Năng lượng mặt trời (phần 1) (NĂNG LƯỢNG tái tạo SLIDE)

Nguồn năng lượng mặt trời  Phổ mặt trời  Quỹ đạo trái đất  Góc chiếu của mặt trời vào giữa trưa  Vị trí mặt trời theo giờ trong ngày  Phân tích bóng che dùng sơ đồ hướng mặt trời 

Ch 2: Năng lượng mặt trời

2.1 Nguồn năng lượng mặt trời

 Phổ mặt trời

 Quỹ đạo trái đất

 Góc chiếu của mặt trời vào giữa trưa

 Vị trí mặt trời theo giờ trong ngày

 Phân tích bóng che dùng sơ đồ hướng mặt trời

 Tính giờ mặt trời theo múi giờ

 Mặt trời mọc và lặn

Tài nguyên mặt trời

 Để tìm hiểu năng lượng mặt trời, cần tìm hiểu về mặt trời

 Cần biết có bao nhiêu năng lượng ánh sáng

 Có thể dự đoán vị trí mặt trời ở thời điểm bất kỳ

 Bức xạ (insolation: incident solar radiation)

 Muốn xác định bức xạ trung bình mỗi ngày ở một vị trí

 Muốn có thể chọn vị trí và góc nghiêng hiệu quả cho các tấm pin mặt trời

Định luật Planck

 Các bước sóng phát ra bởi vật đen phụ thuộc vào

nhiệt độ của nó:

  = bước sóng (m)

 E = công suất phát ra trên đơn vị diện tích (W/m2-m)

 T = nhiệt độ tuyệt đối của vật thể (K)

,

3

14400 5

8

Te

E







Phổ điện từ

 Ánh sáng thấy được có bước sóng nằm giữa 0,4 và 0,7 m, tử ngoại ngắn hơn, hồng ngoại dài hơn

Phổ của vật đen 15 C (288 K)

 Diện tích dưới đường cong = tổng công suất bức xạ

Nguyên lý dịch chuyển Wien

 Bước sóng tại đó phổ bức xạ đạt cực đại:

 T = nhiệt độ tuyệt đối (K)

  = bước sóng (m)

 max = 0,5 m đối với mặt trời, 5800 K

 max = 10,1 m với trái đất (xem như vật đen), 288 K

T

2898

max 



Phổ mặt trời bên ngoài khí quyển

Tỷ số khối lượng không khí

 h1 = chiều dài đường đi khi thẳng góc

 h2 = chiều dài đường đi ở góc bất kỳ

  = góc cao độ của tia sáng mặt trời

Phổ mặt trời trên bề mặt trái đất

 m sẽ tăng khi mặt trời xuất hiện thấp hơn Phổ màu xanh bị hao hụt nhiều đối với giá trị m cao, vì vậy mặt trời có vẻ đỏ hơn khi mọc và lặn

Quỹ đạo trái đất

 Trong một ngày, trái đất quay 360,99

 Trái đất quét thành mặt phẳng elip khi di chuyển

 Trục trái đất nghiêng 23,45

 Điểm xuân phân, thuphân – ngày bằng đêm, xảy ra vào 21 tháng ba, và 21 tháng chín

 Đông chí – Bắc cực nghiêng xa nhất so với mặt trời

 Hạ chí – Bắc cực nghiêng gần nhất so với mặt trời

Quỹ đạo trái đất

 Với các ứng dụng điện mặt trời, chúng ta xem quỹ đạo của trái đất là không đổi.

Góc suy giảm

 Góc suy giảm  – góc tạo bởi mặt phẳng xích đạo và đường thẳng nối tâm mặt trời và tâm trái đất

  thay đổi giữa 23,45

 Giả sử biến thiên hình sin, một năm có 365 ngày, và n=81 ứng với xuân phân, có thể xấp xỉ  theo

45 ,



Vị trí của mặt trời trên bầu trời

 Một cách nhìn khác

 Dự đoán vị trí của mặt trời vào thời điểm bất kỳ

 Chọn góc nghiêng tốt nhất cho các tấm PV

Đứng bóng và góc nghiêng của bộ thu

 Đứng bóng – mặt trời

nằm ngay trên kinh

tuyến địa phương

Ví dụ 7.2 – Góc nghiêng của module PV

 Tìm góc nghiêng tối ưu cho module PV hướng về phía nam nằm ở Tp HCM (vĩ độ 10,97) khi đứng bóng vào ngày 01 tháng ba

Vị trí của mặt trời trong ngày

 Vị trí được mô tả theo góc cao độ  và góc phương vị của mặt trời s.

  và s phụ thuộc vào vĩ độ, chỉ số ngày, và thời điểm

 Quy ước góc phương vị (s)

- dương vào buổi sáng khi mặt trời ở hướng đông

- âm vào buổi tối khi mặt trời ở hướng tây

- phương tham chiếu (cho bắc bán cầu) là chính nam

 Góc giờ lấy tham chiếu là đứng bóng

Góc cao độ và góc phương vị

Góc giờ

 Góc giờ H – số độ mà trái đất phải quay thêm để mặt trời đến kinh tuyến địa phương của bạn

 Nếu xem trái đất quay mỗi giờ được 15, ta có

Góc giờ H = (15/giờ)(số giờ trước khi đứng bóng)

 Vào lúc 11 giờ sáng, H = +15 (trái đất cần quay thêm

1 giờ nữa)

 Vào lúc 2 giờ chiều, H = –30

Lược đồ quỹ đạo mặt trời để pt bóng che

Lược đồ quỹ đạo mặt trời để pt bóng che

Giờ mặt trời và giờ đồng hồ

 Hầu hết công việc của điện mặt trời liên quan đến giờ mặt trời, được đo tương đối so với đứng bóng

 Tuy nhiên, đôi khi cần liên hệ với giờ đồng hồ

 Cần có hai điều chỉnh: điều chỉnh theo kinh độ liên quan đến múi giờ, và sự chuyển động không đều của trái đất quanh mặt trời

 Giờ mặt trời lệch 4 phút cho mỗi kinh độ

 Giờ đồng hồ có 24 múi giờ, mỗi mũi trải trên 15 kinh độ

Bản đồ múi giờ thế giới

Giờ mặt trời và giờ đồng hồ

 Quỹ đạo elip của trái đất làm cho chiều dài của ngày

thay đổi suốt năm

 Sai lệch E giữa một ngày 24 giờ và 1 ngày mặt trời:

E = 9,87sin(2B) – 7,53cos(B) – 1,5sin(B) (phút)

B = 360(n - 81)/364

 n là chỉ số ngày

 Kết hợp với hiệu chỉnh kinh độ, ta có

Giờ mặt trời = Giờ đồng hồ + 4 phút/độ*(kinh tuyến giờ địa

Ví dụ 7.5 – Giờ mặt trời và giờ địa phương

 Tìm thời điểm đứng bóng tại Boston (71,1 kinh tây) vào ngày 01/7

 01/7 có chỉ số ngày n = 182

B = 360(182-81)/364 = 99.89

E = 9,87sin(2B) – 7,53cos(B) – 1,5sin(B) = –3,5 phút

 Kinh tuyến giờ địa phương của Boston là 75, sai lệch là 75 – 71,7 và mỗi độ tương ứng với 4 phút

CT = ST – 4(phút/độ)(75–71,7) – (–3,5 phút) = 11:49.9

CT = 12:49.9 EST (xét Daylight Savings)

Mặt trời mọc và lặn

 Có thể ước tính thời điểm mặt trời mọc và lặn

 Bằng cách cho góc cao độ bằng 0 và giải theo góc giờ

 Hai nghiệm H ứng với hai thời điểm, dấu + cho biết mặt trời mọc, và dấu - ứng với mặt trời lặn

 Có khác biệt giữa điều kiện hình học và dự báo thời tiết: điều kiện hình học dựa vào tâm, còn dự báo thời tiết

Bức xạ trực tiếp trời quang

 Bức xạ trực tiếp IBC đi theo đường thẳng qua khí quyển đến bộ thu

 Tán xạ IDC bị phân tán bởi các phân tử không khí

 Phản xạ IRC từ các

bề mặt gần bộ thu

Bức xạ ngoài khí quyển I0

 Giá trị ban đầu để tính bức xạ trời quang

 I0 xuyên vuông góc với một mặt phẳng tưởng tượng bên ngoài khí quyển của trái đất

 I0 phụ thuộc vào khoảng cách giữa mặt trời và trái đất

và vào cường độ của mặt trời

034 ,

0

1

0

n SC

Các hệ thống bám theo

 Hầu hết các hệ thống điện mặt trời gia dụng là cố định, nhưng một số hệ thống bám theo cũng hiệu quả

 Các hệ thống bám theo có thể có một trục (thường gắn đứng lên trụ) hoặc hai trục (trục ngang và trục dọc)

 Con số ước tính cho phần thu thêm của hệ thống bám theo là khoảng 20% cho một trục, và 25 đến 30% cho

hệ thống có hai trục

Bức xạ hàng tháng và hàng năm

 Với một hệ thống cố định, tổng năng lượng thu được

thường không nhạy cảm với góc nghiêng, nhưng vẫn có

sự thay đổi về thời điểm nhiều năng lượng được tạo ra

Bức xạ hàng năm trên thế giới