Bài giảng Năng lượng tái tạo Chương 2+6: ThS. Trần Công Binh (Chi Tiết)

ĐH BÁCH KHOA TP.HCM

Bài gi ng:ả

NĂNG L

NG TÁI

ƯỢ T OẠ

Giảng viên: ThS. Trần Công Binh

8/2013

ượ ạ Năng l ng tái t o

C2: NĂNG LƯỢNG ĐIỆN MẶT TRỜI

ế ặ

ệ

ặ ệ ệ ệ ệ

ồ ặ ờ ượ 1. Ngu n năng l ng m t tr i ệ 2. T bào quang đi n ệ ủ ế 3. Đ c tuy n IV c a pin quang đi n ệ ệ ế ạ 4. Công ngh ch t o pin quang đi n ệ ủ 5. Đ c tính làm vi c c a pin quang đi n ặ ờ ộ ậ 6. H đi n m t tr i đ c l p ướ ặ ờ 7. H đi n m t tr i hòa l

ượ ạ Năng l ng tái t o

C2: NĂNG LƯỢNG ĐIỆN MẶT TRỜI

ượ ạ Năng l ng tái t o

Nguồn tài nguyên từ mặt trời

ặ ờ

ượ

ng m t tr i, hãy tìm

ề c khi nói v năng l ề ặ ờ hi u v m t tr i: ộ

ng đ ánh n ng ra sao ọ

ạ

ể

ắ đâu t

ờ i m i th i đi m incident

• Tr ướ ể • Nh c ư ườ • V trí c a m t tr i ặ ờ ở ủ ị • B c x m t tr i ra sao (insolation: ứ ạ ặ ờ solar radiation)

ậ ượ

ị

• T đó xác đ nh b c x trung bình nh n đ ứ ạ

ừ ỗ

m i ngày

ặ

ọ

ả

• Và ch n v trí và góc l p đ t dàn pin m t tr i ị ặ ờ ắ ấ ệ sao cho hi u qu nh t

ượ ạ Năng l ng tái t o

Bức xạ của lỗ đen và mặt trời

ệ

ấ ứ ạ ệ ừ

là 3.8 x 1020 MW

• M t tr i ặ ờ ườ ổ • V t th đen

ừ ứ ạ

ể ừ ấ

ể ậ

ụ

– Đ ng kính 1.4 tri u km – T ng công su t b c x đi n t ậ – Là v t th v a h p th hoàn toàn, v a b c x hoàn

h oả

ượ

ng năng l

ấ ỳ ộ ậ

ạ ượ ơ

ệ ộ t đ .

– B c x hoàn h o – phát x l ả ị ệ cùng nhi ụ

ứ ạ ng trên ể ề ỗ ơ m i đ n v di n tích nhi u h n b t k m t v t th ự ở th c ấ

ụ ấ ả ứ ạ

– H p th hoàn toàn – h p th t

t c b c x , hoàn

ả

ấ ạ toàn không có ph n x .

ượ ạ Năng l ng tái t o

Định luật Plank

ạ ừ ậ

ị

c sóng phát x t

ể v t th đen

ụ

ệ ộ ủ

• Đ nh lu t Plank – b ậ ộ ph thu c vào nhi

ướ t đ c a nó 8

E l

(7.1)

3.74 10 14400 � � l T �

�- � �

� exp � �

� 1 � �

λ = b

c sóng (μm) ấ

ủ ậ

ỗ ơ

ị ệ

ể

ạ

ệ ố

• ướ • Eλ = c ng su t phát x trên m i đ n v di n tích c a v t th đen (W/m2μm) ố • T = nhi ệ ộ

t đ tuy t đ i (K)

(cid:0)

ượ ạ Năng l ng tái t o

Phổ điện từ

ế

c có b ử

ủ

ắ

ồ

ấ ượ c sóng c a tia t

ướ ả c sóng trong kho ng 0.4 đ n 0.7 ạ ngo i ng n h n và tia h ng ngoài dài

Ánh sáng nhìn th y đ μm, v i b ớ ướ h nơ

ạ ượ

Source: www.en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_radiation ng tái t o

Năng l

Phổ bức xạ của trái đất ở 288oK

ộ ậ

ạ ở

ể

ấ

Trái đ t là m t v t th đen phát x

288K

Hình 7.1

ệ

ấ ứ ạ

ổ

Di n tích d

ướ ườ i đ

ng cong là t ng công su t b c x phát ra

ượ ạ Năng l ng tái t o

Định luật Stefan-Boltzmann

ể

ượ

c tính

ấ ứ ạ ủ ậ ậ ứ ạ

ị

• T ng công su t b c x c a v t th đen đ ổ ằ b ng đ nh lu t b c x Stefan –Boltzman

E A Ts=

4 (7.2)

ạ ủ ậ

ể

σ = h ng s StefanBoltzmann = 5.67x108 W/m2K4

ệ ố

t đ tuy t đ i (K)

ứ ố ệ ộ ệ

ề ặ ủ ậ

ể

• E = t ng m c phát x c a v t th đen (W) ổ • ằ • T = nhi • A = t ng di n tích b m t c a v t th đen (m2) ổ

ượ ạ Năng l ng tái t o

Quy tắc Wien

ỗ ơ

ị ệ

ướ

• B c sóng mà công su t b c x trên m i đ n v di n ấ ứ ạ

ớ

ấ

)

(7.3)

tích l n nh t là m l ( max

2898 o T K ) (

ệ ố

ệ ộ t đ tuy t đ i (K) c sóng (μm)

ặ ờ T = 5800 K

ộ ậ

• T = nhi • λ = b ướ • λmax =0.5 μm cho m t tr i, • λmax = 10.1 μm v i trái đ t (m t v t đen), ấ ớ

T = 288 K

ượ ạ Năng l ng tái t o

Bức xạ của trái đất

ấ

ể

ộ ậ ệ

ấ ứ ạ

ứ ạ ỉ

(7.3)

)

• Ví d 7.1: Trái đ t là m t v t th đen, có ụ ề ặ ệ ộ nhi t đ trung bình 17oC, di n tích b m t ướ c 5,1x1014m2. Tính công su t b c x và b ớ ấ ứ ạ ỉ sóng có công su t b c x đ nh. So sánh v i ủ ặ ờ ướ c sóng b c x đ nh c a m t tr i b 5800oK. E A Ts= 4 (7.2) = m ( max

2898 o T K ) (

ượ ạ Năng l ng tái t o

Phổ bức xạ của mặt trời bên ngoài khí quyển

Hình 7.2

ượ ạ Năng l ng tái t o

Tỷ trọng khí quyển - Air Mass Ratio

ắ Khi tia n ng băng ể ầ qua b u khí quy n, ượ ượ l ng ng năng l ế ượ ề ặ c b m t đ n đ ấ ẽ ị trái đ t s b suy hao

Hình 7.3

•

ườ

ặ ờ

ể

ắ

ầ

ớ

ỉ

ng đi qua b u khí quy n v i ánh n ng m t tr i ngay trên đ nh

ề ặ

ể ế

ể

ầ

ấ ng đi qua b u khí quy n đ đ n b m t trái đ t

• •

ườ ộ ủ

ề h1 = chi u dài đ đ u ầ ề h2 = chi u dài đ β = góc cao đ c a m t tr i ặ ờ

ượ ạ Năng l ng tái t o

Tỷ trọng khí quyển - Air Mass Ratio

air mass ratio

(7.4)

1 sin

h 2 h 1

Hình 7.3

ặ ờ

ớ

ồ

AM1”) đ ng nghĩa v i m t tr i

ở

ị

• Air Mass ratio b ng 1 (“ ằ ầ m=1) ỉ ngày trên đ nh đ u ( • AM0 ể ầ bên ngoài b u khí quy n • AM1.5 là tr trung bình trên b m t trái đ t ( ề ặ

ấ m=1.5)

ượ ạ Năng l ng tái t o

Phổ mặt trời trên bề mặt trái đất

ố ầ

m tăng

ỏ ọ

ờ

m tăng leenkhi ạ ờ m t tr i xu ng ấ th p trên b u ờ tr i. Chú ý là có ớ ở ụ s suy hao l n ứ ạ b c x màu xanh ờ tr i khi cao, đó là lý do có ặ màu đ khi m t ặ tr i m c và l n.

ượ ạ Năng l ng tái t o

Quỹ đạo trái đất

ỹ ạ

ấ

ộ

• Quay m t vòng m t 365.25 ngày theo qu đ o hình

elip

km (7.5)

ặ ờ n 93) 365

ấ ế trái đ t đ n m t tr i: � 360( � � � � � � �

• Kho ng cách t ừ ả � +� 1.5 10 1 0.017sin �

ố

ngày 1.1)

ế

• n = s ngày (b t đ u t ắ ầ ừ • d (km) thay đ i t ổ ừ

147x106 km vào ngày 2.1 đ n

ươ ứ

ớ

ng ng v i mùa đông và

152x106 km vào ngày 3.7 (t mùa hè) ị

ằ

ộ

ả ươ

• Đ n v góc tính b ng đ cho c ch

ng này.

(cid:0)

ượ ạ Năng l ng tái t o

Quỹ đạo trái đất

ấ

ộ

ấ

ặ

ẳ

ọ

• Trong m t ngày, trái đ t quay 360,99˚ • Qu đ o trái đ t quay còn g i là m t ph ng

ỹ ạ hoàn đ oạ

ấ

ộ ụ ằ

• Trái đ t quay quanh m t tr c nghiên 23.45˚ • Ban ngày và ban đêm dài b ng nhau vào ngày

21.3 và 21.9 (Xuân phân và Thu phân)

ắ ự

ặ ờ

ạ

• Đông chí là ngày mà B c c c xa m t tr i nh t ấ ặ ờ • H chí là ngày B c c c g n m t tr i nh t ấ ắ ự ầ

ượ ạ Năng l ng tái t o

Quỹ đạo trái đất

Hình 7.5

ụ

ứ

ớ

ượ

ặ ờ ẽ

ỹ ạ ủ

ủ

ể

ặ

ấ

V i các ng d ng năng l

ng m t tr i, s xem xét các đ c đi m c a qu đ o c a trái đ t

là không thay đ iổ

ượ ạ Năng l ng tái t o

Thiên độ δ - Solar Declination

ặ

ở

• Thiên đ ộ δ – là góc h p b i m t ph ng xích ợ

ẳ

ớ ườ

ố ng th ng n i tâm m t tr i và δ ặ ờ ở

ẳ ặ ờ ầ bán c u

ạ đ o v i đ tâm trái đ t ấ ( <0 khi m t tr i Nam) ế

ủ

81 (7.6)

23.45sin

• δ bi n thiên trong kho ng +/ 23.45˚ ả • Là m t hàm c a hình sin tính theo ngày, b t ắ n=81 ) tính cho c ả � ) ( � �

ộ ầ ừ đ u t ngày Xuân phân ( 360 � năm 365 ngày. d � 365 �

ượ ạ Năng l ng tái t o

Vị trí mặt trời theo thời gian trong năm

ị

• Xác đ nh v trí m t tr i ặ ờ ị

H chíạ

Xuân phân

Thu phân

Thiên độ

Hình 7.6

Đông chí

ặ ờ ấ ỳ ờ

ể

ị ị

ừ

• Tính toán v trí m t tr i b t k th i đi m nào • T đó xác đ nh góc nghiêng cho dàn pin m t tr i ặ ờ

ượ ạ Năng l ng tái t o

Góc thu giữa trưa

ẳ

• Gi a tr a – khi m t ữ ặ ư ế ờ tr i chi u th ng theo ế ườ ng kinh tuy n đ ầ

ặ

ộ

ờ

• Phía B c bán c u – ắ ẽ ẳ m t ph ng thu s ằ ộ nghiêng m t góc b ng đúng v i vĩ đ vào th i đi m Xuân phân

Hình 7.8

ộ ộ L = vĩ đ (đ )

ớ ể • Vào chính tr a, tía ớ ắ n ng vuông góc v i ấ t m thu

ở

L < 0

ầ bán c u Nam

ượ ạ Năng l ng tái t o

Cao độ giữa trưa βN - Altitude Angle

ộ ữ

ữ

ặ

ẳ

ư ấ m t ph ng trái đ t

ắ - + L

• Góc cao đ gi a tr a là góc gi a tia n ng m t tr i v i ặ ờ ớ = (7.7)

ẳ

ặ

ớ

ụ ướ ườ

ờ

• Zenith – tr c h ấ trái đ t (hay đ

ng tâm, vuông góc v i m t ph ng ng chân tr i)

Hình 7.9

(cid:0)

ượ ạ Năng l ng tái t o

Ví dụ 7.2 – Góc lắp dàn PV

ặ ố ư ủ

ặ ờ

ẳ

i u c a dàn pin m t tr i ph ng, ộ 10o45’00”) gi a ữ

TP.HCM (vĩ đ

27 tháng 8.

• Tìm góc l p đ t t ắ ở ặ ố ị ắ l p đ t c đ nh ư tr a vào ngày • B ng 7.1: ả

ượ ạ Năng l ng tái t o

Ví dụ 7.2 – Góc lắp dàn PV

• Góc thiên đ ộ δ là =

)

(

81 = 23.45sin

23.45sin

� � �

360 � � 365 �

� ) ??? 81 = ??? � �

360 � � 365 � • Góc cao đ làộ b

- - (cid:0)

- + L

= 90

???

(cid:0) = ???

ặ ờ

ắ

ớ

??? • Đ tia n ng m t tr i chi u vuông góc v i dàn pin m t ặ ế

ể ờ

ằ

tr i thì góc nghiên b ng:

(cid:0) (cid:0) - (cid:0) - (cid:0)

tilt

= ???

(cid:0) - (cid:0)

ượ ạ Năng l ng tái t o

Vị trí mặt trời theo thời gian trong ngày

ị

c xác đ nh theo góc

ươ

• V trí m t tr i trong ngày đ ng v

ặ ờ cao đ ộ β và góc ph

ượ ị S ϕ ộ

ị

• β và Sϕ ph thu c vào vĩ đ , ngày và gi ờ ộ ụ • Góc ph Sϕ ) ng v (

ư ướ

ự

ắ

ng B c)

ắ ẩ

ươ – > 0 vào bu i sáng ổ – < 0 vào bu i chi u ề ổ – Tính t ừ ụ ướ ng c c B c (xem nh h tr c h • L y gi ư ờ ữ ấ gi a tr a là chu n.

ượ ạ Năng l ng tái t o

Góc cao độ (cid:0)

và góc phương vị (cid:0) s (cid:0)

Altitude Angle

Azimuth Angle

ở

Hình 7.10

phía Tây

(cid:0) s < 0

ượ ạ Năng l ng tái t o

Vị trí mặt trời theo thời gian trong ngày

• Xoay theo m t tr i ặ ờ

ượ ạ Năng l ng tái t o

Góc cao độ (cid:0)

và góc phương vị (cid:0) s

ầ

ể ờ H là góc c n đ trái đ t quay cho

• Góc gi ế

ườ

ộ ng kinh đ

ạ

ấ ặ ờ ằ đ n khi m t tr i n m ngay trên đ ứ mà b n đang đ ng ấ

ế

ộ

, thì

(cid:0)

• N u xem trái đ t quay m t góc 15˚/gi ờ (

(cid:0) (cid:0)

)

12h (7.10)

•

15 ờ ặ ờ solar time), H = +15˚

m t tr i (

11 AM gi ấ ầ

ể

ờ ể

ữ

ế

đ quay đ n gi a

•

Ở (trái đ t c n th m 1 gi tr a)ư Ở

2 PM gi

ờ ặ ờ H = 30˚

m t tr i ,

ượ ạ Năng l ng tái t o

Góc cao độ (cid:0)

và góc phương vị (cid:0) s

sin sin (7.8)

sin

L d

(7.9)

sin

d cos cos cos sin cos b

cos ờ ộ (<0 vào bu i chi u)

(đ )

ầ

ở

• H = góc gi • L = vĩ đ (đ )

ộ ộ (<0

ề ổ bán c u Nam?)

ỏ ơ

ớ

ị

ể

ng v nh h n hay l n h n

ươ

ươ ng Nam

• Ki m tra góc ph 90˚ theo ph d

(cid:0)

if cos

, then

f 90 , else

90 (7.11)

tan tan

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

ượ ạ Năng l ng tái t o

Ví dụ 7.3 – Mặt trời ở đâu?

ị

ươ

ộ β và góc ph ờ ặ ờ ở m t tr i)

ắ

• Xác đ nh góc cao đ v ị Sϕ lúc 3 PM (gi TP.HCM (L = 10,75o vĩ B c ) vào ngày 27/8?

ượ ạ Năng l ng tái t o

Ví dụ 7.3 – Mặt trời ở đâu?

ộ β và góc ph

• Xác đ nh góc cao đ ờ ặ ờ ở m t tr i)

ươ TP.HCM (L =

ị Sϕ lúc 3:00 ng v 10,75o) vào ngày

ị PM (gi 27/8?

(

)

(

81 = 23.45sin

• Góc thiên độ 360 � d 23.45sin � 365 �

� � �

360 � � 365 �

� ) ??? 81 = ??? � �

• Góc giờ

)

( ��

�

12??? h

???

• Góc cao độ =

sin

d cos cos cos

L sin sin

- - (cid:0)

L (

)

sin

???

- (cid:0)

ượ ạ Năng l ng tái t o

Example 7.3 – Xác định vị trí mặt trời?

ươ

ị

• Góc ph

ng v

cos

sin

sin b

cos

ượ

ị

• Tính đ

ng v

ươ =

ị c 2 giá tr góc ph )

(

= sin

- (cid:0)

??? 1

??? ) =

(

???

ể

f S ề

= 180 sin • Ki m tra ffi u ki n ệ

- (cid:0)

) (cid:0) =

???

cos

( cos ???

???

tan tan

(cid:0)

= ???

(cid:0)

ượ ạ Năng l ng tái t o

Sơ đồ dùng phân tích bóng cho mặt trời

ặ ờ

ầ

ừ ệ ờ ở ọ

tr i

• T vi c xác đ nh v trí m t tr i trên b u ị ể ị

ở ọ

ể

ờ

ị ờ m i th i đi m • Cũng có th xác đ nh bóng che

m i th i

đi mể ằ

ọ

ươ

ị

• B ng cách phát h a góc ph

ng v và góc

ậ

ị

• Theo s đ đ

ộ ủ cao đ c a hàng cây, tòa nhà, và các v t gây ra bóng che ơ ồ ườ ị

ặ ờ ể ng m t tr i đ xác đ nh ủ

ờ

th i gian b bóng râm che ph

ượ ạ Năng l ng tái t o

Sơ đồ dùng phân tích bóng cho mặt trời

ươ

ị ủ ậ

• Xác đ nh góc ph ị

ng v c a v t gây bóng che

ữ ự

ự ừ ườ

ệ

ấ

Góc l ch gi a c c trái đ t và c c t

ng khi dùng la bàn

ượ ạ Năng l ng tái t o

Sơ đồ dùng phân tích bóng cho mặt trời

ộ ậ

ị

• Xác đ nh góc cao đ v t gây bóng che

ượ ạ Năng l ng tái t o

Sơ đồ dùng phân tích bóng cho mặt trời

ở ướ h

ng đông nam, căn nhà

ở ướ h

ng tây

• Hàng cây

ể ướ

ượ

nam • Có th

c tính l

ng năng l

ấ ng m t đi do bóng che 40o vĩ B cắ

ế

Cây cao che ừ 8:30 đ n t 9:30 tháng 11 tháng 1.

Nhà che sau 15:00 tháng 11 tháng 1.

Hình 7.15

ượ ạ Năng l ng tái t o

California Solar Shade Control Act

ượ

ng m t tr i (t

ặ ờ ừ ở ộ ố

ị

nhà ố

• Bóng che t m thu năng l ấ ậ ượ c pháp lu t quy đ nh

m t s qu c

ế k bên) đ gia.

ụ ạ

ủ

ậ

• Ví d đ o lu t ki m soát bóng che c a ể

ể ả ủ

ệ

ả

California vào năm 1979: Không đ cho cây hay ụ b i cây gây bóng che cho tài s n c a hàng xóm ơ ấ ớ l n h n 10% di n tích t m thu trong kho ng 10 ế am đ n 2 pm.

ượ ạ Năng l ng tái t o

The Guilty Trees were Subject to Court Ordered Pruning

ợ

ị ế

ầ

ườ ng h p đ u tiên b k t án năm 2008. ồ

Tr Ngu n: NYTimes, 4/7/08

ượ ạ Năng l ng tái t o

Giờ mặt trời ST và giờ đồng hồ CT

ế

m t tr i (ST)

c tính t ồ

ỉ

• H u h t tính toán liên quan đ n gi ờ ặ ờ ầ • Gi ư ờ ặ ờ ượ m t tr i đ • So v i gi ờ ồ ớ

ế ừ ữ ầ đ ng h thì c n 2 hi u ch nh: ỉ

ộ ầ

ệ

ờ

ự

ề

gi a tr a. ệ – Theo kinh đ c n hi u ch nh múi gi – Theo s không đ ng đ u khi trái đ t quay quanh m t tr i ặ ờ ấ ồ

ẽ

ờ ặ ờ

• Hai đ a đi m s có cùng gi

ỉ m t tr i ch khi có cùng

ể ị kinh tuy nế

ờ ặ ờ ẽ

ế ệ

• Gi

m t tr i s khác nhau 4 phút n u l ch 1˚ kinh

tuy nế

ờ ồ

ồ

ờ

ố

• Trong khi gi

đ ng h chí có 24 múi 1gi

, m i múi

ờ

ế

dùng chung cho 15˚ kinh tuy n.

ượ ạ Năng l ng tái t o

Bản đồ phần múi giờ thế giới

ồ

Ngu n: http://aa.usno.navy.mil/graphics/TimeZoneMap0802.pdf

ượ ạ Năng l ng tái t o

Bản đồ phần múi giờ thế giới

Ngu n: ồ http://www.timeanddate.com/time/map/

ượ ạ Năng l ng tái t o

US Local Time Meridians (Table 7.4)

Múi giờ

Local Time Meridian

ố

ộ Hà N i – Băng c c (GMT+7)

ộ

Eastern Central Mountain Pacific Eastern Alaska

105˚ (Đ kinh Đông < 0) 75˚ 90˚ 105˚ 120˚ 135˚

ượ ạ Năng l ng tái t o

Giờ mặt trời và giờ đồng hồ

ấ

ờ

ỹ ạ ờ ặ ờ

ừ

ế

• Do qu đ o trái đ t quay hình elip nên th i gian theo m t tr i bi n thiên theo t ng ngày trong năm

Ngày dài h n ơ vào mùa Đông!

ượ ạ Năng l ng tái t o

Giờ mặt trời và giờ đồng hồ

ấ

ờ

ỹ ạ ờ ặ ờ gi ự

ặ ờ ượ

• Do qu đ o trái đ t quay hình elip nên th i gian theo m t tr i bi n thiên theo t ng ngày trong năm và ngày m t tr i đ

ừ • S khác nhau gi a ngày 24gi ờ ươ

ế ữ ờ ng trình th i gian E

tính b ng ằ

• n là ngày trong năm

ượ ạ Năng l ng tái t o

Giờ mặt trời và giờ đồng hồ

ệ

ộ

ế ợ

ươ

• K t h p hi u ch nh sai l ch theo kinh đ và

ỉ ờ trình th i gian E có đ

ệ c:ượ

Solar Time (ST) Clock Time (CT) + )

(

4 min LT Meridian Local Longitude + (min) (7.14)

ờ ồ ồ đ ng h ờ ặ ờ m t tr i

ẩ ủ

ộ ị

ờ

ổ

• CT – gi • ST – gi • LT Meridian – Kinh đ chu n c a múi gi ờ • Đ kinh Đông có giá tr < 0 ộ • Gi ồ ờ ồ

ể đ ng h có th khác múi gi

, thay đ i theo mùa

ượ ạ Năng l ng tái t o

Ví dụ 7.5 – Giờ mặt trời và giờ đồng hồ

ồ

ạ

ờ ặ ờ

ờ ồ

m t tr i lúc

15:08 gi

• T i TP.H Chí Minh (L=10o45'0'' vĩ B c, ắ 106°40'0" kinh Đông), vào ngày 27 tháng đ ng 8. Tính gi h ?ồ

Solar Time (ST) Clock Time (CT) +

)

(

4 min LT Meridian Local Longitude + (min)

ượ ạ Năng l ng tái t o

Ví dụ 7.5 – Giờ mặt trời và giờ đồng hồ

ồ

ờ ồ

ư ở

ữ

• Tính gi

Boston (71.1˚ kinh ờ ồ

đ ng

đ ng h ngay gi a tr a ớ ơ

ậ

ờ

Tây) vào ngày 1.7 v i Eastern Daylight Time (gi ồ h quy đ nh ch m h n 1 gi

vào mùa Đông)

ờ

ng trình th i gian

ị • Ngày 1.7 có n = 182 • T ừ Ph ươ

(7.12) và (7.13) có

n -

(

= 81)

= (182 81) 99.89

360 364

- (cid:0)

(

)

(

)

(

)

= 9.87sin 2

7.53cos

1.5sin

= 3.5 min

- - -

ượ ạ Năng l ng tái t o

Ví dụ 7.5 – Giờ mặt trời và giờ đồng hồ

• The local time meridian for Boston is 75˚, so the

difference is 75 ˚71.7 ˚, and we know that each degree corresponds to 4 minutes

) (

)

ST -

( 4 min/

( 3.5 min)

71.1

(cid:0) (cid:0) - (cid:0) - -

CT CT

• Using (7.14) = 75 = = 12 : 00 12.1min 11: 49.9 AM EST • But we need to adjust it for Daylight Savings, so add 1

hour

= 12 : 49.9 AM EDT

ượ ạ Năng l ng tái t o

Mặt trời mọc và mặt trời lặn

ầ

ờ

bình minh và hoàng hôn

• Có th tính toán g n đúng gi ả

ể ằ b ng cách gi b

i pt (7.8) khi cao đ b ng 0: + L

ộ ằ d L

sin

sin sin (7.8) =

sin

L sin sin

0 (7.15)

= -

cos

= tan tan (7.16)

d cos cos cos d cos cos cos d d

1 cos (

Hour angle of sunrise ặ ờ

L L sin sin L cos cos SRH tan tan ) (7.17) • HSR >0 khi m t tr i m c, và < 0 khi m t tr i l n ọ ặ ờ ặ

- -

Gio` (hinh hoc) 12 : 00

(7.18)

SRH 15 /

(cid:0)

ượ ạ Năng l ng tái t o

Mặt trời mọc và mặt trời lặn

ờ

ủ

ng th y văn xác đ nh th i đi m m t tr i

• Khí t

ị ặ ờ

ặ ờ

ủ

ể ở đ nh c a m t tr i thay vì

ặ ờ tâm m t tr i

ể (bình minh s m ớ

ượ ọ ặ ở ỉ m c/l n ọ ư nh tính toán hình h c ạ ủ ễ ơ

• Và xét thêm khúc x c a khí quy n ơ h n và hoàn hôn tr h n 2,4 phút) ệ ố ệ

ỉ

• H s hi u ch nh Q

(min) (7.19)

3.467 d

L cos cos

sin

ờ

ặ ờ

ặ

ọ

• Gi

hình h c

ừ ớ ọ tr b t Q

khi m t tr i m c hay l n.

ượ ạ Năng l ng tái t o

Mặt trời mọc và mặt trời lặn

ượ ạ Năng l ng tái t o

Chùm tia bức xạ trực tiếp

• Chùm tia b c x tr c ti p (Direct beam radiation) ườ

ứ ạ ự ế ẳ ườ

ể ớ

ầ ng th ng qua b u khí quy n t

i ng

IBC i

– đi theo đ nh nậ

ạ

IDC – phân tán b i ở

ầ ế ừ

ạ

ả

• B c x tán x (Diffuse radiation) ứ ạ ể ử trong b u khí quy n các phân t • B c x ph n x (Reflected ạ ả ứ ạ ả radiation) IRC – ph n chi u t ặ ề b n m t ph n x

Hình 7.18

ượ ạ Năng l ng tái t o

Cường độ bức xạ ngoài khí quyển I0

ả

ộ ơ

ị ệ

• Tính toán cho ngày b u tr i quang đ ng ờ ầ • I0 là công su t b c x qua m t đ n v di n tích bên ấ ứ ạ ể

ầ

ấ

• I0 ph thu c vào kho ng cách gi a trái đ t và m t ặ ượ

ờ ỏ

ả c đ nh đ ủ

ể

c theo t ng ngày trong năm) ặ ờ I0 có th tính:

SC 1 0.034 cos

(W/m ) (7.20)

ố ặ ờ

ngoài b u khí quy n. ữ ộ ụ ể ướ ị ừ tr i (có th • B qua các v t đen c a m t tr i, ế � n 360 � � � � � 365 � � � 1.377 kW/m2

� +� � � • SC = h ng s m t tr i = ằ • n = ngày trong năm

ượ ạ Năng l ng tái t o

Cường độ bức xạ ngoài khí quyển I0

ỉ ầ

ằ

ề ớ ượ ề ặ

• H ng năm, ch g n m t n a

c b m t

i đ

trái đ t d

ộ ử I0 truy n t ứ ạ ự ế IB)

ấ ướ ạ ờ

ế

ể

i d ng b c x tr c ti p ( • Khi tr i quang, b c x tr c ti p có th lên đ n 70% ứ ạ ự ế

Hình 7.19

ượ ạ Năng l ng tái t o

Sự suy giảm bức xạ qua bầu khí quyển

ể

ả

ộ

ườ

ộ ứ ạ

ầ

ng đ b c x qua b u

ể

• Có th tính đ suy gi m c khí quy n theo hàm mũ:

(7.21)

ườ

ấ ng đ b c x đ n b m t trái đ t

ượ

ề ặ ộ ứ ạ ế ể ng ngoài khí quy n

ọ

k = đ sâu quang h c ể

• IB = c • A = thông l • ộ • m = t ỷ ọ

tr ng khí quy n (7.4)

ượ ạ Năng l ng tái t o

Sự suy giảm bức xạ qua bầu khí quyển

ừ ả

ể ượ

ươ

T b ng 7.6,

A, k và C có th đ

+ 1160 75sin

2 275 (W/m ) (7.22)

(

ng trình: � ) � � )

0.174 0.035sin

100 (7.23)

)

+ 0.095 0.04sin

100 (7.28)

c tính theo ph 360 � ( � 365 � 360 � � 365 � 360 � ( � 365 �

� � � � � �

ượ ạ Năng l ng tái t o

Cường độ nắng qua bề mặt thu

ợ

ở

• B c x tr c ti p IBC là hàm gi a c a góc h p b i tia

ẳ

ứ ạ ự ế ặ ắ n ng và m t ph ng thu

: I

ữ ủ I

cos

ạ ắ

ượ ườ

ừ

ế ừ ế ụ ướ c chi u đ n t ng ph các h ế ủ ứ ạ 6% đ n 14% c a b c x ng t .= C I I

• B c x tán x IDH đ ứ ạ ớ khác v i tia n ng, th ự ế tr c ti p.

c t m thu,

ứ ạ ụ

ả

ế ừ ộ ề ặ ướ ấ m t b m t tr ?= ạ r c a b m t đó ủ ề ặ

. r = 0.8

ế

ớ

• B c x ph n x IRC đ n t ạ ả RCI ộ ộ và ph thu c đ ph n x ợ ớ v i tuy t, và 0.1 v i mái l p.

ượ ạ ng tái t o Năng l

Solar Insolation on a Collecting Surface, cont.

(

S =

� � �

0!!!

(

b sin

S� ) 1 cos � 2 � S� ) 1 cos � 2 �

� � �

ượ ạ Năng l ng tái t o

Hệ thống xoay theo mặt trời - Tracking Systems

ầ

ế

• H u h t pin m t tr i đ ộ ố ệ ố

ặ ờ

ư ệ

ặ ờ ượ ắ ố ị c l p c đ nh. Nh ng cũng ả có m t s h th ng xoay theo m t tr i có hi u qu h n.ơ

ặ ờ

ụ

ặ

ố

ộ

ể ỉ ồ trong ngày), ho c 2 tr c (theo cao đ (lênxu ng)

ươ

ị

• H th ng m t tr i có th ch g m 1 tr c (xoay theo ụ ng v (ĐôngTây)). ặ

ờ

ệ ố ờ ệ ể

ế

ấ ớ ệ

ụ

ấ ớ ệ

gi • H xoay theo m t tr i có và theo góc ph th tăng thêm đ n 20% công su t v i h 1 tr c, và 2530% công su t v i h 2 tr c.ụ

ượ ạ Năng l ng tái t o

Cường độ nắng theo từng tháng trong năm

ậ

ấ ứ ạ ặ ắ

ụ

• V i h pin m t tr i l p c đ nh, công su t b c x nh n c ph thu c nhi u vào góc nghiêng l p đ t. Tùy

ặ ờ ắ ố ị ề ộ ử ụ

ể ọ

ớ ệ ượ đ theo tiêu chí s d ng mà có th ch n góc nghiêng phù h p.ợ

ượ ạ Năng l ng tái t o

US Annual Insolation

ượ ạ Năng l ng tái t o

Worldwide Annual Insolation

ế ớ

ớ ầ

ả

ấ

ổ

i kho ng 7800 MW, v i h u h t

ế ở

ứ

Vào năm 2007, t ng công su t PV trên th gi ỹ ậ Đ c (3860 MW), Nh t (1919 MW), M (830 MW) và Tây Ban Nha (655MW).

ượ ạ Năng l ng tái t o

Worldwide Annual Insolation

ượ ạ Năng l ng tái t o

Worldwide Annual Insolation

ượ ạ Năng l ng tái t o

Tế bào quang điện

ượ ạ Năng l ng tái t o

Pin quang điện

ượ ạ Năng l ng tái t o

Pin quang điện

ượ ạ Năng l ng tái t o

Vật liệu quang điện

ượ ạ Năng l ng tái t o

Mức năng lượng

ượ ạ Năng l ng tái t o

Mức năng lượng

ượ ạ Năng l ng tái t o

Mức năng lượng

ượ ạ Năng l ng tái t o

Mức năng lượng

ượ ạ Năng l ng tái t o

Mức năng lượng

ượ ạ Năng l ng tái t o

Mức năng lượng

ượ ạ Năng l ng tái t o

Phổ năng lượng mặt trời

ượ ạ Năng l ng tái t o

Phổ năng lượng mặt trời

ượ ạ Năng l ng tái t o

Ảnh hưởng của mức năng lượng lên hiệu suất quang điện

ượ ạ Năng l ng tái t o

Hiệu suất chuyển đổi quang điện thực tế

ượ ạ Năng l ng tái t o

Mối nối p-n

ượ ạ Năng l ng tái t o

Mối nối p-n

ượ ạ Năng l ng tái t o

Mối nối p-n

ượ ạ Năng l ng tái t o

Diode dùng mối nối p-n

ằ

ố k: h ng s Boltzmann

ượ ạ Năng l ng tái t o

Diode dùng mối nối p-n

≈

ọ ng ch n Vd

0,6V cho pin Silic khi làm

ườ Th vi c!ệ

ượ ạ Năng l ng tái t o

Tế bào quang điện

ượ ạ Năng l ng tái t o

Mạch tương đương đơn giản của tế bào quang điện

ượ ạ Năng l ng tái t o

Mạch tương đương đơn giản của tế bào quang điện

ượ ạ Năng l ng tái t o

Mạch tương đương đơn giản của tế bào quang điện

ượ ạ Năng l ng tái t o

Mạch tương đương đơn giản của tế bào quang điện

ượ ạ Năng l ng tái t o

Mạch tương đương đơn giản của tế bào quang điện

ượ ạ Năng l ng tái t o

Mạch tương đương đơn giản của tế bào quang điện

ủ

ấ

c b o hòa c a diode trong t m pin

ượ ả ố ế

ụ Ví d : 8.3.1: Tính dòng ng ế m t tr i

ặ ờ 60 t

bào ghép n i ti p sau:

ế

Ω

t V=30.6V, Rp=1.76 . Tính I?

ượ ạ Năng l ng tái t o

Mạch tương đương đơn giản của tế bào quang điện

≈

ọ ng ch n Vd

0,6V cho pin Silic khi làm

ườ Th vi c!ệ

ượ ạ Năng l ng tái t o