Năng lượng mặt trời - Chương 5

Đối với cuộc sống của loài người, năng lượng Mặt Trời là một nguồn năng lượng tái tạo quý báu. Có thể trực tiếp thu lấy năng lượng này thông qua hiệu ứng quang điện, chuyển năng lượng các p

84Ch−¬ng 5: C¸C lo¹i g−¬ng ph¶n x¹ Âãø táûp trung nàng lỉåüng bỉïc xả chiãúu tåïi màût thu Ft, nhàòm náng cao nhiãût âäü ca Ft v mäi cháút tiãúp xục nọ, ngỉåìi ta dng thãm cạc gỉång phn xả. Gỉång phn xả l cạc bãư màût nhàơn bọng, coi l váût âủc D = 0, cọ hãû säú háúp thủ A bẹ, v hãû säú phn xả R = (1-A) låïn. Gỉång phn xả cọ thãø cọ dảng phàóng, cän, nọn, parabol trủ hồûc parabol trn xoay. Gỉång phn xả thỉåìng âỉåüc chãú tảo bàòng màût kim loải bọng nhỉ inox, nhäm, tän âạnh bọng, hồûc kênh hay plastic cọ trạng bảc. Âàûc trỉng ca mäüt gỉång phn xả bao gäưm: - Cạc thäng säú hçnh hc v kãút cáúu. - Âäü phn xả R, âiãưu kiãûn âãí màût thu cọ thãø hỉïng ton bäü phn xả tỉì gỉång. - Âäü táûp trung nàng lỉåüng bỉïc xả (kê hiãûu l k). Âäü táûp trung nàng lỉåüng bỉïc xả k : -Âënh nghéa: Âäü táûp trung nàng lỉåüng bỉïc xả k ca mäüt hãû gỉång phn xả v màût thu, l tè säú ca cỉåìng âäü bỉïc xả tåïi màût thu Ft trãn cỉåìng âäü bỉïc xả tåïi màût hỉïng nàõng: k = EEt Cỉåìng âäü bỉïc xả tåïi màût hỉïng nàõng E thỉåìng l cỉåìng âäü bỉïc xả tåïi màût âáút nåi âàût thiãút bë, tỉïc l cỉåìng âäü bỉïc xả lục tråìi nàõng bçnh thỉåìng, chỉa cọ gỉång phn xả. -Láûp cäng thỉïc tênh k: cho mäüt hãû gäưm màût thu Ft âàût vng gọc våïi tia nàõng, xung quanh cọ gỉång phn xả våïi hãû säú phn xả R, D = 0 v màût hỉïng nàõng diãûn têch Fh, màût Fh thỉåìng cng vng gọc våïi tia nàõng (hçnh 5.1). Gi thiãút cạc gỉång âàût sao cho ton bäü cạc tia phn xả tỉì gỉång âỉåüc chiãúu hãút lãn màût thu Ft. Khi âọ, cäng sút bỉïc xả chiãúu âãún Ft l: Qt = E. Ft + E.( Fh - Ft).R =E.(1 - R). Ft + E.R.Fh Cỉåìng âäü bỉïc xả âãún Ft l: Et = Qt/Ft = E.(1 - R) + E.R. Fh/ Ft Do âọ, k = Et/E = 1 - R + R. Fh/ Ft = 1 + R.( Fh/ Ft - 1). Nãúu coi R ≈ 1 thç k ≈ Fh/Ft. RFhFtER Hçnh 5.1 Hãû gỉång v màût thu 855.1. Gỉång phàóng Xẹt gỉång phàóng BC cọ hãû säú phn xả R, âàût nghiãng gọc γ so våïi màût thu AB. Dỉûa vo âënh lût phn xả ạnh sạng i1 = i2 , cọ thãø tçm âỉåüc âiãưu kiãûn âãø ton bäü phn xả tỉì gỉång BC chiãúu hãút lãn màût AB âàût vng gọc våïi tia nàõng l: γ = arcsinaba2+ Vç sinγ < 1 nãn phi cọ b < a v 4π< γ <2π. Khi âọ chiãưu räüng gỉång bàòng: f = baabb−=2cosγ V âäü táûp trung nàng lỉåüng k = 1 + R.(b/a). Do âọ, nãúu dng mäüt gỉång phàóng thç 1<k<2, nãúu dng bäún gỉång phàóng cng phn xả lãn mäüt màût thu hçnh vng thç cọ 1<k<5. Hçnh 5.3, 5.4 giåïi thiãûu så âäư 1 nh mạy âiãûn màût tråìi, trong âọ dng hãû thäúng gỉång phàóng, âỉåüc âiãưu khiãøn bàòng mạy tênh, táûp trung nàng lỉåüng vo mäüt l håi âàût trãn cao, trong 1 läưng kênh, âãø cáúp håi cho 1 turbine phạt âiãûn. Ci1i2fγAaBbRHçnh 5.2. Mä t quan hãû (α, a, b) Hçnh 5.3. Så âäư nh mạy âiãûn màût tråìi dng hãû gỉång phn xả. 86 Hçnh 5.4. Nh mạy âiãûn màût tråìi dng hãû gỉång phn xả. 5.3. Gỉång nọn 5.3.1. Gỉång nọn củt Gỉång nọn củt thỉåìng dng âãø phn xả lãn màût thu phàóng âàût tải âạy nọn, ln âỉåüc quay âãø vng gọc våïi tia nàõng. Âiãưu kiãûn âãø 100% phn xả tỉì gỉång âãún màût thu l: γ = arcsintthRRR4+ Khi âọ Rh < 3Rt v âäü táûp trung bàòng: k = 1+ R()[]1221112−−+=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−γCosRFFth Vç 4π< γ <2π nãn khi dng gỉång nọn củt thç 1< k < 9. Âỉåìng sinh ca nọn củt tênh theo: f = ()hthththRRRRRRR−−=−32cosγ våïi Rh< 3Rt. RRγRtRhHçnh 5.5. Quan hãû (γ, Rh, Rt) 875.3.2. Gỉång nọn Gỉång nọn âỉåüc dng âãø phn xả lãn màût thu hçnh äúng trủ âàût tải trủc nọn. Ty theo gọc âènh nọn nh hån, bàòng hồûc låïn hån 450, chiãưu cao H ca äúng thu bỉïc xả hçnh trủ cọ thãø nh hån, bàòng hồûc låïn hån chiãưu cao h ca nọn, nhỉ mä t trãn hçnh 5.6. Chiãưu cao H thêch håüp ca äúng thu, cho phẹp nháûn ton bäü phn xả tỉì gỉång nọn cọ chiãưu cao h, gọc âènh γ l: H = ( )γ212tgh+ våïi tgγ = hr Nãúu chn gỉång nọn cao h, bạn kênh r, thç chiãưu cao màût thu hçnh trủ l: ( )2221rhhH += Khi r < h tỉïc l γ < 450 thç H < h Khi r = h tỉïc l γ = 450 thç H = h Khi r > h tỉïc l γ > 450 thç H > h Âäü táûp trung nàng lỉåüng ca gỉång nọn l: k = 1+ R⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−+=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−+=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛− 121111222γCosdhrRdHrRFFth ⇒()⎥⎦⎤⎢⎣⎡−++= 121222hrdhrRk Nãúu gi t = tghr=γ thç ⎥⎦⎤⎢⎣⎡−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛++= 11212ttdrRk rhHRγ0 < γ < π/4rH=hRγγ = π /4HrhRπ/4 < γ < π/2 Hçnh 5.6. Gỉång nọn våïi màût thu hçnh äúng trủ 88Suy ra kmax = k (t = 1) = ⎟⎠⎞⎜⎝⎛−+= 11drRk , âảt âỉåüc khi chn r = h hay γ = 450, khi R = 1 thç kmax = dr. Khi tàng r v gim d, âäü táûp trung k s khạ låïn. 5.4. Gỉång Parabol 5.4.1. Gỉång Paraol trn xoay Xẹt gỉång parabol trn xoay do âỉåìng parabol y = fx42 quay quanh trủc y tảo ra. Khi quay trủc gỉång theo hỉåïng tia nàõng, thç tải gáưn tiãu âiãøm F ta thu âỉåüc nh ca màût tråìi, l mäüt âéa sạng trn cọ âỉåìng kênh d âỉåüc xạc âënh theo hãû phỉång trçnh: ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+=fpbbpDd111 Gii hãû trãn tçm âỉåüc d v p s âỉåüc: fffbdfbDfd2100093,0−===−=. ffbbp−=, tỉïc nh MT âàût tải tiãu âiãøm F, cọ âỉåìng kênh d = 10-2f. Do âọ màût thu cáưn âàût tải tiãu âiãøm ca gỉång, cọ âỉåìng kênh d ≥ 10-2f. Nãúu màût thu hçnh cáưu âỉåìng kênh d, gỉång parabol cọ bạn kênh r, thç hãû säú táûp trung l: ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡−⎟⎠⎞⎜⎝⎛+=112drRk ⇒ kmax = k(R=1) = 2⎟⎠⎞⎜⎝⎛dr. våïi D = 1,4.109m l âỉåìng kênh MT, b = 1,5.1011mkhong cạch gỉång tåïi MT v f l tiãu cỉû gỉång, pkhong cạch nh tåïi gỉång. RfFdbDrp Hçnh 5.7. nh ca màût tråìi qua gỉång parabol 89Khi tàng r v gim d âãún 10-2f, thç k s ráút låïn ty . Vê dủ: chn Fh = 1m2 hay π1=rm, f = 0,2m, R = 1thç d = 0,002m v k = 2⎟⎠⎞⎜⎝⎛dr= 79577; khi chn tiãu cỉû f = 0,1m cọ k = 318310 láưn. 5.4.2. Gỉång parabol trủ Xẹt gỉång parabol trủ räüng 2r, di L táûp trung phn xả vo màût thu hçnh äúng trủ âỉåìng kênh d âàût tải tiãu âiãøm, thç âäü táûp trung l: k = ⎟⎠⎞⎜⎝⎛−+121drRπ ⇒ kmax = k(R = 1, d = 10-2f) = frdrππ2002=. Nãúu chn r = 0,5m v f = 0,2m thç kmax =159láưn. Loải gỉång ny dãù chãú tảo, bàòng cạch ún táúm tän phàóng theo âỉåìng parabol y = fx42 . Âãø cọ 1 màût parabol trủ y = fx42 cọ tiãu cỉû f, âäü räüng r, cáưn ún 1 táúm tän cọ âäü di s tênh theo cäng thỉïc sau: Do: ds = 2221.⎟⎠⎞⎜⎝⎛+=+dxdydxdydx ⇒ s = ∫⎟⎠⎞⎜⎝⎛+rdxdxdy0212= dxfxr204212⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+∫ = dxfxfr∫+02241 Vậy s = ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+++⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛122ln21222frfrffrr RrLHçnh 5.8. Gỉång parabol trủrryfdsdydx0xM(x,y)Hçnh 5.9. Âãø tênh s 90 Vê dủ: âãø cọ parabol trủ våïi r = 0,5m, f = 0,2m cáưn táúm tän di s = 1219,43mm. Hçnh 5.10. Hãû thäúng nhiãût nàng lỉåüng màût tråìi dng gỉång phn xả. . E.( Fh - Ft).R =E.(1 - R). Ft + E.R.Fh Cỉåìng âäü bỉïc xả âãún Ft l: Et = Qt/Ft = E.(1 - R) + E.R. Fh/ Ft Do âọ, k = Et/E = 1 - R +. - R + R. Fh/ Ft = 1 + R.( Fh/ Ft - 1). Nãúu coi R ≈ 1 thç k ≈ Fh/Ft. RFhFtER Hçnh 5. 1 Hãû gỉång v màût thu 855 .1. Gỉång phàóng Xẹt gỉång phàóng