt độ nước nóng 100,3C (>100C) áp suất nước [1] S Abdallah and S Nijmeh, “Two axes sun tracking system with PLC control”, Energy Conversion and Management, vol 45, no 1112, pp 1931–1939, 2004 [2] I.M Michaelides et al, “Comparison of performance and cost effectiveness of solar water heaters at dierent collector tracking modes in Cyprus and Greece”, Energy Conversion & Management 40 (1999) 1287- 1303 [3] S Abdallah and S Nijmeh, “Two axes sun tracking system with PLC control”, Energy Conversion and Management, vol 45, no 1112, pp 1931–1939, 2004 [4] Werner Weiss, Monika Spörk-Dür, Solar Heat Worldwide: Global Market Development and Trends in 2017, IEA Solar Heating & Cooling Programme, 5/ 2018 (BBT nhận bài: 12/8/2019, hoàn tất thủ tục phản biện: 19/9/2019) ... Sản lượng nhiệt hiệu suất chuyển hóa lượng thu vào ngày 24/4/2019 16/5/2019 TT Hình 13 Nhiệt độ nước nóng khỏi thu thay đổi theo cường độ xạ mặt trời ngày, 24/4/2019 Hình 14 Độ gia nhiệt nước thu. .. cường độ xạ mặt trời ngày, 25/4/2019 Hình 17 Nhiệt độ nước nóng khỏi thu thay đổi theo cường độ xạ mặt trời ngày, 25/4/2019 Hình 18 Độ gia nhiệt nước thu thay đổi theo cường độ xạ mặt trời ngày,... 24/4/2019 16/5/2019 Nhiệt độ nước nóng tăng dần xạ mặt trời tăng dần, đạt đỉnh tương ứng 92,1C 86,7C Sau đó, nhiệt độ nước nóng giảm dần kết thúc thí nghiệm Hình 12 Độ gia nhiệt nước thu thay đổi