BÀI TẬP LỚN MÔN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

BÀI TẬP LỚN MÔN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO NGUYỄN MAI BÍCH TIÊN - 2070339 Câu 2: Một hộ gia đình sống tại Tỉnh / Thành phố (theo danh sách phân công) muốn lắp đặt 1 hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời dùng cho gia đình, với các thông số chính như sau: - Diện tích collector: 2,4m x 2,4m; đặt góc nghiêng β = Φ (vĩ độ). - Nhiệt độ nước vào lấy bằng nhiệt độ trung bình tháng, được cho trong Phụ lục 2 Giáo trình Năng lượng Tái tạo và sự Phát triển Bền vững (Tái bản lần 2). - Các thông số của bộ thu lấy theo Ví dụ 3.1, Giáo trình “NLTT và Sự phát triển bền vững”. - Hộ gia đình gồm 4 người, mỗi người sử dụng trung bình 40 lít nước nóng ở 600C mỗi ngày. Trình bày cách tính cụ thể cho 1 tháng trong năm, những tháng còn lại điền đầy đủ số liệu vào Bảng dưới đây:

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN CƠNG NGHỆ NHIỆT LẠNH BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC : NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO GVHD : PGS-TS NGUYỄN THẾ BẢO HV : NGUYỄN MAI BÍCH TIÊN MSHV : 2070339 Tp.Hồ Chí Minh – 2021 BÀI TẬP LỚN MÔN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO NGUYỄN MAI BÍCH TIÊN - 2070339 Câu 1: Hãy tra Bức xạ tổng ngày trung bình tháng phần Phụ Lục Giáo trình Năng lượng Tái tạo Phát triển Bền vững (Tái lần 2) tính tốn số liệu xạ mặt trời cho tỉnh (theo danh sách phân cơng đính kèm) điền giá trị vào bảng đây: Tỉnh : Bình Thuận - Phan Thiết Độ nghiêng thu lấy vĩ độ địa phương xét b= 11.8 Hệ số phản xạ mặt đất r= 0.2 Bức xạ tổng ngày trung bình tháng H Phan Thiết H (kWh/m2) theo phụ lục * Tính cho tháng Giêng Bức xạ trung bình tháng ngồi bầu khí Ho = = 3.6 kWh/m2 ( theo đề bài) 12.96 MJ/m2 Gsc = n= Vĩ độ f = góc MT lặn ws = Độ xích vĩ d = = = 1353 17 11.8 85.74 -20.92 30807764 30.81 8.56 Độ che phủ - số quang mây KT KT=H/Ho= 0.42 Tỉ số Hd/H = Bức xạ khuếch tán Hd Hd = W/m2 J/m2.day MJ/m2.day kWh/m2 0.74 9.59 MJ/m2.day 2.66 kWh/m2 Bức xạ trực tiếp Hb Page Hb=H-Hd = 3.37 MJ/m2 0.94 kWh/m2 Tỉ số trực xạ bề mặt nghiêng bề mặt ngang Rb Rb= 1.16 Bức xạ ngày trung bình nhận mặt phẳng nghiêng tính cho tháng giêng HT= 13.43 MJ/m2.day 3.73 kWh/m2 Tương tự tính cho tháng lại điền vào bảng số liệu bên sau: / Tháng Giêng Hai Ba Tư Năm Sáu Bảy Tám Chín Mười Mười Mười hai kWh/m2 3.6 4.8 5.1 5.6 5.7 6 5.6 5.3 4.8 4.4 3.6 kWh/m2 8.66 9.34 10.06 10.45 10.43 10.32 10.33 10.38 10.15 9.50 8.71 8.30 0.42 0.51 0.51 0.54 0.55 0.58 0.58 0.54 0.52 0.51 0.50 0.43 0.75 0.58 0.59 0.53 0.51 0.45 0.45 0.53 0.56 0.59 0.59 0.72 kWh/m2 kWh/m2 2.69 0.91 2.76 2.04 3.01 2.09 2.99 2.61 2.93 2.77 2.67 3.33 2.68 3.32 2.95 2.65 2.97 2.33 2.85 1.95 2.61 1.79 2.59 1.01 1.15 1.10 1.04 0.97 0.91 0.89 0.90 0.94 1.01 1.08 1.14 1.18 kWh/m2 3.72 4.99 5.15 5.50 5.44 5.62 5.65 5.43 5.30 4.94 4.64 3.76 * Nhận xét: Bức xạ nhận sau qua bầu khí giảm rõ rệt, gần 50% Bức xạ nhận bề mặt nghiêng vào tháng 1, 2, 9, 10, 11, 12 lớn so với bề mặt ngang Ngược lại, vào tháng 4, 5, 6, 7, xạ nhận bề mặt nghiêng nhỏ so với bề mặt ngang Page BÀI TẬP LỚN MƠN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO NGUYỄN MAI BÍCH TIÊN - 2070339 Câu 2: Một hộ gia đình sống Tỉnh / Thành phố (theo danh sách phân công) muốn lắp đặt hệ thống nước nóng lượng mặt trời dùng cho gia đình, với thơng số sau: - Diện tích collector: 2,4m x 2,4m; đặt góc nghiêng β = Φ (vĩ độ) - Nhiệt độ nước vào lấy nhiệt độ trung bình tháng, cho Phụ lục Giáo trình Năng lượng Tái tạo Phát triển Bền vững (Tái lần 2) - Các thơng số thu lấy theo Ví dụ 3.1, Giáo trình “NLTT Sự phát triển bền vững” - Hộ gia đình gồm người, người sử dụng trung bình 40 lít nước nóng 600C ngày Trình bày cách tính cụ thể cho tháng năm, tháng lại điền đầy đủ số liệu vào Bảng đây: Ta vào tính tốn cụ thể , trình bày bên cho tháng: Tỉnh : Bình Thuận - Phan Thiết Vĩ độ f = 11.8 Độ nghiêng thu lấy vĩ độ địa phương xét b= 11.8 Lấy kết tính tốn HT tập 1 Bức xạ ngày trung bình nhận mặt phẳng nghiêng tính cho tháng giêng 𝐻 = 3.72 kWh/m 13.39 MJ/m Nhiệt độ trung bình tháng theo phụ lục Thơng số theo ví dụ 3.1 trang 128 Nhiệt độ ngồi trời ta lấy theo nhiệt độ trung bình tháng Ta = 24.3 °C Nước chảy với lưu lượng G G= 0.01 kg/s Bức xạ mặt trời đến bề mặt hấp thụ đơn vị diện tích Các giá trị 𝐻 𝑅 𝐻 tìm tập = 2.69 MJ/m = 1.15 MJ/m = 0.91 MJ/m Page 𝑆̅ Hệ số phản xạ mặt đất rg= 0.2 (τα)b , (τα)d ,(τα)g , - hệ số hấp thụ - xuyên thấu kính thành phần trực xạ, tán xạ phản xạ mặt đất Tra đồ thị Hình PL (a), với giá trị φ, g, b bên dưới, đường biểu diễn tháng 1: Vĩ độ f = 12 g= ( giả sử hướng Nam) b= 12 Ta giá trị góc tới tia trực xạ qb là: (với Vĩ độ f < 20 tra theo đồ thị f= 20) qb = 50 Từ đồ thị PL 3.1 , ứng với giá trị b = 11 bên đề cho ta góc tới hiệu dụng cho Tán xạ qd = 58 Phản xạ qg = 83.5 Tra đồ thị hình 3.11, tương ứng với lớp kính có giá trị KL góc tới qb bên dưới: KL = qb = 0.0125 50 Ta giá trị t là: t= 0.91 Hệ số hấp thụ bề mặt theo phụ lục a= 0.9 Hệ số truyền qua - hấp thụ (τα)n =1.01 x t x a (τα)n = 0.827 Ứng với góc tới tương ứng, từ hình 3.12 ta có: Tán xạ qd = (τα)d/(τα)n = 58 suy 0.85 suy (τα)d = 0.703 Phản xạ qg = 83.5 suy (τα)g/(τα)n = 0.16 suy (τα)g = 0.132 Trực xạ qb = 50 suy (τα)b/(τα)n = 0.92 suy (τα)b = 0.761 Thay vào công thức tính 𝑆ta̅ được: 𝑆̅ = 3.662 kWh/m = Diện tích chu vi thu Ac, Cc 13.18 MJ/m với Dài = 2.4 m, Rộng = Ac = 5.76 m2 Cc = 9.6 m Tổn thất nhiệt qua mặt đáy Ub : Ub = Trong , k = L= 1.1 W/m K 0.055 W/mK ( hệ số dẫn nhiệt thủy tinh) 0.05 m (chiều dày lớp cách nhiệt) Tổn thất nhiệt qua hai bên thu: Ue = 0.005 W/m K Page 2.4 m Tổn thất nhiệt qua mặt trên: Các thơng số sau lấy theo ví dụ 3.1 N= - số kính che eg = 0.88 - độ phản xạ kính ep = Tpm = 0.95 - hệ số xạ hấp thụ 40 C - nhiệt độ giả thiết bề mặt hw = 10 W/m C - hệ số trao đổi nhiệt với gió σ= 2 5.67E-08 W/m K - số Stefan - Boltzmann = 0.844 - hệ số tổn thất qua kính che = 516.3 - hệ số phụ thuộc theo góc nghiêng = →Ut = 0.3 - hệ số phụ thuộc theo bề mặt hấp thụ 5.251 W/m K Tổng tổn thất nhiệt qua thu: U L = Ub + Ue + Ut →UL = 6.355 W/m K Hiệu suất cánh tính theo cơng thức 3.23: Trong đó: k= W= D= δ= Cb = ∞ Suy ra: m= F= 385 150 12 0.5 kW - hệ số dẫn nhiệt hấp thụ đồng mm - khoảng cách ống mm - đường kính bên ngồi ống mm - chiều dày hấp thụ - hệ số dẫn nhiệt mối hàn 5.75 0.951 Hiệu suất hiệu dụng thu F': Page Trong đó, hệ số tỏa nhiệt bên ống đồng h fi = Suy F' = 300 W/m C 0.884 Hệ số lưu lượng collector: 𝐹" = 𝐺 𝐶𝑝 𝐴𝑐 𝑈 𝐹′ − 𝑒𝑥𝑝 𝐴𝑐 𝑈 𝐹′ 𝐺 𝐶𝑝 4190 J/kg C - nhiệt dung riêng đẳng áp nước 0.697 Với Cp = Suy F" = Từ đó, ta tính hiệu suất thốt: FR = F'.F" = 0.616 Xác định nhiệt lượng có ích theo cơng thức 3.39: Với : Ac = FR = 5.76 m2 0.616 S= 13.18 MJ/m Tính tổn thất nhiệt trung bình ngày thu : U Ln = ULx3600x12 (giả sử nắng 12h/ ngày) 0.275 MJ/m K Trên thực tế, nhiệt độ nước cấp vào thu tăng từ từ theo nhiệt độ bình chứa tuần hồn nước từ thu Do đó, ta chọn nhiệt độ nước cấp trung bình cho ULn = thu 40 C Tfi = Ta = 40 °C 24.3 °C Suy Qu = 𝐻 31.47 MJ 13.39 MJ/m = Hiệu suất thu: η= = 40.79 % Nhiệt độ nước khỏi thu tính theo cơng thức 3.34: →𝑇 = 𝑇 −𝑇 − = exp − +𝑇 + 58.38 °C Hộ gia đình người, người cần 40 lít nước nóng 60 C ngày Như tổng khối lượng nước cần làm nóng ngày là: m= 160 kg/ngày Page Tc = 60 °C Theo phương trình cân nhiệt : m1.Cp.(Tf - T1) = m2.Cp.(T1 - Tfi) Với: m1 =3600.G = 36 kg - lượng nước khỏi thu 1h m2 = m-m1 = 124 kg - lượng nước lại thu Suy ra: →𝑇 = = 44.14 °C Nhiệt lượng cần thiết trung bình ngày Qct = m.Cp(Tc-Ta) = 23.93 MJ Nhiệt lượng bổ sung: Qbs = m.Cp(Tc-T1) = 10.635 MJ Tỉ số solar: →𝐹 = = 55.56 % Tương tự ta tính tốn cho tháng lại năm Kết điền vào bảng bên 𝐻 Tháng Giêng Hai Ba Tư Năm Sáu Bảy Tám Chín Mười Mười Mười hai MJ/m2 13.39 17.96 18.55 19.79 19.60 20.22 20.36 19.57 19.08 17.77 16.71 13.54 𝑆̅ MJ/m2 13.18 16.87 17.65 18.69 18.49 18.65 18.85 18.48 18.10 16.87 15.79 13.20 𝑄 MJ 31.47 44.54 47.75 56.19 56.03 54.93 54.75 53.86 52.31 48.36 44.50 34.18 Page  % 40.79 43.05 44.68 49.30 49.63 47.16 46.70 47.79 47.59 47.24 46.25 43.83 𝑄 MJ 23.93 23.93 23.67 20.78 20.45 21.45 21.99 21.72 21.86 21.59 21.59 22.26 𝑄 MJ 10.63 9.84 9.67 9.41 9.45 9.43 9.39 9.47 9.55 9.81 10.05 10.62 𝐹 % 55.56 58.89 59.16 54.72 53.78 56.06 57.30 56.41 56.31 54.54 53.45 52.30 BÀI TẬP LỚN MÔN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO NGUYỄN MAI BÍCH TIÊN - 2070339 Câu 3: Một hộ gia đình sống Tỉnh / Thành phố (theo danh sách phân cơng) muốn lắp đặt hệ thống nước nóng lượng mặt trời dùng cho gia đình, với thơng số sau: - Bộ thu đặt góc nghiêng β = Φ + 15 (vĩ độ) - Nhiệt độ nước vào lấy nhiệt độ trung bình tháng, cho Phụ lục Giáo trình Năng lượng Tái tạo Phát triển Bền vững (Tái lần 2) - Các thông số thu lấy theo Ví dụ 3.2, Giáo trình “NLTT Sự phát triển bền vững” - Hộ gia đình gồm người, người sử dụng trung bình 40 lít nước nóng 60 C ngày a Trình bày cách tính cụ thể cho tháng năm, tháng lại điền đầy đủ số liệu vào Bảng đây: b So sánh kết đạt Bài tập (Bình nước nóng NLMT sử dụng collector ống chân không) với kết đạt Bài tập trước (Bình nước nóng NLMT sử dụng collector phẳng) a Ta vào tính tốn cụ thể , trình bày bên cho tháng: Tỉnh : Bình Thuận - Phan Thiết Vĩ độ f = 11.8 Độ nghiêng thu β = Φ + 15 ( vĩ độ địa phương xét) b= 26.8 Lấy kết tính toán HT tập Bức xạ ngày trung bình nhận mặt phẳng nghiêng tính cho tháng giêng = 3.72 kWh/m 2 13.37 MJ/m = 309.59 W/m Nhiệt độ trung bình tháng theo phụ lục * Tính lượng nhiệt thất bình chứa Thơng số theo ví dụ 3.2 trang 155 Nhiệt độ ngồi trời ta lấy theo nhiệt độ trung bình tháng Ta = 24.3 °C Vận tốc gió: v= m/s Nhiệt độ tầng 1, 2, 3: Page ts1 = 56.01 °C ts2 = 51 °C ts3 = 46.11 °C Nhiệt độ trung bình nước bình chứa T_tb = 51.04 °C Đường kính bình chứa Di = 0.41 m Chiều dài bình chứa Li = 1.3 m Chiều dày vỏ Inox 304 δ1 = 0.0005 m Hệ số dẫn nhiệt inox λ1 = 15.4 W/m.K Chiều dày lớp cách nhiệt bình chứa δ2 = 0.055 m Hệ số dẫn nhiệt lớp cách nhiệt λ2 = 0.035 W/m.K Hệ số tỏa nhiệt đối lưu mặt bình với nước hi = 1600 W/m2K Hệ số tỏa nhiệt đối lưu mặt bình với khơng khí ho = 10 W/m2K Đường kính ngồi lớp bình chứa D1= Di + 2δ1= 0.411 m Đường kính lớp ngồi bình chứa D2= D1 + 2δ2= 0.521 m Đường kính ngồi lớp ngồi bình chứa D3= D2 + 2δ1= 0.522 m Chiều dài bên ngồi bình chứa L3 = 1.412 m Hệ số truyền nhiệt thân bình mơi trường = 1 + ln + ln π ℎ 2πλ 2πλ = 0.877 W/mK + ln 2πλ Hệ số truyền nhiệt hai mặt bên: = δ δ δ + + + + ℎ λ λ λ ℎ Ub = Diện tích hai mặt bên: Ab = 0.598 W/m K 0.428 W/m K Hệ số tổn thất nhiệt bình chứa UA_tank = UtxL3 +UbxAb = 1.49 W/K Tổn thất nhiệt bình chứa trung bình ngày Page 10 + π ℎ _ = UA_tank(T_tb - T_a)x3600x12 = 1.73 MJ * Nhiệt lượng hữu ích thu nhận vào Đường kính ống hấp thụ d_in = 0.032 m Độ dầy ống hâp thụ δ3 = 0.002 m Đường kính ngồi ống hấp thụ = 0.036 m Chiều dài ống nhận xạ L= 1.8 m Khối lượng riêng nước ρ= 998.1 kg/m3 Diện tích nhận xạ ống As_tube = Lπd0 = 0.204 m Khối lượng nước chứa ống m_tube = π.d /4.L.ρ = 1.44 kg/ống Số lượng ống N_tube = 18 ống Khối lượng nước chứa hệ thống m_f = π.Di /4Li.ρ + N_tube.m_tube = 197.3 kg Nhiệt độ nước vào ống t_in = (ts2 + ts3)/2 = 48.56 °C Chọn cường độ xạ thu ống trung bình ngày q= 29.5 W/ống Từ nhiệt độ nước tra thông số ( theo phần mềm EES) β_n = 0.000449 1/K k_n = 0.648 W/mK ϑ_n = 0.000000556 m2/s Pr = 3.54 ρ_n = 998.1 kg/m3 Cp = 4190 J/kgK μ= 0.000554944 kg/m-s Hệ số Granshof phụ theo công thức trang 158 Gr*_d = 680162.5073 = 0.680162507 x10 Góc hệ số quan hệ a_0 = 0.1914 a_1 = Góc nghiêng collector so với trục đứng θ = 90 - b = 63.2 Hệ số Reynolds tính theo cơng thức trang 158 0.408 #VALUE! Page 11 n= 1.2 Re_d = 142.35 Lưu lượng khối lượng qua ống m = π.d.μ.Re_d/4 = 0.0020 kg/s Lưu lượng qua ống mc = m.N_tube.3600 = 128.7 kg/h Nhiệt lượng có ích thu từ thu -6 Q_u, collector = q.N_tube.3600.10 = 1.912 MJ Nhiệt độ nước khỏi ống t_out = q/(Cp.m) +t_in = 52.10 °C Diện tích nhận xạ thu Aa = N_tube.As_tube = 3.66 m Nhiệt lượng hữu ích thu trung bình ngày (12h) -6 Qu = q.N_tube.3600.10 12 = 22.94 MJ Hiệu suất thu Cường độ tổng xạ trung bình ngày đến mặt phẳng nghiêng 2 HT = 13.37 MJ/m = 309.59 W/m η1 = Qu/(Aa.HT) = 47% Theo thực nghiệm ta có: η0 = 0.55 a= 0.8417 b= 0.0063 Với nhiệt độ trung bình t_tb thiết bị t_tb = (t_in +t_out)/2 = 50.3 °C G - thay HT (W/m2) Thay vào phương trình cân lượng bên ta được: η2 = 47% chênh lệch 0.00 Ta thấy η1 = η2 kết phía xác Nếu η1 # η2 ta cần chọn lại cường độ xạ thu ống q lặp lại bước tính Hộ gia đình người, người cần 40 lít nước nóng 600C ngày Như tổng khối lượng nước cần làm nóng ngày là: myc = 160 kg/ngày Tyc = 60 °C Nhiệt lượng cần thiết trung bình ngày Qct = myc.Cp(Tyc - Ta) Page 12 = Nhiệt lượng bổ sung: Qbs = myc.Cp(Tyc - Ts1) = 23.93 MJ 2.67 MJ Tỉ số solar → = = 89% Tương tự ta tính tốn cho tháng cịn lại năm Kết điền vào bảng bên  _ Tháng Giêng Hai Ba Tư Năm Sáu Bảy Tám Chín Mười Mười Mười hai MJ/m2 13.37 17.89 18.53 19.80 18.53 20.29 20.42 19.60 19.07 17.72 16.61 13.47 MJ 1.73 1.71 1.70 1.42 1.39 1.49 1.54 1.51 1.53 1.50 1.57 1.55 MJ 22.94 31.88 33.44 36.55 35.77 37.32 37.32 35.77 34.99 31.88 29.55 23.72 % 47% 49% 49% 50% 50% 50% 50% 50% 50% 49% 49% 48% MJ 23.93 23.64 23.57 20.70 20.37 21.37 21.91 21.64 21.77 21.50 22.17 21.97 MJ 2.67 2.66 2.66 2.66 2.66 2.66 2.66 2.66 2.66 2.66 2.66 2.66 b Nhận xét: - Với nhu cầu sử dụng, thu ống chân không đáp ứng gần 90% tải ( Fsolar) thu phẳng đạt 50% - Hai thiết bị kích thước, độ nghiêng thu ống chân không lớn dẫn đến tổng xạ nhận giảm nhiên tổn thất nhiệt đạt hiệu cao Page 13 % 89% 89% 89% 87% 87% 88% 88% 88% 88% 88% 88% 88% BÀI TẬP LỚN MÔN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO NGUYỄN MAI BÍCH TIÊN - 2070339 Câu 4: Một hộ gia đình sống Tỉnh / Thành phố (theo danh sách phân công) muốn lắp đặt hệ thống pin mặt trời dùng cho gia đình, với thơng số Ví dụ 4.2 Sách Giáo trình “NLTT Sự phát triển bền vững” Biểu đồ phụ tải điện Hộ gia đình Hình bên Tính lượng pin mặt trời cần thiết cho Hệ thống PV vào tháng năm cho Hộ gia đình nói Địa phương khảo sát: Phan Thiết Tháng HT (kWh/m /ngày) Nhiệt độ (0C) 3.72 24.3 4.97 5.15 24.6 24.7 5.50 29 5.46 5.64 29.5 28 5.67 5.44 27.2 27.6 Bài toán giả sử hộ gia đình sử dụng điện hồn tồn từ điện mặt trời Dựa vào biểu đồ tiêu thụ ngày theo - Điện sử dụng trực tiếp từ điện mặt trời từ 7h đến 18h: - Điện sử dụng lưu trữ hệ thống sau 18h: 5.30 27.4 4.92 27.8 12 kWh kWh Để đáp ứng nhu cầu sử dụng ta chọn công suất điện hệ thống pin mặt trời ngày 21 kWh/ ngày Công suất lưu trữ 10 kWh Page 14 10 11 4.61 27.8 12 3.74 26.8 Để tăng thời gian sử dụng ắc quy, ta nên chọn công suất lưu trữ gấp lần Với tải cực đại 3.5kW( theo biểu đồ) chuyển đổi khoảng ~ 4kW chọn Nếu hiệu suất tải cao 92% hiệu suất hoạt động trung bình chuyển đổi hợp lý η1: 85% Độ xả tối đa cho phép DOD: 50% Dung lượng ắc quy = (n*tải)/(η1*DOD)= 47.06 kWh Theo bảng 4.6 tr258 chọn ắc quy : 240 V gồm 20 module Dung lượng Amp cần: 196.1 Ah Dựa vào bảng 4.4 tr252 chọn ắc quy loại Như vậy, hệ thống bao gồm số chuỗi song song Vậy số lượng ắc quy cần thiết 12 / 100 20 Suy công suất lưu trữ hệ thống là: 48 kWh Tương ứng với mức tiêu thụ ngày kWh Thì mức xả ắc quy là: 19% Với mức xả này, tra đồ thị hình 4.48 tr 248 tuổi thọ ắc quy : 3000 ngày 8.2 năm Tải 3.5kW Điều dịch chuyển 85.78A đến acqui Tỷ lệ dịch C12 85.78/15=5.71A Do việc giả định hợp lý Giả sử MPPT với hiệu suất η2 0.95 Năng lượng cần thiết từ pin mặt trời ngày là: Năng lượng cần = ả η2 = 34.67 kWh Tính số pin cần thiết Để tính số pin, ta dựa vào xạ mặt trời đến vị trí lắp đặt, ta chọn thơng số xạ tháng thấp để tính đủ cho tất tháng cịn lại Ta vào tính tốn cho tháng: Chọn module pin mặt trời LR4-72HPH-425M hãng LonGi Page 15 12 V Các thông số Module ghi nhận điều kiện STC NOCT Các giá trị module đầu có giá trị sau: Công suất cực đỉnh Pmax (Wp): 425 Điện áp hở mạch Voc (V): 48.3 Dòng ngắn mạch Isc (A): 11.23 Điện áp công suất cực đỉnh Vmp (V): 40.5 Cường độ dịng điện cơng suất cực đỉnh Imp (A): 10.5 o Hệ số hiệu chỉnh dòng ngắn mạch Isc theo nhiệt độ τ1: 0.048 %/ C Hệ số hiệu chỉnh điện áp hở mạch Voc theo nhiệt độ τ2: -0.27 %/oC Hệ số hiệu chỉnh công suất cực đỉnh Pmax theo nhiệt độ τ3: -0.35 %/ C o o Hệ số hiệu chỉnh Vmp (V) theo nhiệt độ τ4: (giả định) V/ C -0.1766 Các hệ số hiệu chỉnh lấy theo điều kiện STC Trong trường hợp ta giả định hiệu suất pin khơng bị ảnh hưởng bóng che o Phan Thiết thuộc Việt Nam điều kiện khí hậu nóng ẩm, nhiệt độ lúc 20 C ta bỏ qua việc kiểm tra hiệu suất pin điều kiện nhiệt độ thấp 20oC Tấm pin đặt giá đỡ mái nhà nên nhiệt độ cộng thêm hấp thụ lượng nhiệt o từ mái nhà Troof 30 C Nhiệt độ trung bình tháng Ttb = o 24.3 C Page 16 o Nhiệt độ môi trường điều kiện NOCT TNOCT= 20 C o Nhiệt độ cell điều kiện NOTC 45 C Nhiệt độ hoạt động pin Toperating điều kiện hoạt động thực tế tính sau: Toperating = Ttb + Troof = o 54.3 C Giá trị Pmax điều kiện hoạt động thực tế, giá trị hiệu chỉnh lấy điều kiện STC nên ta chọn nhiệt độ cell để tính tốn Tcell = Pmax hiệu chỉnh = Pmax*(1+τ3*(Toperating-Tcell)) = 381 Wp Voc hiệu chỉnh = Voc*(1+τ2*(Toperating-Tcell)) = 44.5 V Isc hiệu chỉnh = Isc*(1+τ1*(Toperating-Tcell)) = 11.4 A Vmp hiệu chỉnh = Vmp+ ( 1+τ4*(Toperating-Tcell)) = 38.4 V Imp hiệu chỉnh = Pmax hiệu chỉnh / Vmp hiệu chỉnh = Kích thước pin (Dài x rộng): 2094 mm Công suất Pmax = 829 Wp 9.93 A o 25 C 1038 mm Số nắng cực đại Sử dụng độ nghiêng pin vĩ độ Vĩ độ f = 11.0 b = 11.0 Số nắng cực đại PSH giá trị - Bức xạ ngày trung bình tháng mặt phẳng nằm nghiêng cho tháng Giêng tìm tập 3.72 kWh/m2 => 3.72 PSH Vậy, công suất đầu pin : 3084 W/tấm Vậy số pin cần thiết = công suất cần /công suất pin = 11.24 Như số pin chọn là: 12 Do hệ thống lưu trữ sử dụng nguồn điện 240V Vậy số pin mắc nối tiếp : Tương đương với chuỗi pin mắc nối tiếp chuỗi mắc song song Số lượng pin lắp vào hệ thống phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác chí phí đầu tư vị trí lắp đặt nên khác với số tính tốn Page 17 BÀI TẬP LỚN MƠN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO NGUYỄN MAI BÍCH TIÊN - 2070339 Câu 5: Hãy tra Bản đồ gió tốc độ gió cho tỉnh / thành phố (theo danh sách phân cơng): Xác định tốc độ gió độ cao 60m, 80m 100m Tính hệ số chênh tốc \gamma b.Tính tốn lượng đầu hàng năm (kWh) động gió có đường kính cánh quạt D = 70m lắp độ cao 60m, 80m 100m Chọn hiệu suất động gió 0.4 c.Tính tốn bán kính cánh quạt R động gió có cơng suất 1,5MW lắp độ cao 60m, 80m 100m; Địa phương khảo sát: Phan Thiết a Xác định tốc độ gió 60, 80, 100m Tra đồ gió: V60 = 6.75 m/s V80 = m/s V100 = 7.25 m/s Hệ số chênh tốc điểm không đổi 60 = 80 ℎ60 ℎ80 60 log( 80) → γ= = ℎ60 log( ) ℎ80 0.126 Tính lại vận tốc 100m 100 = 80 ℎ100 ℎ80 h100 → 100 = V80( ) = h80 7.20 m/s → So sánh với kết tra bảng phù hợp b Tính lượng đầu hàng năm động gió: D= 70 m * Tại 60m: Theo công thức 5.96 η= 0.4 ρ= 1.2 kg/m3 R =D/2 = 35 60 = η ρ π = P80 = P100 = 284.06 kW 316.80 kW 351.97 kW Page 18 => WA60 = P60*24*365 = => WA80 = P80*24*365 = => W1060 = P100*24*365 = 2488.36 MWh 2775.21 MWh 3083.30 MWh c Tính bán kính cánh quạt R Theo công thức 5.97 = 2ρ P= ρ= η= πη 1.5 MW 1.2 kg/m3 0.4 Tại: V60 => R60 = V80 => R80 = V100 => R100 = 80.43 m 76.16 m 72.25 m Page 19 BÀI TẬP LỚN MÔN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO NGUYỄN MAI BÍCH TIÊN - 2070339 Câu 6: Tính lực đẩy dọc trục cơng suất khí động có B = cánh turbine gió có vận tốc gió V∞ = m/s Đưa nhận xét kết tính tốn Đặc tính turbine sau: • Đường kính D = m; • Tốc độ quay N = 100 vịng/phút; • Độ dài cánh R = m; • Tỉ tốc đầu mút λ = 5,23; • Độ dài cung cánh C = 0,45; • Góc nghiêng β = độ; • Tiết diện biên dạng NACA 0012; • Khoảng cách từ trục đến cạnh Lb = 0,5 m; Thông số đầu vào: B= Vꚙ = D= N= R= 9 100 cánh m/s m rpm m λ (tỉ tốc đầu mút) = 5.23 C (độ dài cung cánh) = 0.45 b (Góc nghiêng) = độ Tiết diện : NACA 0012 Lb (trục -> Cạnh trong) = 0.5 m dr (chiều dài phân tố cánh xét) = r1 = r2 = r3 = r4 = 1.8 1m Tính lực đẩy dọc trục cơng suất khí động Page 20 m m m m Theo lý thuyết Betz cần tính vận tốc gió qua cánh để thu công suất tối ưu (V) V= m/s dAb (diện tích phần tử xét)= C.dr = 0.45 m N (số vòng quay) = 1.67 rps Vận tốc tiếp tuyển đỉnh cánh U=2πrN U1 = 10.47 m/s U2 = 20.94 m/s U3 = 31.42 m/s U4 = 41.89 m/s Từ biên dạng cánh Naca 0012 ta có Hệ số lực nâng CL1 0.95 CL2 0.78 CL3 1.15 CL4 Hệ số lực cản CD1 0.06 CD2 0.017 CD3 0.0092 CD4 0.0078 ψ(góc phần tử)= tan^-1(V/Ui) ψ1 = 29.81 ° ψ2 = 15.99 ° ψ3 = 10.81 ° ψ4 = 8.15 ° Góc tới phần tử= ψ(i)-b α1 = 24.81 α2 = 10.99 α3 = 5.81 α4 = 3.15 Vận tốc biểu kiến Wi = V/sin(ψi) W1 = 12.07 W2 = 21.79 W3 = 31.98 W4 = 42.32 ° ° ° ° m/s m/s m/s m/s Lực cản dFL lực cản dFD phần tử ρ= dFLi=0,5*ρ*dAb*Wi *Cli 1.225 kg/m3 dFL1 = 38.14 N dFL2 = 102.04 N dFL3 = 324.25 N Page 21 dFL4 = 493.53 N dFDi=0,5*ρ*dAb*Wi *CDi dFD1 = 2.41 N dFD2 = 2.22 N dFD3 = 2.59 N dFD4 = 3.85 N Momen quạt dT lực dọc trục dF điểm xét dFTi=dFLi*sin(ψi)-dFDi*cos(ψi) dFT1 = 16.87 N dFT2 = 25.96 N dFT3 = 58.28 N dFT4 = 66.17 N dFai=dFLi*cos(ψi)-dFDi*sin(ψi) dFa1 = 34.29 N dFa2 = 98.71 N dFa3 = 318.98 N dFa4 = 489.09 N Tổng momen quay tổng lực dọc trục tác động lên "B" cánh dFT1*dr = 16.87 J dFT2*dr = 25.96 J dFT3*dr = 58.28 J dFT4*dr = 66.17 J F=B*(dFa1+dFa2+dFa3+dFa4) = 2823.21 N T=B*(dFT1*dr+dFT2*dr+dFT3*dr+dFT4*dr) = 501.85 Tổng công suất tuabin nhận dPi=ωi*r*dFTi dP1 = 203.62 dP2 = 565.68 dP3 = 1863.99 dP4 = 2799.95 Pm=B*sum(dPi) = 16299.709 Nm W W W W W Cơng suất dịng gió Pg=0,5*ρ*A*VW = 28405.90 W Hiệu suất tuabin η=Pm/Pg = 57.38 % Page 22 Nhận xét: - Góc nghiêng cánh ảnh hưởng đến góc tới gió Chọn góc nghiêng để công suất tuabin thu tối ưu toán người thiết kế phải đưa giải xác tốt -Lực đẩy dFi tác dụng lên phần tử dọc theo cánh tăng từ cạnh cánh tới cạnh nên dễ làm cong gãy cánh - Khi thiết kế, nên thiết kế phần cánh có cung cánh lớn, phần ngồi có cung cánh nhỏ để đảm bảo cánh không gãy - Moment quay dTi tác dụng lên phần tử dọc theo cánh giảm từ cạnh cánh tới cạnh nên có xu làm xoắn cánh Vì thế, thiết kế cánh làm xoắn để giảm lực xoắn - Hiệu suất tuabin 57.38%< 59.3% hiệu suất lý thuyết cực đại Tuy nhiên độ chênh lệch không lớn, chứng tỏ tuabin thiết kế tốt Khoảng chênh lệch 2% gọi "GAP" để nghiên cứu tiếp để gọi tối ưu Page 23 ... MJ/m2 13 .39 17 .96 18 .55 19 .79 19 .60 20.22 20.36 19 .57 19 .08 17 .77 16 . 71 13.54