Nguyên cứu nâng cao hiệu suất bộ thu năng lượng mặt trời kiểu parabol trụ

v MỤC LỤC Tiêuăđ Trang Trang tựa Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Lời cm ơn iii Tóm tắt iv Mục lục vii Danh mục các chữ viết tắt xi Danh mục hình xiv Danh mục bng xv Chngă1ă:ăTỔNG QUAN 1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết qu nghiên cứu trong và ngoài nước đã công b. 1 1.2. Mục đích của đề tài: 2 1.3. Nhim vụ của đề tài và giới hn của đề tài. 3 1.4. Phương pháp nghiên cứu 4 1.5 Ý nghĩa thực tin của đề tài 4 Chngă2 : CăSỞ LÝ THUYẾT 2.1.Tổng quan chung về nguồn năng lượng mặt trời 5 2.1.1. Mặt trời 5 2.1.2. Nguồn bức x mặt trời 8 2.1.3.Tính toán năng lượng mặt trời 12 2.1.3.1.Tính toán góc tới của bức x trực x 12 2.1.3.2.Tổng cường độ bức x mặt trời lên bề mặt trái đất 15 vi 2.1.3.3.Đo cường độ bức x mặt trời 19 2.1.3.4.Nguồn năng lượng mặt trời ti khu vực nghiên cứu 20 2.2. Bộ thu năng lượng mặt trời kiểu Parabol trụ 21 2.2.1.Cấu to tổng quan bộ thu 21 2.2.2. Hot động của bộ thu năng lượng mặt trời kiểu Parabol trụ… 23 2.2.2.1. Hội tụ tia sáng. 23 2.2.2.2. Nguyên lý gia nhit đi lưu. 23 2.2.3.Bề mặt phn x của máng 24 2.2.4.ng thu nhit 26 2.2.5. H thng xoay máng 30 2.2.6. Cách nhit 30 2.3. Truyền nhit và cách nhit 30 2.3.1.Dẫn nhit 30 2.3.2.H s dẫn nhit của chất khí 31 2.3.3.H s dẫn nhit của chất lng 32 2.3.4.H s dẫn nhit của vật rắn 34 2.3.4.1.Kim loi và hợp kim 34 2.3.4.2.Vật rắn cách đin 34 2.4.Trao đổi nhit đi lưu. 35 Chngă3ă: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TO NÂNG CAO HIỆU SUẤT BỘ THUăNĂNGăLỢNG MẶT TRỜI KIU PARABOL TRỤ 3.1.Nguyên lý hot động của bộ thu parabol trụ 39 3.2.Những yếu t làm gim hiu suất của bộ thu: 40 3.3.Đặc tính thiết kế 40 3.3.1.Hướng đặt bộ thu 40 3.3.2.Thiết kế máng parabol trụ 43 3.3.3. Thiết kế ng cách ly 45 3.3.4. Thiết kế ng hấp thụ nhit 46 3.3.5.Thiết kế môi chất lng trong ng hấp thụ 47 3.3.6.Thiết kế nguyên lý lưu chuyển môi chất lng của bộ thu 47 vii 3.4.Thiết kế h thng xoay máng 48 3.4.1 Điều kin hội tụ của tia tới: 49 3.4.2. Các phương án thực hin h thng xoay máng: 51 3.4.2.1 Gii pháp xoay máng parabol trụ bằng cơ 52 3.4.2.2 Gii pháp xoay máng parabol trụ bằng cm biến 53 3.4.2.3 Xoay máng kết hợp dùng h thng cơ và cm biến 54 3.4.2.4 Lựa chọn phương án h thng xoay máng 56 3.4.3.Những thành phần của h thng xoay 56 3.4.4.Tính toán h thng quay máng 61 3.4.5.Gii pháp reset máng parabol khi ngưng hot động 62 Chngă4 : MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ THÍ NGHIỆM 4.1.Thiết bị đo : 63 4.1.1.Máy đo năng lượng bức x mặt trời: 63 4.1.2.Nhit kế: 64 4.2.Dự kiến môi chất lng làm thí nghim: 64 4.2.1.Mô t bình 64 4.2.2.Chất lng thí nghim 65 4.2.2.1.Thông s kỹ thuật 65 4.2.2.2.Dự tính lượng chất lng làm thí nghim 67 4.3. Mô hình thực nghim 67 4.4. Kết qu thí nghim 69 4.5. Đánh giá kết qu thí nghim 77 4.6. Đề xuất về ng thu nhit để nâng cao hiu suất 79 Chngă5ă:ăKẾT LUẬN 5.1. Đánh giá kết qu của đề tài 81 5.2. Hướng phát triển 81 5.3. Kiến nghị: 82 TÀI LIU THAM KHO 84 viii DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, T VIẾT TT Eμ là cường độ năng lượng bức x mặt ϕ : góc vĩ độ β μ góc nghiêng của bề mặt kho sát θ μ góc tới của tia trực x θ z μ góc thiên đỉnh δ μ góc lch giữa tia trực x và mặt phẳng xích đo  μ h s dẫn nhit c p : nhit dung riêng của chất lng ρ μ khi lượng riêng của chất lng  μ độ nhớt động lực học của chất lng Φ μ hình dáng và cách b trí bề mặt trao đổi nhit ω μ tc độ chuyển động của dòng chất lng Q: dòng nhit (w) μ cường độ trao đổi nhit đi lưu F : din tích bề mặt trao đổi nhit t w : nhit độ bề mặt vật rắn t f : nhit độ trung bình của chất lng. ix DANH SÁCH CÁC BNG BNG Trang Bng 2.1: S liu về bức x mặt trời ti VN 20 Bng 2.2: H s phn x của một s vật liu kim loi. 26 Bng 2.3: H s truyền nhit một s kim loi thông dụng (ti 25 0 C) 28 Bng 3.1: Thông s máng parabol của mô hình thực nghim 45 Bng 3.2: Thông s ng thủy tinh cách ly của mô hình thực nghim 46 Bng 3.3: Thông s ng hấp thụ nhit của mô hình thực nghim. 47 Bng 4.1 : Thông s kỹ thuật máy đo năng lượng bức x CEM DT-1307 63 Bng 4.2 : Thông s kỹ thuật máy đo năng lượng bức x CEM DT-1307 64 Bng 4.3 : Thông s kỹ thuật dầu S2 65 x DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH Trang Hình 1.1 : Mặt cắt ngang một ngôi sao kiểu mặt trời 3 Hình 2.1 : Mặt cắt ngang một ngôi sao kiểu mặt trời 6 Hình 2.2: Dãy bức x đin từ 9 Hình 2.3: Góc nhìn mặt trời. 10 Hình 2.4 : Quá trình truyền năng lượng bức x mặt trời 11 qua lớp khí quyển của trái đất 12 Hình 2.5: Sơ đồ phân b các thành phần bức x khuếch tán 16 Hình 2.6 : Các thành phần bức x lên bề mặt nghiêng 18 Hình 2.7 : Trực x kế. 19 Hình 2.8 Thiết bị đo năng lượng bức x mặt trời hin s. 20 Hình 2.9: Máng phn x parabol 21 Hình 2.10: Cấu to máng parabol trụ 22 Hình 2.11 : Bộ thu năng lượng parabol trụ thực tế. 22 Hình 2.12 : Nguyên lý đi lưu gia nhit chất lng 24 Hình 2.13: Bề mặt phn x ánh sáng được ghép từ nhiều tấm phẳng 25 Hình 2.14 : Mặt cắt ngang ng thu nhit 26 Hình 2.15: Độ dẫn nhit theo nhit độ  = f(t) của không khí 32 Hình 2.16 : (t) của nước 33 Hình 2.17: (t) của dầu 34 Hình 2.18 : (t) của vật liu cách nhit. 35 xi Hình 3.1: Nguyên lý hot động của bộ thu 39 Hình 3.2: Hướng lắp đặt không cần xoay máng 41 Hình 3.3: Hướng đặt bộ thu với h thng xoay 42 Hình 3.4: Máng parabol 43 Hình 3.5 : Nguyên lý gia nhit chất lng của mô hình thực nghim 48 Hình 3.6: Tia sáng qua ng thủy tinh có bề dày nh 50 Hình 3.7: Tia sáng truyền tới ng hấp thụ. 50 Hình 3.8: Điều kin hội tụ của tia sáng 51 Hình 3.9: Điều khiển máng xoay bằng h thng cơ 52 Hình 3.10: Xoay máng bằng cm biến 54 Hình 3.11: Máng xoay khi gặp trời mây mù. 55 Hình 3.12: Bộ truyền gim tc trục vít-bánh vít và động cơ bước 58 Hình 3.13μ Sơ đồ nguyên lý hot động điều khiển động cơ bước 59 Hình 3.14: Cm biến quang trở 60 Hình 3.15: Mch điều khiển 61 Hình 4.1μ Máy đo năng lượng bức x mặt trời CEM DT-1307 63 Hình 4.2: Nhit kế 64 Hình 4.3: Bình dầu 65 Hình 4.4 : Kết cấu tổng thể 68 Hình 4.5: Tủ đựng bn mch điều khiển 68 Hình 4.6: Bộ phận truyền động xoay máng 69 Hình 4.7μ Đồ thị nhit độ và năng lượng bức x theo thời gian 70 Hình 4.8: Tia phn x khi ng hấp thụ 79 xii Hình 4.9 Hình dng ng thu nhit 80 Lun văn cao học GVHD: TS. Hoàng An Quc TH: Nguyễn Việt Phong 1 CHNGă1 TỔNG QUAN 1.1.Tng quan chung v lĩnhăvc nghiên cu,các kt qu nghiên cu trong và ngoƠiăncăđƣăcôngăb: Ngày nay trớc nhu cầu ngày càng cao ca con ngi về việc sử dụng năng lợng thì vn đề nguồn năng lợng tr thành một vn đề cp thiết. Các nguồn năng lợng phổ biến hiện nay đang ngày càng tr nên khan hiếm, giá thành cao, lại gây nhiều ô nhiễm cho môi trng. Do vy việc tìm ra một nguồn năng lợng dồi dào,sẵn có, sạch với môi trng đang đang đợc các nhà khoa học tích cực nghiên cu. Năng lợng mặt trilà một nguồn năng lợng tha mưn đợc nhiều tiêu chí,tuy nhiên việc ng dụng chúng hiện nay đặc biệt là những ng dụng cần nhiệt độ thu đợc cao còn nhiều hạn chế,cha phổ biến rộng rãi. Việt Nam là nớc nhiệt đới, tiềm năng bc xạ mặt trivào loại cao trên thế giới, đặc biệt  các vùng miền phía Nam có tiềm năng rt lớn trong việc tn dụng nguồn năng lợng này.Nguồn năng lợng mặt trilà nguồn năng lợng dồi dào,sẵn có, thân thiện với môi trng,tuy nhiên việc nghiên cu, triển khai,áp dụng tại Việt Nam là cha tơng xng với tiềm năng. Các nghiên cu về ng dụng năng lợng mặt tritại Việt Nam còn hạn chế, ch yếu là hệ thng máy nớc nóng năng lợng mặt tri,thu đợc nhiệt độ thp. Trong khi đó, có nhiều ng dụng đòi hi cần phi có nhiệt độ cao hơn 100 0 C,bộ thu có thể đạt đợc nhiệt độ cao này là bộ thu năng lợng mặt trisử dụng parabol trụ. Với nhiệt độ thu đợc cao từbộ thu này ta có thể triển khai nhiều ng dụng nh sử dụng trong lò hơi, trong phát điện…Chính vì vy đề tài này đi vào hớng nghiên cu nâng cao hiệu sut bộ thu năng lợng mặt trikiểu parabol trụ. Lun văn cao học GVHD: TS. Hoàng An Quc HVTH: Nguyễn Việt Phong 2 Các nghiên cu trong nớc về bộ thu năng lợng mặt tri kiểu parabol trụ có thể kể đến nh ca tác gi PGS.TS Hoàng Dơng Hùng trong nghiên cu ắNăng lợng mặt tri,lý thuyết và ng dụng” và một s tác gi khác. Tuy nhiên đa s các nghiên cu này hầu nh chỉ trình bày về các lý thuyết, các hệ thng hiện có, mà cha đa ra đợc các mô hình thc nghiệm,các s liệu cụ thể đo đạc đợc để có thể làm t liệu cho việc úng dụng tại Việt Nam. Các nghiên cu ngoài nớc về hệ thng năng lợng mặt tri kiểu parabol trụ khá đầy đ và đa dạng, đợc đầu t nghiên cu rt quy mô, một s nớc nh n Độ còn có những hệ thng ng dụng công sut rt lớn nh sử dụng bộ thu năng lợng mặt tri kiểu parabol trụ làm quay tuc-bin trong hệ thng nhà máy điện…Tuy các nghiên cu này khá đầy đ nhng không đợc công b ra ngoài, các tài liệu có đợc cũng chỉ là những lý thuyết đơn gin đư đợc phổ biến rộng rãi, cha có đợc s liệu phù hợp với khí hu Việt Nam. Với những điều kiện vị trí địa lý thun lợi, việc ắăNghiênăcu nâng cao hiu sut b thuănĕngălng mt tri kiu parabol tr”là cần thiết trong việc đáp ng nhu cầu năng lợng ngày càng cao,m ra hớng mới trong sử dụng nguồn năng lợng xanh,sạch và sẵn có này. 1.2.Mcăđíchăcaăđ tài: Mục đích ca đề tài nhằm nghiên cucác bộ phn ca hệ thng bộ thu năng lợng mặt tri kiểu parabol trụ nhằm nâng cao hiệu sut, đồng thi thiết kế và chế tạo bộ thu năng lợng mặt trikiểu parabol trụ nhằm thực nghiệm nhiệt độ ca bộ thu. Nhiệt độ thu đợc ca bộ thu có thể phục vụ cho các lò hơi, sy, chạy tuc-bin điện, hệ thng đun sôi nớc hoặc các ng dụngcần gia nhiệt khác. [...]... Nghiờn c u c s lý thuyt c a b thu nng l ng mt tr i nhit cao dựng parabol tr - Nghiờn c u thit knhm nõng cao hiu su t thu nhit - Ch to b thu nng l ng mt tr ikiu parabol tr - Thc nghim o nhit thu c c a b thu Cu i cựng, s a ra cỏc kt lu n v kt qu thc hin, nờu lờn cỏc v n gi i quyt c, cỏc v n cũn tn ng ch a c gi i quyt v xu t h ng phỏt trin c a ti HVTH: Nguyn Vit Phong 3 Lu n vn cao hc 1.4.Ph -... hin cú v lý thuyt nng l ng mt tr i tỡm hiu c s lý thuyt i vi b thu nng l ng mt tr i kiu parabol tr - Sau ú da vo lý thuyt tớnh toỏn,thit k,ch to mt b thu nng l ng mt tr inhit cao dựng parabol tr 1.5 nghath c ti n c a ti N c ta nm v trớ thu n li trong vic trin khai ng dng nng l ng mt tr i, s gi n ng quanh nm r t cao, tuy nhiờn vic ng dng nng l ng mt tr i cũn r t hn ch, ch yu ch l nhng b thu nng l ng... vn cao hc 2.2 B thunngl GVHD: TS Hong An Qu c ng m t tr iki u Parabol tr : 2.2.1 C u t o t ng quan b thu: Mỏng ph n x nng l ng mt tr ikiu parabol tr c ch to bng cỏch to hỡnh t m ph n x theo biờn dng parabol tr Mỏng parabol c ch to bng cỏch u n t m phng theo ng parabol y= x2 4f Trong nhng b thu cụng su t ln ng i ta cú th s dng nhiu t m king ph n chiu phng, l p ghộp thnh biờn dng parabol cú mt parabol. .. mỏng parabol tr: tia tới tia tới parabol trụ ống cách ly ống hấp thụ nhiệt môi chất lỏng Hỡnh 2.10 : C u to mỏng parabol tr Hỡnh 2.11: B thu nng l ng parabol tr thc t HVTH: Nguyn Vit Phong 22 Lu n vn cao hc 2.2.2.Ho t ng c a b thunngl GVHD: TS Hong An Qu c ng m t tr iki u Parabol tr : 2.2.2.1 H i t tia sỏng: Chựm tia ti chiu vo b mt ph n x c a Parabol tr, tia ph n x s c t p trung ti ng h p th c a Parabol. .. cú nhng c im sau: - Cú dy m ng - kt dớnh vi ng kim loi t t, khụng b bong trúc - Cú h s truyn nhit cao c bit l trong nhng ng h p thu nhit cú nhit cao nh trong b thu s dng parabol tr thỡ lp ph ngoi sn en khụng phự hp th m chớ s lm gi m r t nhiu hiu su t b thu B ng sau trỡnh by mt s kim loi cú dn nhit cao cú th s dng lm v t liu ng h p th nhit: B ng 2.3: H s truyn nhit mt s kim loi thụng dng (ti 250C)... trong mỏy n c núng h gia ỡnh vi nhit thu c th p ( nh hn 1000C) , c bit l nhng ng dng khỏc cn nhit cao (ln hn 1000C)trong s n xu t cụng nghip ch a c quan tõm ỳng m c Tr c kho ng tr ng cũn b ng ú, vic nghiờn c u trin khai b thu nng l ng mt tr i kiu parabol tr vo thc tin l nhu cu cn thit hin nay HVTH: Nguyn Vit Phong 4 Lu n vn cao hc GVHD: TS Hong An Qu c CH NG2 C S Lí THUYT 2.1.T ng quan chung v ngu nnngl... Nickel ỏnh búng 80-85 6 Chrom ỏnh búng 75-80 Th t 2.2.4 ng thu nhi t: L b ph n nh n nng l ng t tia sỏng hi t ng thu nhit gm cú cỏc b ph n sau: ống cách ly ống hấp thụ chân không hoặc không khí môi chất lỏng Hỡnh 2.14: Mt c t ngang ng thu nhit HVTH: Nguyn Vit Phong 26 Lu n vn cao hc GVHD: TS Hong An Qu c ng cỏch ly: õy l b ph n cỏch ly lừi thu nhit vi mụi tr ng khụng khớ bờn ngoi,ngn khụng cho nhit... 4 tiờu c f, m r, ta cn u nt m phng cú chiu di s: =r Gi s nh c a r 2f 2 r + 1 + 2f ln + 2f r 2f 2 +1 ng parabol nm ngay g c to , v trc parabol l trc x nh hỡnh 2.11 thỡ ph ng trỡnh parabol cú dng: = 4 2 Độ mở Tia tới x y Tia tới f yx Hỡnh 2.9: Mỏng ph n x parabol HVTH: Nguyn Vit Phong 21 Lu n vn cao hc Trờn trựng vi GVHD: TS Hong An Qu c ng thng hi t c a mỏng, ta t ng h p th nhit cú ng tõm ng thng...Lu n vn cao hc GVHD: TS Hong An Qu c Nung núng bng gas Nung núng bng in Gia nhit 0 (Cao hn 100 C) Nng l ng mt tr i t chỏy cỏc v t liu khỏc Hỡnh 1.1: Mt s ph ng phỏp gia nhit Nng l ng mt tr il ngun nng l ng hu nh vụ t n, di do, sch, sn cú n c ta Vic trin khai ng dng gia nhit cho ch t l ng bng nng l ng mt tr i,c th l b thu nng l ng mt tr ikiu parabol tr s mang li li ớch kinh... ti v t ch t trong trng thỏi nguyờn t v cỏc c ch khỏc b t u x y ra HVTH: Nguyn Vit Phong 8 Lu n vn cao hc -8 10 GVHD: TS Hong An Qu c -4 -6 10 -2 10 10 0 2 10 10 4 10 8 6 10 10 10 10 bức xạ nhiệt tia Gamma tia tử ngoại tia cosmic tia X sóng radio,radar xa gần radio radio sóng ngắn sóng dài năng l- ợng mặt trời Hỡnh 2.2: Dy b c x in t c tr ng c a b c x in t truyn trong khụng gian bờn ngoi mt tr il mt ph . NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TO NÂNG CAO HIỆU SUẤT BỘ THU NĂNGăLỢNG MẶT TRỜI KIU PARABOL TRỤ 3.1 .Nguyên lý hot động của bộ thu parabol trụ 39 3.2.Những yếu t làm gim hiu suất của bộ thu: . x mặt trời lên bề mặt trái đất 15 vi 2.1.3.3.Đo cường độ bức x mặt trời 19 2.1.3.4.Nguồn năng lượng mặt trời ti khu vực nghiên cứu 20 2.2. Bộ thu năng lượng mặt trời kiểu Parabol trụ. cơ s lý thuyết ca bộ thu năng lợng mặt tri nhiệt độ cao dùng parabol trụ. - Nghiên cu thiết kếnhằm nâng cao hiệu sut thu nhiệt - Chế tạo bộ thu năng lợng mặt trikiểu parabol trụ. -