BÀI tập lớn: Năng lượng mặt trời và Năng lượng thứ cấp (1)

 Bài tập lớn:Năng Lượng Mặt trời Năng lượng thứ cấp Bài tập lớn: NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ NĂNG LƯỢNG THỨ CẤP Họ tên: Đặng Hồng Chuyên Trường: ĐHBK Hà nội Lớp: Máy & Thiết bị Nhiệt lạnh 02_K50 Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Nguyên An I Nội dung thực hiện: Bài Tính vẽ đồ thị biểu diễn thay đổi r ; a  theo góc tới 1 thay đổi từ  900 Cho biết: Hệ thống chắn gồm lớp kính có chiều dày lớp c  6mm Hệ số suy giảm(do hấp thụ kính) : K c  15m 1 Bài Biện luận góc nghiêng lắp đặt  tối ưu để nhận lượng xạ mặt trời lớn Cho biết: Địa điểm lắp đặt: Tùy chọn Khoảng thời gian sử dụng: Tùy chọn Số liệu cường độ xạ mặt trời: Tự tìm kiếm II Thời gian thực hiện: Ngày giao đầu bài: 17/09/2009 Sinh viên thực hiện: Đặng Hồng Chuyên Sinh viên thực hiện: Đặng Hồng Chuyên Ngày hoàn thành: …/11 /2009 Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Nguyên An Lớp: Máy& Thiết bị Nhiệt lạnh 02_K50  Bài tập lớn:Năng Lượng Mặt trời Năng lượng thứ cấp Bài Tính vẽ đồ thị r ; a  theo góc tới 1 thay đổi từ  900 : Có: Số lớp kính chắn là: M  Chiều dày lớp kính chắn: c  6mm Hệ số suy giảm: K  15m 1 Chiết suất kính: n  1,5 Bài làm: a) Tính vẽ đồ thị r : Góc tới tia xạ 1 góc khúc xạ tia tới 2 từ môi trường không khí có chiết suất n1  tới kính có chiết suất n  1,5 có quan hệ sau: Sin1 n   1,5  2  Arsin(1/1,5.Sin(1 )) Sin2 n1 Hệ số phản xạ tương ứng thành phần phân cực là: I  Sin (2  1 ) /Sin (2  1 ); II  tg (2  1 ) / tg (2  1 ) Hệ số truyền xạ xét riêng khúc xạ - phản xạ ứng với thành phần phân cực là:  I  I  II  II  ; rII    (2M  1).I  3.I  (2M  1). II  3. II Do hệ số truyền xạ xét riêng khúc xạ- phản xạ là: 1  I  II  2.(I  II ) r  (rI  rII )  (  ) 2  3. I  3.II 2.(1  3. I ).(1  3.II ) rI  Ta có đồ thị biểu diễn thay đổi giá trị rI ; rII r theo góc tới 1 thay đổi từ  900 sau: (xây dựng hàm toán mô tả vẽ đồ thị công cụ MatLab version 7.6.0) Code xây dựng MatLab: Sinh viên thực hiện: Đặng Hồng Chuyên Lớp: Máy& Thiết bị Nhiệt lạnh 02_K50  Bài tập lớn:Năng Lượng Mặt trời Năng lượng thứ cấp Đồ thị biểu diễn: b) Tính vẽ đồ thị a : Với lớp kính chắn có chiều dày, hệ số suy giảm chiết suất giống nhau, đặt song song với nên ta có hệ số truyền xạ xét riêng hấp thụ là: a  Il  e2 c K c / Cos2  e2 c K c / Cos(Arcsin(1/1,5.Sin(1 )) Ib Với: c  6mm  6.103 m; K=15m -1  a  e 0,18 / Cos(Arcsin(1/1,5.Sin(1 )) Sinh viên thực hiện: Đặng Hồng Chuyên Lớp: Máy& Thiết bị Nhiệt lạnh 02_K50  Bài tập lớn:Năng Lượng Mặt trời Năng lượng thứ cấp Ta có đồ thị biểu diễn thay đổi giá trị rI ; rII r theo góc tới 1 thay đổi từ  900 sau: (xây dựng hàm toán mô tả vẽ đồ thị công cụ MatLab version 7.6.0) Code xây dựng MatLab: Đồ thị biểu diễn: Sinh viên thực hiện: Đặng Hồng Chuyên Lớp: Máy& Thiết bị Nhiệt lạnh 02_K50  Bài tập lớn:Năng Lượng Mặt trời Năng lượng thứ cấp b) Tính vẽ đồ thị  : Có   a r tổng hợp toàn đồ thị a r vừa vẽ ta  , biểu diễn đường cong hệ trục tọa độ với thay đổi góc 1 từ  900 có: Sinh viên thực hiện: Đặng Hồng Chuyên Lớp: Máy& Thiết bị Nhiệt lạnh 02_K50  Bài tập lớn:Năng Lượng Mặt trời Năng lượng thứ cấp Bài Ta khảo sát thu phẳng:  Với địa điểm lắp đặt tại: Trung tâm quận Hà đông có tọa độ: 20058’00’’N; 105046’21’’E  Khoảng thời gian làm việc: Trong ngày từ: 09h00m00s - 15h00m00s Trong năm: từ tháng 04(Apr) - 09(Sept)  Bề mặt hấp thụ có hệ số hấp thụ độ đen là:  p  0,95;  P  0,95 (bề mặt hấp thụ không chọn lọc)  Lớp kính chắn sử dụng gồm M  lớp có chiều dày hệ số suy giảm là: c  6mm; K  15m 1  Số liệu cường độ xạ mặt trời địa phương sau: Với thành phần trực xạ: I b  665W / m ; với thành phần tán xạ: Id  230W / m2  Thông số lắp đặt: bề mặt hấp thụ thu lắp đặt vị trí quay hướng nam(góc phương vị   00 ), góc dốc  tùy biến, ta khảo sát đặc tính tổng lượng xạ nhận bề mặt hấp thụ toàn khoảng thời gian làm việc S theo thay đổi góc  để tìm góc dốc tối ưu lắp đặt Bài làm: Ta có tổng lượng xạ nhận thu làm việc từ ngày thứ n  91trong năm (ngày 01/04 - April, 1st) đến ngày làm việc thứ 270 năm(ngày 30/09 - Sept, 30th) là: n  270 S  S n , với Sn tổng lượng xạ mà bề mặt hấp thụ n1 91 thu hấp thụ ngày làm việc thứ n năm Trong ngày với thời gian làm việc từ 9h00 - 15h00 tương ứng với góc thời gian thay đổi từ 1 đến 2 ta có lượng xạ nhận ngày làm việc thứ n là: 2 Sn   I R b b( ,n ) ( )b( ,n)  Id R d  (I b  Id ).R r .()d  d 1 n2 270 2 Do vậy: S   Sn     Ib R b( ,n) () b( ,n )  Id R d  (Ib  Id ).R r .( )d  d n1 91 1 Góc thời gian  tính qua thời gian biểu kiến LAT qua biểu thức sau: LAT = Thời gian chuẩn  4.(Kinh độ chuẩn múi - Kinh độ địa điểm khảo sát) + gia số hiệu chỉnh thời gian Ta bỏ qua gia số hiệu chỉnh sai số việc bỏ qua chấp nhận Kinh độ địa điểm khảo sát 105046’21’’E= 105,77250, kinh độ chuẩn tương ứng 1050E Thay vào lấy dấu “ - ” biểu thức kinh độ ta Sinh viên thực hiện: Đặng Hồng Chuyên Lớp: Máy& Thiết bị Nhiệt lạnh 02_K50  Bài tập lớn:Năng Lượng Mặt trời Năng lượng thứ cấp kinh độ đông(East) Ta có giá trị thời gian biểu kiến lúc thu bắt đầu kết thúc trình làm việc ngày là: Thời gian biểu kiến lúc bắt đầu làm việc LATbđ là: LATbd  9h00'00'' 4.(1050  105,7725)  9h00' 3,09'  8h56'54,6'' Thời gian biểu kiến lúc kết thúc làm việc LATkt là: LATkt  15h00'00'' 4.(1050  105,7725)  15h00' 3,09'  14h56'54,6'' Tính giá trị góc thời gian tương ứng 1 1 thể hình đây: n2 270 44,739 Do vậy: S   Sn   n1  91 45,261  I b R b( ,n) ()b( ,n)  Id R d  (I b  Id ).R r .( )d  d Để tính giá trị biểu thức ta thực việc tính giá trị nhiệt lượng bề mặt hấp thụ thu dược ngày thứ n là: 44,739 Sn    Ib R b( ,n) () b( ,n )  Id R d  (Ib  Id ).R r .(  )d  d 45,261 sau thực vòng lặp For để tính tổng giá trị Sn tương ứng từ ngày 91 đến ngày 270  Trong biểu thức ta nhận thấy I b ; Id số cho giá trị cụ thể R d ; R r tham số  , chúng xác định qua biểu thức sau: 1+Cos  Cos Rd = ; R r   hệ số kể đến phản xạ môi trường  2 lấy   Với ngày khảo sát ngày thứ n năm góc vĩ độ mặt trời tương ứng là:  360    23,45.Sin  (284  n)  ,  độc lập với  nên biểu thức đóng vai trò  365  tham số Cos  Vì thành phần trực xạ mặt phẳng nghiêng là: R b( ,n)  Do thu CosZ lắp quay hướng nam(   00 ) nên Cos  Sin.Sin(  )  Cos.Cos.Cos(  ); Cos Z  Sin.Sin  Cos.Cos.Cos  R b( ,n)  Sin.Sin(  )  Cos.Cos.Cos(  ) ; =200 58'00'' N  20,960 N Sin.Sin  Cos.Cos.Cos Sinh viên thực hiện: Đặng Hồng Chuyên Lớp: Máy& Thiết bị Nhiệt lạnh 02_K50  Bài tập lớn:Năng Lượng Mặt trời Năng lượng thứ cấp 10  Tích số truyền hấp thụ tính cho thành phần có hướng tính sau: Có góc khúc xạ tia xạ vào lớp kính chắn là: Sin1 n   1,5  2  Arsin(1/1,5.Sin(1 )) Sin2 n1 Hệ số phản xạ tương ứng thành phần phân cực là: I  Sin (2  1 ) /Sin (2  1 ); II  tg (2  1 ) / tg (2  1 ) Do đó:  I  I  II  II rI   ; rII    (2M  1).I  3.I  (2M  1). II  3. II Do đó: 1  I  II  2.(I  II ) r  (rI  rII )  (  ) 2  3. I  3.II 2.(1  3. I ).(1  3.II ) Với hai lớp kính chắn giống chiều dày, chiết suất hệ số suy giảm nên: a  Il  e2 c K c / Cos2  e2 c K c / Cos(Arcsin(1/1,5.Sin(1 )) Ib Với: c  6mm  6.103 m; K=15m -1  a  e 0,18 / Cos(Arcsin(1/1,5.Sin(1 )) Có:   a r , với bề mặt hấp thụ có hệ số hấp thụ là: Có  p  0,95 Ta có tích số truyền hấp thụ là: Có   b( ,n)  . a r   , thay giá trị  (1  ).d  (1  ).a (1  r ) a r biểu thức ta có   b( ,n) hàm biến  với tham số ;n;   Tích số truyền hấp thụ tính cho thành phần vô hướng đơn giản ta coi thành phần có hướng với góc tới tia xạ 1  600 Lúc ta có: 2  Arsin(1/1,5.Sin(1 ))=Arsin(1/1,5.Sin(60))=35,260 Hệ số phản xạ tương ứng thành phần phân cực là: I  Sin (35,26  60) /Sin (35,26  60)  0,177; II  tg (35, 26  60) / tg (35, 26  60)  1,8.103 Do đó:  I  0,177   II  1,8.103 rI    0,538; rII    0,993  (2M  1).I  3.0,177  (2M  1).II  3.1,8.103 Do đó: r  (rI  rII )  0,5.(0,538  0,993)  0,766 Với hai lớp kính chắn giống chiều dày, chiết suất hệ số suy giảm nên: 3 I a  l  e 2 c Kc / Cos2  e 2.6.10 15 / Cos35,26  0,802 Ib Sinh viên thực hiện: Đặng Hồng Chuyên Lớp: Máy& Thiết bị Nhiệt lạnh 02_K50  Bài tập lớn:Năng Lượng Mặt trời Năng lượng thứ cấp 11 Với bề mặt hấp thụ có hệ số hấp thụ là: Có  p  0,95 Ta có tích số truyền hấp thụ tính cho thành phần vô hướng là: a r  0,802.0,766.0,95   0,589   d   (1  ).a (1  r )  (1  0,95).0,802.(1  0,766) Như tất đại lượng biểu thức: 44,739 Sn    Ib R b( ,n) () b( ,n )  Id R d  (Ib  Id ).R r .(  )d  d diễn giải 45,261 trên, ta thực việc tính tích phân với biến số  , thông số lại đóng vai trò tham số Bằng cách sử dụng công cụ hỗ trợ toán học MatLab version 7.6.0 ta xây dựng code giải sau: syms I_b R_b I_r alpha M K lamda_c% Cac thong so ve bo thu syms ro_1 ro_2 To_r1 To_r2 To_r To ro To_alphan_b To_alpha_d syms phi sun_phi beta teta teta_2 omega omega_1 omega_2 % Cac thong so ve lap dat syms n n1 n2 % Cac thong so ve che lam viec syms d_S S_n S_tong result % Cac dai luong tinh toan ve buc xa hap thu duoc omega_1=45.261*pi/180;% Goc thoi gian bat dau lam viec ngay(09h00 = 08h56'55''LAT) omega_2=-44.739*pi/180;% Goc thoi gian ket thuc lam viec ngay(15h00 = 14h56'55''LAT) phi=20.96*pi/180;%Vi noi dat bo thu(20o58'00''N= +20,96degree) n1=91;% Ngay lam viec dau tien nam(01/04- Apr, 1st) n2=270;% Ngay lam viec cuoi cung nam(30/09- Sept, 30th) I_b=665;%Gia tri cuong buc xa cho theo phan truc xa I_d=230;%Gia tri cuong buc xa cho theo phan tan xa ro=0.6; %He so phan xa cua moi truong xung quanh lay la 0.6 K=15;% He so suy giam cua kinh la K=15m-1 M=2;% So lop kinh chan la M=2 lamda_c=0.006; % Chieu day lop kinh chan la lamda_c=6mm=0.006m alpha=0.95; % He so hap thu cua be mat tam hap thu S_tong=0 for n=91:1:270 sun_phi=23.45*sin((284+n)*360/365)*pi/180; teta=acos(sin(sun_phi)*sin(phi-beta)+cos(sun_phi)*cos(omega)*cos(phi-beta)); R_b=(sin(sun_phi)*sin(phi-beta)+cos(sun_phi)*cos(omega)*cos(phi-beta)) /(sin(phi)*sin(sun_phi)+cos(phi)*cos(sun_phi)*cos(omega)); R_d=0.5*(1+cos(beta)); R_r=ro*0.5*(1-cos(beta)); teta_2=asin(sin(teta)/1.5); ro_1=(sin(teta_2-teta)/sin(teta_2+teta))^2; To_r1=(1-ro_1)/(1+3*ro_1); ro_2=(tan(teta_2-teta)/tan(teta_2+teta))^2; To_r2=(1-ro_2)/(1+3*ro_2); To_r=0.5*(To_r1+To_r2); To_a=exp(-M*lamda_c*K/cos(teta_2)); To= To_r*To_a; To_alpha_b=(To_a*To_r*alpha)/(1-(1-alpha)*To_a*(1-To_r)); To_alpha_d=0.589; %d_S=I_b*R_b*To_alpha_b%+(I_d*R_d+(I_b+I_d)*R_r)*To_alpha_d %S_n=int(teta,omega,omega_1,omega_2) %S_tong=S_tong+S_n; end ezplot(S_tong,[0 pi/2]) Sinh viên thực hiện: Đặng Hồng Chuyên Lớp: Máy& Thiết bị Nhiệt lạnh 02_K50 ... ứng 1050E Thay vào lấy dấu “ - ” biểu thức kinh độ ta Sinh viên thực hiện: Đặng Hồng Chuyên Lớp: Máy& Thiết bị Nhiệt lạnh 02_K50  Bài tập lớn: Năng Lượng Mặt trời Năng lượng thứ cấp kinh độ đông(East)... m; K=15m -1  a  e 0,18 / Cos(Arcsin(1/1,5.Sin(1 )) Sinh viên thực hiện: Đặng Hồng Chuyên Lớp: Máy& Thiết bị Nhiệt lạnh 02_K50  Bài tập lớn: Năng Lượng Mặt trời Năng lượng thứ cấp Ta có... viên thực hiện: Đặng Hồng Chuyên Lớp: Máy& Thiết bị Nhiệt lạnh 02_K50  Bài tập lớn: Năng Lượng Mặt trời Năng lượng thứ cấp Bài Ta khảo sát thu phẳng:  Với địa điểm lắp đặt tại: Trung tâm quận