MSSV: ........................................ Họ và tên SV: ........................................................................................................... Trang 1/5
Giảng viên ra đề:
(Ngày ra đề) 1/12/2021
Người phê duyệt:
(Ngày duyệt đề)
(Chữ ký và Họ tên)
Trần Công Binh
(Chữ ký, Chức vụ và Họ tên)
TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA – ĐHQG-HCM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Học kỳ/năm học
1
2021-2022
Ngày thi
11/12/2021
Môn học
Hệ thống năng lượng xanh
Mã môn học
EE3131
Thời lượng
80 phút
Mã đề
01
Ghi chú:
- Đề thi online
- Sinh viên được sử dụng tài liệu trên giấy.
- Sinh viên được sử dụng tài liệu trên thiết bị chính nếu có ghi màn hình theo quy định.
Câu hỏi 1: (L.O.1): (4 điểm) Một dàn pin mặt trời bao gồm 150 string, với mỗi string ghép nối tiếp 16
tấm pin mặt trời loại mono-crystalline. Hệ số ghép của cả dàn pin là 0,98. Thông số tấm pin ở STC
(1kW/m2, 25oC, AM1,5):
Công suất cực đại (Pmax) 550 W Hệ số nhiệt của Isc 0,048%/C
Dòng điện ngắn mạch (Isc) 13,99 A Hệ số nhiệt của Voc - 0,27%/C
Điện áp hở mạch (Voc) 49,92 V Hệ số nhiệt của Pmax - 0,32%/C
Dòng điện ở Pmax (Impp) 13,10 A NOCT 45C
Điện áp ở Pmax (Vmpp) 42,00 V Kích thước 2256 1133 35 mm
Thông số bộ inverter: dùng nguồn lưới 380Vac, 50Hz; điện áp tối đa từ nguồn pin mặt trời 1000
Vdc; hiệu suất 97,5%. Một inverter được cấp nguồn từ dàn pin mặt trời ở trên, phát công suất định mức ở
cường độ nắng 1 kW/m2, phổ AM1,5, nhiệt độ môi trường 26 oC.
a) Tính điện áp hở mạch của mỗi string khi tấm pin có nhiệt độ 5 oC và bức xạ 1 kW/m2? (1 đ)
b) Tính toán công suất định mức ngõ ra của inverter? (1 đ)
c) Tính công suất phát lên lưới ở điều kiện NOCT (800W/m2, môi trường 20oC, AM1,5)? (1 đ)
d) Ở 10 độ vĩ bắc, vào giữa trưa ngày 12/12/2021, tia nắng có cường độ bức xạ 900W/m2, nhiệt độ
môi trường 28 oC. Cho biết dàn pin lắp đặt nghiêng về phía Nam góc 10 độ. Tính công suất phát
lên lưới? (1 đ)
Câu hỏi 2: (L.O.2): (4 điểm) Trên mặt đất bằng phẳng không vật cản, ở cao độ 100 m so với mặt biển,
khi khảo sát năng lượng gió ở độ cao 65 m so với mặt đất, tốc độ gió trung bình 6,8 m/s, phân bố dạng
Reyleigh. Thiết kế dự kiến sử dụng turbine gió có đường kính cánh quạt 145 m, công suất 5 MW, lắp trên
trụ tháp cao 127,5 m. Turbine làm việc trong dãy tốc độ gió từ 3-24 m/s, và đạt công suất định mức ở 12
m/s. Cho biết nhiệt độ môi trường trung bình 25 oC:
a) Tính tỷ trọng không khí và tốc độ gió trung bình ở độ cao lắp đặt turbine? (1 đ)
b) Ước tính CF và sản lượng điện hàng năm của mỗi turbine đứng độc lập? (1 đ)
c) Ước tính thời gian hàng năm mà turbine làm việc ở công suất định mức và phần trăm sản lượng
tương ứng? (1 đ)
d) Trang trại gió gồm 81 turbine trên, bố trí lưới vuông khoảng cách 7 lần đường kính, ước tính sản
lượng hàng năm và CF của trang trại? (1 đ)
Câu hỏi 3: (L.O.3): (2 điểm) Ở điều kiện tiêu chuẩn (STP: 1 atm, 25 oC), bộ pin nhiên liệu PEMFC, gồm
nhiều tế bào ghép nối tiếp, dùng nhiên liệu hydro (H2) và oxi (O2) tạo ra nước ở thể lỏng; mỗi phân tử
hydro giải phóng 2 electron. Giả sử 92% khí hydro chuyển đổi giải phóng electron. Bộ pin trên cấp điện
cho xe điện luôn chạy tốc độ 60 km/h với công suất tiêu thụ điện là 4 kW. Biết hiệu suất toàn cục của bộ
pin (bao gồm cả hydro không giải phóng electron) là 38%.
a) Tính khối lượng hydro để xe chạy 1000 km? (1 đ)
b) Tính số lượng tế bào ghép nối tiếp, để điện áp làm việc của bộ pin khi xe chạy khoảng 500V? (1 đ)
--- HẾT---
MSSV: ........................................ Họ và tên SV: ........................................................................................................... Trang 2/5
ĐÁP SỐ SƠ BỘ
Câu 1:
a) Dien ap ho mach cua 1 string: 841.850880 [V]
b) Cong suat inverter: 1131.097968 [kW]
c) Cong suat hoa luoi o NOCT: 944.431488 [kW]
d) Cong suat hoa luoi ngay 12.12: 953.796181 [kW]
Câu 2:
a) ro = 1.152644 [kg/m3]
a) Vavg_102 = 7.273921 [m/s]
.
b) CF_b = 0.371687
b) E_year_b = 16.279885 [GWh/turbine]
.
c) Thoi gian may pha cong suat dinh muc: T_pr = 1032.371152 [h]
c) Ty le san luong turbine phat o cong suat dinh muc: 31.706955 [%]
.
d) He so mang: 0.800000 ung voi 6D cho 8x8 turbine.
d) E_farm_e = 1054.936549 [GWh/64 turbines]
d) CF_farm_e = 0.297349
Câu 3:
a) Khoi luong hydro chay 1000km = 4.419727 [kg]
b) So cell noi tiep = 818.000000 [cell]
Trần Công Binh
MSSV: ........................................ Họ và tên SV: ........................................................................................................... Trang 3/5
ĐÁP ÁN SƠ BỘ: (Giải bằng Matlab)
Câu 1:
% Lop NLTT HK211_CQ, Thi HK
% Cau 1
% Matlab tinh goc theo rad!
clc
clear all
% PV panel
No_string=150
No_panelPstring=16
Pm=550 % W
Voc=49.92 % V
Vm=42.0 % V
Isc=13.99 % A
Im=13.1 % A
TCIsc= 0.048 % %/oC
TCVoc=-0.27 % %/oC
TCPm=-0.32 % %/oC
NOCT=45 % oC
Eff_array=0.98 % He so ghep mang
Eff_inv=0.975
Tamb_b=26
disp('Bai giai_________________________________')
disp('Cau a____________________________________')
Tcell_a=5
S_a=1 % sun
Voc_a=Voc*(1+TCVoc/100*(Tcell_a-25))
Voc_string_a=No_panelPstring*Voc_a
disp('Cau b____________________________________')
S_b=1 % sun
Tcell_b=Tamb_b+(NOCT-20)/0.8*S_b
Pm_b=Pm*(1+TCPm/100*(Tcell_b-25))
Pm_solar_b=Pm_b*No_string*No_panelPstring
Pm_INV_b=Pm_solar_b*Eff_array*Eff_inv
disp('Cau c____________________________________')
% NOCT
Tcell_c=NOCT
S_c=0.8 % sun
Pm_c=S_c*Pm*(1+TCPm/100*(Tcell_c-25))
Pm_solar_c=Pm_c*No_string*No_panelPstring
Pm_INV_c=Pm_solar_c*Eff_array*Eff_inv
disp('Cau d____________________________________')
L = 10 % do Vi Bac
n = (335-1)+12 % ngay 13 thang 12
ST_1 = 12 % 12g mat troi
S_d_0=0.9 % sun
tilt_PV=10 % nghieng 10 do ve huong Nam
Tamb_d=26
delta_d = 23.45*sind(360/365*(n-81)) %delta>0, mat troi o phia Bac
bta_d = 90-L+delta_d
tilt_d = 90-bta_d
tilt_PT = tilt_d-tilt_PV % Phap Tuyen tam pin lech ve phia Nam 10 do
k = cosd(tilt_PT)
S_d = k*S_d_0
Tcell_d=Tamb_d+(NOCT-20)/0.8*S_d
Pm_d=S_d*Pm*(1+TCPm/100*(Tcell_d-25))
Pm_solar_d=Pm_d*No_string*No_panelPstring
Pm_INV_d=Pm_solar_d*Eff_array*Eff_inv
MSSV: ........................................ Họ và tên SV: ........................................................................................................... Trang 4/5
disp('Ket qua____________________________')
TEXT = sprintf('a) Dien ap ho mach cua 1 string: %f [V]', Voc_string_a); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('b) Cong suat inverter: %f [kW]', Pm_INV_b/1e3); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('c) Cong suat hoa luoi o NOCT: %f [kW]', Pm_INV_c/1e3); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('d) Cong suat hoa luoi ngay 12.12: %f [kW]', Pm_INV_d/1e3); disp(TEXT)
Câu 2:
% Lop NLTT HK211_CQ, Thi HK
% Cau 2_NL Gio
% Matlab tinh goc theo rad!
clc
clear all
H=100 % Cao do so voi mat bien
H0=65 % Cao do khao sat
Vavg_65=6.8 % [m/s]
H1=127.5 % Do cao tru turbine
D=145 % Duong kinh
P_r=5e6 % 5 MW
Tabm=25 % [oC]
V_r=12 %m/s
V_cutIn=3
V_cutOut=24
disp('Kieu My _________________________________')
disp('Cau a _________________________________')
% Cach 2-------------------
KT=0.97 % Nhiet do 25oC
KA=(0.977*172.5 + 0.954*27.5)/200 % Do cao lap turbine so voi mat bien: H0+H1 =
227.5m
ro=1.225*KT*KA
% Cach 1-------------------
R=8.2056e-5 % [m3.atm/(K.mol)]
T=273.15+Tabm % [oK]
MW=28.97 % air=28.97g/mol
Po=1 % atm
P=Po*exp(-1.185e-4*(H+H1))
ro=P*MW*1e-3/R/T
alfa1=0.1
Vavg_102 = Vavg_65*(H1/H0)^alfa1
disp('Cau b _________________________________')
CF_b=(0.087*Vavg_102 - P_r/1000/(D^2))*ro/1.225
E_year_b=CF_b*P_r*8760/1e9 % [GWh/year]
disp('Cau c _________________________________')
T_low_r=(1-exp(-pi/4*(V_r/Vavg_102)^2))*8760 %[h]
T_low_25=(1-exp(-pi/4*(25/Vavg_102)^2))*8760 %[h]
T_pr=T_low_25-T_low_r %[h]
E_r=P_r/1e9*T_pr % [GWh/year]
p_E_r=E_r/E_year_b*100
disp('Cau e _________________________________')
% 9x9 turbine, khoang cach 7D: he so mang la 0.8
hsm_e=0.8
No_turbine=81
E_farm_e=No_turbine*E_year_b*hsm_e
CF_farm_e=E_farm_e*1e9/(No_turbine*P_r*8760)
CF_farm_e=CF_b*hsm_e
disp('Ket qua ______________________')
TEXT = sprintf('a) ro = %f [kg/m3]', ro); disp(TEXT)
MSSV: ........................................ Họ và tên SV: ........................................................................................................... Trang 5/5
TEXT = sprintf('a) Vavg_102 = %f [m/s]', Vavg_102); disp(TEXT)
disp('.')
TEXT = sprintf('b) CF_b = %f', CF_b); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('b) E_year_b = %f [GWh/turbine]', E_year_b); disp(TEXT)
disp('.')
TEXT = sprintf('c) Thoi gian may pha cong suat dinh muc: T_pr = %f [h]', T_pr);
disp(TEXT)
TEXT = sprintf('c) Ty le san luong turbine phat o cong suat dinh muc: %f [%%]',
p_E_r); disp(TEXT)
disp('.')
TEXT = sprintf('d) He so mang: %f ung voi 6D cho 8x8 turbine.', hsm_e); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('d) E_farm_e = %f [GWh/64 turbines]', E_farm_e); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('d) CF_farm_e = %f', CF_farm_e); disp(TEXT)
Câu 3:
% Lop NLTT HK211_CQ, thi HK
% Cau 3_Fuel cell
% Matlab tinh goc theo rad!
clc
clear all
T=25+273 %[oK] . 273.15
Eff_e=0.92 % Ty le giai phong electron
ne=2 % Giai phong 2 electron
MW = 2*1 % H2
Va = 60 % km/h
Pa = 4 % kW
Eff_tc=0.38 % Hieu suat toan cuc (_tc)
disp('Cau a ___________________________')
Sa = 1000 % km
ta = Sa/Va % gio
We_total = Pa*ta % kWh
%H2 + 1/2*O2 -> H2O (long)
%H: 0 0 -285.8
delta_H = (-285.8)-0-0 %[kJ/mol]: Nang luong tong
Wer_mol = abs(delta_H)*Eff_tc %[kJ/mol H2]
Wer_kg_tc = Wer_mol/3600*1000/MW %[kWh/kg H2] - da bao gom hydro khong giai phong electron
m_H2 = We_total/Wer_kg_tc % [kg]
disp('Cau b ___________________________')
V_total=500 % Vdc
n_H2 = m_H2/ta % [kg/h] - luu luong tieu thu hydro
n_H2_tt = n_H2*Eff_e % [kg/h] - luu luong hydro giai phong electron - tao dong dien
n_H2_molps = n_H2_tt*1000/3600/MW %[mol/s]
I_total = n_H2_molps*(6.022e23)*(1.602e-19)*ne %[A]
Vcell_tt = Pa*1000/I_total %[V]
n_cell_series = ceil(V_total/Vcell_tt)
disp('Ket qua ___________________________')
TEXT = sprintf('a) Khoi luong hydro chay 1000km = %f [kg]', m_H2); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('b) So cell noi tiep = %f [cell]', n_cell_series); disp(TEXT)
Trần Công Binh