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

Tỉnh : Bình Thuận - Phan Thiết

Độ nghiêng bộ thu lấy bằng vĩ độ địa phương đang xét

BÀI TẬP LỚN MÔN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

NGUYỄN MAI BÍCH TIÊN - 2070339

Câu 1: Hãy tra Bức xạ tổng ngày trung bình tháng trong phần Phụ Lục 1 Giáo trình Năng lượng Tái tạo

và sự Phát triển Bền vững (Tái bản lần 2) và tính toán các số liệu về bức xạ mặt trời cho tỉnh (theo danh

sách phân công đính kèm) và điền các giá trị vào bảng dưới đây:

1 Bức xạ nhận được sau khi đã đi qua bầu khí quyển giảm rõ rệt, gần 50%.

2 Bức xạ nhận được trên bề mặt nghiêng vào các tháng 1, 2, 3 và 9, 10, 11, 12 lớn hơn so với bề mặt ngang

Ngược lại, vào các tháng 4, 5, 6, 7, 8 thì bức xạ nhận được trên bề mặt nghiêng nhỏ hơn so với bề mặt ngang

/

Ta đi vào tính toán cụ thể , được trình bày như bên dưới cho tháng: 1

Tỉnh : Bình Thuận - Phan Thiết

Độ nghiêng bộ thu lấy bằng vĩ độ địa phương đang xét

Lấy kết quả tính toán HT của bài tập 1

Bức xạ ngày trung bình nhận được trên mặt phẳng nghiêng tính cho tháng giêng

13.39 MJ/m2Nhiệt độ trung bình tháng theo phụ lục 2

Thông số theo ví dụ 3.1 trang 128

Nhiệt độ ngoài trời ta lấy theo nhiệt độ trung bình tháng

Nước chảy đều với lưu lượng G

Bức xạ mặt trời đến bề mặt hấp thụ trên một đơn vị diện tích

Các giá trị đã được tìm ở bài tập 1

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:

Trong đó , k = 0.055 W/mK ( hệ số dẫn nhiệt của bông thủy tinh)

Tổn thất nhiệt qua hai bên bộ thu:

𝑆̅

𝑆̅

Tổn thất nhiệt qua mặt trên:

Các thông số sau lấy theo ví dụ 3.1

ep = 0.95 - hệ số bức xạ của tấm hấp thụ

Tpm = 40 C - nhiệt độ giả thiết tại bề mặt tấm

σ = 5.67E-08 W/m2K4 - hằng số Stefan - Boltzmann

Trong đó, hệ số tỏa nhiệt bên trong ống đồng hfi = 300 W/m2C

Hệ số lưu lượng collector:

Với Cp = 4190 J/kg0C - nhiệt dung riêng đẳng áp của nước

Trên thực tế, nhiệt độ nước cấp vào bộ thu sẽ tăng từ từ theo nhiệt độ của bình chứa

vì sự tuần hoàn của nước từ bộ thu Do đó, ta chọn nhiệt độ nước cấp trung bình cho

Hộ gia đình 4 người, mỗi người cần 40 lít nước nóng 600C mỗi ngày

Như vậy tổng khối lượng nước cần làm nóng mỗi ngày là:

Tc = 60 °C

Theo phương trình cân bằng nhiệt :

m1.Cp.(Tf - T1) = m2.Cp.(T1 - Tfi)

Với:

a Ta đi vào tính toán cụ thể , được trình bày như bên dưới cho tháng: 1

Tỉnh : Bình Thuận - Phan Thiết

Độ nghiêng bộ thu β = Φ + 15 ( vĩ độ địa phương đang xét)

Lấy kết quả tính toán HT của bài tập 1

Bức xạ ngày trung bình nhận được trên mặt phẳng nghiêng tính cho tháng giêng

Nhiệt độ trung bình tháng theo phụ lục 2

* Tính lượng nhiệt thất thoát của bình chứa

Thông số theo ví dụ 3.2 trang 155

Nhiệt độ ngoài trời ta lấy theo nhiệt độ trung bình tháng

- Các thông số của bộ thu lấy theo Ví dụ 3.2, 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

a Trình bày cách tính cụ thể cho 1 tháng trong năm, những tháng còn lại điền đầy đủ số liệu vào Bảng dưới đây:

b So sánh kết quả đạt được trong Bài tập này (Bình nước nóng NLMT sử dụng collector

ống chân không) với kết quả đạt được trong Bài tập trước (Bình nước nóng NLMT sử dụng

collector tấm phẳng)

NGUYỄN MAI BÍCH TIÊN - 2070339

BÀI TẬP LỚN MÔN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

Khối lượng nước chứa trong hệ thống

m_f = π.Di2/4Li.ρ + N_tube.m_tube

Nhiệt lượng có ích thu được từ bộ thu trong 1 giờ

Q_u, collector = q.N_tube.3600.10-6

Hiệu suất bộ thu

Cường độ tổng xạ trung bình ngày đến mặt phẳng nghiêng

Ta thấy η1 = η2 như vậy các kết quả phía trên là chính xác

Nếu η1 # η2 ta cần chọn lại cường độ bức xạ thu được ở từng ống q và lặp lại các bước tính

Hộ gia đình 4 người, mỗi người cần 40 lít nước nóng 600C mỗi ngày

Như vậy tổng khối lượng nước cần làm nóng mỗi ngày là:

Nhiệt lượng cần thiết trung bình trong ngày

Qct = myc.Cp(Tyc - Ta)

= 23.93 MJNhiệt lượng bổ sung:

- Hai thiết bị cùng kích thước, mặc dù độ nghiêng của bộ thu ống chân không lớn hơn dẫn đến

tổng xạ nhận được giảm tuy nhiên tổn thất nhiệt ít hơn vì thế đạt hiệu quả cao hơn

_

Địa phương được khảo sát: Phan Thiết

HT

(kWh/m2/ngày) 3.72 4.97 5.15 5.50 5.46 5.64 5.67 5.44 5.30 4.92 4.61 3.74

Bài toán giả sử hộ gia đình sử dụng điện hoàn toàn từ điện mặt trời.

Dựa vào biểu đồ tiêu thụ ngày theo giờ

- Điện năng sử dụng trực tiếp từ điện mặt trời từ 7h đến 18h: 12 kWh

Để đáp ứng nhu cầu sử dụng ta chọn công suất điện của hệ thống pin mặt trời

BÀI TẬP LỚN MÔN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

NGUYỄN MAI BÍCH TIÊN - 2070339

Câu 4: Một hộ gia đình sống tại Tỉnh / Thành phố (theo danh sách đã phân công) muốn lắp đặt 1 hệ thống pin mặt trời dùng cho gia đình, với các thông số chính như trong Ví dụ 4.2 Sách Giáo trình

“NLTT và Sự phát triển bền vững”

Biểu đồ phụ tải điện của Hộ gia đình đó như Hình 1 bên dưới

Tính lượng tấm pin mặt trời cần thiết cho Hệ thống PV vào các tháng trong năm cho Hộ gia đình nói trên.

Để tăng thời gian sử dụng của ắc quy, ta nên chọn công suất lưu trữ gấp 2 lần

Với tải cực đại là 3.5kW( theo biểu đồ) thì bộ chuyển đổi khoảng 3 ~ 4kW sẽ được chọn.

Nếu hiệu suất tải cao nhất là 92% thì hiệu suất hoạt động trung bình của bộ chuyển đổi

Như vậy, hệ thống bao gồm số chuỗi song song là 2

Với mức xả này, tra đồ thị hình 4.48 tr 248 tuổi thọ của ắc quy là : 3000 ngày

8.2 năm Tải 3.5kW Điều này dịch chuyển 85.78A đến acqui Tỷ lệ dịch C12 là 85.78/15=5.71A

Do đó việc giả định là hợp lý.

Giả sử một MPPT với hiệu suất η2 0.95

Năng lượng cần thiết từ tấm pin mặt trời mỗi ngày là:

34.67 kWh

Tính số tấm pin cần thiết

Để tính số tấm pin, ta dựa vào bức xạ mặt trời đến vị trí lắp đặt, ta chọn thông số bức xạ

ở tháng thấp nhất để tính đủ cho tất cả các tháng còn lại.

Chọn module pin mặt trời LR4-72HPH-425M của hãng LonGi

Năng lượng cần = ả

η2 =

Các thông số trong Module được ghi nhận ở điều kiện STC và NOCT.

Các giá trị của module đầu ra có giá trị như sau:

Cường độ dòng điện ở công suất cực đỉnh Imp (A): 10.5

Trong trường hợp này ta giả định hiệu suất của tấm pin không bị ảnh hưởng bởi bóng che Phan Thiết thuộc Việt Nam ở điều kiện khí hậu nóng ẩm, nhiệt độ lúc nào cũng trên 20oC

do đó ta bỏ qua việc kiểm tra hiệu suất tấm pin ở điều kiện nhiệt độ thấp hơn 20oC.

Tấm pin được đặt trên giá đỡ tại mái nhà nên nhiệt độ cộng thêm do hấp thụ lượng nhiệt

từ mái nhà Troof là 30 oC

Nhiệt độ trung bình tháng Ttb = 24.3 o

C

0.048 -0.27 -0.1766 -0.35

Nhiệt độ môi trường ở điều kiện NOCT TNOCT= 20 o

C Nhiệt độ của cell ở điều kiện NOTC là 45 oC

Nhiệt độ hoạt động của tấm pin Toperating ở điều kiện hoạt động thực tế được tính như sau:

Toperating = Ttb + Troof = 54.3 o

C Giá trị Pmax ở điều kiện hoạt động thực tế, do các giá trị hiệu chỉnh lấy ở

điều kiện STC nên ta chọn nhiệt độ của cell để tính toán là Tcell = 25 oC

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 = 9.93 A

Công suất Pmax trên một tấm = 829 Wp

Số giờ nắng cực đại

Sử dụng độ nghiêng của tấm pin bằng vĩ độ

Vĩ độ f = 11.0

b= 11.0

Số giờ nắng cực đại PSH chính là giá trị - Bức xạ ngày trung bình tháng trên

mặt phẳng nằm nghiêng cho tháng Giêng đã tìm được ở bài tập 1 là 3.72 kWh/m2

=> 3.72 PSH

Vậy số tấm pin cần thiết = công suất cần /công suất tấm pin = 11.24 tấm

Do hệ thống lưu trữ sử dụng nguồn điện 240V

Vậy số tấm pin mắc nối tiếp sẽ là : 6 tấm

Tương đương với một chuỗi 6 tấm pin mắc nối tiếp và 2 chuỗi mắc song song.

Số lượng tấm pin lắp vào hệ thống phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như

chí phí đầu tư cũng như là vị trí lắp đặt nên có thể khác với con số tính toán.

3084

Địa phương được khảo sát: Phan Thiết

→ So sánh với kết quả tra bảng là phù hợp

b Tính năng lượng đầu ra hàng năm của động cơ gió:

Xác định tốc độ gió tại các độ cao 60m, 80m và 100m Tính hệ số chênh tốc \gamma

b.Tính toán năng lượng đầu ra hàng năm (kWh) của 1 động cơ gió có đường kính cánh quạt là D

= 70m được lắp ở các độ cao lần lượt là 60m, 80m và 100m.

Chọn hiệu suất động cơ gió 0.4

c.Tính toán bán kính cánh quạt R của một động cơ gió có công suất 1,5MW được lắp ở các độ cao lần lượt là 60m, 80m và 100m;

60 = η ρ π =

1

2ρ 3πη

Thông số đầu vào:

Tính lực đẩy dọc trục và công suất khí động

BÀI TẬP LỚN MÔN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

NGUYỄN MAI BÍCH TIÊN - 2070339

Theo lý thuyết Betz thì cần tính vận tốc gió qua cánh để thu công suất tối ưu (V)

Nhận xét:

- Góc nghiêng của cánh sẽ ảnh hưởng đến góc tới của gió Chọn góc nghiêng thế nào để công suất tuabin thu được tối ưu là một bài toán người thiết kế phải đưa ra và giải càng chính xác càng tốt -Lực đẩy dFi tác dụng lên từng phần tử dọc theo cánh tăng từ cạnh trong của cánh ra tới cạnh ngoài nên sẽ dễ làm cong hoặc gãy cánh

- Khi thiết kế, nên thiết kế phần trong của cánh có cung cánh lớn, phần ngoài có cung cánh nhỏ để đảm bảo cánh không gãy.

- Moment quay dTi tác dụng lên từng phần tử dọc theo cánh giảm từ cạnh trong của cánh ra tới cạnh ngoài nên sẽ có xu thế làm xoắn cánh Vì thế, khi thiết kế cánh được làm xoắn để giảm lực xoắn này.

- Hiệu suất của tuabin là 57.38%< 59.3% là hiệu suất lý thuyết cực đại Tuy nhiên độ chênh lệch không lớn, chứng tỏ tuabin được thiết kế tốt Khoảng chênh lệch 2% này có thể gọi là "GAP" để nghiên cứu tiếp để có thể gọi là tối ưu.