1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

thiết kế tính toán mô phỏng và xây dựng mô hình nhiệt độ cho nhà máy tans bình dương

88 0 0
Tài liệu đã được kiểm tra trùng lặp

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Thiết Kế Tính Toán, Mô Phỏng Và Xây Dựng Mô Hình Nhiệt Độ Cho Nhà Máy Tans Bình Dương
Tác giả Lâm Thanh Hoàng, Đào Lê Trung Quốc
Người hướng dẫn TS. Phạm Thanh Tuân
Trường học Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành Ngành Năng Lượng Tái Tạo
Thể loại Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản 2024
Thành phố Tp. Hồ Chí Minh
Định dạng
Số trang 88
Dung lượng 8,88 MB

Cấu trúc

  • CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN (17)
    • 1.1. Lí do chọn đề tài (17)
    • 1.2. Tình hình phát triển của điện mặt trời (18)
      • 1.2.1. Nước ngoài (18)
      • 1.2.2. Nước ta (21)
    • 1.3. Mục tiêu đề tài (21)
    • 1.4. Nội dung nghiên cứu (21)
    • 1.5. Giới hạn của đề tài (22)
  • CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT (23)
    • 2.1. Tìm hiểu về pin mặt trời (23)
      • 2.1.1. Cấu tạo (23)
      • 2.1.2. Các thông số của tấm pin mặt trời (24)
      • 2.1.3. Nguyên lí hoạt động của pin mặt trời (26)
      • 2.1.4. Quá trình truyền nhiệt qua vách phẳng (27)
      • 2.1.5. Đối lưu nhiệt (29)
      • 2.1.6. Phản xạ bức xạ trên tấm pin mặt trời (29)
    • 2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống mặt lượng mặt trời (30)
      • 2.2.1. Lượng bức xạ mặt trời (30)
      • 2.2.2. Hướng và góc nghiêng (31)
      • 2.2.3. Hiện tượng bóng che (33)
    • 2.4. Các phần mềm sử dụng (34)
      • 2.4.1. Phần mềm PV Syst (34)
      • 2.4.2. Phần mềm SketchUp (35)
      • 2.4.3. Phần mềm ANSYS (36)
    • 2.5. Các tiêu chuẩn bố trí, lắp đặt pin mặt trời trên mái nhà xưởng (37)
      • 2.5.1. Cách bố trí hệ thống pin mặt trời (37)
      • 2.5.2. Các tiêu chuẩn bố trí pin trên mái đảm bảo an toàn PCCC (37)
  • CHƯƠNG 3: THÔNG TIN DỰ ÁN (39)
    • 3.1. Tổng quan về nhà máy Tans (39)
      • 3.1.1. Vị trí địa lí (39)
      • 3.1.2. Phân tích bức xạ tại vị trí nhà máy (39)
      • 3.1.3. Phân tích phương án lắp đặt hệ thống pin mặt trời cho nhà xưởng TANS (41)
      • 3.3.4 Chọn cấp điều hòa (43)
      • 3.3.5. Mục tiêu thiết kế (44)
  • CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG VÀ MÔ PHỎNG VỀ SỰ TRUYỀN NHIỆT (45)
    • 4.1. Sơ đồ khối về quá trình truyền nhiệt (45)
      • 4.1.1. Phương trình cân bằng nhiệt (46)
      • 4.1.2. Sự ảnh hưởng của chất liệu tôn đến quá trình truyền nhiệt (47)
      • 4.1.3. Ảnh hưởng khoảng cách giữa tôn và tấm pin (47)
    • 4.2. Giới thiệu phần mềm mô phỏng Ansys (47)
    • 4.3. Thiết lập các bước mô phỏng nhiệt độ tấm pin trên ANSYS (47)
      • 4.3.1. Tạo mô hình 3D của tấm pin (47)
      • 4.3.2 Xác định thông số vật liệu tấm pin và liên kết vật liệu vào mô hình 3D (52)
      • 4.3.3 Kết nối các lớp vật liệu và lưới hóa (54)
      • 4.3.4. Phương pháp truyền nhiệt, phân tích và chuyển đổi sang mô phỏng (58)
  • CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ MÔ HÌNH NHIỆT ĐỘ (65)
    • 5.1. Tính toán phương trình cân bằng nhiệt ẩm (65)
      • 5.1.1. Nhiệt tỏa ra từ máy móc, thiết bị: Q máy móc (65)
      • 5.1.2. Nhiệt tỏa ra từ các hệ thống đèn (66)
      • 5.1.3. Nhiệt tỏa ra từ cơ thể người (66)
      • 5.1.4. Nhiệt tỏa ra từ bán thành phẩm Q 4 (67)
      • 5.1.5. Nhiệt tỏa ra từ các thiết bị trao đổi nhiệt (67)
      • 5.1.6. Nhiệt tỏa ra từ bức xạ MT qua kính Q 6 nhà xưởng (67)
      • 5.1.7. Nhiệt tỏa do bức xạ mặt trời qua kết cấu bao che Q 7 (69)
      • 5.1.8. Nhiệt thẩm thấu qua vách tường nhà xưởng Q 8 (77)
      • 5.1.9. Nhiệt thẩm thấu qua mái nhà xưởng Q 9 (78)
    • 5.2. Kết quả mô phỏng truyền nhiệt qua tấm pin trên phần mềm ANSYS (81)
    • 5.3. Cách tính tiết kiệm của điều hòa dựa vào chỉ số COP (82)
    • 5.4. So sánh về các hiệu quả khi lắp đặt hệ thống ĐMT (83)
  • CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI (85)
    • 6.1. Kết luận (85)
    • 6.2. Hướng phát triển đề tài (85)
  • TÀI LIỆU THAM KHẢO (87)

Nội dung

Theo quy hoạch điện VIII, chính phủ khuyến khích về việc sử dụng các nguồn NLTT, phát triển các dự án NLMT, bao gồm cả điện mặt trời áp mái ĐMTMN tầm nhìn đến 2030, đó là có 50% các tòa

TỔNG QUAN

Lí do chọn đề tài

Lĩnh vực NLTT đang trở thành xu hướng sử dụng điện sạch đáp ứng nhu cầu dùng điện để giải quyết các vấn đề biến đổi khí hậu, gây ra cạn kiệt và ô nhiễm nguồn tài nhiên đang có Các nguồn NLTT bao gồm như NLMT, gió, hydrogen, thủy điện, địa nhiệt…

Trong số các nguồn năng lượng được liệt kê, NLMT đang là xu hướng nên được sử dụng một cách phổ biến Bởi vì NLMT có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng điện và hiệu quả về kinh tế cao Theo quy hoạch điện VIII, chính phủ khuyến khích về việc sử dụng các nguồn NLTT, phát triển các dự án NLMT, bao gồm cả điện mặt trời áp mái (ĐMTMN) tầm nhìn đến

2030, đó là có 50% các tòa nhà công sở và 50% nhà dân sử dụng hệ thống ĐMT trên mái nhà của mình, được thiết kế để tự sản xuất và tự tiêu điện năng tại chỗ mà không cần bán vào lưới điện quốc gia, là một hướng đi đúng đắn và hợp lý Để đảm bảo phát triển bền vững các dự án ĐMT, quản lý và điều độ công suất là một yếu tố rất quan trọng Cần tổ chức quản lý hợp lý để tránh trường hợp quá tải hạ tầng lưới điện, vì không đáp ứng kịp lượng điện sẽ quá tải gây giảm sản lượng điện, lãng phí nguồn năng lượng và ảnh hưởng tiêu cực đến lợi ích của nhà đầu tư và người sử dụng điện Nên có các phương án dùng thiết bị chống phát ngược đảm bảo không gây ra sự mất ổn định của lưới điện

Lắp đặt ĐMT mang lại nhiều lợi ích, trong đó có giảm chi phí sử dụng điện mỗi tháng và làm mát mái nhà khi có tấm pin áp trên mái Nhưng hiện nay có nhiều vấn đề về pháp lý cản trở nhiều doanh nghiệp lắp đặt ĐMT áp mái như giấy phép PCCC, công suất lắp đặt phù hợp Do đó, trước khi quyết định đầu tư vào hệ thống ĐMT, việc chuẩn bị các thủ tục pháp lý, công suất lắp đặt phù hợp, đảm bảo vấn đề PCCC là rất quan trọng

Từ những lí do trên, nhóm em đã chọn đề tài: “Thiết kế, tính toán, mô phỏng và xây dựng mô hình nhiệt độ cho nhà máy Tans Bình Dương”

Tình hình phát triển của điện mặt trời

Gần đây, NLTT phát triển vượt bật nhất là mảng NLMT, NLMT hiện đang là giải pháp năng lượng bền vững và kinh tế

Dưới đây là một số yếu tố chính là nền tảng về sự phát triển của ĐMT trên thế giới

Tăng trưởng công suất lắp đặt: Công suất lắp đặt ĐMT tăng một cách đáng kể Theo (IEA) tổ chức Năng lượng Quốc tế, vào năm 2023, tổng công suất lắp đặt ĐMT toàn thế giới đã vượt qua mốc 341 GW Cho thấy sự gia tăng đáng kể về khả năng sản xuất điện từ NLMT chiếm tỷ trọng cao

Giá thành giảm: Giá thành ĐMT giảm đáng kể trong 10 năm qua Sự đổi mới và ngày càng đổi mới về công nghệ, quy mô sản xuất lớn và các chính sách hỗ trợ đã giúp giảm chi phí sản xuất của các thiết bị ĐMT như tấm pin, biến tần… Với ưu điểm lớn này đã làm cho điện mặt trời trở thành một lựa chọn tốt về kinh tế cho nhiều quốc gia và doanh nghiệp trên thế giới

Công nghệ đổi mới: Các công nghệ mới như các tấm pin NLMT mỏng, hệ thống lưu trữ năng lượng và các công nghệ theo dõi mặt trời đã được phát triển để hiệu suất cao và linh hoạt của ĐMT

Các chính sách: Sự thúc đẩy phát triển của ĐMT ở nhiều quốc gia được hỗ trợ nhờ vào các chính sách như giảm thuế, hỗ trợ tài chính, mua lại hệ thống ĐMT và những quy định về tiêu chuẩn năng lượng đã tạo ra môi trường thuận lợi để đầu tư và phát triển ĐMT

Sự quan tâm và đầu tư: Trên toàn cầu, sự quan tâm đối với ĐMT thúc đẩy việc các công ty, tổ chức vào đầu tư Không chỉ các công ty điện lực, mà cả các doanh nghiệp khác cũng đã nhận thức được tiềm năng của NLMT và đã đầu tư vào các dự án ĐMT

Họ có dự án điện NLMT lớn nhất trên thế giới với công suất 1330 Gigawatts (GW) mỗi năm Điều này chứng tỏ nỗ lực và cam kết mạnh mẽ của quốc gia đó trong việc sử dụng và phát triển NLTT

Dự án ĐMT lớn thứ hai thế giới và lớn thứ nhất Trung Quốc đó là dự án Huanghe Hydropower Hainan Solar Park ở tỉnh Thanh Hải Gồm 5 giai đoạn, rộng hơn 5.000 ha, công

3 suất 2.200 MW Dự án được COD vào tháng 9 năm 2020 Dự án này cho thấy sự tận dụng hiệu quả tiềm năng của Trung Quốc và đóng góp tích cực vào việc cung cấp điện sạch và giảm tác động của biến đổi khí hậu

Hình 1 1 Dự án Huanghe Hydropower Hainan Solar Park ở tỉnh Thanh Hải

Cả các khu vực công nghiệp tại Thái Lan đều đang đẩy mạnh thúc đẩy nhằm tạo ra một sự khác biệt về ngành năng lượng cho đất nước, với sự thúc đẩy hoạt động trong sản xuất, kinh tế bằng năng lượng sạch Điều này đáp ứng các mục tiêu quyết định của quốc gia Đông Nam Á này về việc sản xuất điện từ các nguồn NLTT, thúc đẩy sử dụng ĐMT và điện gió

Dự kiến, 6.000 MW là công suất lắp đặt điện NLMT sẽ được lắp đặt vào năm 2036 Cùng năm đó, Thái Lan cũng là nước đầu tiên trong khu vực áp dụng biểu giá hỗ trợ cho NLTT ĐMT nổi đang là xu hướng đáng chú ý trong ngành công nghiệp NLTT tại Thái Lan Công nghệ này sử dụng các tấm pin NLMT đặt trên mặt nước, thường là trên các hồ chứa nước, ao hồ, hoặc các khu vực có mặt nước lớn

Việc áp dụng dạng này có nhiều lợi ích Trước hết, việc sử dụng các khu vực nước nông, như các hồ chứa nước, không chỉ tận dụng không gian một cách hiệu quả mà còn giúp giảm áp lực về không gian cho việc lắp đặt các tấm pin Đồng thời, việc làm giảm lượng nước bốn phía bề mặt nước giúp giảm hiện tượng tăng lên nhiệt độ nước, làm giảm lượng nước bốc hơi và tối ưu hóa quá trình sản xuất năng lượng Ngoài ra, cũng hướng tới việc tạo ra một nguồn điện sạch và bền vững Qua việc sử dụng nền tảng nước, nó có thể giúp giảm thiểu ảnh hưởng đến đất đai và môi trường xung quanh, đồng thời cung cấp nguồn NLTT đáng tin cậy

Mặc dù việc triển khai ĐMT nổi ở Thái Lan đang phát triển, nhưng cũng cần quan tâm đến các vấn đề như bảo vệ môi trường nước và tương tác với sinh thái địa phương Tuy nhiên, trong tương lai, việc sử dụng công nghệ này có tiềm năng phát triển mạnh mẽ, đóng góp tích cực vào nguồn cung cấp năng lượng sạch và bền vững Tập đoàn Điện lực Thái Lan (Egat) sẽ đưa vào vận hành trang trại NLMT nổi được cho là lớn nhất với công suất 45MW vào tháng 6/2021

Hình 1 2 Dự án ĐMT nổi ở đập Sirindhorn tỉnh Ubon Ratchathani

1.2.2 Nước ta ĐMT ở nước ta đã chứng kiến một sự phát triển vượt bậc trong những năm gần đây, nhờ vào sự hỗ trợ chính sách từ chính phủ, sự tăng cường nhận thức về NLTT và sự tiến bộ của công nghệ ĐMT

Việc thúc đẩy phát triển ĐMT đã đóng góp vào việc tăng công suất lắp đặt điện mặt trời ở nước ta, đặc biệt là trong việc triển khai các nhà máy ĐMT nối lưới và hệ thống điện mặt trời áp mái Chính sách khuyến khích và ưu đãi của Chính phủ thông qua Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg đã tạo đà và gia tăng tốc độ triển khai các dự án ĐMT tại Việt Nam Với vị trí địa lý của Việt Nam nằm trong khu vực có số giờ nắng cao và nguồn tài nguyên mặt trời phong phú, có tiềm năng lớn để khai thác NLMT Chính phủ khuyến khích và áp dụng nhiều chính sách hỗ trợ, bao gồm giảm thuế và hỗ trợ tài chính, mục đích để thúc đẩy phát triển ngành ĐMT, với sứ mệnh nguồn NLTT sẽ thay thế hoàn toàn các nguồn điện than gây ô nhiễm môi trường Kết quả, Việt Nam đã triển khai một số dự án ĐMT quy mô lớn trên toàn quốc

Các công ty trong ngành điện lực và nhà đầu tư khác đã tiến hành đầu tư mạnh vào nguồn ĐMT tại Việt Nam Điều này không chỉ giúp tăng cường khả năng cung cấp điện mà còn giảm sự phụ thuộc vào nguồn năng lượng hóa thạch và giảm lượng khí thải gây ô nhiễm

Mục tiêu đề tài

Tìm hiểu tổng quan về NLTT nói chung và lĩnh vực NLMT nói riêng Phân tích tính toán một dự án được vận hành thương mại gồm những bước như thế nào Các chỉ số quan trọng trong của một dự án ĐMT áp mái bao gồm: chi phí đầu tư, kiểu đấu nối, lắp đặt đảm bảo hiệu suất cao nhất Các chỉ số này được tính toán dựa trên công suất lắp đặt, tổng sản lượng NLMT, giá điện của nhà nước và chủ đầu tư đưa ra mức giá ưu đãi.

Nội dung nghiên cứu

Mục tiêu của đề tài “Thiết kế, tính toán, mô phỏng và xây dựng mô hình nhiệt độ cho nhà máy Tans Bình Dương” là một phát triển và nghiên cứu của một hệ thống ĐMT hiệu

6 quả, ổn định và tiết kiệm năng lượng cho nhà xưởng Bằng cách dùng công nghệ mô phỏng và tính toán, đề tài này nhằm đưa ra các giải pháp tối ưu về thiết kế và vận hành hệ thống ĐMT, giúp giảm chi phí dùng điện vì sử dụng điện tái tạo và cung cấp năng lượng cho nhà xưởng một cách hiệu quả

Trong quá trình thiết kế hệ thống điện NLMT nhóm có sử dụng các phần mềm mô phỏng tính toán hỗ trợ trong quá trình thực hiện dự án Phần mềm SketchUp và PVsyst được sử dụng để tính toán và mô phỏng đổ bóng và sản lượng của hệ thống ĐMT áp mái SketchUp được dùng để tạo ra mô hình 3D của tòa nhà hoặc cấu trúc để phân tích đổ bóng từ các cấu trúc xung quanh PVsyst được sử dụng để tính toán sản lượng NLMT dựa trên dữ liệu địa phương, đặc điểm kỹ thuật của hệ thống và điều kiện môi trường

Về mô hình nhiệt độ, nhóm sẽ thực hiện các tính toán và mô phỏng trên phần mềm ANSYS nhằm xác định cách mà hệ thống ĐMT tương tác với môi trường xung quanh và ảnh hưởng đến nhiệt độ bên trong trước và sau khi lắp đặt hệ thống cho nhà xưởng.

Giới hạn của đề tài

Về các kiến thức còn hạn chế nên đề tài chúng em thực hiện vẫn chưa phân tích chi tiết kỹ thuật và đấu nối cho biến tần, tủ điện và các yếu tố kết cấu chịu lực của mái mà chỉ dừng lại ở mức độ đánh giá tính khả thi về mặt kỹ thuật cũng như về truyền nhiệt của tấm pin như: phân tích trước và sau khi lắp đặt ĐMT nhiệt độ truyền qua mái nhà xưởng giảm như thế nào, chưa tìm hiểu sâu vào việc tìm hiểu và phân tích thị trường (bao gồm nghiên cứu về chính sách hỗ trợ, khung pháp lý, giá điện và cạnh tranh)

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tìm hiểu về pin mặt trời

Pin MT gồm có hai loại dùng phổ biến nhất đó mà mono và poly, ngoài ra hiện nay các loại như pin màng mỏng (Thin-film), pin mặt trời sinh học, hoặc là PV tập trung

Hiện nay, vật liệu chính để sản xuất tấm pin NLTM là các silic tinh thể, với 3 loại: Đơn tinh thể module dựa trên quá trình loại này quá trình Czochralski (quá trình này phát triển các tinh thể đơn lẻ của chất bán dẫn) có hiệu suất tới 16% Đa tinh thể được tạo ra bằng cách đúc từ silic nóng chảy và sau đó làm nguội và đóng rắn một cách cẩn thận Hiệu suất kém hơn các đơn tinh thế nên giá rẻ hơn

Silic dải được tạo thành từ việc làm mỏng silic nóng chảy và có cấu trúc đa tinh thể Dạng này thường có giá thấp nhất và hiệu suất thấp nhất

Tấm pin năng lượng mặt trời gồm các bộ phận: khung nhôm, lớp kính, lớp màng EVA, lớp cell, lớp PET, lớp Tape

Làm bằng nhôm bảo vệ xung quanh tấm pin Khung nhôm có chức năng tạo một khung cứng cáp để kết hợp tế bào quang điện và các bộ phận khác Khung này sẽ bảo vệ và cố định các thành phần của tấm pin trước tải trọng gió lớn và ngoại lực tác động bên ngoài

• Lớp kính Đảm bảo sự an toàn cho tấm pin Độ dày tùy thuộc vào hãng sản xuất thường độ dày của lớp kính này của tấm pin 3.3mm Lớp kính hấp thụ ánh sáng tốt, ít hấp thụ ánh sáng thì hiệu suất pin mặt trời tốt hơn

Một loại polymer mờ được cuộn thành dạng lớp, được sử dụng trong việc lắp ráp Lớp màng EVA không chỉ có chức năng kết dính các tế bào pin mặt trời với lớp kính cường lực ở phía trên và tấm nền ở phía dưới mà còn có vai trò hấp thụ và bảo vệ cho các tế bào pin mặt trời Vật liệu EVA có khả năng chịu được nhiệt độ khắc nghiệt và có độ bền cao

• Lớp tế bào quang điện (Solar Cells)

Solar cells sử dụng silic tinh khiết làm thành phần chính Tùy vào quá trình sản xuất của từng hãng, tế bào silic có thể là đa tinh thể hoặc đơn tinh thể Các tính chất kỹ thuật quan trọng bao gồm kích thước, màu sắc, số lượng tế bào và hiệu suất chuyển đổi năng lượng Hiện nay, tế bào đơn tinh thể Mono phổ biến nhất với hiệu suất chuyển đổi khoảng 21%, tạo ra các pin

MT 450Wp với 144 cells Các nhà sản xuất đang tiến hành phát triển các tấm pin có công suất lên đến 600Wp Các tế bào này được kết nối với nhau bằng dây đồng mỏng phủ hợp kim thiếc

Là lớp màng nhựa polyethylene terephthalate, đặt ở mặt sau của tấm pin, được sử dụng để bảo vệ tế bào quang điện khỏi tác động của môi trường, thường được phủ một lớp chống phản xạ để tăng cường hiệu suất chuyển đổi ánh sáng của tế bào quang điện

Lớp này trong các tấm được thiết kế để nối kết các thành phần của tấm pin với nhau Chức năng của lớp dính này là đảm bảo rằng các thành phần của tấm pin được đặt chặt, từ chối việc phân tách hoặc gây hỏng

2.1.2 Các thông số của tấm pin mặt trời

2.1.2.1 Các điều kiện thử nghiệm của tấm pin

- Điều kiện chuẩn (STC), viết tắt của Standard Test, đại diện cho một tập hợp các tiêu chuẩn được áp dụng để kiểm tra các tấm pin MT Tại điều kiện này, điện áp và dòng điện của tấm pin thay đổi dựa trên nhiệt độ, cường độ của bức xạ mặt trời, và một số tiêu chí khác Tất cả các tấm pin được kiểm tra dưới cùng một bộ điều kiện tiêu chuẩn để đảm bảo sự đồng nhất trong quá trình kiểm tra

Bức xạ MT nhân tạo được tạo ra để tiếp xúc các tấm pin với độ bức xạ 1.000 W/m², tương đương với mức độ bức xạ của MT vào giữa trưa, khi mức bức xạ mặt trời trong thử nghiệm là 1000W/m² và áp suất khí quyển đạt 1.5AM, cùng với nhiệt độ môi trường là 25 o C

- Điều kiện thường NOCT (Normal Operating Cell Temperature) là nhiệt độ hoạt động bình thường của tế bào pin mặt trời được xác định dựa trên điều kiện thử nghiệm STC không phản ánh đầy đủ điều kiện thực tế Theo điều kiện thông thường, NOCT sẽ có bức xạ MT đạt 800W/m², áp suất khí quyển 1.5AM, nhiệt độ môi trường là 20oC, và tốc độ gió 1m/s để mô phỏng quá trình lưu thông không khí qua tấm pin trong điều kiện thực tế

2.1.2.2 Các thông số bị ảnh hưởng nếu nhiệt độ tăng

Hệ số nhiệt độ của tấm pin biểu thị sự thay đổi của năng lượng đầu ra, dòng điện và điện áp khi nhiệt độ môi trường có sự thay đổi Khi nhiệt độ tăng, điện áp giảm, dẫn đến giảm công suất (P=V*I), từ đó cũng giảm năng lượng đầu ra Ngược lại, khi nhiệt độ giảm, điện áp tăng và năng lượng đầu ra cũng tăng

Hệ số nhiệt độ thấp hơn ở tấm pin mặt trời là điều mong muốn Điều này giúp đánh giá và so sánh hiệu suất giữa các mô-đun khác nhau một cách chính xác

Hình 2 1 Nhiệt độ làm cho các tấm pin MT sản sinh ra ít năng lượng

Hình 2 2 Ảnh hưởng nhiệt độ của tấm pin Đặc điểm nhiệt độ:

• Hệ số nhiệt độ (Pmax): -0.37% / o C

• Hệ số nhiệt độ (Voc): -0.29% / o C

• Hệ số nhiệt độ (Isc): 0.05% / o C

• Nhiệt độ hoạt động của mô-đun: 43 ± 3 o C

2.1.3 Nguyên lí hoạt động của pin mặt trời

Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống mặt lượng mặt trời

2.2.1 Lượng bức xạ mặt trời

Lượng bức xạ đóng vai trò quan trọng đối với hiệu suất của hệ thống điện MT Đây là lượng năng lượng có thể chuyển đổi thành điện năng Các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến bức xạ như vị trí địa lý, thời tiết và môi trường xung quanh

Hiệu suất chuyển đổi: Lượng bức xạ MT càng cao, hiệu suất chuyển đổi từ bức xạ MT sang điện năng càng tốt Khi bức xạ mặt trời chiếu trực tiếp vào các tấm pin MT, hiệu suất này được tối đa hóa

Hiệu suất toàn diện: Bức xạ mặt trời cao cũng có thể giúp tối ưu hóa, giảm chi phí vận hành và tăng cường sản lượng năng lượng

Tuy nhiên, việc quản lý được lượng bức xạ MT không chỉ dựa vào yếu tố thời tiết, mà còn phụ thuộc vào thiết kế của hệ thống và cách vận hành Các hệ thống theo dõi hướng MT hoặc công nghệ lưu trữ năng lượng cũng có thể giúp tối ưu hóa việc sử dụng bức xạ một cách hiệu quả

Bức xạ MT đóng vai trò quan đến nhiệt độ của nhà xưởng, có sự khác biệt giữa nhiệt độ nhà xưởng trước và sau khi lắp đặt hệ thống điện MT trên mái Trước khi lắp đặt điện MT trên mái, ánh nắng mặt trời có thể chiếu trực tiếp vào bề mặt mái xưởng, gây nhiệt và làm tăng nhiệt độ bên trong Điều này có thể gây ra hiện tượng nóng lên trong nhà xưởng, đặc biệt trong những ngày nắng nóng Nhiệt độ không được kiểm soát có thể ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường làm việc và quá trình sản xuất

Khi lắp đặt hệ thống ĐMT trên mái, tấm pin mặt trời sẽ thu nhận ánh sáng mặt trời, giúp chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành điện năng Việc này có thể có tác động tích cực đối với nhiệt độ bên trong nhà xưởng Một phần ánh sáng mặt trời được hấp thụ bởi tấm pin, giảm lượng nhiệt trực tiếp chiếu vào mái xưởng Đồng thời, quá trình chuyển đổi năng lượng cũng tạo ra một phần điện năng sạch để sử dụng trong nhà xưởng

Bức xạ mặt trời được tính bằng công thức:

• D: bức xạ MT khuếch tán

• Các thành phần bức xạ được tính như sau: o B = DNI Cos θ o D = DHI ( 1+cosβ

Hướng (định hướng): Hướng của tấm pin MT đối với hướng MT ảnh hưởng trực tiếp đến lượng bức xạ nhận được Hướng tấm pin theo hướng mặt trời sẽ nhận được năng lượng tối đa Hướng MT chính xác nhất là hướng về phía Nam (đối với Bắc bán cầu) hoặc hướng về phía Bắc (đối với Nam bán cầu) Khi tấm pin hướng ra khỏi hướng mặt trời, lượng bức xạ MT nhận được giảm từ đó làm giảm sản lượng hệ thống Ở nước ta vị trí nằm ở bán cầu Bắc nên hướng pin nên ưu tiên đặt hướng về phía Nam, có thể lắp đặt theo hướng Đông và hướng Tây vì MT đi từ Đông sang Tây nên đón lượng bức xạ tương đối

Góc nghiêng: đề cập đến hướng mà các tấm pin nghiêng về phía trục đứng và góc phương vị là hướng ngang của chúng so với MT Đặt pin sao cho đón trực tiếp bức xạ MT giúp tối ưu hóa hiệu suất

Thông thường góc nghiêng lắp đặt tấm pin theo độ nghiêng của nhà xưởng, nhưng góc nghiêng đón được nắng nhiều nhất phụ thuộc vào vĩ độ từng vị trí

Ví dụ: Ở Thành phố Hồ Chí Minh vĩ độ 10 o góc nghiêng phù hợp là 10 độ

Sản lượng điện từ hệ thống ĐMT có thể biến đổi theo mùa do sự thay đổi của hướng MT qua các tháng trong năm

Hướng và góc của mặt trời có ảnh hưởng lớn đến nhiệt độ trong nhà xưởng theo từng thời điểm trong ngày Trong quá trình di chuyển của MT, ánh nắng và nhiệt độ môi trường bên ngoài thay đổi, và điều này có thể ảnh hưởng đến nhiệt độ bên trong nhà xưởng

Góc chiếu của ánh nắng mặt trời cũng quan trọng Việc sử dụng các vật liệu cách nhiệt hoặc hệ thống làm mát nhà xưởng có thể giúp điều chỉnh và duy trì nhiệt độ lý tưởng bên trong, giảm bớt ảnh hưởng của bức xạ vào nhiệt độ trong nhà xưởng Điều này cho thấy rằng việc quản lý hướng và góc chiếu của mặt trời đối với nhà xưởng có thể ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt độ bên trong, và việc áp dụng các biện pháp cách nhiệt hoặc điều chỉnh thiết kế có thể giúp kiểm soát và tối ưu hóa môi trường làm việc trong nhà xưởng

Phương pháp xác định lượng bức xạ MT lên các tấm pin

Công suất của bức xạ MT lên một tấm thu phụ thuộc: loại bức xạ và góc tới

Hình 2 5 Các góc của thành phần bức xạ chiếu vào tấm pin Trong đó:

• α: góc tới của mặt trời

• β: độ nghiêng của tấm pin

• Công thức tính toán góc tới của mặt trời

• : là góc nghiêng của trái đất (-23.5° < δ < +23.5°)

• : vị trí của vĩ độ (vĩ độ)

365 x (d+10)) (d ngày trong năm) Các thành phần trong tính toán bức xạ mặt trời

Phương trình của thời gian(EoT)

EoT = 9.87.sin(2B)-7.53.cos(B)-1.5sin(B) = -1.64 Kinh tuyến giờ chuẩn địa phương

Hệ số hiệu chỉnh thời gian (TC)

TC = 4( Longitude – LSTM ) + EoT = 4.756 Giờ mặt trời địa phương

Hiện tượng đổ bóng trong hệ thống điện mặt trời là vấn đề quan trọng có thể ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất hoạt động Khi một hoặc vài tấm pin MT bị bóng phủ lên, điều này có thể làm giảm sản lượng điện sản xuất ra Điều này xảy ra do sự chắn ngang của bóng cây, cấu trúc xung quanh hoặc do bóng từ các tấm pin khác trong cùng hệ thống Để giảm thiểu tác động của đổ bóng, các nhà thiết kế thường sử dụng các kỹ thuật như tối ưu hóa vị trí lắp đặt tấm pin, sử dụng các công cụ dự đoán đổ bóng và thiết kế hệ thống theo cách tối ưu nhất có thể Bằng cách này, họ có thể giảm thiểu tác động của hiện tượng đổ bóng, tăng hiệu suất và đáng tin cậy của hệ thống điện MT

Mất cân bằng điện áp: Khi một phần tấm pin bị đổ bóng, điện áp của các tế bào đổ bóng sẽ giảm xuống, trong khi điện áp của các tế bào không bị đổ bóng sẽ không thay đổi Điều này có thể gây ra mất cân bằng điện áp trong hệ thống và làm giảm hiệu suất chuyển đổi năng lượng

Hiện nay các tấm pin có thêm Diode Bypass được sử dụng để ngăn chặn việc dòng điện trở lại cell pin khi cell bị che phủ ánh nắng hoặc bị bụi bẩn Khi xảy ra tình huống này, Diode Bypass định hướng electron sang các cell khác để tránh việc chúng trở về điểm bị che phủ, ngăn chặn hiện tượng trả ngược dòng điện

Các phần mềm sử dụng

PVsyst là một phần mềm chuyên nghiệp hỗ trợ việc thiết kế, định cỡ, mô phỏng và xử lý dữ liệu về sản lượng hệ thống ĐMT Phần mềm này cũng cung cấp một loạt các công cụ mạnh mẽ để tối ưu hóa các dự án điện mặt trời từ việc lập kế hoạch đến theo dõi hiệu suất sau khi triển khai

Các thông tin về vị trí địa lý, thông số kỹ thuật của tấm pin và các thông số môi trường như ánh sáng, nhiệt độ, và địa hình cũng được thể hiện Sau đó, nó sử dụng các mô hình tính toán phức tạp để tạo ra mô phỏng chi tiết về hiệu suất dự kiến của hệ thống điện mặt trời trong điều kiện thực tế

Công cụ phân tích của PV Syst cho phép người dùng đánh giá các thông số như hiệu suất năng lượng, tổn thất do bóng che, tỷ lệ sử dụng diện tích Nó cũng cung cấp thông tin về vận hành theo thời gian và giúp tối ưu hóa cấu hình hệ thống, từ việc lựa chọn vị trí đặt tấm pin đến việc xác định thiết kế inverter và cáp dẫn Tính linh hoạt và khả năng tinh chỉnh chi tiết của PVsyst làm cho nó trở thành công cụ hữu ích cho các nhà thiết kế hệ thống ĐMT, cung cấp thông tin chi tiết và đáng tin cậy để tối ưu hóa hiệu suất và lợi ích kinh tế của các dự án

Phần mềm PV Syst là một công cụ mạnh mẽ trong việc phân tích và mô phỏng hệ thống ĐMT Khi xây dựng mô hình truyền nhiệt cho nhà xưởng, PV Syst cung cấp dữ liệu cần thiết về các thành phần bức xạ để tính toán ảnh hưởng của bức xạ MT đến nhiệt độ trong không gian làm việc như

Bức xạ MT trực tiếp: là lượng năng lượng từ ánh sáng MT chiếu trực tiếp vào một bề mặt, mà không bị phản xạ hoặc hấp thụ bởi các vật thể khác trước khi đến bề mặt đó

Bức xạ khuếch tán: cung cấp dữ liệu về lượng năng lượng từ ánh sáng MT được phân tán và chiếu vào các bề mặt không trực tiếp, thường là các bề mặt phản xạ từ các vật thể xung quanh

Góc chiếu và hướng ánh sáng MT: PV Syst cung cấp dữ liệu về góc chiếu và hướng

MT, giúp định lượng lượng ánh sáng MT chiếu vào các bề mặt của nhà xưởng Điều này quan trọng để hiểu cách mặt trời chiếu vào nhà xưởng và làm thế nào nó ảnh hưởng đến nhiệt độ

Thông qua việc cung cấp dữ liệu chi tiết về các thành phần bức xạ, phần mềm còn hỗ trợ trong việc xây dựng mô hình truyền nhiệt, giúp dự đoán và quản lý tác động đến nhiệt độ bên trong không gian làm việc tại cho nhà xưởng Điều này quan trọng để tối ưu hoá môi trường làm việc và hiệu suất của hệ thống ĐMT trong điều kiện thực tế

Hình 2 6 Phần mềm mô phỏng sản lượng PV Syst 2.4.2 Phần mềm SketchUp

SketchUp đây là phần mềm mô hình hóa 3D, thường được sử dụng trong các lĩnh vực như kiến trúc, xây dựng SketchUp có giao diện người dùng thân thiện và nhiều công cụ linh hoạt dùng mô hình mô phỏng các dự án

Phần mềm có nhiều công cụ tạo hình khác nhau, từ việc tạo các hình dạng cơ bản đến việc tạo ra các chi tiết phức tạp SketchUp cũng cung cấp tính năng mô phỏng và hiển thị trực quan, giúp người dùng xem trước dự án của họ trong không gian 3D Điều này giúp cho việc hiểu rõ hơn về cấu trúc và hình dáng của dự án trước khi triển khai thực tế

Với tính linh hoạt, tính năng đa dạng và sự dễ sử dụng, SketchUp là một công cụ ưu việt cho các nhà thiết kế, kiến trúc sư và những người làm trong lĩnh vực thiết kế 3D, giúp họ thể hiện ý tưởng và dự án của mình một cách sinh động và chính xác

Hình 2 7 Phần mềm mô phỏng 3D Sketch Up 2.4.3 Phần mềm ANSYS

ANSYS là một phần mềm mô phỏng nhiệt, được sử dụng nhiều trong lĩnh vực kỹ thuật điện tử, ô tô, hàng không vũ trụ Với khả năng mô phỏng rõ ràng, ANSYS cho phép tạo ra mô hình số để hiểu và đánh giá các yếu tố khác nhau trong quá trình phát triển sản phẩm Phần mềm này cung cấp các công cụ mô phỏng và phân tích đa dạng, từ mô hình hóa cấu trúc, động cơ, dòng chảy, đến nhiệt độ và tần số ANSYS có khả năng mô phỏng các điều kiện đa dạng và phức tạp, từ môi trường nhiệt đới đến điều kiện cực lạnh, từ áp suất cao đến áp suất thấp

Một điểm mạnh của phần mềm này là khả năng tối ưu hóa thiết kế thông qua mô phỏng Người dùng có thể thay đổi thông số thiết kế và xem xét những tác động của sự thay đổi đó đến hiệu suất, độ bền và tính ổn định của sản phẩm trước khi triển khai thực tế

Hình 2 8 Phần mềm mô phỏng truyền nhiệt

Các tiêu chuẩn bố trí, lắp đặt pin mặt trời trên mái nhà xưởng

2.5.1 Cách bố trí hệ thống pin mặt trời

Nước ta, việc bố trí pin MT trong các nhà xưởng đang trở thành một phương pháp để tận dụng giảm nhiệt độ bên trong nhà xưởng một cách đáng kể Bố trí pin theo hướng và góc phù hợp có thể tối ưu hóa hiệu suất hệ thống

Thêm vào đó, sử dụng các thiết bị hỗ trợ như hệ thống cách nhiệt hoặc lớp cách nhiệt cho mái xưởng cũng có thể giúp kiểm soát nhiệt độ bên trong Kết hợp với việc tận dụng năng lượng MT, điều này có thể tạo ra một môi trường làm việc thoải mái hơn và giảm áp lực từ việc gia tăng nhiệt độ bên trong nhà xưởng

Khi tiến hành lắp đặt pin MT trên mái, việc tạo ra những không gian trống có thể gây hiệu ứng dẫn nhiệt xuống toàn bộ tòa nhà Tuy nhiên, có một số cách để bố trí pin mặt trời một cách hợp lý nhằm giảm thiểu tác động này Một trong những cách quan trọng là tối ưu hóa không gian trống giữa các tấm pin Điều này có thể đạt được bằng cách điều chỉnh kích thước và cách bố trí các tấm pin sao cho chúng gần nhau hơn, giảm thiểu khoảng cách không cần thiết

2.5.2 Các tiêu chuẩn bố trí pin trên mái đảm bảo an toàn PCCC

- Các tấm pin trên mái chia nhóm có kích thước 40x40m mỗi nhóm và khoảng cách giữa hai nhóm không ít hơn 1.5m

- Đối với mái không có lan can cần bố trí tấm pin cách lan can 1 khoảng 2.5m

- Bố trí che chắn các tấm chiếu sáng, quạt hút gió, cách xa các hệ thống làm mát khoảng 2m, các hệ thống PCCC khác của công trình và bố trí trên mái nhà xưởng hóa chất

- Không bố trí pin trong phạm vi 3m xung quanh lối ra các mái thang buồng thang bộ

- Bố trí cách mép mái tối thiểu 1.5m trong trường hợp không có lan can và hàng rào xung quanh

- Bố trí pin phải đảm bảo thao tác lắp đặt và vận hành dễ dàng Thông thường sẽ bố trí các tấm pin theo các dãy 2 tấm sẽ đảm bảo nhất trong việc lắp đặt và sửa chữa không ảnh hưởng đến các tấm pin khác Việc leo trèo của cá nhân trên các mô-đun bị nghiêm cấm

Hình 2 9 Các tấm pin lắp đặt 2 dãy

THÔNG TIN DỰ ÁN

Tổng quan về nhà máy Tans

Công ty TNHH TANS Việt Nam nằm tại địa chỉ: Đường D1, Khu công nghiệp Mỹ Phước 1, Bến Cát, Bình Dương

Góc azimuth Lệch 8 o so với hướng Nam

Góc nghiêng mái của nhà máy 10 o

Bảng 1 1 Thông tin nhà máy

Hình 3 1 Ảnh chụp nhà máy từ Google Earth

3.1.2 Phân tích bức xạ tại vị trí nhà máy

Nhà máy TANS ở tỉnh Bình Dương, vị trí này đặc trưng bởi bức xạ MT đáng kể và có điều kiện thuận lợi phát triển NLMT Vị trí nhà máy gần đường xích đạo và nằm trong khu vực có khí hậu nhiệt đới, vì vậy vị trí thường nhận được mức độ ánh sáng mặt trời đầy đủ và ổn định suốt năm

Bức xạ MT tại khu vực này thường cao, nhất là trong mùa khô, với lượng mây thấp và thời tiết ổn định Sự ổn định của bức xạ mặt trời là một yếu tố quan trọng giúp các hệ thống ĐMT hoạt động hiệu quả và bền vững, đặc biệt là trong việc lắp đặt các hệ thống điện mặt trời trên mái nhà xưởng để góp phần giảm thiểu sự phụ vào nhiên liệu hóa thạch và giảm gánh nặng cho lưới điện

Bức xạ mặt trời cao và ổn định ở khu vực này là điều kiện lý tưởng để phát triển các dự án và công nghệ năng lượng mặt trời, giúp nâng cao hiệu suất và sản lượng của các hệ thống điện mặt trời.

Hình 3 2 Dữ liệu bức xạ được thu thập từ nguồn PV Syst (đvt: kWh/m2/ngày) Tỉnh Bình Dương, số giờ nắng trung bình có thể dao động từ khoảng 2,000 đến 2,600 giờ/ năm

Với số giờ nắng cao ở đây là một lợi thế lớn cho việc phát triển NLMT, giúp các hệ thống ĐMT hoạt động hiệu quả hơn và đạt được sản lượng điện tối ưu

3.1.3 Phân tích phương án lắp đặt hệ thống pin mặt trời cho nhà xưởng TANS Điện mặt trời áp mái là một hệ thống sử dụng tấm pin MT để chuyển đổi NLMT thành điện năng Hệ thống này được lắp đặt trên mái nhà xưởng, tận dụng tối đa diện tích mái nhà để hấp thụ ánh nắng mặt trời ĐMT áp mái là một giải pháp hiệu quả để giảm thiểu chi phí năng lượng và giảm lượng khí thải carbon Hệ thống này phù hợp với xu hướng sản xuất xanh, thân thiện với môi trường Hội nghị COP 28 đã nhấn mạnh tầm quan trọng của việc chuyển đổi sang năng lượng tái tạo để giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu Các quốc gia cam kết thúc đẩy và hỗ trợ sự phát triển của năng lượng mặt trời và gió

• Tấm pin NLMT được tạo thành từ các tế bào nhỏ hơn, thường là 6 tế bào trên mỗi tấm Các tế bào này được làm từ silicon và được bảo vệ bằng kính cường lực và khung nhôm Các tấm pin năng lượng mặt trời có khả năng hấp thụ ánh nắng và chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng

• Tấm pin NLMT được lắp đặt trên mái nhà hoặc trên đường ray mái bằng các kẹp và bu lông thép Kẹp có nhiều loại khác nhau, được thiết kế để phù hợp với các loại mái và đường ray khác nhau

• Dây cáp DC/AC kết nối các mô-đun năng lượng mặt trời với bộ biến tần để chuyển đổi điện một chiều sang điện xoay chiều Dây cáp cần được lắp đặt cẩn thận, tránh chạm vào bề mặt mái nhà hoặc treo trên mảng để tránh các tác động của thời tiết và hư hỏng

Hình 3 3 Bố trí pin trên mặt bằng nhà xưởng bằng phần mềm AutoCad

Hình 3 4 Vẽ 3D bố trí pin mặt trời trên nhà xưởng TANS

Việc lựa chọn máy lạnh cho nhà xưởng sản xuất bao bì thường phụ thuộc vào diện tích, cấu trúc của nhà xưởng, và môi trường làm việc cũng như yêu cầu cụ thể của quá trình sản xuất Điều kiện nhiệt độ và độ ẩm trong nhà xưởng sản xuất bao bì không đòi hỏi khắt khe, cũng như số lượng công nhân viên chức trong xưởng không thể tính toán cụ thể số lượng vì thế việc duy trì tính chính xác thông số nhiệt ẩm ổn định trong nhà xưởng với mọi điều kiện thời kiến ngoài trời là rất khó khăn

Việc lựa chọn điều hòa công nghiệp số lượng 20 cái, công suất 10 Hp, và tại khu vực văn phòng gồm 10 điều hòa công suất 1 Hp

Hình 3 5 Điều hòa công nghiệp lắp trên nhà xưởng

Việc đảm bảo môi trường làm việc và bảo quản sản phẩm trong phân xưởng đáp ứng các tiêu chuẩn là một yếu tố quan trọng giúp nâng cao hiệu quả sản xuất vì người lao động sẽ được thoải mái khi làm việc Do đó, hệ thống điều hòa phân xưởng giúp đảm bảo năng suất lao động và chất lượng sản phẩm trong suốt quá trình sản xuất và bảo quản

Hệ thống điều hòa không khí được thiết kế để có thể đáp ứng nhu cầu cho tất cả các khu vực trong nhà máy sản xuất từ kho nguyên liệu, kho sản phẩm đã hoàn thành, xưởng in bao bì đến các khu vực văn phòng và quản lý

XÂY DỰNG VÀ MÔ PHỎNG VỀ SỰ TRUYỀN NHIỆT

Sơ đồ khối về quá trình truyền nhiệt

Hình 4 1 Quá trình truyền nhiệt của bức xạ MT

Nguyên lí về sự truyền nhiệt của bức xạ mặt trời và trong nhà xưởng có lắp hệ thống điện mặt trời: bức xạ từ mặt trời chiếu vào tấm PV, nó sẽ đi vào các thành phần của tấm pin năng lượng mặt trời như lớp kính, EVA, lớp cell, PVF Đầu tiên bức xạ sẽ đi vào lớp kính, lớp kính này thường được thiết kế để không hấp thụ quá nhiều nhiệt từ MT Mục tiêu chính của lớp kính này là bảo vệ các tế bào quang điện bên trong tấm pin khỏi các yếu tố bên ngoài và tối ưu hóa việc thu nhận ánh sáng MT vì nếu hấp thụ quá nhiều nhiệt tấm pin trở nên nóng hơn, làm giảm hiệu suất hoạt động của nó

Dù lớp kinh không hấp thụ quá nhiều nhiệt nhưng cũng chắc chắn rằng vẫn có lượng nhiệt được truyền xuống lớp EVA, tương tự lớp thành phần đầu tiên EVA cũng không được

30 thiết kế để hấp thụ nhiệt Thay vào đó, lớp EVA thường được chọn vì khả năng cách nhiệt tốt và tính linh hoạt trong quá trình sản xuất tấm pin Mục tiêu chính của lớp EVA là làm nhiệm vụ kết nối và bảo vệ các tế bào quang điện và các thành phần khác bên trong tấm pin, không phải là hấp thụ nhiệt

Sau khi bức xạ đi qua 2 lớp kính và EVA, lớp cell trong tấm PV là thành phần được hấp thụ năng lượng từ ánh sáng mặt trời để chuyển đổi thành điện năng, vì thế lớp cell là lớp có nhiệt độ cao nhất từ đó nhiệt từ lớp cell sẽ truyền xuống dưới 2 thành phần sau lớp cell đó là EVA và PVF đồng thời cũng truyền nhiệt lên 2 lớp trên cùng Quá trình truyền nhiệt đến lớp cuối cùng (PVF) sau đó lượng nhiệt sẽ được truyền ra ngoài không khí (khoảng hở giữa hệ thống pin MT và hệ thống mái nhà xưởng) trong khoảng trống này sẽ hình thành quá trình đối lưu nhiệt sau đó một lần nữa nhiệt cũng truyền từ khoảng trống qua mái che nhà xưởng 4.1.1 Phương trình cân bằng nhiệt

Phân biệt các nguồn nhiệt trong phòng từ nhiều nguồn khác nhau như cơ thể con người, thiết bị điện tử, bức xạ mặt trời và sự thẩm thấu qua cấu trúc vật liệu bao phủ…

Ta có phương trình cân bằng nhiệt:

Qt = Qtỏa nhiệt + Qthẩm thấu

Qtỏa - nhiệt tỏa ra trong phòng

- Q1: nhiệt tỏa ra từ máy móc, thiết bị;

- Q2: nhiệt tỏa ra từ hệ thống đèn;

- Q3: nhiệt tỏa do cơ thể người;

- Q4: nhiệt tỏa từ bán thành phẩm;

- Q5: nhiệt tỏa từ thiết bị trao đổi nhiệt;

- Q6: nhiệt tỏa từ bức xạ MT qua kính nhà xưởng;

- Q7: nhiệt tỏa do bức xạ MT qua lớp bao che;

- Q8: nhiệt thẩm thấu qua vách tường nhà xưởng;

- Q9: nhiệt thẩm thấu qua mái nhà xưởng;

4.1.2 Sự ảnh hưởng của chất liệu tôn đến quá trình truyền nhiệt

Chất liệu tôn nhà xưởng có ảnh hưởng lớn đến quá trình truyền nhiệt qua mái tôn Tôn là một vật liệu kim loại, có tính dẫn nhiệt cao Hệ số dẫn nhiệt của tôn thường dao động từ 50-

60 W/m.K Điều này có nghĩa là khi nhiệt độ môi trường bên ngoài tăng lên, thì nhiệt lượng sẽ dễ dàng truyền qua mái tôn và tỏa xuống không gian bên trong nhà xưởng

Vào những ngày nắng nóng, nhiệt độ mái tôn có thể lên đến 70 độ C Nhiệt lượng này sẽ khiến cho không khí bên trong nhà xưởng trở nên nóng bức, ngột ngạt, ảnh hưởng đến sức khỏe và năng suất lao động của công nhân Ngoài ra, nhiệt lượng cao cũng khiến cho máy móc thiết bị nhanh chóng bị hư hỏng, giảm tuổi thọ

4.1.3 Ảnh hưởng khoảng cách giữa tôn và tấm pin

Khoảng cách của tấm pin mặt trời và tấm tôn là một yếu tố quan trọng cần được xem xét khi lắp đặt hệ thống điện năng lượng mặt trời trên mái tôn Khoảng cách này ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của hệ thống, cũng như độ bền của tấm pin và tấm tôn Khoảng cách tối đa giữa tấm pin và tấm tôn là 20 cm Khoảng cách này vẫn đảm bảo sự thông thoáng cho tấm pin, nhưng có thể làm tăng chi phí lắp đặt hệ thống.

Giới thiệu phần mềm mô phỏng Ansys

Phần mềm Ansys là một trong những công cụ mô phỏng và phân tích kỹ thuật Với khả năng tối ưu hóa và mô phỏng các vấn đề liên quan đến cơ học, nhiệt độ, điện từ và lưu chất, Ansys đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, từ ô tô, hàng không đến năng lượng và điện tử Trong chương này chúng em sẽ sử dụng công cụ mô phỏng truyền nhiệt để mô phỏng cho quá trình truyền nhiệt trong tấm pin năng lượng mặt trời

Thiết lập các bước mô phỏng nhiệt độ tấm pin trên ANSYS

Để mô phỏng truyền nhiệt độ cho tấm pin năng lượng mặt trời trên ANSYS, chúng ta cần thiết lập các bước sau:

4.3.1 Tạo mô hình 3D của tấm pin

Tại nhà xưởng Tans, nhà máy sử dụng tấm pin Canadian 450Wp với các thông số kích thước được cung cấp bởi nhà sản xuất Để mô phỏng quá trình truyền nhiệt trong tấm pin, nhóm sẽ tạo ra mô hình 3D của tấm pin này

Hình 4 2 Hình ảnh tấm pin Canadian 450Wp

Kích thước của tấm pin Canadian 450Wp với thông số kích thước đến từ nhà sản xuất là 2108 x 1048 x 40 mm Để hiểu rõ hơn về quá trình truyền nhiệt trong tấm pin năng lượng mặt trời, chúng ta cần xem xét các lớp của mô-đun, bao gồm bảy lớp vật liệu như bảng bên dưới và hình minh họa

Lớp Vật liệu Độ dày (mm)

Bảng 4 1 Thông số các lớp vật liệu trong tấm pin năng lượng mặt trời

Hình 4 3 Các lớp vật liệu trong tấm pin năng lượng mặt trời

Vẽ lớp Cell của tấm pin mặt trời Đầu tiên, chúng ta sẽ vẽ lớp Solar Cell để làm mốc cho các lớp tiếp theo Lớp Solar Cell là lớp quan trọng nhất của tấm pin năng lượng mặt trời, chịu trách nhiệm chuyển đổi ánh sáng MT thành điện năng Lớp Solar Cell thường được làm bằng chất bán dẫn silicon, được cắt thành các tế bào nhỏ để tăng hiệu suất chuyển đổi ánh sáng thành điện năng

Hình 4 4 Lớp Cell được mô phỏng 3D

Vẽ các lớp vật liệu có trong tấm pin với độ dày tương ứng

Chúng ta cần vẽ các lớp ETFE, EVA, PET, TAPE và CFRP theo thứ tự lần lượt với độ dày tương ứng

Hình 4 5 Các lớp vật liệu có trong tấm pin mặt trời được mô phỏng 3D

Vẽ khung nhôm bảo vệ của tấm pin mặt trời

Cuối cùng, chúng ta sẽ vẽ khung nhôm bảo vệ cho tấm pin Khung nhôm có tác dụng bảo vệ tấm pin khỏi các tác động cơ học

Hình 4 6 Mô phỏng phần khung cho tấm pin

Hoàn thành mô hình 3D tấm pin năng lượng mặt trời

Hình 4 7 Tấm pin mặt trời dưới dạng 3D

Sau khi thực hiện các bước này, phần Geometry sẽ được liên kết với phần Steady-State Thermal Điều này sẽ cho phép ANSYS sử dụng dữ liệu hình học từ phần Geometry để tạo lưới và thực hiện mô phỏng nhiệt độ

Hình 4 8 Liên kết các khối dữ liệu 3D vào mô phỏng

4.3.2 Xác định thông số vật liệu tấm pin và liên kết vật liệu vào mô hình 3D

Thông số từng lớp vật liệu của tấm pin

Khối lượng riêng (kg/m³) Độ dẫn nhiệt (W/(mãK))

Bảng 4 2 Thông số chi tiết của vật liệu có trong tấm pin

Chú thích các cột trong bảng

Khối lượng riêng có đơn vị là kilôgam trên mét khối (kg/m³) Độ dẫn nhiệt là khả năng của vật liệu truyền nhiệt Vật liệu có độ dẫn nhiệt cao sẽ truyền nhiệt tốt hơn vật liệu có độ dẫn nhiệt thấp Độ dẫn nhiệt được đo bằng đơn vị (W/m/K)

Nhiệt dung riêng là lượng nhiệt cần thiết để làm tăng nhiệt độ của 1 kg vật liệu lên 1 độ C

Vật liệu có nhiệt dung riêng cao sẽ cần nhiều nhiệt hơn để làm tăng nhiệt độ của nó lên 1 độ

C Nhiệt dung riêng được đo bằng đơn vị (J/kg/K)

Liên kết vật liệu vào mô hình 3D

Chúng ta tạo các lớp vật liệu và nhập thông số tương ứng cho từng lớp để có được các vật liệu trong tấm pin mặt trời

Hình 4 9 Tạo vật liệu với thông số chi tiết trong Engineering Data

Sau khi thực hiện các bước này, phần dữ liệu vật liệu Engineering Data sẽ được liên kết với phần Steady-State Thermal Điều này sẽ cho phép Ansys sử dụng dữ liệu các vật liệu từ Engineering Data để chọn loại vật liệu trong Model

Hình 4 10 Liên kết khối dữ liệu Engineering Data và Steady-State Thermal

Tiếp theo chúng ta sẽ vào Model để chọn các vật liệu tương ứng với từng lớp pin đã vẽ ở mô hình 3D

Hình 4 11 Các lớp vật liệu tương ứng với từng lớp đã được vẽ 3D

Hình 4 12 Chọn các lớp vật liệu tương ứng

4.3.3 Kết nối các lớp vật liệu và lưới hóa

Phần mềm ANSYS, cung cấp cho chúng ta 5 loại liên kết khác nhau Trong trường hợp của các tấm pin, chúng ta có thể thấy rằng các lớp tấm pin mặt trời được gắn chặt với nhau và không có chuyển động giữa chúng Do đó, kết nối được liên kết (Bonded) là phù hợp nhất để mô phỏng các tấm pin

Kết nối được liên kết sẽ đảm bảo rằng các lớp của tấm pin sẽ không thể trượt hoặc tách biệt khỏi nhau Điều này là cần thiết để mô phỏng chính xác sự truyền nhiệt giữa các lớp của tấm pin

Hình 4 13 Liên kết các lớp vật liệu trong tấm pin Các lớp vật liệu sẽ được liên kết với nhau trước, tiếp đến sẽ là liên với lớp khung bên ngoài

Tạo lưới cho mô hình tấm pin mặt trời 3D

Tiếp theo là Lưới (Mesh) là một tập hợp các phần tử nhỏ được sử dụng để đại diện cho hình học của một mô hình Lưới giúp mô hình hóa các đối tượng thực tế với độ chính xác cao và

40 chia không gian thành các phần nhỏ hơn, giúp cho việc giải các phương trình toán học trở nên dễ dàng hơn

Hình 4 14 Tạo lưới cho toàn bộ tấm pin mặt trời Đối với các mô hình có hình học phức tạp như cell tấm pin, chúng ta nên sử dụng phương pháp đa lưới Với loại lưới là hexahedral để tạo được lưới có độ chính xác cao nhất trong quá trình mô phỏng

Hình 4 15 Cấu hình chi tiết lưới cho phần Cell

Hình 4 16: Chất lượng của chi tiết lưới ở phương pháp đo Orthogonal và Skewness

Em sẽ sử dụng 2 thước đo là Orthogonal và Skewness để đo chất lượng lưới của mô hình này Với Orthogonal, trung bình sẽ nằm trong khoảng 0 – 1 sẽ được đánh giá là lưới ổn định Còn với thước đo Skewness, nếu chất lượng nằm trong khoảng 0 – 0,25 sẽ được đánh giá ở mức tốt Có thể thấy về chất lượng lưới đã đạt yêu cầu theo khuyến cáo của ANSYS

4.3.4 Phương pháp truyền nhiệt, phân tích và chuyển đổi sang mô phỏng

Giả định về phân tích nhiệt của tấm pin mặt trời

Các giả định sau được đưa ra trong phân tích nhiệt của tấm pin mặt trời:

• Các tính chất vật liệu được coi là đẳng hướng và không phụ thuộc vào nhiệt độ

• Độ phản xạ của các vật liệu khác nhau được coi là có ý nghĩa quan trọng đối với việc phân tích

• Độ truyền qua của EVA được coi là thống nhất

• Sự phản xạ bên trong giữa EVA phía trên và pin mặt trời được xem xét và các yếu tố bên trong khác phản xạ giữa các lớp là không đáng kể

• Phần bức xạ mặt trời không bị phản xạ bởi tế bào cũng như không chuyển thành điện năng là chuyển thành nhiệt năng

• Môi trường xung quanh được coi là phẳng và đẳng nhiệt

• Các giả định này được đưa ra để đơn giản hóa mô hình và giảm thời gian tính toán 4.4 Phân tích điều kiện biên có trong mô phỏng

Tổng tổn thất trong tấm pin mặt trời

Năng lượng mặt trời chiếu vào tấm pin mặt trời có thể được phân chia thành ba thành phần: năng lượng tạo ra, tổn thất quang học và tổn thất nhiệt

• Năng lượng tạo ra là năng lượng được chuyển đổi thành điện bởi các tế bào pin mặt trời

• Tổn thất quang học là năng lượng bị mất đi do phản xạ, tán xạ hoặc hấp thụ bởi các lớp bên ngoài của tấm pin mặt trời

• Tổn thất nhiệt là năng lượng bị mất đi do bức xạ, đối lưu hoặc dẫn nhiệt từ các lớp bên trong của tấm pin mặt trời sang môi trường xung quanh

Cân bằng nhiệt được thể hiện theo công thức dưới đây:

Với 𝐐 𝐠𝐞𝐧𝐞𝐫𝐚𝐭𝐞𝐝 là lượng bức xạ chuyển đổi thành điện [W]

• 𝐐 𝐨𝐩,𝐥𝐨𝐬𝐬 : Tổn thất quang lớp ETFE [W]

KẾT QUẢ MÔ HÌNH NHIỆT ĐỘ

Tính toán phương trình cân bằng nhiệt ẩm

5.1.1 Nhiệt tỏa ra từ máy móc, thiết bị: Qmáy móc

5.1.1.1 Nhiệt tỏa ra từ thiết bị sản xuất

Trong môi trường làm việc thực tế của xưởng may, đa dạng các loại máy móc và thiết bị tỏa nhiệt khác nhau Tuy nhiên, để đơn giản hóa trong phần tính toán, chúng ta tập trung vào hai loại chính: thiết bị văn phòng như máy tính, máy in, máy cắt, máy dán và máy ép

Qmáy móc=Nđc Kpt Kđt.( 𝟏  – 1+ KT ) , (W)

- Nđc: công suất các máy móc, thiết bị

- Kpt: hệ số phụ tải, là tỉ lệ giữa công suất thực hiện của máy so với công suất của động cơ đã được cài đặt, Kpt = Nff/Nơđc

- Kđt: hệ số đồng thời, Kđt = Nii/Ni

- η là hiệu suất làm việc thực của các thiết bị

KT: hệ số thải nhiệt Thông thường vì các động cơ hoạt động ở chế độ động năng thành cơ năng KT =1

Giả sử thiết bị có Kpt= 0.8, suy ra Khc = 1 Chọn hệ số đồng thời Kđt= 0.9

Với công suất của động cơ ≥ 2800 W ta lấy ηdc = 0.9 suỷa hiệu suất làm việc thực tế của động cơ η = ηdc.Khc = 0,9.1 = 0.9

Các thiết bị, máy móc trong nhà xưởng bao bì

Thiết bị Máy đóng gói dạng lỏng

Máy dán bao bì Máy cắt lazer Máy bấm gim

Các thiết bị máy móc nhà máy TANS

Q1mm=Ndc.Ktt.Kđt.( 𝟏  – 1+ KT ) =Ndc.0,8.0,9.(1/0,9 - 1 +1) = 0,8.Nđc

5.1.1.2 Nhiệt tỏa ra từ thiết bị văn phòng

Nhiệt tỏa do các thiết bị trong một văn phòng được tính bằng tổng công suất của các thiết bị

250 W là công suất của máy tính (số lượng 30), 100 W là của máy in (số lượng 5) Vậy nhiệt tỏa do thiết bị văn phòng được tính theo biểu thức

Q1vp = 250.n + 100 (W) n = số người trong một văn phòng Đây là cách đơn giản để ước tính tổng nhiệt tỏa từ các thiết bị điện tử trong một phòng văn phòng

Loại thiết bị Thiết bị văn phòng Thiết bị sản xuất

Bảng 5 1 Tính toán nhiệt lượng Q1

5.1.2 Nhiệt tỏa ra từ các hệ thống đèn Đối với văn phòng, phân xưởng sản xuất,… có thế tính công suất chiếu sáng theo diện tích mặt sàn nhà xưởng Thông thường, theo tiêu chuẩn chiếu sáng lấy 10-12 W/m 2 trên 1 m 2 diện tích

A là năng lượng chiếu sáng trên 1m 2 sàn (W/m 2 )

S là diện tích mặt sàn nhà xưởng (m 2 )

Q2 = 10.(9232) = 92320 (W) 5.1.3 Nhiệt tỏa ra từ cơ thể người

Số lượng nhiệt lượng mà cơ thể con người phát ra được ước tính bằng cách nhân số lượng người trong phòng với nhiệt lượng mà một người tỏa ra

• q là nhiệt tỏa từ người (W/người)

( Ở đây khu văn phòng có 50 người, khu xưởng sản xuất bao bì có khoảng 400 người) Trong ngành sản xuất bao bì, công việc thường được xem là công việc trung bình Ở nhiệt độ 25°C, năng lượng do mỗi người sản xuất là q = 171 W Do hầu hết các phân xưởng bao bì có

300 người là phụ nữ, 100 người đàn ông, năng lượng mà mỗi người phụ nữ tỏa ra được xem như năng lượng của một người đàn ông nhưng nhân với hệ số 0,85

Trạng thái tĩnh trong khu văn phòng được đánh giá ở mức năng lượng q = 84W/người

Khu vực Văn phòng (25 o ) Nhà xưởng (Nữ) Nhà xưởng (Nam)

Bảng 5 2 Tính toán nhiệt lượng Q3

5.1.4 Nhiệt tỏa ra từ bán thành phẩm Q4

Q4 = 0 vì vải không hấp thụ hoặc phát ra nhiệt

5.1.5 Nhiệt tỏa ra từ các thiết bị trao đổi nhiệt

Q5 = 0 Trong phòng không có thiết bị để trao đổi nhiệt

5.1.6 Nhiệt tỏa ra từ bức xạ MT qua kính Q6 nhà xưởng

Q6 phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khác nhau như:

- Tán xạ bầu trời, sương, mây mù và khói bụi

- Cường độ bức xạ MT tại thời điểm đó

- Dạng cửa sổ kings, vật liệu, trạng thái đóng mở

Nhiệt tỏa ra từ bức xạ MT qua kính được tính theo biểu thức gần đúng

Isd :cường độ bức xạ MT lên mặt đứng theo 4 hướng, phụ thuộc hướng địa lý, W/m 2

Hướng Bắc Đông Tây Nam

Bảng 1 Cường độ bức xạ theo hướng

- Fk : diện tích cửa kính bức xạ chiếu vào tại thời điểm tính toán (m 2 )

- 1 : hệ số trong suốt kính Chọn kính 1 lớp 1 = 0.9

- 2 : hệ số bám bẩn Chọn kính 1 lớp mặt đứng 2 = 0.8

- 3 : hệ số khúc xạ Chọn kính 1 lớp khung kim loại 3 = 0.75

- 4 : hệ số tán xạ do che nắng Chọn với kính không có rèm che 4 = 1

Hình 5 1 Cường độ bức xạ mặt trời theo hướng trong ngày

Tổng Q6 = 630989 W Bảng 5 3 Nhiệt lượng vào phòng Q6

5.1.7 Nhiệt tỏa do bức xạ mặt trời qua kết cấu bao che Q7

Thành phần nhiệt tỏa vào phòng do bức xạ mặt trời qua làm cho lớp bao che nóng hơn, thực tế là mái tôn tạo ra một quá trình truyền nhiệt đặc biệt Khi ánh nắng mặt trời chiếu vào tôn, tấm vật liệu này hấp thụ một phần lớn năng lượng từ bức xạ Phần năng lượng này biến đổi thành nhiệt độ, làm tăng nhiệt độ của tấm tôn Và khi lắp đặt hệ thống ĐMT sẽ làm giảm sự truyền nhiệt từ ngoài vào bên trong nhà xưởng

Tính toán các góc của mặt trời

𝟑𝟔𝟓(𝟏𝟎𝟎 − 𝟖𝟏) = 18.74 Phương trình của thời gian(EoT)

Hệ số hiệu chỉnh thời gian (TC)

TC = 4( Longitude – LSTM ) + EoT = 4.756 Giờ mặt trời tại vị trí nhà máy

Trong đó LT: giờ mặt trời

Bảng 5 4 Kết quả giờ mặt trời LST tại vị trí nhà máy TANS theo thời điểm trong ngày

Góc nghiêng của trái đất (Angle of Declination) δ = -23.45 o x cos( 𝟑𝟔𝟎

-180 < HRA < +180, buổi sáng mang giá trị âm, buổi chiều mang giá trị dương

Bảng 5 5 Kết quả góc giờ theo thời điểm trong ngày

Góc cao độ trong ngày α = sin -1 [sin δ sin φ +cos δ cos φ cos(HRA)]

Bảng 5 6 Kết quả góc cao độ theo thời điểm trong ngày

• Φ = 0 mặt trời chiếu vuông góc

Bảng 5 7 Kết quả góc thiên độ theo thời điểm trong ngày

Dữ liệu các thành phần bức xạ GHI, DHI được lấy dữ liệu từ PV Syst

Bảng 5 8 Kết quả dữ liệu các thành phần bức xạ được lấy dữ liệu từ PV Syst

𝟏𝟖𝟎 ) Bức xạ mặt trời lúc 12h trưa

Bảng 5 9 Kết quả bức xạ mặt trời theo từng thời điểm

Nhiệt tỏa do bức xạ MT qua lớp bao che

Ta sử dụng biểu thức 3.20 tài liệu [1]:

- s = 0,64 Vật liệu là tôn tráng kẽm mới Theo bảng 4.10 tài liệu [1];

- Is = 553 W/m 2 (thời điểm 8h) , theo bảng 3.3 tài liệu [1];

- F là diện tích bức xạ tiếp xúc lên bề mặt mái, m 2 ;

- k là hệ số truyền nhiệt qua mái che

Hệ số truyền nhiệt qua mái được tính theo công thức sau:

=  αN = 20 W/m 2 K là hệ số tỏa nhiệt của không khí bên ngoài nhà xưởng

W/m 2 K là hệ số tỏa nhiệt của không khí bên trong nhà xưởng

Ri = (m 2 K/W) là nhiệt trở lớp vật liệu có độ dày = 5.10 -4 (m) và hệ số dẫn nhiệt = 23,2 Mái che gồm nhiều lớp cách nhiệt ghép nối tiếp với nhau:

Hình 5 2 Hình vẽ 3D kết cấu mái 1- Lớp kính dày δ1 = 4 mm Theo bảng 4.11 tài liệu [1] ta có λ1 = 1.8 W/mK;

2- Lớp EVA δ2 = 0.4 mm có λ2 = 0.35 W/mK

3- Lớp cell δ3 = 0.4mm có λ3 = 150 W/Mk

4- Lớp EVA δ4 = 0.4 mm có λ4 = 0.35 W/mK

5- Lớp nền δ5 = 0.3 mm có λ5 = 0.3 W/mK

6- Lớp không khí dày δ6 = 100mm;

7- Lớp tôn có δ4 = 0,5 mm Theo bảng 4.11 tài liệu [1] ta có λ4 = 23,2 W/mK;

Tra thông số của không khí tại nhiệt độ tf ta có:

(Tf = TĐ = 30°C) g = 9,82 m/s 2 ; λ = 0,026711394 W/mK; ν = 1,60119.10 -5 m 2 /s; Pr = 0,70097, l = δ3 = 0,01m Theo tiêu chuẩn đồng dạng ta có:

Vì Gr.Pr > 10 6 nên theo công thức 5.21 tài liệu [2] ta có hệ số đối lưu tương đương  0,4.(Gr.Pr)f 0,2= 24,7292

Vậy hệ số dẫn nhiệt của không khí λ2 = .λ = 24,7292.0,026711394 = 0,66055

Khi đó hệ số truyền nhiệt qua mái có solar tại thời điểm 8h

Khi đó hệ số truyền nhiệt qua mái chưa có solar tại thời điểm 8h

Q7 chưa pin = 0,055.kpin.FX1.sI =0,055.6,65.(3420+5812).0,64.553,538 = 1195047.688 W

Bảng 5 10 Nhiệt lượng trước và sau khi lắp solar theo từng thời điểm trong ngày

5.1.8 Nhiệt thẩm thấu qua vách tường nhà xưởng Q8

Nhiệt thẩm thấu qua vách tường tồn tại khi có chênh lệch nhiệt độ giữa không gian bên trong và bên ngoài nhà xưởng

F i : diện tích bề mặt thứ i ki: hệ số truyền nhiệt qua vách ứng với bề mặt thứ i

ti: là độ chênh nhiệt độ trung bình tính toán ngoài trời và trong nhà xưởng

+ Nếu vách tiếp xúc trực tiếp với không khí ngoài trời không có không gian đệm :

▪ ti = tN = tN – tT = 37 – 25 = 12 o C + Nếu vách tiếp xúc với không gian đệm

▪ ti = tĐ = (tĐ – tT) = (30 – 25) = 5 o C + Nếu vách tiếp xúc với không gian có điều hoà không khí ti= 0

Tính nhiệt thẩm thấu qua kết cấu bao che ở đây ta tính cho tường bao-vách ngăn, cửa gỗ và kính a Tính nhiệt thẩm thấu qua tường bao-vách ngăn

Nhiệt thẩm thấu qua tường bao được tính bằng công thức

Q8 t = Ft kttt (W) Với hệ số truyền nhiệt qua vách là kt, theo bảng 3.4 tài liệu [1]:

+ Tường bao xây bằng gạch 300mm có trát vữa hệ số ktgbao = 1,25 W/m 2 K

+ Vách ngăn bằng gạch xây 100mm có trát vữa có hệ số kvách = 2,1 W/m 2 K

Khi đó Q8 t= ktgbao.Ftgbao.Δttgbao

Bảng 5 11 Nhiệt thẩm thấu qua tường bao- vách vào mùa hè

62 b Nhiệt thẩm thấu qua cửa

Cửa sử dụng trong xưởng may là loại cửa bằng kính dày 5mm 2 lớp có hệ số truyền nhiệt theo bảng 3.4 tài liệu [1] là k = 2,84 W/m 2 K

Bảng 5 12 Nhiệt thẩm thấu qua cửa mùa hè

Vậy ta có nhiệt thẩm thấu qua vách:

5.1.9 Nhiệt thẩm thấu qua mái nhà xưởng Q9

Nhiệt thẩm thấu qua mái được xác định như sau:

Q9 = F9 k9t9 , W Trong đó: k là hệ số truyền nhiệt qua mái đã tính ở 2.1.1.7 k = 6,65 W/m 2 K

Bảng 5 13 Nhiệt thẩm thấu qua trần, Q9

Tổng nhiệt lượng của xưởng sản xuất trước khi lắp hệ thống ĐMT theo thời điểm trong ngày

Bảng 5 14 Kết quả tính toán nhiệt lượng sau khi lắp đặt hệ thống ĐMT

Tổng nhiệt thừa của xưởng sản xuất trước khi lắp hệ thống điện mặt trời theo thời điểm trong ngày

Bảng 5 15 Kết quả tính toán nhiệt lượng trước khi lắp đặt hệ thống ĐMT

Như vậy, khi lắp pin mặt trời áp mái thì lượng nhiệt (Qtk) giảm được là:

Bảng 5 16 Kết quả nhiệt lượng tiết kiệm của nhà máy

Kết quả mô phỏng truyền nhiệt qua tấm pin trên phần mềm ANSYS

Hình 4 25 Kết quả mô phỏng của lớp CELL

Nhiệt độ của tấm pin trong quá trình toán đã rất gần với các thông số khi tính toán Điều này cho thấy trong quá trình cấu hình và xác định các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ tấm pin là phù hợp, bao gồm:

• Các đặc tính vật lý của vật liệu cấu thành tấm pin được lấy từ các tài liệu tham khảo uy tín

• Bố cục của các thành phần trong tấm pin được thiết kế theo tiêu chuẩn của một nhà sản xuất tấm pin NLMT

• Các điều kiện môi trường xung quanh được lấy từ dữ liệu đo thực tế tại địa điểm lắp đặt tấm pin

Kết quả mô phỏng cho thấy, nhiệt độ của tấm pin tăng lên khi bức xạ mặt trời chiếu vào Nhiệt độ tại lớp silicon là cao nhất vì khả năng hấp thụ nhiệt tại lớp này là lớn nhất Nhiệt độ của tấm pin cũng phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường xung quanh Khi nhiệt độ môi trường xung quanh cao, nhiệt độ của tấm pin cũng sẽ cao hơn

Tuy nhiên các thông số trong kết quả mô phỏng vẫn chưa được chính xác hoàn toàn, có thể là do việc xác định một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt còn mắc số sai sót Để cải thiện độ chính xác của kết quả mô phỏng trong tương lai, cần thực hiện nghiên cứu để xác định chính xác hơn các đặc tính vật lý của vật liệu cấu thành tấm pin, cũng như các điều kiện môi trường xung quanh Ngoài ra, cần sử dụng các mô hình mô phỏng khác để mô tả chính xác hơn quá trình truyền nhiệt trong tấm pin.

Cách tính tiết kiệm của điều hòa dựa vào chỉ số COP

COP là viết tắt của Coefficient Of Performance, một chỉ số phổ biến trong ngành điện lạnh ngày nay, đo lường hiệu suất sử dụng năng lượng Nó đồng nghĩa với hệ số làm lạnh và hệ số bơm nhiệt trong các hệ thống điều hòa không khí Ý nghĩa: COP là chỉ số đánh giá mức tiêu thụ điện năng của máy lạnh khi hoạt động

Nó cũng chính xác phản ánh lượng điện năng cần thiết để chuyển đổi thành nhiệt lượng làm mát hoặc làm ấm không khí

Trong đồ án này, sẽ dùng chỉ số cooling để tính phần tiết kiệm điện của điều hòa của nhà xưởng Được tính bằng công thức:

Qtk: Nhiệt lượng nhận được khi lắp đặt pin (kW)

N: Công suất điện năng tiêu tốn (kW)

Ta có nhiệt lượng từ từng thời điểm trong ngày, giả sử các số liệu nhiệt lượng của nhà máy như nhau trong một năm Tính từ thời điểm nhà máy hoạt động 8 giờ đến 17 giờ Điều hòa trung tâm VRV và VRF dao động trong khoảng 4,5 đến 5

Bảng 5 17 Kết quả số điện tiết kiệm trong ngày

Vậy trong một ngày từ khi nhà máy hoạt động đến khi hết hoạt động nhà máy tiết kiệm khoảng

26 kWh điện/ ngày, gần 9500 kW điện/ năm

Kết quả mô phỏng truyền nhiệt qua các lớp thành phần của pin chênh lệch so với tính toán khoảng 1-2 °C Dựa vào lượng nhiệt truyền vào nhà máy trước khi lắp ĐMT cho thấy việc lắp đặt hệ thống solar cân bằng lại nhiệt độ trong nhà xưởng Điện tiêu thụ mỗi ngày nhà xưởng khi trước và sau khi lắp đặt hệ thống này giảm khoảng 600kWh/ngày Trong đó 26kWh là số điện tiết kiệm được từ hệ thống điều hòa mỗi ngày, chiếm 5% trên tổng số điện tiết kiệm mỗi ngày.

So sánh về các hiệu quả khi lắp đặt hệ thống ĐMT

Tiết kiệm năng lượng: Solar giúp tận dụng năng lượng mặt trời, biến nó thành nguồn điện sạch và tiết kiệm Nhà xưởng sau khi có solar luôn sử dụng nguồn năng lượng tái tạo này để cung cấp điện cho các thiết bị, giảm thiểu sự phụ thuộc vào nguồn điện từ lưới

Giảm chi phí điện cho hệ thống điều hòa: Solar có thể giúp giảm nhiệt độ tổng thể trong nhà xưởng, do đó giảm áp lực lên hệ thống điều hòa Điều này không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng

68 mà còn kéo dài tuổi thọ và tăng hiệu suất của hệ thống điều hòa

Tác động môi trường: Sử dụng solar giúp giảm lượng khí thải carbon và ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường Nhà xưởng trở nên "xanh" hơn, góp phần vào nỗ lực bảo vệ môi trường và tạo ra một môi trường làm việc bền vững hơn Đạt chứng chỉ CO2: các nhà máy hiện nay để có thể xuất khẩu các đơn hàng sang nước ngoài, họ phải có các chứng chỉ chứng minh rằng sử dụng nguồn năng lượng tái tạo để sản xuất hàng hóa, từ đó họ có thêm nhiều đơn hàng, vì vậy đây là một chứng chỉ cực kì quan trọng trong tương lai

Ngày đăng: 07/06/2024, 16:30

Nguồn tham khảo

Tài liệu tham khảo Loại Chi tiết
[1]. Nguyễn Đức Lợi, Giáo trình thiết kế Hệ thống điều hòa không khí. Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam, Tái bản lần thứ hai Sách, tạp chí
Tiêu đề: Nguyễn Đức Lợi
Nhà XB: Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam
[2]. Lê Chí Hiệp, Giáo trình Điều hòa không khí. Nhà xuất bản đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh – 2011 – Tái bản lần thứ nhất có chỉnh sửa Sách, tạp chí
Tiêu đề: Lê Chí Hiệp
Nhà XB: Nhà xuất bản đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh – 2011 – Tái bản lần thứ nhất có chỉnh sửa
[3]. Hồ Thị Ngân Hà, Giáo trình truyền nhiệt, sấy. Đại học Lạc Hồng Sách, tạp chí
Tiêu đề: Hồ Thị Ngân Hà
[6]. Nguyễn Minh Hòa, Nghị Vĩnh Khanh. Tài liệu phát triển mô hình truyền nhiệt dùng cho điều khiển dự báo năng lượng trong các tòa nhà Sách, tạp chí
Tiêu đề: Nguyễn Minh Hòa, Nghị Vĩnh Khanh
[7]. TS. Phạm Thanh Tuân. Tài liệu biên soạn tổng quát về năng lượng mặt trời và các khái niệm cơ bản Sách, tạp chí
Tiêu đề: TS. Phạm Thanh Tuân
[8]. Đinh Bá Trụ. Tài liệu hướng dẫn mô phỏng phần mềm ANSYS Sách, tạp chí
Tiêu đề: Đinh Bá Trụ
[4]. Cấu tạo và nguyên lý tấm pin năng lượng mặt trời - https://datsolar.com/ Link
[5]. Các chỉ số hiệu quả năng lượng trong lĩnh vực điều hòa thông gió HVAC - https://mecogroup.vn/ Link
[9]. Ana Pavlovic, Cristiano Fragassa, Marco Bertoldi, Vladyslav Mikhnych. Thermal Behavior of Monocrystalline Silicon Solar Cells Khác
[10]. Numerical and Experimental Investigation on the Module Encapsulation Materials. Trường Đại học Shahid Chamran của Ahvaz, 3-4 Khác

HÌNH ẢNH LIÊN QUAN

Hình 1. 1. Dự án Huanghe Hydropower Hainan Solar Park ở tỉnh Thanh Hải - thiết kế tính toán mô phỏng và xây dựng mô hình nhiệt độ cho nhà máy tans bình dương
Hình 1. 1. Dự án Huanghe Hydropower Hainan Solar Park ở tỉnh Thanh Hải (Trang 19)
Hình 1. 2. Dự án ĐMT nổi ở đập Sirindhorn tỉnh Ubon Ratchathani - thiết kế tính toán mô phỏng và xây dựng mô hình nhiệt độ cho nhà máy tans bình dương
Hình 1. 2. Dự án ĐMT nổi ở đập Sirindhorn tỉnh Ubon Ratchathani (Trang 20)
Hình 2. 1. Nhiệt độ làm cho các tấm pin MT sản sinh ra ít năng lượng - thiết kế tính toán mô phỏng và xây dựng mô hình nhiệt độ cho nhà máy tans bình dương
Hình 2. 1. Nhiệt độ làm cho các tấm pin MT sản sinh ra ít năng lượng (Trang 25)
Hình 2. 3. Nguyên lí hoạt động của tấm pin NLMT - thiết kế tính toán mô phỏng và xây dựng mô hình nhiệt độ cho nhà máy tans bình dương
Hình 2. 3. Nguyên lí hoạt động của tấm pin NLMT (Trang 26)
Hình 2. 9. Các tấm pin lắp đặt 2 dãy - thiết kế tính toán mô phỏng và xây dựng mô hình nhiệt độ cho nhà máy tans bình dương
Hình 2. 9. Các tấm pin lắp đặt 2 dãy (Trang 38)
Hình 3. 3. Bố trí pin trên mặt bằng nhà xưởng bằng phần mềm AutoCad - thiết kế tính toán mô phỏng và xây dựng mô hình nhiệt độ cho nhà máy tans bình dương
Hình 3. 3. Bố trí pin trên mặt bằng nhà xưởng bằng phần mềm AutoCad (Trang 42)
Hình 3. 4. Vẽ 3D bố trí pin mặt trời trên nhà xưởng TANS - thiết kế tính toán mô phỏng và xây dựng mô hình nhiệt độ cho nhà máy tans bình dương
Hình 3. 4. Vẽ 3D bố trí pin mặt trời trên nhà xưởng TANS (Trang 43)
Hình 3. 5. Điều hòa công nghiệp lắp trên nhà xưởng - thiết kế tính toán mô phỏng và xây dựng mô hình nhiệt độ cho nhà máy tans bình dương
Hình 3. 5. Điều hòa công nghiệp lắp trên nhà xưởng (Trang 44)
4.1. Sơ đồ khối về quá trình truyền nhiệt - thiết kế tính toán mô phỏng và xây dựng mô hình nhiệt độ cho nhà máy tans bình dương
4.1. Sơ đồ khối về quá trình truyền nhiệt (Trang 45)
Hình 4. 2. Hình ảnh tấm pin Canadian 450Wp - thiết kế tính toán mô phỏng và xây dựng mô hình nhiệt độ cho nhà máy tans bình dương
Hình 4. 2. Hình ảnh tấm pin Canadian 450Wp (Trang 48)
Hình 4. 4. Lớp Cell được mô phỏng 3D - thiết kế tính toán mô phỏng và xây dựng mô hình nhiệt độ cho nhà máy tans bình dương
Hình 4. 4. Lớp Cell được mô phỏng 3D (Trang 49)
Hình 4. 6. Mô phỏng phần khung cho tấm pin - thiết kế tính toán mô phỏng và xây dựng mô hình nhiệt độ cho nhà máy tans bình dương
Hình 4. 6. Mô phỏng phần khung cho tấm pin (Trang 50)
Hình 4. 5. Các lớp vật liệu có trong tấm pin mặt trời được mô phỏng 3D - thiết kế tính toán mô phỏng và xây dựng mô hình nhiệt độ cho nhà máy tans bình dương
Hình 4. 5. Các lớp vật liệu có trong tấm pin mặt trời được mô phỏng 3D (Trang 50)
Hình 4. 7. Tấm pin mặt trời dưới dạng 3D - thiết kế tính toán mô phỏng và xây dựng mô hình nhiệt độ cho nhà máy tans bình dương
Hình 4. 7. Tấm pin mặt trời dưới dạng 3D (Trang 51)
Hình 4. 8. Liên kết các khối dữ liệu 3D vào mô phỏng - thiết kế tính toán mô phỏng và xây dựng mô hình nhiệt độ cho nhà máy tans bình dương
Hình 4. 8. Liên kết các khối dữ liệu 3D vào mô phỏng (Trang 51)
Hình 4. 10. Liên kết khối dữ liệu Engineering Data và Steady-State Thermal - thiết kế tính toán mô phỏng và xây dựng mô hình nhiệt độ cho nhà máy tans bình dương
Hình 4. 10. Liên kết khối dữ liệu Engineering Data và Steady-State Thermal (Trang 53)
Hình 4. 9. Tạo vật liệu với thông số chi tiết trong Engineering Data - thiết kế tính toán mô phỏng và xây dựng mô hình nhiệt độ cho nhà máy tans bình dương
Hình 4. 9. Tạo vật liệu với thông số chi tiết trong Engineering Data (Trang 53)
Hình 4. 12. Chọn các lớp vật liệu tương ứng - thiết kế tính toán mô phỏng và xây dựng mô hình nhiệt độ cho nhà máy tans bình dương
Hình 4. 12. Chọn các lớp vật liệu tương ứng (Trang 54)
Hình 4. 15. Cấu hình chi tiết lưới cho phần Cell - thiết kế tính toán mô phỏng và xây dựng mô hình nhiệt độ cho nhà máy tans bình dương
Hình 4. 15. Cấu hình chi tiết lưới cho phần Cell (Trang 57)
Hình 4. 18. Cấu hình chi tiết của bước nhảy trong điều kiện biên - thiết kế tính toán mô phỏng và xây dựng mô hình nhiệt độ cho nhà máy tans bình dương
Hình 4. 18. Cấu hình chi tiết của bước nhảy trong điều kiện biên (Trang 61)
Hình 4. 19. Bức xạ lớp ETFE theo từng thời điểm trong ngày - thiết kế tính toán mô phỏng và xây dựng mô hình nhiệt độ cho nhà máy tans bình dương
Hình 4. 19. Bức xạ lớp ETFE theo từng thời điểm trong ngày (Trang 62)
Bảng 5. 6. Kết quả góc cao độ theo thời điểm trong ngày - thiết kế tính toán mô phỏng và xây dựng mô hình nhiệt độ cho nhà máy tans bình dương
Bảng 5. 6. Kết quả góc cao độ theo thời điểm trong ngày (Trang 71)
Hình 5. 2. Hình vẽ 3D kết cấu mái  1-  Lớp kính dày δ 1  = 4 mm. Theo bảng 4.11 tài liệu [1] ta có λ 1  = 1.8 W/mK; - thiết kế tính toán mô phỏng và xây dựng mô hình nhiệt độ cho nhà máy tans bình dương
Hình 5. 2. Hình vẽ 3D kết cấu mái 1- Lớp kính dày δ 1 = 4 mm. Theo bảng 4.11 tài liệu [1] ta có λ 1 = 1.8 W/mK; (Trang 75)
Bảng 5. 11. Nhiệt thẩm thấu qua tường bao- vách vào mùa hè - thiết kế tính toán mô phỏng và xây dựng mô hình nhiệt độ cho nhà máy tans bình dương
Bảng 5. 11. Nhiệt thẩm thấu qua tường bao- vách vào mùa hè (Trang 77)
Bảng 5. 14. Kết quả tính toán nhiệt lượng sau khi lắp đặt hệ thống ĐMT - thiết kế tính toán mô phỏng và xây dựng mô hình nhiệt độ cho nhà máy tans bình dương
Bảng 5. 14. Kết quả tính toán nhiệt lượng sau khi lắp đặt hệ thống ĐMT (Trang 79)
Hình 4. 25. Kết quả mô phỏng của lớp CELL - thiết kế tính toán mô phỏng và xây dựng mô hình nhiệt độ cho nhà máy tans bình dương
Hình 4. 25. Kết quả mô phỏng của lớp CELL (Trang 81)

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w