Hướng dẫn thí nghiệm các nguồn năng lượng thay thế hồ ngọc dung chủ biên, hồ sỹ mão

TRƯ Ờ NG ĐẠ I HỌ C THỦ Y LỢ I BỘ MÔN THỦ Y ĐIỆ N VÀ NĂNG LƯ Ợ NG TÁI TẠ O ThS HỒ NGỌ C DUNG ( Chủ biên ) – ThS HỒ SỸ MÃO HƯ Ớ NG DẪ N THÍ NGHIỆ M CÁC NGUỒ N NĂNG LƯ Ợ NG THAY THẾ HÀ NỘ I - 2017 TRƯ Ờ NG ĐẠ I HỌ C THỦ Y LỢ I BỘ MÔN THỦ Y ĐIỆ N VÀ NĂNG LƯ Ợ NG TÁI TẠ O ThS HỒ NGỌ C DUNG ( Chủ biên ) – ThS HỒ SỸ MÃO HƯ Ớ NG DẪ N THÍ NGHIỆ M CÁC NGUỒ N NĂNG LƯ Ợ NG THAY THẾ HÀ NỘ I - 2017 L IăNÓIă U CỐ n “ả ng d n ỏhí nghi m ngỐ n n ng l ng ỏhay ỏh ” đ c xỐ ỏ b n nh m ph c ố gi ng d y môn h c ắhí nghi m ngỐ n n ng l ng ỏhay ỏh ốà đ c s d ng làm ỏài li Ố ỏham kh o cho môn h c ỏhỐ c l nh ố c n ng l ng ỏái ỏ o C Ố ỏrúc cỐ n sách g m ch ng, đ c chia làm ph n ố i n i dỐng đ c ỏrình bày ỏheo h ng ỏi p c n nh ng ph ng pháp nghiên c Ố hi n đ i ỏrên ỏh gi i, bao g m: Ph n 1-N ng l ng gió ốà Ph n 2- N ng l ng m ỏ ỏr i đ CỐ n sách ỏác gi ThS ả Ng c Dung, ThS.ả S Mão biên so n ốà c ỏhông qỐa ỏ i b môn ắh y n ốà n ng l ng ỏái ỏ o ắrong qỐá ỏrình biên so n, ỏác gi nhân đ c s ng h , góp ý r ỏ ỏhi ỏ ỏh c ốà qỐý báỐ c a TS Nguy n Vi t Ng gi ng ốiên ắr ng i h c s ph m k ỏhỐ ỏ ả ng Yên ốà đ ng nghi p ỏrong b môn ắh y n ốà n ng l ng ỏái ỏ o ây ỏài li Ố đ c xỐ ỏ b n l n đ Ố nên không ỏh ỏránh kh i nh ng m khỐy ỏ, r ỏ mong s góp ý c a b n đ c đ nâng cao ch ỏ l ng ỏrong nh ng l n ỏái b n saỐ Cácătácăgi i M CăL C PH Nă1.ăN NGăL NGăGIÓ CH NGă1.ăLụăTHUY TăVÀăNGUYÊNăLụăV NăHÀNHăTUABINăGIÓ 1.1 N ng l ng gió y u t nh h ng đ n n ng l ng gió 1.1.1 N ng l ng c a lu ng gió 1.1.2 T c đ gió 1.1.3 ε t đ khơng khí 1.1.4 Di n tích qt c a cánh tuabin gió 1.2 Bi n đ i đ ng n ng c a dòng khí thành c n ng thơng qua tuabin gió 1.2.1 Các m t c t khí đ ng l cμ l c nâng l c c n khí đ ng l c 1.2.2 Nguyên lý v n hành roto c a tuabin gió 10 1.2.3 Cơng su t thu đ c t tuabin gió 10 1.3 Gi i thi u tuabin gió 13 1.3.1 C u t o tuabin gió 13 1.3.2 Thơng s đ c tr ng c a tuabin gió 14 1.3.3 ng đ c tính c a tuabin gió 16 1.3.4 ánh giá hi u su t làm vi c c a tuabin gió 17 CH NGă2.ăH NGăD NăTHệăNGHI MăTUABINăGIĨăWG/EV 21 2.1 Tuabin gió WG/EV v n hành tr i 21 2.1.1 Gi i thi u chung 21 2.1.2 nh v tuabin gió 21 2.1.3 δ p ráp rotor 22 2.1.4 Thi t b u ch nh n p n 23 2.2 εáy phát phong n ng WG/EV v n hành nhà 23 2.2.1 Thi t b b ph n 23 2.2.2 i u n h th ng 24 2.3 Gi i thi u thi t b 28 2.3.1 εáy phát n khơng ch i than 28 2.3.2 Thi t b tích tr n ng l ng 28 2.4 B ngh ch l u DC/AC 29 CH NGă3.ăBÀIăTHệăNGHI MăTH CăHÀNHăTUABINăGIÓăWG/EV 31 3.1 Bài thí nghi m 1μ c tính c a cơng su t đ u v i t n s c a đ ng c 31 3.2 Bài thí nghi m 2μ o thơng s c a gió t i n i l p đ t máy phát phong n ng 32 3.3 Bài thí nghi m 3μ o thơng s dòng n c a máy phát v i thi t b đo 33 3.4 Bài thí nghi m 4μ ánh giá thơng s dòng n c a h th ng thay đ i ph t i 35 3.5 Bài thí nghi m 5μ ánh giá cơng su t c a tuabin gió b ng ph ng pháp đ ng đ c tính cơng su t 36 3.6 Bài thí nghi m 6μ ánh giá cơng su t l n nh t có th s d ng b i tuabin gió 38 3.7 Bài thí nghi m 7μ ánh giá t ng cơng su t có đ c lu ng gió 38 3.8 Bài thí nghi m 8μ ánh giá hi u su t l n nh t theo lý thuy t c a tuabin gió hi u su t th c 39 3.9 Bài thí nghi m 9μ ánh giá n ng l ng l n nh t có th thu đ c t gió t i n i l p đ t bi t 39 PH NăII.ăN NGăL NGăM TăTR I 41 ii CH NGă4.ăLụăTHUY TăV ăN NGăL NGăM TăTR I 41 4.1 B c x m t tr i 41 4.1.1 Gi i thi u 41 4.1.2 B c x m t tr i 41 4.1.3 Góc gi 46 4.2 ánh giá n ng l ng m t tr i 47 4.2.1 Gi i thi u 47 4.2.2 B c x tr c ti p t c th i b m t 47 4.2.3 B c x toàn ph n t c th i b m t 48 4.2.4 N ng l ng tr c ti p t i m t b m t 49 4.3 Lý thuy t v t m pin quang n 50 4.3.1 V t li u bán d n 50 4.3.2 Hi u ng quang n 52 4.3.3 Pin quang n 55 4.3.4 K t n i n gi a module 55 4.3.5 ng đ c tính c a pin quang n 57 4.3.6 i n n ng phát t m t h th ng quang n 59 4.3.7 M i quan h gi a b m t hi u su t 60 CH NGă5.ăH NG D N THÍ NGHI M H TH NGăPINăQUANGă I N PM/EV 61 5.1 Gi i thi u 61 5.2 Các b ph n 61 5.3 Ph ng pháp k t n i c a hai t m pin quang n 62 5.4 Ph ng th c ho t đ ng 63 5.5 Quy c d u c a dòng n 63 5.6 Thi t b tích tr n ng l ng (t ng t b tuabin gió, m c 2.3.2) 63 5.7 H th ng u ph i n n ng c a pin quang n 63 5.7.1 i u n phân ph i n 64 5.7.2 B theo dõi m t tr i 65 5.8 Pin quang n 68 5.8.1 Gi i thi u chung 68 5.8.2 Các thông s k thu t đ ng đ c tính c a module quang n 68 5.8.3 S đ m ch n c a liên k t gi a t bào quang n 68 5.8.4 M t c t c a t m pin quang n 69 5.9 Nh t x k 69 5.9.1 Nguyên lý ho t đ ng 69 5.9.2 Ph ng pháp đo 70 CH NGă6.ăBÀIăTHệăNGHI M TH CăHÀNHăN NGăL NG M T TR I PM/EV 71 6.1 Bài thí nghi m 1μ Xác đ nh đ ng đ c tính c a t m pin quang n v i c u hình khác 71 6.1.1 ng đ c tính I-V c a t m pin phía d i 71 6.1.2 ng đ c tính I-V c a hai t m pin m c n i ti p 73 6.1.3 ng đ c tính I-V c a hai t m pin m c song song 74 iii 6.2 Bài thí nghi m s 2: ánh giá thơng s dòng n c a h th ng ph t i thay đ i 75 PH ăL C 77 PH Nă1.ăTHệăNGHI MăTUABIN GIÓ WG/EV 77 PH Nă2.ăTHệăNGHI MăPINăN NGăL NGăM TăTR IăPM/EV 91 TÀI LI U THAM KH O 99 iv DANHăM CăB NG B ng 1.1 Các h s m p mô c a m t đ t B ng 1.2 nh h ng c a phân ph i t n su t khác c a t c đ gió đ i v i đ a m có v n t c trung bình B ng 2.1 Thơng s k thu t c a b ngh ch l u DC/AC 29 B ng 3.1 T n s - Cơng su t -s vòng quay đ ng b 31 B ng 4.1 H s ph n x t i b m t khác 49 B ng 4.2 N ng l 51 ng khe tr ng hi u su t lý thuy t c a pin quang n B ng 4.3 S li u đ c tính c a m t pin quang n silic tr ng h p tham kh o 58 B ng 4.4 Quan h gi a hi u su t di n tích module c a m t h th ng có Pmax = 1kWp 60 B ng 5.1 Các ki u k t n i gi a hai t m pin 62 B ng 5.2 Thông s k thu t c a b u ti t Genius 64 B ng 5.3 Góc nghiêng t i u cho panel l p đ t t i v đ 20°B c 65 B ng 5.4 Các thông s k thu t c a pin quang n 68 v DANHăM CăHÌNH Hình 1.1 Dao đ ng t c th i c a t c đ gió Hình 1.2 Gi i thi u bi u đ t c đ gió g n m t đ t (dòng l p biên) Hình 1.3 T c đ gió t ng theo đ cao Hình 1.4 Cơng su t c a tuabin gió t ng theo đ cao Hình 1.5 ng t n su t n hình đ ng phân b Weibull t ng ng th hi n t n su t (%) c a m t v n t c gió m t kho ng th i gian bi t (ví d n m) Hình 1.6 Phân b t c đ gió trung bình xu h Hình 1.7 ng bi n đ i theo th i gian ng phân b l y tích Weibull Hình 1.8 ε t đ khí v i đ cao nhi t đ Hình 1.9 Kích th c hình h c c a máy phát dùng thí nghi m WG/EV Hình 1.10 Tác đ ng đ ng l c h c c a m t dòng khí lên m t c t cánhμ c tr ng hình h c c a m t c t khí đ ng h c Hình 1.11 Hình 1.12 H s áp l c theo lý thuy t m t l i m t đáy cánh (nét đ t) cho d ng m t c t NACA 6210 (a) 6410 (b) ν c hai tr ng h p dùng  = 0,740 Hình 1.13 H s nâng Cs h s c n CR c a m t c t đ i x ng seri NACA 9 Hình 1.14 S hình thành chuy n đ ng c a tuabin gió 10 Hình 1.15 Phân b v n t c áp l c g n b n cánh c a c i xay gió 10 Hình 1.16 ng dòng c a thuy t đ ng l 11 ng Betz Hình 1.17 Bi u đ áp l c v n t c c a dòng khí qua tuabin gió tr c ngang Hình 1.18 H s cơng su t c a m t vài tuabin gió theo t s t c đ 11 chu vi v i t c đ gió 13 Hình 1.19 Máy phát n gió tr c ngang 14 Hình 1.20 Các hình d ng c a tuabin gió tr c ngang 15 Hình 1.21 δ ch h 16 ng c a tuabin gió tr c ngang Hình 1.22 Các lo i tháp 16 ng đ c tính cơng su t c a tuabin gió 17 Hình 1.24 i n n ng trung bình n m th c t c a tuabin lo i nh 18 Hình 1.23 Hình 1.25 Các đ ng đ c tính cơng su t n n ng hàng tháng c a tuabin gió mơ hình AIR403 19 Hình 1.26 i n n ng trung bình n m c a m t tuabin gió 20 Hình 1.27 ng cong đánh giá AEO c a m t tuabin gió c nh Bergey 850 20 vi (1) Nhi t đ khơng khí, ºC: t  ……; (2) M t đ khơng khí, kg/m3:   ………; (3) TT cao ban đ u,m: H o  ………; (4) cao l p đ t, m: H  ……… ; ti vo vi V1 A1 P1 PTB Pmax,i s m/s m/s V A W W W Ghi 10 11 12 13 14 15  Ph ng pháp tính tốn thơng s Nh n xét: 85 1.8 Bài thí nghi m 7:ă ánhăgiáăt ng cơng su tăcóăđ c lu ng gió  K t qu thí nghi m (1) Nhi t đ khơng khí, ºC: t  ……; (2) M t đ khơng khí, kg/m3:   ………; (3) TT cao ban đ u,m: H o  ………; (4) cao l p đ t, m: H  ……… ; ti vo vi V1 A1 P1 PTB Pmax,i Ptot,i s m/s m/s V A W W W W Ghi 10 11 12 13 14 15  Ph ng pháp tính tốn thơng s 86 Nh n xét: 1.9 Bài thí nghi m 8:ă ánhăgiáăhi u su t l n nh t theo lý thuy t c a máy phát hi u su t th c  K t qu thí nghi m (1) Nhi t đ khơng khí, ºC: t  ……; (2) M t đ khơng khí, kg/m3:   ………; cao ban đ u,m: H o  ………; (4) (3) (5) cao l p đ t, m: H  P Pmax  ………; (6) 1,max  1,max  ………; Ptot Ptot V1 A1 vi ti vo ……… ;  max  TT P1 Pmax,i Ptot,i P1/Ptot,i Ghi 87 s m/s m/s V A W W W 10 11 12 13 14 15  Ph ng pháp tính tốn thơng s Nh n xét: 88 1.10 Bài thí nghi m 9:ă ánhăgiáăn ngăl t iăn iăl păđ tăđƣăbi t ng l n nh t có th thuăđ c t gió  K t qu thí nghi m (1) Nhi t đ khơng khí, ºC: t  ……; (2) M t đ khơng khí, kg/m3:   ………; cao ban đ u,m: H o  ………; (4) (3) TT ti vo vi s m/s m/s cao l p đ t, m: H  pvi  PTB Ptot,i W W ……… ; PTB/Ptot,i Ei Ghi Wh 10 11 12 13 14 15  Ph ng pháp tính tốn thơng s 89 Nh n xét: 90 PH Nă2.ăTHệăNGHI MăPINăN NGăL NGăM TăTR I PM/EV 2.1 Thôngăs ăc aăb ăthi tăb ăthíănghi m năv Thi t b , thơng s Giá tr Ghi T m pin S l ng Công su t đ nh m c Hi u su t Lo i pin Kích th c c quy i n áp đ nh m c D ng l ng đ nh m c Kích th c B ngh chăl u i n áp vào DC i n áp AC Công su t đ u liên t c Công su t đ nh Hi u su t C ng đ dòng n l n nh t Ph ăt i Cơng su t 2.2 Bài thí nghi mă1: Xác đ nhăđ c uăhìnhăkhácănhau 2.2.1 ngăđ cătínhăc aăcácăt măpinăquangăđi năv iăcácă ngăđ cătínhăI-Văc aăt măpinăphíaăd i 91  K t qu thí nghi m ng đ b c x , W/m2: G  ………; (1) Nhi t đ t m pin, ºC: t  ……; (2) C (3) Cách k t n i modul quang n:……… ……………………………… (4) Xây d ng đ ng đ c tính I ~V P ~V c a t m pin i m công su t c c đ i:……… ……………………………………………… TT R A1 V1 P1 (5) Ω A V Ghi W 10 11 12 13 14 15  V đ ng đ c tính I ~V P ~V c a t m pin 92  Nh n xét: ngăđ cătínhăI-Văc aăt măpinăphíaătrên 2.2.2  K t qu thí nghi m ng đ b c x , W/m2: G  ………; (1) Nhi t đ t m pin, ºC: t  ……; (2) C (3) Cách k t n i modul quang n:……… ……………………………… (4) Xây d ng đ ng đ c tính I ~V P ~V c a t m pin i m công su t c c đ i:……… ……………………………………………… TT R A1 V1 P1 (5) Ω A V Ghi W 10 11 93 12  V đ ng đ c tính I ~V P ~V c a t m pin  Nh n xét: 2.2.3 ngăđ cătínhăI-Văc aăhaiăt măpinăm iăti p  K t qu thí nghi m ng đ b c x , W/m2: G  ………; (1) Nhi t đ t m pin, ºC: t  ……; (2) C (3) Cách k t n i modul quang n:……… ……………………………… (4) Xây d ng đ ng đ c tính I ~V P ~V c a t m pin 94 i m công su t c c đ i:……… ……………………………………………… (5) TT R A1 V1 P1 Ω A V W Ghi 10 11 12  V đ ng đ c tính I ~V P ~V c a t m pin  Nh n xét: 95 ngăđ cătínhăI-Văc aăhaiăt măpinăm căsongăsongă 2.2.4  K t qu thí nghi m ng đ b c x , W/m2: G  ………; (1) Nhi t đ t m pin, ºC: t  ……; (2) C (3) Cách k t n i modul quang n:……… ……………………………… (4) Xây d ng đ ng đ c tính I ~V P ~V c a t m pin i m công su t c c đ i:……… ……………………………………………… TT R A1 V1 P1 (5) Ω A V Ghi W 10 11 12  V đ ng đ c tính I ~V P ~V c a t m pin 96  Nh n xét: 2.3 Bài thí nghi m 2:ă ánhăgiáăcácăthơngăs dòngăđi năc aăh ăth ngăkhiăph ăt iăthayă đ i  K t qu thí nghi m ng đ b c x , W/m2: G  ………; (1) Nhi t đ t m pin, ºC: t  ……; (2) C (3) Cách k t n i modul quang n:……… ……………………………… Thơng s Bóng đèn V1 V2 V3 A1 A2 A3 V I P V V V A A A V A W Ghi 97  Nh n xét: 98 TÀI LI U THAM KH O Giáo trình Các ngu n n ng l tái t o 2015; ng tái t o, sách d ch, B môn Th y n n ng l Wind energy explained, Theory, design and application, J.F Manwell, J.G McGowan, A.L Rogers, John Wiley & Sons 2002; Principles of solar engineering, D.Yogi Goswami, Frank Kreith, Jan F Kreider, Taylor & Francis Group 2006; H ng d n thơng s k thu t cho b thí nghi m PM/EV WG/EV c a hãng Elettronica Veneta; Wind and solar power systems, Mukund R.Patel, Taylor & Francis Group 2006; ng 99 ... C THỦ Y LỢ I BỘ MÔN THỦ Y ĐIỆ N VÀ NĂNG LƯ Ợ NG TÁI TẠ O ThS HỒ NGỌ C DUNG ( Chủ biên ) – ThS HỒ SỸ MÃO HƯ Ớ NG DẪ N THÍ NGHIỆ M CÁC NGUỒ N NĂNG LƯ Ợ NG THAY THẾ HÀ NỘ I - 2017 L IăNÓIă U CỐ n... 3.4 Bài thí nghi m 4μ ánh giá thơng s dòng n c a h th ng thay đ i ph t i 35 3.5 Bài thí nghi m 5μ ánh giá cơng su t c a tuabin gió b ng ph ng pháp đ ng đ c tính cơng su t 36 3.6 Bài thí nghi... CăHÀNHăTUABINăGIĨăWG/EV 31 3.1 Bài thí nghi m 1μ c tính c a cơng su t đ u v i t n s c a đ ng c 31 3.2 Bài thí nghi m 2μ o thơng s c a gió t i n i l p đ t máy phát phong n ng 32 3.3 Bài thí nghi m 3μ o thơng