nang luong mat troi

Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH BÁCH KHOA TP.HCM Bài giảng: giảng: NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO Giảng viên: ThS Trần Công Binh 8/2013 C2: NĂNG LƯỢNG ĐIỆN MẶT TRỜI Nguồn lượng mặt trời Tế bào quang điện Đặc tuyến I-V pin quang điện Công nghệ chế tạo pin quang điện Đặc tính làm việc pin quang điện Hệ điện mặt trời độc lập Hệ điện mặt trời hòa lưới Năng lượng tái tạo ĐH Bách Khoa TP.HCM 1 Bìa giảng NLTT Trần Công Binh Nguồn tài nguyên từ mặt trời • Trước nói lượng mặt trời, tìm hiểu mặt trời: Như cường độ ánh nắng Vị trí mặt trời đâu thời điểm Bức xạ mặt trời (insolation: incident solar radiation) Từ xác định xạ trung bình nhận ngày Và chọn vị trí góc lắp đặt dàn pin mặt trời cho hiệu • • • • • Năng lượng tái tạo Bức xạ lỗ đen mặt trời • Mặt trời – – • Đường kính 1.4 triệu km Tổng công suất xạ điện từ 3.8 x 1020 MW Vật thể đen – – – Là vật thể vừa hấp thụ hoàn toàn, vừa xạ hoàn hảo Bức xạ hoàn hảo – phát xạ lượng lượng đơn vị diện tích nhiều vật thể thực nhiệt độ Hấp thụ hoàn toàn – hấp thụ tất xạ, hoàn toàn phản xạ Năng lượng tái tạo ĐH Bách Khoa TP.HCM Bìa giảng NLTT Trần Công Binh Định luật Plank • Định luật Plank – bước sóng phát xạ từ vật thể đen phụ thuộc vào nhiệt độ 3.74 ×108 Eλ =   14400   λ exp   − 1 T λ     (7.1) • λ = bước sóng (µm) • Eλ = cống suất phát xạ đơn vị diện tích • vật thể đen (W/m2-µm) T = nhiệt độ tuyệt đối (K) Năng lượng tái tạo Phổ điện từ Ánh sáng nhìn thấy có bước sóng khoảng 0.4 đến 0.7 µm, với bước sóng tia tử ngoại ngắn tia hồng dài Source: www.en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_radiation Năng lượng tái tạo ĐH Bách Khoa TP.HCM Bìa giảng NLTT Trần Công Binh Phổ xạ trái đất 288oK Trái đất vật thể đen phát xạ 288K Hình 7.1 Diện tích đường cong tổng công suất xạ phát Năng lượng tái tạo Định luật Stefan-Boltzmann • Tổng công suất xạ vật thể đen tính định luật xạ Stefan –Boltzman E = Aσ T • • • • (7.2) E = tổng mức phát xạ vật thể đen (W) σ = số Stefan-Boltzmann = 5.67x10-8 W/m2-K4 T = nhiệt độ tuyệt đối (K) A = tổng diện tích bề mặt vật thể đen (m2) Năng lượng tái tạo ĐH Bách Khoa TP.HCM Bìa giảng NLTT Trần Công Binh Quy tắc Wien • Bước sóng mà công suất xạ đơn vị diện tích lớn λmax ( µ m) = • • • • 2898 T (o K ) (7.3) T = nhiệt độ tuyệt đối (K) λ = bước sóng (µm) λmax =0.5 µm cho mặt trời, T = 5800 K λmax = 10.1 µm với trái đất (một vật đen), T = 288 K Năng lượng tái tạo Bức xạ trái đất • Ví dụ 7.1: Trái đất vật thể đen, có nhiệt độ trung bình 17oC, diện tích bề mặt 5,1x1014m2 Tính công suất xạ bước sóng có công suất xạ đỉnh So sánh với bước sóng xạ đỉnh mặt trời 5800oK E = Aσ T 2898 λmax ( µ m) = o T( K) Năng lượng tái tạo ĐH Bách Khoa TP.HCM (7.2) (7.3) Bìa giảng NLTT Trần Công Binh Phổ xạ mặt trời bên khí Hình 7.2 10 Năng lượng tái tạo Tỷ trọng khí - Air Mass Ratio Khi tia nắng băng qua bầu khí quyển, lượng lượng đến bề mặt trái đất bị suy hao Hình 7.3 • h1 = chiều dài đường qua bầu khí với ánh nắng mặt trời đỉnh đầu • h2 = chiều dài đường qua bầu khí để đến bề mặt trái đất •Năngβlượng = góc cao độ mặt trời tái tạo ĐH Bách Khoa TP.HCM 11 Bìa giảng NLTT Trần Công Binh Tỷ trọng khí - Air Mass Ratio air mass ratio m = h2 = h1 sin β (7.4) Hình 7.3 • Air Mass ratio (“AM1”) đồng nghĩa với mặt trời • • ngày đỉnh đầu (m=1) AM0 bên bầu khí AM1.5 trị trung bình bề mặt trái đất (m=1.5) 12 Năng lượng tái tạo Phổ mặt trời bề mặt trái đất m tăng leenkhi mạt trời xuống thấp bầu trời Chú ý có sụ suy hao lớn xạ màu xanh trời m tăng cao, lý có màu đỏ mặt trời mọc lặn Năng lượng tái tạo ĐH Bách Khoa TP.HCM 13 Bìa giảng NLTT Trần Công Binh Quỹ đạo trái đất • Quay vòng 365.25 ngày theo quỹ đạo hình elip • Khoảng cách từ trái đất đến mặt trời:   360( n − 93)   d = 1.5 × 108 1 + 0.017sin    km (7.5) 365    • n = số ngày (bắt đầu từ ngày 1.1) • d (km) thay đổi từ 147x106 km vào ngày 2.1 đến • 152x106 km vào ngày 3.7 (tương ứng với mùa đông mùa hè) Đơn vị góc tính độ cho chương Năng lượng tái tạo 14 Quỹ đạo trái đất • • • • • • Trong ngày, trái đất quay 360,99˚ Quỹ đạo trái đất quay gọi mặt phẳng hoàn đạo Trái đất quay quanh trục nghiên 23.45˚ Ban ngày ban đêm dài vào ngày 21.3 21.9 (Xuân phân Thu phân) Đông chí ngày mà Bắc cực xa mặt trời Hạ chí ngày Bắc cực gần mặt trời Năng lượng tái tạo ĐH Bách Khoa TP.HCM 15 Bìa giảng NLTT Trần Công Binh Quỹ đạo trái đất Hình 7.5 Với ứng dụng lượng mặt trời, xem xét đặc điểm quỹ đạo trái đất không thay đổi Năng lượng tái tạo 16 Thiên độ δ - Solar Declination • Thiên độ δ – góc hợp mặt phẳng xích • • đạo với đường thẳng nối tâm mặt trời tâm trái đất (δ