Bài giảng Năng lượng tái tạo: Chương 2 - ThS. Trần Công Binh - Trường Đại Học Quốc Tế Hồng Bàng

Vị trí mặt trời theo thời gian trong ngày.. Năng lượng tái tạo 32[r]

(1)

0

Bài giảng:

NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

ĐH BÁCH KHOA TP.HCM

Giảng viên: ThS Trần Công Binh

8/2013

C2: NĂNG LƯỢNG ĐIỆN MẶT TRỜI

1 Nguồn lƣợng mặt trời (thiên văn) Tế bào quang điện

3 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

7 Hệ điện mặt trời hịa lƣới

8 Tính tốn kinh tế cho hệ hòa lƣới Xu hƣớng sử dụng lƣợng mặt trời

(2)

Năng lượng tái tạo C2: NĂNG LƯỢNG ĐIỆN MẶT TRỜI

1 Nguồn tài nguyên lượng mặt trời

• Trƣớc nói lƣợng mặt trời, tìm

hiểu mặt trời:

• Nhƣ cƣờng 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 đƣợc

ngày

• Và chọn vị trí góc lắp đặt dàn pin mặt trời

(3)

Năng lượng tái tạo

noyau

Earth

0,3 109 GWh

Renewable energy ressources on Earth by year

su

n 1600 109 GWh

30%

directly re-emitted to

space

Moon

25 106 GWh

45%

720 109

GWh transforme d In heat 25% converted at surface and atmosphère

Réf : human activities : 140 106 GWh

Photosynthesis (0,24%) 109 GWh

Hydrocarbon fossil = stored solar energy

- Hydro cycles (88%) 350 109 GWh

- wind, waves 32 109 GWh

27 years = day

Nguồn lượng mặt trời

SC = số mặt trời =

(4)

Bức xạ lỗ đen mặt trời

• Mặt trời

– Đƣờng kính 1.4 triệu km

– Tổng cơng 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 lƣợng lƣợng

đơn vị diện tích nhiều vật thể thực nhiệt độ

– Hấp thụ hoàn toàn – hấp thụ tất xạ, hồn tồn

khơng có phản xạ

Định luật Plank

• Định luật Plank – bƣớc sóng phát xạ từ vật thể đen phụ thuộc vào nhiệt độ

8 3.74 10 (7.1) 14400 exp 1 E T                  

• λ = bƣớc sóng (μm)

• Eλ = cơng suất phát xạ đơn vị diện tích vật thể đen (W/m2-μm)

(5)

Phổ điện từ

Source: www.en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_radiation

Ánh sáng nhìn thấy đƣợc có bƣớc sóng khoảng 0.4 đến 0.7 μm,

với bƣớc sóng tia tử ngoại ngắn tia hồng dài

Phổ xạ trái đất 288oK

Trái đất vật thể đen phát xạ 288K

Hình 7.1

(6)

Năng lượng tái tạo 10

Định luật Stefan-Boltzmann

• Tổng cơng suất xạ vật thể đen đƣợc tính định luật xạ Stefan –Boltzman

4

(7.2) E  A T

• 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)

Quy tắc Wien

• Bƣớc sóng mà công suất xạ đơn vị diện tích lớn

• T = nhiệt độ tuyệt đối (K)

• λ = bƣớc 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

max

2898

( ) (7.3) ( )

 m  o

(7)

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 cơng suất xạ bƣớc

sóng có cơng suất xạ đỉnh So sánh với bƣớc sóng xạ đỉnh mặt trời 5800oK

4

(7.2) E  A T

max

2898

( ) (7.3) ( )

 m  o

T K

Phổ xạ mặt trời bên ngồi khí

(8)

Tỷ trọng khí m - Air Mass Ratio

• h1 = chiều dài đƣờng qua bầu khí với ánh

nắng mặt trời đỉnh đầu

• h2 = chiều dài đƣờng qua bầu khí để đến bề mặt trái đất

• β = góc cao độ mặt trời

Hình 7.3

Khi tia nắng băng qua bầu khí quyển, lƣợng lƣợng đến đƣợc bề mặt trái đất bị suy hao

Tỷ trọng khí - Air Mass Ratio

• Air Mass ratio (“AM1”) đồng nghĩa với mặt trời

ngay đỉnh đầu (m=1)

• AM0 bên ngồi bầu khí

• AM1.5 trị trung bình bề mặt trái đất (m=1.5)

2

1

air mass ratio = (7.4) sin

h m

h 



(9)

Phổ mặt trời bề mặt trái đất

m tăng lên

mặt trời xuống thấp bầu trời Chú ý có sụ suy hao lớn xạ màu xanh trời

m tăng cao,

(10)

Quỹ đạo trái đất

• Quay vịng 365.25 ngày theo quỹ đạo hình elip

• Khoảng cách từ trái đất đến mặt trời:

• 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 (tƣơng ứng với mùa đông

mùa hè)

• Đơn vị góc tính độ cho chƣơng

8 360( 93)

1.5 10 0.017sin km (7.5) 365

n

d       

 

 

• Trong ngày, trái đất quay 360,99˚

• Quỹ đạo trái đất quay cịn gọi mặt phẳng hồn

đạo

• Trái đất quay quanh trục nghiên 23.45˚

• Ban ngày ban đêm dài vào ngày

21.3 21.9 (Xuân phân Thu phân)

• Đơng chí ngày mà Bắc cực xa mặt trời

(11)

Hình 7.5

Với ứng dụng lƣợng mặt trời, xem xét đặc điểm quỹ đạo trái đất không thay đổi

Thiên độ δ - Solar Declination

• Thiên độ δ – góc hợp mặt phẳng xích đạo với đƣờng thẳng nối tâm mặt trời tâm trái đất (δ<0 mặt trời bán cầu Nam)

• δ biến thiên khoảng +/- 23.45˚

• Là hàm hình sin tính theo ngày, bắt đầu từ ngày Xuân phân (n=81 ) tính cho năm 365 ngày

 

360

23.45sin 81 (7.6) 365 n

    

(12)

Vị trí mặt trời theo thời gian năm

• Tính tốn vị trí mặt trời thời điểm

• Từ xác định góc nghiêng cho dàn pin mặt trời

• Xác định vị trí mặt trời

Hình 7.6

Thiên độ

Xuân phân Thu phân

Đơng chí Hạ chí

Ví dụ 7.2 – Góc lắp dàn PV

• Tìm góc lắp đặt tối ƣu dàn pin mặt trời phẳng, lắp đặt cố định TP.HCM (vĩ độ 10o45’00”) trƣa vào

ngày tháng

(13)

Góc thu trưa

• Giữa trƣa – mặt trời chiếu thẳng theo đƣờng kinh tuyến

• Phía Bắc bán cầu – mặt phẳng thu nghiêng góc với vĩ độ vào thời điểm Xn phân

• Vào trƣa, tia nắng vng góc với thu

Hình 7.8 L = vĩ độ (độ)

L < bán cầu Nam

Cao độ trưa βN- Altitude Angle

• Góc cao độ trƣa góc tia nắng mặt trời với mặt phẳng trái đất

• Zenith – trục hƣớng tâm, vng góc với mặt phẳng trái đất (hay đƣờng chân trời)

90 (7.7)

N L

    

(14)

Ví dụ 7.2 – Góc lắp dàn PV

• Góc thiên độ δ

• Góc cao độ

• Để tia nắng mặt trời chiếu vng góc với giàn pin mặt trời góc nghiên bằng:

   

360 360

23.45sin 81 = 23.45sin ??? 81 = ???

365 365

        

 n   

90 = ???

 tilt   N 

Góc cao độ  góc phương vị s 

Hình 7.10

Azimuth Angle Altitude Angle

(15)

Vị trí mặt trời theo thời gian ngày

• Vị trí mặt trời ngày đƣợc xác định theo góc

cao độ β và góc phƣơng vị ϕS

• β ϕS phụ thuộc vào vĩ độ, ngày

• Góc phƣơng vị (ϕS )

– > vào buổi sáng – < vào buổi chiều

– Tính từ trục hƣớng cực Nam (xem nhƣ hƣớng Nam)

• Lấy trƣa chuẩn

(16)

(17)

• Xoay theo mặt trời

(18)

Góc cao độ  góc phương vị s 

• Góc H- góc cần để trái đất quay

khi mặt trời nằm đƣờng kinh độ mà bạn đứng

• Nếu xem trái đất quay góc 15˚/giờ,

• Ở 11 AM mặt trời (h-ST-solar time), H = +15˚

(trái đất cần thểm để quay đến trƣa)

• Ở PM mặt trời: h=14 (giờ)  H = -30˚

 

15 12-h (7.10)

 

H

Góc cao độ  góc phương vị s  sin cos cos cosL  H sin sin (7.8) L 

cos sin

sin (7.9) cos     S H

• H = góc (độ) (<0 vào buổi chiều)

• L = vĩ độ (độ) (<0 bán cầu Nam?)

• Kiểm tra độ lớn góc phƣơng vị nhỏ hay lớn

hơn 90˚!

tan

if cos , then 90 , else 90 (7.11) tan

  

 S   S  

H

L

(19)

Ví dụ 7.3 – Mặt trời đâu?

• Xác định góc cao độ β góc phƣơng vị ϕS lúc 3 PM (giờ mặt trời) TP.HCM (L = 10,75o vĩ Bắc ) vào ngày 29/7?

(N 90 )o

Tính góc nghiêng

tỷ trọng khí quyển?

Ví dụ 7.3 – Mặt trời đâu?

• Xác định góc cao độ β góc phƣơng vị ϕS lúc 11:00 AM

(giờ mặt trời) TP.HCM (L = 10,75o) vào ngày 29/8?

• Góc thiên độ

• Góc

• Góc cao độ

 

15 12-??? h ???

   

H

 

1

sin ??? ???

    

   

360 360

23.45sin 81 = 23.45sin ??? 81 = ???

365 365

        

 n   

sin cos cos cosL  H sin sinL 

(20)

Example 7.3 – Xác định vị trí mặt trời?

• Góc phƣơng vị

• Tính đƣợc giá trị góc phƣơng vị theo hàm arcsin:

• Kiểm tra điều kiện sau để chọn giá trị trên:

 

1

= sin ??? ???

   

S

 

cosH cos ??? ??? tan ??? tan

 

L 

= ??? S 

cos sin sin cos     S H

Sơ đồ dùng phân tích bóng che cho mặt trời

• Từ việc xác định vị trí mặt trời bầu trời ở thời điểm

• Cũng xác định bóng che thời điểm

• Bằng cách phát họa góc phƣơng vị góc cao độ hàng cây, tịa nhà, vật gây ra bóng che

Định dạng
Số trang	20
Dung lượng	1,67 MB