Nghiên cứu đánh giá đặc tính nhiệt độ hiệu suất của tấm pin mặt trời trong các điều kiện bức xạ và trao đổi nhiệt khác nhau bằng phương pháp mô phỏng (Đề tài NCKH)

Nghiên cứu đánh giá đặc tính nhiệt độ hiệu suất của tấm pin mặt trời trong các điều kiện bức xạ và trao đổi nhiệt khác nhau bằng phương pháp mô phỏng (Đề tài NCKH) Nghiên cứu đánh giá đặc tính nhiệt độ hiệu suất của tấm pin mặt trời trong các điều kiện bức xạ và trao đổi nhiệt khác nhau bằng phương pháp mô phỏng (Đề tài NCKH) Nghiên cứu đánh giá đặc tính nhiệt độ hiệu suất của tấm pin mặt trời trong các điều kiện bức xạ và trao đổi nhiệt khác nhau bằng phương pháp mô phỏng (Đề tài NCKH) Nghiên cứu đánh giá đặc tính nhiệt độ hiệu suất của tấm pin mặt trời trong các điều kiện bức xạ và trao đổi nhiệt khác nhau bằng phương pháp mô phỏng (Đề tài NCKH) Nghiên cứu đánh giá đặc tính nhiệt độ hiệu suất của tấm pin mặt trời trong các điều kiện bức xạ và trao đổi nhiệt khác nhau bằng phương pháp mô phỏng (Đề tài NCKH) Nghiên cứu đánh giá đặc tính nhiệt độ hiệu suất của tấm pin mặt trời trong các điều kiện bức xạ và trao đổi nhiệt khác nhau bằng phương pháp mô phỏng (Đề tài NCKH) Nghiên cứu đánh giá đặc tính nhiệt độ hiệu suất của tấm pin mặt trời trong các điều kiện bức xạ và trao đổi nhiệt khác nhau bằng phương pháp mô phỏng (Đề tài NCKH) Nghiên cứu đánh giá đặc tính nhiệt độ hiệu suất của tấm pin mặt trời trong các điều kiện bức xạ và trao đổi nhiệt khác nhau bằng phương pháp mô phỏng (Đề tài NCKH) Nghiên cứu đánh giá đặc tính nhiệt độ hiệu suất của tấm pin mặt trời trong các điều kiện bức xạ và trao đổi nhiệt khác nhau bằng phương pháp mô phỏng (Đề tài NCKH) Nghiên cứu đánh giá đặc tính nhiệt độ hiệu suất của tấm pin mặt trời trong các điều kiện bức xạ và trao đổi nhiệt khác nhau bằng phương pháp mô phỏng (Đề tài NCKH) Nghiên cứu đánh giá đặc tính nhiệt độ hiệu suất của tấm pin mặt trời trong các điều kiện bức xạ và trao đổi nhiệt khác nhau bằng phương pháp mô phỏng (Đề tài NCKH) Nghiên cứu đánh giá đặc tính nhiệt độ hiệu suất của tấm pin mặt trời trong các điều kiện bức xạ và trao đổi nhiệt khác nhau bằng phương pháp mô phỏng (Đề tài NCKH) Nghiên cứu đánh giá đặc tính nhiệt độ hiệu suất của tấm pin mặt trời trong các điều kiện bức xạ và trao đổi nhiệt khác nhau bằng phương pháp mô phỏng (Đề tài NCKH) Nghiên cứu đánh giá đặc tính nhiệt độ hiệu suất của tấm pin mặt trời trong các điều kiện bức xạ và trao đổi nhiệt khác nhau bằng phương pháp mô phỏng (Đề tài NCKH) Nghiên cứu đánh giá đặc tính nhiệt độ hiệu suất của tấm pin mặt trời trong các điều kiện bức xạ và trao đổi nhiệt khác nhau bằng phương pháp mô phỏng (Đề tài NCKH) Nghiên cứu đánh giá đặc tính nhiệt độ hiệu suất của tấm pin mặt trời trong các điều kiện bức xạ và trao đổi nhiệt khác nhau bằng phương pháp mô phỏng (Đề tài NCKH) Nghiên cứu đánh giá đặc tính nhiệt độ hiệu suất của tấm pin mặt trời trong các điều kiện bức xạ và trao đổi nhiệt khác nhau bằng phương pháp mô phỏng (Đề tài NCKH) Nghiên cứu đánh giá đặc tính nhiệt độ hiệu suất của tấm pin mặt trời trong các điều kiện bức xạ và trao đổi nhiệt khác nhau bằng phương pháp mô phỏng (Đề tài NCKH)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐẶC TÍNH NHIỆT ĐỘ - HIỆU SUẤT CỦA TẤM PIN MẶT TRỜI TRONG CÁC ĐIỀU KIỆN BỨC XẠ VÀ TRAO ĐỔI NHIỆT KHÁC NHAU BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG Mã số đề tài: SV2020 - 04 Chủ nhiệm đề tài: Phan Tuấn Lộc TP Hồ Chí Minh, Tháng 10 / 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐẶC TÍNH NHIỆT ĐỘ - HIỆU SUẤT CỦA TẤM PIN MẶT TRỜI TRONG CÁC ĐIỀU KIỆN BỨC XẠ VÀ TRAO ĐỔI NHIỆT KHÁC NHAU BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG Mã số đề tài: SV2020 - 04 Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ Thuật Cơng Nghệ SV thực hiện: Phan Tuấn Lộc Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: 171470B Ngành học: Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt Nam, Nữ: Nam Năm thứ: /Số năm đào tạo: Người hướng dẫn: TS Nguyễn Vũ Lân TP Hồ Chí Minh, Tháng 10 / 2020 MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH SÁCH CÁC HÌNH iv DANH SÁCH CÁC BẢNG vii TÓM TẮT CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN I Tổng quan tình hình nghiên cứu nước .2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước: 2 Tình hình nghiên cứu nước: II Tính cấp thiết đề tài III Mục tiêu đối tượng nghiên cứu Mục tiêu đề tài Đối tượng nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu giới hạn đề tài 10 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu 11 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12 I Bức xạ mặt trời 12 II Pin mặt trời 13 Giới thiệu .13 Cấu tạo pin mặt trời .13 Nguyên lý hoạt động pin mặt trời 15 III Vật liệu biến đổi pha (PCM) 16 Khái niệm .16 Phân loại 18 Cơ sở lý thuyết chọn PCM cho đề tài 19 i GVHD: TS Nguyễn Vũ Lân Phương trình truyền nhiệt PCM 20 CHƯƠNG 3: MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM 22 I Trang thiết bị thí nghiệm 22 Cảm biến nhiệt độ (thermocouple) RTD, PT 100 loại A 1m: .23 Đèn halogen: 23 Bộ thu thập xử lý tín hiệu đo lường ADAM-4015: 24 Bộ nguồn: .25 Bộ chuyển đổi đuôi dây liệu: 26 Đồng hồ VOM: 26 Động DC: 27 Đồng hồ đo cường độ xạ tổng mặt trời: 28 Hộp mica chứa mẫu thí nghiệm: .29 10 Pin mặt trời: 30 11 Mô tả cấu trúc mơ hình thí nghiệm: 32 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 36 I Phương pháp tổng hợp kết thực nghiệm: 36 II Kết thực nghiệm phịng thí nghiệm (PTN): .37 Đặc tính nhiệt độ PV nguyên gốc (khơng có hỗ trợ ổn định nhiệt): .38 Đặc tính nhiệt độ PV làm mát thụ động nước có hộp chứa dạng mẫu l: .38 Đặc tính nhiệt độ PV làm mát thụ động nước có hộp chứa dạng mẫu 2: .39 Đặc tính nhiệt độ PV làm mát thụ động PCM: .40 Đặc tính nhiệt độ PV làm mát thụ động PCM + nước: 40 ii GVHD: TS Nguyễn Vũ Lân Tương quan so sánh nhiệt độ trung bình bề mặt PV mẫu khác chế độ làm việc: 41` III Kết thực nghiệm trời: .42 Đặc tính nhiệt độ PV nguyên gốc chế độ ngồi trời: 43 Đặc tính nhiệt độ PV + nước chế độ trời: 43 Đặc tính nhiệt độ PV + PCM chế độ trời: 44 Đặc tính nhiệt độ PV + PCM + nước: 44 Tương quan so sánh nhiệt độ trung bình bề mặt PV chế độ làm việc khác nhau: .45 CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 49 I Mơ hình mơ .49 II Kết mô phỏng: 49 Mơ hình Tấm PV nguyên bản: .49 Tấm pin có nước làm mát: .50 Tấm pin với PCM : 51 Tấm pin có PCM nước làm mát: .52 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 54 I Kết luận 54 II Hướng phát triền đề tài 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO .57 ` iii GVHD: TS Nguyễn Vũ Lân DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1: Phân phối xạ mặt trời Hình 2.2: Tấm pin lượng mặt trời Hình 2.3: Cấu tạo pin mặt trời Hình 2.4: Silic dạng tinh thể Hình 2.5: Sơ đồ cấu tạo pin mặt trời PV Hình 2.6: Nguyên lý hoạt động pin mặt trời Hình 2.7: PCM hữu Hình 2.8: Mơ chu trình làm việc PCM Hình 2.9: Phân loại PCM Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc hệ thống đo lường thực nghiệm Hình 3.2: Cảm biến nhiệt độ (thermocouple) RTD, PT 100 loại A 1m Hình 3.3: Đèn halogen dùng mơ hình thí nghiệm Hình 3.4: Bộ chuyển đổi thu thập tín hiệu ADAM-4015 lúc chưa kết nối Hình 3.5: Bộ chuyển đổi thu thập tín hiệu ADAM-4015 lúc hoạt động Hình 3.6: Bộ chuyển đổi nguồn điện Hình 3.7: Bộ chuyển đổi dây liệu Hình 3.8: Đồng hồ VOM Hình 3.9: Động DC Hình 3.10: Đồng hồ đo cường độ xạ mặt trời Hình 3.11: Hộp mica để chứa mẫu thí nghiệm (mẫu 1) Hình 3.12: Hộp mica để chứa mẫu thí nghiệm (mẫu 2) Hình 3.13: Hộp mica để chứa mẫu thí nghiệm (mặt trước) Hình 3.14: Hộp mica để chứa mẫu thí nghiệm (mặt sau) iv GVHD: TS Nguyễn Vũ Lân Hình 3.15: Mặt trước pin mặt trời sử dụng thí nghiệm Hình 3.16: Mặt sau pin mặt trời sử dụng thí nghiệm Hình 3.17: Thơng số kỹ thuật pin mặt trời sử dụng thí nghiệm Hình 3.18: Sơ đồ cấu tạo mơ hình thí nghiệm PV + nước Hình 3.19: Sơ đồ cấu tạo mơ hình thí nghiệm PV + PCM Hình 3.20: Sơ đồ cấu tạo mơ hình thí nghiệm PV + PCM + nước Hình 3.21: Sơ đồ vị trí điểm đặt đầu đo nhiệt độ PV Hình 3.22: Sơ đồ mạch điện đo cơng suất điện đầu PV Hình 3.23: Hệ thống thực nghiệm phịng thí nghiệm Hình 3.24: Hệ thống thực nghiệm ngồi trời Hình 4.1: Đặc tính nhiệt độ PV nguyên gốc (chế độ PTN) Hình 4.2: Đặc tính nhiệt độ PV + nước (mẫu 1) (chế độ PTN) Hình 4.3: Đặc tính nhiệt độ PV + nước (mẫu 2) (chế độ PTN) Hình 4.4: Đặc tính nhiệt độ PV + PCM (chế độ PTN) Hình 4.5: Đặc tính nhiệt độ PV + PCM + nước (chế độ PTN) Hình 4.6: So sánh nhiệt độ mặt PV mẫu (chế độ PTN) Hình 4.7: Đặc tính nhiệt độ PV ngun gốc (chế độ NTR) Hình 4.8: Đặc tính nhiệt độ PV + nước (chế độ NTR) Hình 4.9: Đặc tính nhiệt độ PV + PCM (chế độ NTR) Hình 4.10: Đặc tính nhiệt độ PV + PCM + nước (chế độ NTR) Hình 4.11: So sánh hiệu suất sinh điện trung bình 04 mẫu pin Hình 5.1: Phân bố nhiệt mặt cắt theo chiều dày PV nguyên Hình 5.2: Đường cong mô nhiệt độ bề mặt PV nguyên Hình 5.3: Phân bố nhiệt mặt cắt theo chiều dày PV+nước Hình 5.4: Đường cong mô nhiệt độ bề mặt PV+nước v GVHD: TS Nguyễn Vũ Lân Hình 5.3: Phân bố nhiệt mặt cắt theo chiều dày PV+PCM Hình 5.4: Đường cong mơ nhiệt độ bề mặt PV+PCM Hình 5.5: Phân bố nhiệt mặt cắt theo chiều dày PV+PCM Hình 5.6: Đường cong mô nhiệt độ bề mặt PV+PCM+Nước vi GVHD: TS Nguyễn Vũ Lân DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 2.1: Đặc tính vật lý vật liệu chuyển pha PAL-33 Bảng 4.1: Bảng tính hiệu suất pin mẫu khác Bảng 4.2: Bảng liệu thực nghiệm hiệu suất mẫu Pin + PCM + nước theo giá trị cường độ xạ mặt trời khác vii GVHD: TS Nguyễn Vũ Lân BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu đánh giá đặc tính nhiệt độ - hiệu suất pin mặt trời điều kiện xạ trao đổi nhiệt khác phương pháp mô - Chủ nhiệm đề tài: Phan Tuấn Lộc - Lớp: 171470B Mã số SV: 17147158 Khoa: Cơ khí Động lực - Thành viên đề tài: STT Họ tên MSSV Lớp Khoa Nguyễn Thị Kim Quế 17147172 171470B Cơ khí Động lực Lê Đức Mạnh 17147161 171470A Cơ khí Động lực Phạm Văn Nhiêm 17147165 171470B Cơ khí Động lực - Người hướng dẫn: TS Nguyễn Vũ Lân Mục tiêu đề tài: Nhằm phân tích xác định mức độ ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất làm việc pin mặt trời ứng với điều kiện làm việc khác giải pháp xử lý tản nhiệt khác mang lại Tính sáng tạo: - Mơ hình mơ giúp phân tích đánh giá chế độ làm việc khác giúp cho người nghiên cứu thay đổi thơng số mơ hình để dễ dàng nghiên cứu mà khơng cần làm thực nghiệm - Mơ hình PCM nước làm mát hỗ trợ cho pin mặt trời giúp trì giá trị hiệu suất sinh điện cao so với pin nguyên Kết nghiên cứu: Đề tài thực thành công việc xây dựng mơ hình cấu trúc phần mềm mơ có đối chiếu với kết thí nghiệm mơ hình thực tế Kết cho thấy mơ hình mơ có tương thích tốt với kết thực nghiệm Trên sở đó, người sử dụng linh hoạt thay đổi thông số kỹ thuật để tạo nên điều kiện viii GVHD: TS Nguyễn Vũ Lân Phịng thí nghiệm Mặc dù giải thích trên, giá trị nhiệt độ làm việc pin hiệu suất sinh điện pin có chịu ảnh hưởng gió, nhiệt độ môi trường biến động xạ mặt trời ngày thực nghiệm, tác giả sàng lọc liệu thí nghiệm có điều kiện trời gần giống (nhiệt độ môi trường dao động quanh khoảng 35 – 36oC, tốc độ gió thấp 0,1 m/s (những ngày trời nắng oi lặng gió), xạ tương đối ổn định mức gần 900W/m2, bỏ qua số thời điểm bị mây che khuất) Xét khoảng thời gian (khoảng thời gian mà PAL-33 từ trạng thái rắn chuyển pha hoàn toàn sang lỏng tiếp tục gia tăng nhiệt độ) nhờ giải pháp hỗ trợ ổn định nhiệt PCM kết hợp với nước, hiệu suất sinh điện đạt mức 11.21%, cao khoảng 3,07% so với hiệu suất đạt pin nguyên Khoảng chênh tăng lên lượng PCM sử dụng đủ nhiều toàn thời gian làm việc ngày PV Hình 4.11 thể biểu đồ so sánh tương quan giá trị hiệu suất trung bình đạt mẫu pin 12.00% 10.00% Hiệu suất 8.00% 6.00% 4.00% 2.00% 0.00% Pin Pin + Nước Pin + PCM Pin + PCM + Nước Hình 4.11: So sánh hiệu suất sinh điện trung bình 04 mẫu pin 46 GVHD: TS Nguyễn Vũ Lân Kết thực nghiệm cho thấy phương án làm mát PCM kết hợp với nước cho khả trì nhiệt độ giá trị gần nhiệt độ môi trường lâu Do điều kiện thí nghiệm ngồi trời ngày khác có khác biệt (i) biến thiên cường độ xạ mặt trời, (ii) nhiệt độ mơi trường, (iii) tốc độ gió làm ảnh hưởng tới mức độ tản nhiệt môi trường nên cường độ xạ nhau, giá trị nhiệt độ thực tế bề mặt PV biến thiên khơng hồn tồn túy theo quy luật tỷ lệ thuận với cường độ xạ Để giảm thiểu mức độ ảnh hưởng tham số nêu trên, tác giả tiến hành thí nghiệm nhiều ngày giai đoạn thời tiết nắng nóng ổn định có thể, sau sàng lọc ngày có điều kiện ngồi trời tương đồng để thực so sánh Tuy nhiên, tác động đồng thời nhiều biến số mơi trường gây khó khăn cho so sánh để làm bật hiệu ổn định nhiệt độ riêng PCM đem lại cách trực quan đồ thị Do đó, kết hiệu suất sinh điện sử dụng để phản ánh hiệu giải pháp thiết kế cải tiến Ngoài ra, trình nghiên cứu số kinh nghiệm quan trọng việc thiết lập sản phẩm thực tế Việc đảm bảo tiếp xúc nhiệt tốt bề mặt cần làm mát lớp PCM Khi PCM gói bao chứa dạng túi mềm, trình chuyển pha bị biến dạng cong võng, hình thành khe hở lớp PCM bề mặt cần làm mát khiến cho trình trao đổi nhiệt bị suy giảm đáng kể Vì thiết cần có chế hỗ trợ để lớp PCM ép chặt lên bề mặt cần làm mát Bảng 4.2 thống kê giá trị hiệu suất thực nghiệm ứng với mức nhiệt độ làm việc khác điều kiện thí nghiệm ngồi trời với giả định nhiệt độ mơi trường trung bình 36oC, mức gió trung bình theo phương ngang khoảng 0,2m/s Bảng 4.2: Bảng liệu thực nghiệm hiệu suất mẫu Pin + PCM + nước theo giá trị cường độ xạ mặt trời khác Nhiệt độ bề mặt PV (oC) Hiệu suất 38 13.07 43 11.57 48 10.72 53 10.25 58 9.44 47 GVHD: TS Nguyễn Vũ Lân 63 8.93 68 8.31 Dựa bảng liệu này, tác giả thực phương pháp hồi quy bậc theo phương trình (4.2) (4.3), thu hàm hồi quy thể quan hệ nhiệt độ pin hiệu suất sinh điện có dạng: (T) = 18,21 – 0,15  T (4.6) 48 GVHD: TS Nguyễn Vũ Lân CHƯƠNG 5: MƠ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ MƠ PHỎNG I Mơ hình mơ Như trình bày phần trên, mơ hình mơ hệ pin mặt trời xây dựng tảng phần mềm mô COMSOL Multiphysics với trường hợp : (i) pin nguyên bản; (ii) pin có hỗ trợ làm mát nước; (iii) pin có hỗ trợ làm mát PCM nước Vì hình thức cấu trúc pin mặt trời dạng phẳng có kích thước chiều dài chiều rộng bề mặt lớn nhiều so với độ dày tấm, mơ hình mơ đề xuất dạng 2D bỏ qua dòng trao đổi nhiệt qua vách bên hệ (chỉ tính đến dịng trao đổi nhiệt mặt mặt dưới) với mơi trường xung quanh Ngồi ra, độ dày lớp kính phủ mặt trên, solar cell, EVA, đỡ PV nguyên mỏng so với độ dày chung hệ, nên q trình mơ phỏng, lớp gộp chung đại diện lớp vật dẫn có độ dày tương ứng với hệ số truyền nhiệt trung bình Do tỷ lệ chênh lệch lớn chiều dày chiều dọc PV gây khó khăn cho việc hiển thị, tác giả giả định dịng nhiệt phân bố tồn bề mặt pin mơ đoạn cắt theo chiều dài PV với hình ảnh mô tả bên II Kết mô phỏng: Mơ hình Tấm PV ngun bản: Tấm PV nguyên Hình 5.1: Phân bố nhiệt mặt cắt theo chiều dày PV nguyên 49 GVHD: TS Nguyễn Vũ Lân Hình 5.2: Đường cong mơ nhiệt độ bề mặt PV nguyên Tấm pin có nước làm mát: Tấm PV nguyên Nước làm mát Tấm PC khay chứa Hình 5.3: Phân bố nhiệt mặt cắt theo chiều dày PV+nước 50 GVHD: TS Nguyễn Vũ Lân Hình 5.4: Đường cong mô nhiệt độ bề mặt PV+nước Tấm pin với PCM : Tấm PV nguyên Lớp PCM Tấm PC khay chứa Hình 5.3: Phân bố nhiệt mặt cắt theo chiều dày PV+PCM 51 GVHD: TS Nguyễn Vũ Lân Hình 5.4: Đường cong mô nhiệt độ bề mặt PV+PCM Tấm pin có PCM nước làm mát: Tấm PV nguyên Lớp PCM Nước làm mát Tấm PC khay chứa Hình 5.5: Phân bố nhiệt mặt cắt theo chiều dày PV+PCM 52 GVHD: TS Nguyễn Vũ Lân Hình 5.6: Đường cong mơ nhiệt đợ bề mặt PV+PCM+Nước 53 GVHD: TS Nguyễn Vũ Lân CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN I Kết luận Đề tài thực thành công việc xây dựng mơ hình cấu trúc phần mềm mơ có đối chiếu với kết thí nghiệm mơ hình thực tế Kết cho thấy mơ hình mơ có tương thích tốt với kết thực nghiệm Trên sở đó, người sử dụng linh hoạt thay đổi thông số kỹ thuật để tạo nên điều kiện làm việc khác PV để mơ tìm dự báo đáp ứng nhiệt độ pin điều kiện làm việc tương ứng mà không cần thiết phải thiết lập thực nghiệm Thơng qua phân tích kết thực nghiệm mơ phỏng, nhóm tác giả nhận thấy việc kết hợp PCM với nước làm mát giải pháp mang lại hiệu giảm nhiệt tốt so với việc dùng hai giải pháp so với pin nguyên Bằng việc sử dụng vật liệu chuyển pha PAL-33, mức giảm nhiệt độ pin đạt khoảng 7oC – 15oC, độ giảm nhiệt độ phổ biến khoảng 9oC, nhiệt độ thấp trì khoảng thời gian dài hay ngắn tùy thuộc vào hàm lượng giá trị ẩn nhiệt loại PCM sử dụng thiết kế ứng dụng vào mơ hình Nhờ nhiệt độ làm việc trì mức thấp so với trường hợp pin thông thường, hiệu suất sinh điện tổng ngày pin tăng từ khoảng 8.14% (khi vận hành chế độ nguyên bản, không hỗ trợ ổn định nhiệt) lên khoảng 11.21% Đây kết tích cực cho thấy giải pháp thiết kế đề tài mang lại phù hợp ứng dụng để đem lại hiệu việc khai thác nguồn lượng miễn phí từ mặt trời Ngồi ra, đề tài có phát quan trọng sau: Khi đưa vào sử dụng lớp PCM thường chứa bao/túi/hộp chứa để khơng bị rị rỉ chuyển pha từ rắn sang lỏng ngược lại Tuy nhiên, thiết kế, lớp vỏ bao dùng vật liệu có hệ số truyền nhiệt thấp biến dạng gây giảm hiệu tiếp xúc PCM bề mặt cần ổn định nhiệt làm cho tác động làm mát ổn định nhiệt PCM bị ảnh hưởng rõ rệt, chí tác dụng Do đó, thiết kế có sử dụng PCM, thiết cần đảm bảo tiếp xúc nhiệt tốt PCM bề mặt/đối tượng cần ổn định nhiệt độ 54 GVHD: TS Nguyễn Vũ Lân Trong trường hợp chung, lớp PCM tiếp xúc với mặt (theo phương trọng trường) đối tượng (cụ thể ứng dụng thiết kế với PV đề tài này) cần phải có giải pháp nâng ép lớp PCM tiếp xúc chặt lên bề mặt đối tượng Một sáng tạo đề tài PCM có khối lượng riêng nhỏ nước nên sử dụng lớp nước bên để đẩy lớp PCM lên tiếp xúc với mặt đáy đối tượng cần ổn định nhiệt độ Đây giải pháp đem lại lợi ích kép, hệ thống làm mát PCM lớp nước bên đồng thời giúp tản nhiệt phần cho lớp PCM nóng chảy q trình trao đổi nhiệt với pin mặt trời Khi PV đặt phương nằm ngang lực phân bố lớp PCM toàn tiết diện tấm, lớp PCM tiếp xúc tốt với bề mặt cần làm mát Do đó, ta khơng cần có vỏ bọc mà PCM nước chứa chung hộp chứa kín thiết kế đề tài phân thành lớp riêng biệt (do tính khơng hịa tan nước PAL-33 khối lượng riêng khác nhau) Tuy nhiên, PV đặt phương nghiêng (15o khu vực Thành phố Hồ Chí Minh) lực có xu hướng đẩy lớp PCM lên phía mép cao PV nước nằm phía mép thấp PV Do chế đối lưu tự nhiên, nước hấp thụ nhiệt nóng lên dần đối lưu lên trao đổi nhiệt với khối PCM, sau PCM hấp thụ nhiệt tuần hoàn xuống để tiếp tục chu trình làm mát PV Nếu muốn đảm bảo tác động PCM đồng lên bề mặt PV ta nên có lớp vỏ PCM dạng để lực đẩy nước giúp áp PCM lên tiếp xúc bề mặt lưng PV Tùy theo thông số kỹ thuật loại PCM dùng (ẩn nhiệt, nhiệt độ chuyển pha, khối lượng riêng…) mức cường độ xạ mặt trời nơi sử dụng mơ hình cải tiến này, lượng PCM cần tính tốn thiết kế với phù hợp đủ để trì trình chuyển pha suốt thời gian pin bị làm nóng lên nhận xạ từ mặt trời ngày Nếu lượng PCM bị thiếu sau bị chuyển hóa hết sang dạng lỏng, lớp PCM làm chậm khả tản nhiệt phía bề mặt lưng PV, kéo theo nhiệt độ cao mức nhiệt độ điều kiện PV nguyên Đây ý quan trọng thiết kế khơng làm tổng hiệu suất sinh điện mơ hình PV cải tiến giảm thay tăng thêm so với PV nguyên 55 GVHD: TS Nguyễn Vũ Lân Mơ hình mơ xây dựng dùng cho việc dự báo mức lượng điện đầu chế độ làm việc pin thông qua nhiệt độ làm việc chúng Sử dụng mơ hình mơ này, người dùng linh hoạt thay đổi thông số mô tả chế độ làm việc theo điều kiện thực tế qua rút kết dự báo mà khơng cần tiêu tốn thời gian công sức làm thực nghiệm II Hướng phát triền đề tài Theo phân tích nêu trên, đề tài phát triển hướng sau: - Nghiên cứu ứng với nhiều loại PCM để tìm mức độ ảnh hưởng đến kết thực nghiệm thông số PCM nhiệt dung riêng, ẩn nhiệt, hệ số dẫn nhiệt khối lượng riêng thay đổi - Nghiên cứu phương án khử vùng xạ khơng có khả sinh điện lại gây nhiệt độ làm việc PV bị tăng lên 56 GVHD: TS Nguyễn Vũ Lân TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Swapnil Dubey, Jatin Narotam Sarvaiya, Bharath Seshadri, “Temperature Dependent Photovoltaic (PV) Efficiency and Its Effect on PV Production in the World – A Review”, Energy Procedia, Volume 33, 2013, pp 311–32 [2] Miguel Fisac, Francese X,Villasevil1, Antonio M.Lopez, “High-efficiency photocoltic technology including thermoelectric generation”, Journal of Power Sources, Volume 252, 2014, pp, 264-269 [3] Hassan Fathabadi, “Increasing energy efficiency of PV-converter-bettery section of sandalone building integrated photovoltaic systems”, Energy and Buildings, Volume 101, 2015, pp, 1-11 [4] Miguel Fisac, Francesc X Villasevil1, Antonio M López, “High-efficiency photovoltaic technology including thermoelectric generation”, Journal of Power Sources, Volume 252, 2014, pp 264–269 [5] Hassan Fathabadi, “Increasing energy efficiency of PV-converter-battery section of standalone building integrated photovoltaic systems”, Energy and Buildings, Volume 101, 2015, pp 1–11 [6] M Abdolzadeh, M Ameri, “Improving the effectiveness of a photovoltaic water pumping system by spraying water over the front of photovoltaic cells”, Renewable Energy, Volume 34, 2009, pp 91–96 [7] Linus Idoko, Olimpo Anaya-Lara, Alasdair McDonald, “Enhancing PV modules efficiency and power output using multi-concept cooling technique”, Energy Reports, Volume 4, 2018, pp 357–369 [8] Elias Roumpakias, Olympia Zogou, Anastassios Stamatelos, “Correlation of actual efficiency of photovoltaic panels with air mass”, Renewable Energy, Volume 74, 2015, pp 70–77 [9] Mawufemo,Modjinou, JiJie, Weiqi Yuan, Fan Zhou, Sarah Holliday, Adeel Waqas, Xudong Zhao, “Performance comparison of encapsulated PCM PV/T, microchannel heat pipe PV/T and conventional PV/T systems”, Energy, Available online 19 October 2018 57 GVHD: TS Nguyễn Vũ Lân [10] Ali Najah Al-Shamani, Mohammad H Yazdi, M.A Alghoul, Azher M Abed, M.H Ruslan, Sohif Mat, K.Sopian, “Nanofluids for improved efficiency in cooling solar collectors –A review”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 38, 2014, pp 348–367 [11] Anant Shukla, D Buddhi, R.L Sawhney, “Solar water heaters with phase change material thermal energy storage medium: A review”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 13, 2009, pp 2119-2125 [12] Atul Sharma, C.R Chen, Nguyen Vu Lan, “Solar-energy drying systems: A review”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 13, 2009, pp 1185-1210 [13] Huann-Ming Chou, Chang-Ren Chen, Vu-Lan Nguyen, “A new design of metalsheet cool roof using PCM”, Energy and Buildings, Volume 57, 2013, pp 42-50 [14] S.A.Nada, D.H.El-Nagar, “Possibility of using PCMs in temperature control and performance enhancements of free stand and building integrated PV modules”, Renewable Energy , Volume 127, 2018, pp 630-641 [15] M.C Browne, B Norton, S.J McCormack, “Phase change materials for photovoltaic thermal management”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 47, 2015, pp 762-782 [16] Christopher J Smith, Piers M Forster, Rolf Crook, “Global analyis of photovoltaic energy output enhanced by phase change material cooling”, Applied Energy, Volume 126, 2014, pp 21-28 [17] Maria C.Browne, Brian Norton, Sarah J.Mccormack, “Heat retention of a photovoltaic/thermal collector with PCM”, Solar Energy, Volume 133, 2016, pp 533-548 [18] A Hasan, S.J McCormack, M.J Huang, J Sarwar, B Norton, “Increased photovoltaic performance through temperature regulation by phase change materials: Material comparison in different climates”, Solar Energy, Volume 115, 2015, pp 264-276 58 GVHD: TS Nguyễn Vũ Lân [19] C.J Ho, Wei-Len Chou, Chi-Ming Lai, “Thermal and electrical performance of a water-surface floating PV integrated with a water-saturated MEPCM layer”, Energy Conversion and Management, Volume 89, 2015, pp 862-872 [20] A Hasan, S.J McCormack, M.J Huang, B Norton, “Evaluation of phase change materials for thermal regulation enhancement of building integrated photovoltaics”, Solar Energy, Volume 84, 2010, pp 1601-1612 [21] Ankita Gaur, Christophe Ménézo, Stéphanie Giroux-julien, “Numerical studies on thermal and electrical performance of a fully wetted absorber PVT collector with PCM as a storage medium”, Renewable Energy, Volume 109, 2017, pp 168-187 [22] Peter Atkin, Mohammed M Farid, “ Improving the efficiency of photovoltaic cell using PCM infused graphite and aluminium fins”, Solar Energy, Volume 114, 2015, pp 217-228 [23] M.J Huang, P.C Eames, B Norton, N.J Hewitt, “Natural convection in an internally finned phase change material heat sink for the thermal management of photovoltaics”, Solar Energy Materials & Solar Cells, Volume 95, 2011, pp 15981603 [24] Thân Ngọc Hoàn, Năng lượng điện mặt trời phương pháp nâng cao chất lượng hiệu suất, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hồng Hải, số 18, tr 73-79, 2009 [25] Bộ Khoa học Công nghệ Sự phát triển lượng tái tạo Việt Nam http://tietkiemnangluong.com.vn/tin-tuc/pho-bien-kien-thuc/t11535/su-phat-triennang-luong-tai-tao-o-viet-nam.html, 02/03/2020 [26] Nguyễn Thị Hồng Nhung, Sử dụng chất chuyển pha để trữ nhiệt thiết bị sấy dùng lượng mặt trời, http://tailieuso.udn.vn/handle/TTHL_125/2819, 20/06/2019 [27] Hoàng Ngọc Minh, Tổ nghiên cứu phát triển, VNPT Đồng Nai Ứng dụng vật liệu biến đổi pha PCM làm mát tịa nhà viễn thơng, https://123doc.net/document/1702530-ung-dung-vat-lieu-bien-doi-pha-pcm-lammat-nha-tram-vien-thong.htm, 20/06/2019 59 GVHD: TS Nguyễn Vũ Lân S K L 0 ... Trên sở đó, đề tài "NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐẶC TÍNH NHIỆT ĐỘ HIỆU SUẤT CỦA TẤM PIN MẶT TRỜI TRONG CÁC ĐIỀU KIỆN BỨC XẠ VÀ TRAO ĐỔI NHIỆT KHÁC NHAU BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG" cần thiết Nhằm khắc phục... GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐẶC TÍNH NHIỆT ĐỘ - HIỆU SUẤT CỦA TẤM PIN MẶT TRỜI TRONG. .. mơ đặc tính hiệu suất- nhiệt độ cho sản phẩm khác nhằm so sánh đánh giá sản phẩm điều kiện làm việc cụ thể II Tính cấp thiết đề tài Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng nhiệt độ lên đặc tính làm việc pin