MSSV: ........................................ Họ và tên SV: ........................................................................................................... Trang 1/8
Giảng viên ra đề:
(Ngày ra đề)
12/12/2022
Người phê duyệt:
(Ngày duyệt đề)
(Chữ ký và Họ tên)
Trần Công Binh
(Chữ ký, Chức vụ và Họ tên)
(phần phía trên cần che đi khi in sao đề thi)
TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA – ĐHQG-HCM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Học kỳ/năm học
1
2022-2023
Ngày thi
20/12/2022
Môn học
Hệ thống năng lượng xanh
Mã môn học
EE3131
Thời lượng
90 phút
Mã đề
01
Ghi chú:
Được sử dụng tài liệu. Không được sử dụng thiết bị có bộ nhớ (laptop, tablet, điện thoại, smart watch,…).
Câu hỏi 1 (L.O.1): Cho tấm pin mặt trời có các thông số ở STC (1kW/m2, 25oC, AM1,5) như sau:
Công suất cực đại (Pmax) 670 W Hệ số nhiệt của Isc 0,04%/C
Dòng điện ngắn mạch (Isc) 18,8 A Hệ số nhiệt của Voc - 0,25%/C
Điện áp hở mạch (Voc) 45,61 V Hệ số nhiệt của Pmax - 0,34%/C
Dòng điện ở Pmax (Impp) 17,66 A NOCT 45C
Điện áp ở Pmax (Vmpp) 37,94 V Kích thước 2381 1303 mm
a) Tính công suất mỗi tấm pin ở cường độ nắng 1 kW/m2, phổ AM1,5, môi trường 35 oC? (0,5 đ)
b) Tính toán thiết kế (dàn pin, inverter) hệ điện mặt trời phát 500 kWac hòa lưới ở điều kiện như câu
a? Ước tính sản lượng điện mà hệ điện mặt trời này cung cấp cho lưới mỗi ngày? Biết dàn pin nhận
trung bình 5 giờ nắng đỉnh mỗi ngày. Nhiệt độ ban ngày thấp nhất là 5 oC. Hiệu suất năng lượng
trung bình của bộ nghịch lưu hòa lưới là 98%. (1,5 đ)
c) Tính công suất mỗi tấm pin mặt trời ở điều kiện NOCT (800W/m2, AM1,5, môi trường 20oC)?(0,5 đ)
d) Ở điều kiện NOCT, tính toán thiết kế bộ sạc (hiệu suất 96%) và hệ acquy (deep cycle, hiệu suất
năng lượng 75%) để tích toàn bộ điện mặt trời từ dàn pin ở câu b trong 2 giờ nghỉ trưa (cho hệ hòa
lưới tự dùng zero export, giờ nghỉ trưa từ 11:00-13:00)? Cho biết năng lượng trong acquy sẽ được
hòa lưới thông qua hybrid inverter tích hợp ở câu b vào ban đêm (công suất hòa lưới bằng định mức
inverter, hiệu suất vẫn là 98%). (1,5 đ)
Câu hỏi 2 (L.O.2): Trên mặt đất tương đối bằng phẳng, ở cao độ 270 m so với mực nước biển, khi khảo
sát ở độ cao 65 m so với mặt đất, tốc độ gió trung bình 7,7 m/s, phân bố dạng Reyleigh. Lắp đặt turbine
gió 3 cánh có đường kính cánh quạt 136 m, công suất 4,5 MW, lắp trên trụ tháp cao 130 m. Turbine làm
việc trong dãy tốc độ gió từ 3-32 m/s. Giả sử nhiệt độ môi trường thực tế luôn là 28 oC:
a) Tính tỷ trọng không khí và tốc độ gió trung bình ở độ cao lắp đặt turbine? Nhận xét? (1 đ)
b) Với mỗi turbine đứng độc lập ở điều kiện môi trường như trên, ước tính CF lý thuyết? Đưa ra
khuyến về cáo khả năng tăng / giảm kích thước cánh quạt? (1 đ)
c) Với trang trại gió gồm 100 turbine trên, bố trí dạng lưới vuông, cách nhau 5 lần đường kính cánh
quạt? Dựa theo đồ thị ở Hình 1 (trang sau) ước tính CF và sản lượng hàng năm của trang trại?(1 đ)
d) Ước tính thời gian hàng năm mà turbine ngừng làm việc khi vận tốc gió nhỏ hơn 3 m/s? (1 đ)
Câu hỏi 3: (L.O.3): 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 cấp điện cho xe điện, tiêu
thụ 10 kWh cho quãng đường 100 km với vận tốc 80 km/h. Cho biết hiệu suất thực bằng 50% hiệu suất lý
thuyết. Dòng điện cấp cho động cơ xe khoảng 100 A.
a) Tính khối lượng hydro tiêu thụ cho mỗi 100 km? (1 đ)
b) Tính điện áp và công suất phát điện của bộ pin nhiên liệu? (1 đ)
MSSV: ........................................ Họ và tên SV: ........................................................................................................... Trang 2/8
Nguồn: Vestas
Hình 1: Đồ thị sản lượng theo vận tốc gió ở điều kiện tiêu chuẩn
Người ra đề .
Trần Công Binh
MSSV: ........................................ Họ và tên SV: ........................................................................................................... Trang 3/8
ĐÁP SỐ SƠ BỘ:
Câu 1:
a) Tcell = 66.250000 oC
a) Pm_a = 576.032500 W
.
b) Voc_b = 47.890500 V
b) Isc_b = 19.110200 A
b) No_solar: 885 panels
b) INVERTER: P_INV = 56.451185 kW.ac => 50 kW
b) Gom 1 inverter loai 50 kW loai > 1000 Vdc. Co 5 string, moi string gom 17
tam pin mac noi tiep.
b) va 8 inverter loai 50 kW loai > 1000 Vdc. Moi inverter gom 5 string, moi
string gom 20 tam pin mac noi tiep.
b) INVERTER: Vac_INV = 380 V, 3 pha
b) INVERTER: Vdc_INV_max = 957.810000 V < 1000 V
b) INVERTER: Idc_INV_total = 19.110200 A => 20A/string
b) E_day = 2.497965 MWh/day
.
c) Pm_c = 499.552000 W
.
d) Chon dien ap he thong (~48 kW): V_batt = 500 V
d) ACQUY: C_aq = 276.674954 Ah
d) CHARGER: Iin > 19.110200 A => 20A/string
d) CHARGER: Vin > 957.810000 V => 1000 V
d) CHARGER: Vout: 500 V
Câu 2:
a) Vavg_130 = 8.252656 [m/s]
a) ro = 1.119567 [kg/m3]
.
b) CF_b = 0.433830 la rat cao => nen giam duong kinh canh quat
.
c) He so mang: 0.630000 ung voi 5D cho 10x10 turbine.
c) E_farm_c = 978.821172 [GWh/100 turbines]
c) CF_farm_c = 0.248306 la rat thap => nen tang khoang cach giua cac
turbine, hoac bo tri phu hop theo huong gio chinh
.
d) Thoi gian turbine dung do toc do gio < 3m/s la 863.588379 [gio]
MSSV: ........................................ Họ và tên SV: ........................................................................................................... Trang 4/8
Câu 3:
a) Khoi luong hydro de xe chay 100 km = 0.659872 [kg]
b) Dong dien tong = 13014.831703 [A]
b) Cong suat tieu thu cua xe = 8.000000 [kW]
b) Dien ap cua bo pin = 79.908832 [V]
Trần Công Binh
MSSV: ........................................ Họ và tên SV: ........................................................................................................... Trang 5/8
ĐÁP ÁN SƠ BỘ: (Giải bằng Matlab)
Câu 1:
% Lop HTNLX HK221_Lop CQ, Thi cuoi ky
% Cau 1
clc
clear all
q=1.602e-19
k=1.381e-23
% Thong so pin:
Pm=670
Isc=18.8
Voc=45.61
Im=17.66
Vm=37.94
TCIsc= 0.04 % %/K
TCVoc=-0.25 % %/K
TCPm =-0.34 % %/K
NOCT=45
Area=2.381*1.303 % m2
% Cau a:
Sun_STC=1 % Sun
Tamb=35
% Cau b:
Tamb_min=5
Pac_b= 500e3 % Wac
Peak_hour=5
Eff_Grid_INV=0.98
% Cau c:
Tcell_NOCT=45
Sun_NOCT=0.8 %NOCT
% Cau d:
Charging_hour=2 % 11:00-13:00
DeepCycle=0.8 % Select
Eff_Ebatt=0.75 % Select
Eff_Charger=0.96 % Select
disp('Cau a ______________________')
Tcell_a=Tamb+(NOCT-20)*Sun_STC/0.8 %
Pm_a=Pm*(1+TCPm/100*(Tcell_a-25)) %
disp('Cau b ______________________')
Isc_b=Isc*(1+TCIsc/100*(Tcell_a-25)) %
Voc_b_max=Voc*(1+TCVoc/100*(Tamb_min-25))%
P_Solar= Pac_b/Eff_Grid_INV
N_panel_b = P_Solar/Pm_a
N_panel_b = floor(P_Solar/Pm_a)
disp('Gom 1 inverter loai 50 kW loai > 1000 Vdc. Co 5 string, moi string gom 17 tam
pin mac noi tiep.')
disp('va 8 inverter loai 50 kW loai > 1000 Vdc. Moi inverter gom 5 string, moi
string gom 20 tam pin mac noi tiep.')
N_panel_1inverter=100
N_panel_1string=20
N_string_1inverter=5
P_INV_b= N_panel_1inverter*Pm_a*Eff_Grid_INV
V_DC_INV_b= N_panel_1string*Voc_b_max % 2 string ghep song song
I_DC_INV_b= Isc_b %
V_AC_INV_b= 380 % V_line
E_day_b= (8 + 85/100)*P_INV_b*Peak_hour
disp('Cau c ______________________')
Pm_c=Sun_NOCT*Pm*(1+TCPm/100*(Tcell_NOCT-25))