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 MƠN 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 tốn 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:

Tỉnh : Bình Thuận - Phan Thiết
Độ nghiêng bộ thu lấy bằng vĩ độ địa phương đang xét
b=
11.8
Hệ số phản xạ mặt đất
r=
0.2
Bức xạ tổng ngày trung bình tháng H của Phan Thiết H (kWh/m2) theo phụ lục 1

* Tính cho tháng Giêng
Bức xạ trung bình tháng ngồi bầu khí quyển 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 - chỉ 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 2


Hb=H-Hd =

3.37 MJ/m2
0.94 kWh/m2

Tỉ số giữa trực xạ trên bề mặt nghiêng và bề mặt ngang Rb

Rb=

1.16

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

HT=

13.43 MJ/m2.day
3.73 kWh/m2

Tương tự tính cho các tháng cịn lại và điền vào bảng số liệu bên dưới như sau:
/
Tháng
Giêng

Hai
Ba
Tư
Năm
Sáu
Bảy
Tám
Chín
Mười
Mười một
Mười hai

kWh/m2
3.6
4.8
5.1
5.6
5.7
6
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:

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.

Page 3


BÀI TẬP LỚN MƠN 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 thơng 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:

Ta đi vào tính tốn cụ thể , được trình bày như bên dưới cho tháng:
Tỉnh : Bình Thuận - Phan Thiết
Vĩ độ f =
11.8
Độ nghiêng bộ thu lấy bằng vĩ độ địa phương đang xét
b=
11.8
Lấy kết quả tính tốn HT của bài tập 1

1


Bức xạ ngày trung bình nhận được trên mặt phẳng nghiêng tính cho tháng giêng
2
𝐻
=
3.72 kWh/m
2

13.39 MJ/m
Nhiệt độ trung bình tháng theo phụ lục 2

Thơng số theo ví dụ 3.1 trang 128
Nhiệt độ ngoài trời ta lấy theo nhiệt độ trung bình tháng
Ta =
24.3 °C
Nước chảy đều với lưu lượng G
G=
0.01 kg/s
Bức xạ mặt trời đến bề mặt hấp thụ trên một đơn vị diện tích

Các giá trị
𝐻

𝑅
𝐻

đã được tìm ở bài tập 1
=

2.69 MJ/m


2

=

1.15 MJ/m

2

=

0.91 MJ/m

2

Page 4

𝑆̅


Hệ số phản xạ mặt đất
rg=

0.2

(τα)b , (τα)d ,(τα)g , - hệ số hấp thụ - xuyên thấu của kính đối với thành phần
trực xạ, tán xạ và phản xạ mặt đất.
Tra đồ thị Hình PL 3. 2 (a), với giá trị φ, g, b bên dưới, trên đường biểu diễn tháng 1:
Vĩ độ f =
12

g=
0 ( giả sử hướng chính Nam)
b=
12
Ta được giá trị góc tới của tia trực xạ qb là: (với Vĩ độ f < 20 thì tra theo đồ thị f= 20).
qb =

50
0

Từ đồ thị PL 3.1 , ứng với giá trị b = 11 bên trên đề bài cho ta được góc tới hiệu dụng cho
Tán xạ qd =
58
Phản xạ qg =

83.5

Tra đồ thị hình 3.11, tương ứng với 1 lớp kính có giá trị KL và góc tới qb bên dưới:
KL =
qb =

0.0125
50
Ta được giá trị của t là:
t=
0.91
Hệ số hấp thụ của bề mặt tấm theo phụ lục 3
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 ra

0.85 suy ra

(τα)d =

0.703

Phản xạ qg =

83.5 suy ra

(τα)g/(τα)n =

0.16 suy ra

(τα)g =

0.132

Trực xạ qb =

50 suy ra

(τα)b/(τα)n =


0.92 suy ra

(τα)b =

0.761

Thay vào cơng thức tính 𝑆ta̅ được:
2
𝑆̅ =
3.662 kWh/m =
Diện tích và chu vi bộ thu Ac, Cc

13.18 MJ/m
với Dài =

2

2.4 m, Rộng =

Ac =
5.76 m2
Cc =
9.6 m
Tổn thất nhiệt qua mặt đáy Ub :

Ub =
Trong đó , k =
L=


2

1.1 W/m K
0.055 W/mK ( hệ số dẫn nhiệt của bông thủy tinh)
0.05 m (chiều dày lớp cách nhiệt)

Tổn thất nhiệt qua hai bên bộ thu:

Ue =

2

0.005 W/m K

Page 5

2.4 m


Tổn thất nhiệt qua mặt trên:

Các thông số sau lấy theo ví dụ 3.1
N=
1 - số kính che
eg =
0.88 - độ phản xạ của kính
ep =
Tpm =

0.95 - hệ số bức xạ của tấm hấp thụ

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

hw =

10 W/m C - hệ số trao đổi nhiệt với gió

σ=

2

2 4

5.67E-08 W/m K - hằng số Stefan - Boltzmann

=

0.844 - hệ số tổn thất qua tấm kính che

=

516.3 - hệ số phụ thuộc theo góc nghiêng

=
→Ut =

0.3 - hệ số phụ thuộc theo bề mặt tấm hấp thụ
2

5.251 W/m K


Tổng tổn thất nhiệt qua bộ thu: U L = Ub + Ue + Ut
→UL =

2

6.355 W/m K

Hiệu suất cánh được 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 của tấm hấp thụ bằng đồng
mm - khoảng cách giữa 2 ống
mm - đường kính bên ngồi ống
mm - chiều dày tấm hấp thụ
- hệ số dẫn nhiệt của mối hàn


5.75
0.951

Hiệu suất hiệu dụng của bộ thu F':

Page 6


Trong đó, hệ số tỏa nhiệt bên trong ống đồng h fi =
Suy ra F' =

300

2

W/m C

0.884

Hệ số lưu lượng collector:

𝐹" =

𝐺. 𝐶𝑝
𝐴𝑐. 𝑈 . 𝐹′
1 − 𝑒𝑥𝑝
𝐴𝑐. 𝑈 . 𝐹′
𝐺. 𝐶𝑝
0


4190 J/kg C - nhiệt dung riêng đẳng áp của nước
0.697

Với Cp =
Suy ra F" =

Từ đó, ta tính được hiệu suất thoát:
FR = F'.F" =
0.616
Xác định nhiệt lượng có ích theo cơng thức 3.39:

Với :
Ac =
FR =

5.76 m2
0.616
2

S=
13.18 MJ/m
Tính tổn thất nhiệt trung bình trong một ngày của bộ thu : U Ln = ULx3600x12 (giả sử nắng 12h/ ngày)
2

0.275 MJ/m K
Trên thực tế, nhiệt độ nước cấp vào bộ thu sẽ tăng từ từ theo nhiệt độ của bình chứa
vì sự tuần hồn của nước từ bộ thu. Do đó, ta chọn nhiệt độ nước cấp trung bình cho
ULn =

0


bộ thu là 40 C
Tfi =
Ta =

40 °C
24.3 °C

Suy ra Qu =

𝐻

31.47 MJ
13.39 MJ/m

=

2

Hiệu suất của bộ thu:

η=

=

.

40.79 %

Nhiệt độ nước ra khỏi bộ thu tính theo cơng thức 3.34:


→𝑇 = 𝑇 −𝑇 −
=

. exp −

.

+𝑇 +

58.38 °C
0

Hộ gia đình 4 người, mỗi người cần 40 lít nước nóng 60 C mỗi ngày.
Như vậy tổng khối lượng nước cần làm nóng mỗi ngày là:
m=
160 kg/ngày

Page 7


Tc =
60 °C
Theo phương trình cân bằng nhiệt :
m1.Cp.(Tf - T1) = m2.Cp.(T1 - Tfi)
Với:
m1 =3600.G =
36 kg - lượng nước ra khỏi bộ thu trong 1h
m2 = m-m1 =
124 kg - lượng nước còn lại trong bộ thu

Suy ra:
.

→𝑇 =

.

=

44.14 °C

Nhiệt lượng cần thiết trung bình trong 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 các tháng cịn lại trong năm. Kết quả được điền vào bảng bên dưới.

𝐻
Tháng
Giêng
Hai
Ba
Tư
Năm
Sáu
Bảy
Tám
Chín
Mười
Mười một
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 8


%
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 MƠN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
NGUYỄN MAI BÍCH TIÊN - 2070339

Câu 3: 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 thơng số chính như sau:
- Bộ thu đặt góc nghiêng β = Φ + 15 (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 3.2, Giáo trình “NLTT và Sự phát triển bền vững”.
0
- Hộ gia đình gồm 4 người, mỗi người sử dụng trung bình 40 lít nước nóng ở 60 C 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 khơng) với kết quả đạt được trong Bài tập trước (Bình nước nóng NLMT sử dụng
collector tấm phẳng).

a. Ta đi vào tính tốn cụ thể , được trình bày như bên dưới cho tháng:
Tỉnh : Bình Thuận - Phan Thiết
Vĩ độ f =
11.8
Độ nghiêng bộ thu β = Φ + 15 ( vĩ độ địa phương đang xét)
b=
26.8

Lấy kết quả tính tốn HT của bài tập 1
Bức xạ ngày trung bình nhận được trên mặt phẳng nghiêng tính cho tháng giêng
2
=
3.72 kWh/m
2
2
13.37 MJ/m =
309.59 W/m
Nhiệt độ trung bình tháng theo phụ lục 2

* Tính lượng nhiệt thất thốt của 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=
2 m/s
Nhiệt độ tầng 1, 2, 3:

Page 9

1


ts1 =
56.01 °C
ts2 =
51 °C

ts3 =
46.11 °C
Nhiệt độ trung bình của nước trong bình chứa
T_tb =
51.04 °C
Đường kính trong của bình chứa
Di =
0.41 m
Chiều dài trong của bình chứa
Li =
1.3 m
Chiều dày vỏ Inox 304
δ1 =
0.0005 m
Hệ số dẫn nhiệt của inox
λ1 =
15.4 W/m.K
Chiều dày lớp cách nhiệt của bình chứa
δ2 =

0.055 m
Hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt
λ2 =
0.035 W/m.K
Hệ số tỏa nhiệt đối lưu mặt trong bình với nước
hi =
1600 W/m2K
Hệ số tỏa nhiệt đối lưu mặt ngồi bình với khơng khí
ho =
10 W/m2K

Đường kính ngồi của lớp trong bình chứa
D1= Di + 2δ1=
0.411 m
Đường kính trong của lớp ngồi bình chứa
D2= D1 + 2δ2=
0.521 m
Đường kính ngồi của lớp ngồi bình chứa
D3= D2 + 2δ1=
0.522 m
Chiều dài bên ngồi bình chứa
L3 =
1.412 m
Hệ số truyền nhiệt của thân bình ra mơi trường
=

1
1
1
+
ln
+
ln
π ℎ
2πλ
2πλ
=
0.877 W/mK
1

+


1
ln
2πλ

Hệ số truyền nhiệt của hai mặt bên:
1
=
1
δ
δ
δ
1
+
+
+
+
ℎ
λ
λ
λ
ℎ
Ub =
Diện tích hai mặt bên:
Ab =

2

0.598 W/m K


2
0.428 W/m K

Hệ số tổn thất nhiệt của bình chứa
UA_tank = UtxL3 +UbxAb
=
1.49 W/K
Tổn thất nhiệt của bình chứa trung bình ngày

Page 10

+

1
π

ℎ


_

= UA_tank(T_tb - T_a)x3600x12
=
1.73 MJ

* Nhiệt lượng hữu ích của bộ thu nhận được vào giờ này
Đường kính trong ống hấp thụ
d_in =
0.032 m
Độ dầy ống hâp thụ

δ3 =
0.002 m
Đường kính ngồi ống hấp thụ
do =
0.036 m
Chiều dài ống nhận bức xạ
L=
1.8 m
Khối lượng riêng của nước
ρ=
998.1 kg/m3
Diện tích nhận bức xạ của mỗi ống
As_tube = Lπd0
2
=
0.204 m
Khối lượng nước chứa trong mỗi ống

2

m_tube = π.d /4.L.ρ
=
1.44 kg/ống
Số lượng ống
N_tube =
18 ống
Khối lượng nước chứa trong hệ thống
2

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 bức xạ thu được của từng ống trung bình ngày
q=
29.5 W/ống
Từ nhiệt độ nước tra ra được các 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
6
= 0.680162507 x10
Góc hệ số quan hệ
a_0 =

0.1914
a_1 =
Góc nghiêng của 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 mỗi ống
m = π.d.μ.Re_d/4
=
0.0020 kg/s
Lưu lượng qua các ống trong 1 giờ
mc = m.N_tube.3600
=
128.7 kg/h
Nhiệt lượng có ích thu được từ bộ thu trong 1 giờ

-6
Q_u, collector = q.N_tube.3600.10
=
1.912 MJ
Nhiệt độ nước ra khỏi ống
t_out = q/(Cp.m) +t_in
=
52.10 °C
Diện tích nhận bức xạ của bộ thu
Aa = N_tube.As_tube
2
=
3.66 m
Nhiệt lượng hữu ích của bộ thu trung bình ngày (12h)
-6
Qu = q.N_tube.3600.10 .12
=
22.94 MJ
Hiệu suất bộ thu
Cường độ tổng xạ trung bình ngày đến mặt phẳng nghiêng
2
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 của thiết bị là
t_tb = (t_in +t_out)/2
=
50.3 °C
G - thay bằng HT (W/m2)
Thay vào phương trình cân bằng năng lượng bên trên ta được:
η2 =
47%
chênh lệch
0.00
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:
myc =
160 kg/ngày
Tyc =
60 °C
Nhiệt lượng cần thiết trung bình trong 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 các tháng cịn lại trong năm. Kết quả được điền vào bảng bên dưới.



_
Tháng
Giêng

Hai
Ba
Tư
Năm
Sáu
Bảy
Tám
Chín
Mười
Mười một
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 cùng nhu cầu sử dụng, bộ thu ống chân không đáp ứng được gần 90% tải ( Fsolar) trong khi đó
bộ thu tấm phẳng chỉ đạt hơn 50%.
- 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.

Page 13

%
89%
89%
89%
87%
87%
88%
88%
88%
88%
88%
88%
88%


BÀI TẬP LỚN MƠN 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 thơng 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.

Địa phương được khảo sát: Phan Thiết
Tháng
1
2
3
HT
2

(kWh/m /ngày)
Nhiệt độ (0C)

3.72

24.3

4.97

5.15

24.6 24.7

4

5.50

29

5
5.46

6
5.64

29.5

28

7
5.67

8
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 giờ
- Điện năng sử dụng trực tiếp từ điện mặt trời từ 7h đến 18h:
- Điện năng sử dụng bộ lưu trữ hệ thống sau 18h:

9
5.30


27.4

4.92

27.8

12 kWh
9 kWh

Để đáp ứng nhu cầu sử dụng ta chọn công suất điện của hệ thống pin mặt trời
trong ngày là
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 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
hợp lý là 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 là
Vậy số lượng ắc quy cần thiết là

12

/

100
2
20


Suy ra công suất lưu trữ của hệ thống là:

48 kWh

Tương ứng với mức tiêu thụ mỗi ngày
9 kWh
Thì mức xả của ắc quy là:
19%
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:

Năng lượng cần =

ả
η2

.

=

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 thơng số bức xạ
ở tháng thấp nhất để tính đủ cho tất cả các tháng cịn lại.
Ta đi vào tính tốn cho tháng:

1

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

Page 15

12 V


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:
Cơng suất cực đỉnh Pmax (Wp):
425
Điện áp hở mạch Voc (V):

48.3

Dòng ngắn mạch Isc (A):

11.23

Điện áp ở cơng suất cực đỉnh Vmp (V):

40.5

Cường độ dịng điện ở công 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 này đang lấy theo điều kiện STC
Trong trường hợp này ta giả định hiệu suất của tấm pin không bị ảnh hưởng bởi bóng che.

o
Phan Thiết thuộc Việt Nam ở điều kiện khí hậu nóng ẩm, nhiệt độ lúc nào cũng trên 20 C
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
o
từ mái nhà Troof là
30 C

Nhiệt độ trung bình tháng Ttb =

o

24.3 C
Page 16


o

Nhiệt độ môi trường ở điều kiện NOCT TNOCT=

20 C
o
Nhiệt độ của cell ở điều kiện NOTC là
45 C
Nhiệt độ hoạt động của tấm pin Toperating ở điều kiện hoạt động thực tế được tính như sau:
Toperating = Ttb + Troof =

o

54.3 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 tốn là 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 bộ pin (Dài x rộng):
2094 mm
Cơng suất Pmax trên một tấm = 829 Wp

9.93 A

o
25 C

1038 mm

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, công suất đầu ra của một tấm pin là :
3084
W/tấm
Vậy số tấm pin cần thiết = công suất cần /công suất tấm pin =
11.24 tấm
Như vậy số tấm pin chọn là:
12 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 tốn.

Page 17


BÀI TẬP LỚN MƠN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
NGUYỄN MAI BÍCH TIÊN - 2070339
Câu 5: Hãy tra các Bản đồ gió dưới đây về tốc độ gió cho tỉnh / thành phố (theo danh sách đã
phân cơng):
Xác định tốc độ gió tại các độ cao 60m, 80m và 100m. Tính hệ số chênh tốc \gamma

b.Tính tốn 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 tốn bán kính cánh quạt R của một động cơ gió có cơng suất 1,5MW được lắp ở các độ cao
lần lượt là 60m, 80m và 100m;
Địa phương được khảo sát: Phan Thiết
a. Xác định tốc độ gió tại 60, 80, 100m
Tra bản đồ gió:
V60 =
6.75 m/s
V80 =
7 m/s
V100 =
7.25 m/s
Hệ số chênh tốc tại một điểm là khơng đổi.
60
=
80

ℎ60
ℎ80

60
log( 80)
→ γ=
=
ℎ60
log(
)
ℎ80


0.126

Tính lại vận tốc tại 100m
100
=
80

ℎ100
ℎ80

h100
→ 100 = V80(
) =
h80

7.20 m/s

→ So sánh với kết quả tra bảng là phù hợp
b. Tính năng lượng đầu ra hàng năm của động cơ 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
=

1
2ρ

P=
ρ=
η=

3 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 MƠN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
NGUYỄN MAI BÍCH TIÊN - 2070339
Câu 6:
Tính lực đẩy dọc trục và cơng suất khí động có được trên B = 3 cánh của turbine gió có vận tốc
gió V∞ = 9 m/s.
Đưa ra nhận xét về kết quả tính tốn được. Đặc tính của turbine như sau:
• Đường kính D = 9 m;
• Tốc độ quay N = 100 vịng/phút;
• Độ dài cánh R = 4 m;

• Tỉ tốc đầu mút λ = 5,23;
• Độ dài cung cánh C = 0,45;
• Góc nghiêng β = 5 độ;
• Tiết diện biên dạng NACA 0012;
• Khoảng cách từ trục đến cạnh trong Lb = 0,5 m;

Thông số đầu vào:
B=
Vꚙ =
D=
N=
R=

3
9
9
100
4

cánh
m/s
m
rpm
m

λ (tỉ tốc đầu mút) =
5.23
C (độ dài cung
cánh) =
0.45

b (Góc nghiêng) =
5 độ
Tiết diện : NACA 0012
Lb (trục -> Cạnh
trong) =
0.5 m
dr (chiều dài phân
tố cánh đang xét) =

r1 =
r2 =
r3 =
r4 =

1.8

1m

Tính lực đẩy dọc trục và cơng suất khí động
Page 20

1
2
3
4

m
m
m
m



Theo lý thuyết Betz thì cần tính vận tốc gió qua cánh để thu công suất tối ưu (V)
V=
6 m/s
dAb (diện tích
phần tử đang xét)=
2
C.dr =
0.45 m
N (số vịng 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

1

Hệ số lực cản
CD1
0.06
CD2
0.017
CD3
0.0092
CD4
0.0078

ψ(góc tấn từng phần tử)= tan^-1(V/Ui)
ψ1 =
29.81 °
ψ2 =
15.99 °
ψ3 =
10.81 °
ψ4 =
8.15 °
Góc tới từng 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 và lực cản dFD của từng phần tử
ρ=
2
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
2

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 và lực dọc trục dF tại các điểm đang 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 và 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 được
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
3

Pg=0,5*ρ*A*VW =

28405.90 W

Hiệu suất tuabin
η=Pm/Pg =

57.38 %
Page 22


Nhận xét:
- Góc nghiêng của cánh sẽ ảnh hưởng đến góc tới của gió. Chọn góc nghiêng thế nào để cơng suất

tuabin thu được tối ưu là một bài tốn 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 ngồi 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
ngồi 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.

Page 23