Bài giảng Năng lượng tái tạo - Chương 2: Năng lượng điện mặt trời - Trần Công Binh
ĐH BÁCH KHOA TP.HCM
Bài giảng:
NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
Giảng viên: ThS. Trần Công Binh
8/2013
0
C2: NĂNG LƯỢNG ĐIỆN MẶT TRỜI
1. Nguồn năng lượng mặt trời
2. Tế bào quang điện
3. Đặc tuyến I-V của pin quang điện
4. Công nghệ chế tạo pin quang điện
5. Đặc tính làm việc của pin quang điện
6. Hệ điện mặt trời độc lập
7. Hệ điện mặt trời hòa lưới
Năng lượng tái tạo
1
C2: NĂNG LƯỢNG ĐIỆN MẶT TRỜI
Năng lượng tái tạo
2
Nguồn tài nguyên từ mặt trời
• Trước khi nói về năng lượng mặt trời, hãy tìm
hiểu về mặt trời:
• Như cường độ ánh nắng ra sao
• Vị trí của mặt trời ở đâu tại mọi thời điểm
• Bức xạ mặt trời ra sao (insolation: incident solar
radiation)
• Từ đó xác định bức xạ trung bình nhận được mỗi
ngày
• Và chọn vị trí và góc lắp đặt dàn pin mặt trời sao
cho hiệu quả nhất
Năng lượng tái tạo
3
Bức xạ của lỗ đen và mặt trời
• Mặt trời
– Đường kính 1.4 triệu km
– Tổng công suất bức xạ điện từ là 3.8 x 1020 MW
• Vật thể đen
– Là vật thể vừa hấp thụ hoàn toàn, vừa bức xạ hoàn hảo
– Bức xạ hoàn hảo – phát xạ lượng năng lượng trên mỗi
đơn vị diện tích nhiều hơn bất kỳ một vật thể thực ở
cùng nhiệt độ.
– Hấp thụ hoàn toàn – hấp thụ tất cả bức xạ, hoàn toàn
không có phản xạ.
Năng lượng tái tạo
4
Định luật Plank
• Định luật Plank – bước sóng phát xạ từ vật thể đen phụ
thuộc vào nhiệt độ của nó
3.74108
E =
(7.1)
14400
5 exp
−1
T
• λ = bước sóng (μm)
• Eλ = cống suất phát xạ trên mỗi đơn vị diện tích của
vật thể đen (W/m2-μm)
• T = nhiệt độ tuyệt đối (K)
Năng lượng tái tạo
5
Phổ điện từ
Ánh sáng nhìn thấy được có bước sóng trong khoảng 0.4 đến 0.7 μm,
với bước sóng của tia tử ngoại ngắn hơn và tia hồng ngoài dài hơn
Năng lượng tái tạo
6
Phổ bức xạ của trái đất ở 288oK
Trái đất là một vật thể đen phát xạ ở 288K
Hình 7.1
Diện tích dưới đường cong là tổng công suất bức xạ phát ra
Năng lượng tái tạo
7
Định luật Stefan-Boltzmann
• Tổng công suất bức xạ của vật thể đen được tính bằng
định luật bức xạ Stefan –Boltzman
E = AT4 (7.2)
• E = tổng mức phát xạ của vật thể đen (W)
• σ = hằng số Stefan-Boltzmann = 5.67x10-8 W/m2-K4
• T = nhiệt độ tuyệt đối (K)
• A = tổng diện tích bề mặt của vật thể đen (m2)
Năng lượng tái tạo
8
Quy tắc Wien
• Bước sóng mà công suất bức xạ trên mỗi đơn vị diện
tích lớn nhất là
2898
T(o K)
max (m) =
(7.3)
• T = nhiệt độ tuyệt đối (K)
• λ = bước 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
Năng lượng tái tạo
9
Bức xạ của trái đất
• Ví dụ 7.1: Trái đất là một vật thể đen, có
nhiệt độ trung bình 17oC, diện tích bề mặt
5,1x1014m2. Tính công suất bức xạ và bước
sóng có công suất bức xạ đỉnh. So sánh với
bước sóng bức xạ đỉnh của mặt trời 5800oK.
E = AT4 (7.2)
2898
T(o K)
max (m) =
(7.3)
Năng lượng tái tạo
10
Phổ bức xạ của mặt trời bên ngoài khí quyển
Hình 7.2
Năng lượng tái tạo
11
Tỷ trọng khí quyển - Air Mass Ratio
Khi tia nắng băng
qua bầu khí quyển,
lượng năng lượng
đến được bề mặt
trái đất sẽ bị suy
hao
Hình 7.3
• h1 = chiều dài đường đi qua bầu khí quyển với ánh
nắng mặt trời ngay trên đỉnh đầu
• h2 = chiều dài đường đi qua bầu khí quyển để đến bề
mặt trái đất
• β = góc cao độ của mặt trời
Năng lượng tái tạo
12
Tỷ trọng khí quyển - Air Mass Ratio
h2 1
air mass ratio m = =
(7.4)
h sin
1
Hình 7.3
• Air Mass ratio bằng 1 (“AM1”) đồng nghĩa với mặt trời
ngày trên đỉnh đầu (m=1)
• AM0 ở bên ngoài bầu khí quyển
• AM1.5 là trị trung bình trên bề mặt trái đất (m=1.5)
Năng lượng tái tạo
13
Phổ mặt trời trên bề mặt trái đất
m tăng leenkhi
mạt trời xuống
thấp trên bầu trời.
Chú ý là có sụ suy
hao lớn ở bức xạ
màu xanh trời khi
m tăng cao, đó là
lý do có màu đỏ
khi mặt trời mọc
và lặn.
Năng lượng tái tạo
14
Quỹ đạo trái đất
• Quay một vòng mất 365.25 ngày theo quỹ đạo hình elip
• Khoảng cách từ trái đất đến mặt trời:
360(n −93)
d =1.5108 1+0.017sin
km (7.5)
365
• 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 (tương ứng với mùa đông và
mùa hè)
• Đơn vị góc tính bằng độ cho cả chương này.
Năng lượng tái tạo
15
Quỹ đạo trái đất
• Trong một ngày, trái đất quay 360,99˚
• Quỹ đạo trái đất quay còn gọi là mặt phẳng hoàn
đạo
• Trái đất quay quanh một trục nghiên 23.45˚
• Ban ngày và ban đêm dài bằng nhau vào ngày
21.3 và 21.9 (Xuân phân và Thu phân)
• Đông chí là ngày mà Bắc cực xa mặt trời nhất
• Hạ chí là ngày Bắc cực gần mặt trời nhất
Năng lượng tái tạo
16
Quỹ đạo trái đất
Hình 7.5
Với các ứng dụng năng lượng mặt trời, sẽ xem xét các đặc
điểm của quỹ đạo của trái đất là không thay đổi
Năng lượng tái tạo
17
Thiên độ δ - Solar Declination
• Thiên độ δ – là góc hợp bởi mặt phẳng xích
đạo với đường thẳng nối tâm mặt trời và tâm
trái đất (δ<0 khi mặt trời ở bán cầu Nam)
• δ biến thiên trong khoảng +/- 23.45˚
• Là một hàm của hình sin tính theo ngày, bắt
đầu từ ngày Xuân phân (n=81 ) tính cho cả
năm 365 ngày.
360
= 23.45sin n −81 (7.6)
( )
365
Năng lượng tái tạo
18
Vị trí mặt trời theo thời gian trong năm
• Xác định vị trí mặt trời
Hạ chí
Xuân phân
Thu phân
Thiên độ
Đông chí
Hình 7.6
• Tính toán vị trí mặt trời bất kỳ thời điểm nào
• Từ đó xác định góc nghiêng cho dàn pin mặt trời
Năng lượng tái tạo
19
Tải về để xem bản đầy đủ
258 trang
29/04/2022
5320
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Năng lượng tái tạo - Chương 2: Năng lượng điện mặt trời - Trần Công Binh", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_nang_luong_tai_tao_chuong_1_nang_luong_dien_mat_tr.pptx
