MSSV: ........................................ Họ và tên SV: ........................................................................................................... Trang 1/8
Giảng viên ra đề:
(Ngày ra đề) 10/5/2022
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
2
2021-2022
Ngày thi
20/5/2022
Môn học
Hệ thống năng lượng xanh
Mã môn học
EE3131
Thời lượng
100 phút
Mã đề
1
Ghi chú:
- Được sử dụng tài liệu trên giấy.
- Không được sử dụng laptop, máy tính bảng hay các thiết bị có truyền thông
Câu hỏi 1: (L.O.1): (5 điểm) Sử dụng tấm pin mặt trời và Inverter có thông số như sau:
Thông số tấm pin mặt trời: (ở STC: 1kW/m2, 25oC, AM1,5).
Công suất cực đại (Pmax) 500 W Hệ số nhiệt của Isc 0,048%/C
Dòng điện ngắn mạch (Isc) 13,93 A Hệ số nhiệt của Voc - 0,27%/C
Điện áp hở mạch (Voc) 45,4 V Hệ số nhiệt của Pmax- 0,32%/C
Dòng điện ở Pmax (Impp) 13,03 A NOCT 45C
Điện áp ở Pmax (Vmpp) 38,4 V Kích thước 2073 1133 35 mm
Thông số Inverter hòa lưới:
+ AC: công suất 110 kW, 3 pha, 400 V, 50Hz. Hiệu suất trung bình là 98%.
+ DC: có 24 string (MPPT độc lập), dòng điện làm việc là 26 A / kênh, dòng điện ngắn mạch là 40 A /
kênh. Điện áp làm việc: 500 – 800 V, hiệu suất tối ưu ở 585 V. Điện áp hở mạch tối đa: 1100 V.
a) Tính điện áp hở mạch khi nhiệt độ trên tấm pin là 10 oC và nhận bức xạ 1 kW/m2? (0,5 đ)
b) Ước tính nhiệt độ, công suất, dòng điện và điện áp làm việc của mỗi tấm pin ở NOCT (800W/m2,
môi trường 20oC, AM1,5)? (1 đ)
c) Trình bày sơ đồ thiết kế dàn pin mặt trời sử dụng cho một bộ inverter trên sao cho công suất đạt
định mức và hiệu suất tối ưu khi tấm pin làm việc ở NOCT? (1,5 đ)
d) Với thiết kế ở câu c, ước tính sản lượng điện năng phát lên lưới mỗi ngày. Cho biết dàn pin nhận
được 5 giờ nắng đỉnh / ngày, nhiệt độ môi trường (trung bình) 30 oC. Giả sử cường độ nắng trong
ngày luôn nhỏ hơn công suất định mức của inverter. (1 đ)
e) Với thiết kế ở câu c, tại TP. HCM (10 độ vĩ Bắc), giữa trưa hôm nay (ngày 20/5/2022), tia nắng có
cường độ bức xạ 800W/m2, nhiệt độ môi trường 30 oC. Cho biết dàn pin lắp đặt nghiêng về phía
Nam góc 10 độ. Tính cường độ bức xạ dàn pin nhận được và công suất inverter phát lên lưới? (1 đ)
Câu hỏi 2) (L.O.2): (3,5 điểm) Trên mặt biển tĩnh lặng, khi khảo sát năng lượng gió ở độ cao 65 m, tốc
độ gió trung bình là 7,1 m/s, phân bố dạng Reyleigh. Lắp đặt một turbine gió có đường kính cánh quạt
162 m, công suất 6,2 MW, trên trụ tháp cao 125 m. Nhiệt độ môi trường trung bình ở độ cao lắp đặt trục
turbine là 29 oC.
a) Tính tỷ trọng không khí và tốc độ gió trung bình ở độ cao lắp đặt turbine? (1 đ)
b) Ước tính sản lượng điện mỗi turbine đứng độc lập tạo ra mỗi năm dựa theo đồ thị sản lượng như
hình (trang sau)? Từ đó ước tính CF của một turbine độc lập? (1 đ)
c) Trang trại gió gồm 10 turbine trên, bố trí lưới vuông khoảng cách 6 lần đường kính, ước tính sản
lượng hàng năm và CF của trang trại? (1 đ)
d) Ước tính gần đúng sản lượng hàng năm của một turbine độc lập nếu thay đổi cánh quạt turbine có
đường kính 150 m? Giữ nguyên - không thay đổi các chi tiết khác (công suất máy phát, chiều cao
trụ tháp, điều kiện vận hành,…). Cho nhận xét? (0,5 đ)
MSSV: ........................................ Họ và tên SV: ........................................................................................................... Trang 2/8
Đồ thị sản lượng (ở = 1,225 kg/m3)
Câu hỏi 3: (L.O.3): (1,5 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 90% khí hydro chuyển đổi giải phóng electron. Hiệu suất thực của
bộ pin bằng 50% hiệu suất lý thuyết.
Hydro hóa lỏng được sản xuất từ bộ điện phân dùng nguồn điện gió hòa lưới vào những thời điểm
lưới điện quá tải, đem tích trữ vào bồn chứa. Những thời điểm công suất điện gió thấp, nguồn hydro từ
bồn chứa được đưa qua bộ pin nhiên liệu nêu trên để phát điện, cung cấp cho inverter hòa lưới trở lại.
Biết hiệu suất inverter hòa lưới là 95%.
a) Vẽ sơ đồ khối hệ thống (bao gồm lưới điện, nguồn điện gió, bộ điện phân, bồn chứa hydro, fuel
cell, inverter hòa lưới)? (0,5 đ)
b) Để hòa lưới 01 MWh (điện AC sau inverter hòa lưới), tính khối lượng hydro cần tích trữ? (1 đ)
--- HẾT---
MSSV: ........................................ Họ và tên SV: ........................................................................................................... Trang 3/8
ĐÁP SỐ SƠ BỘ
Câu 1:
Ket qua____________________________
a) Dien ap ho mach cua 1 tam pin o 10 oC: 47.238700 [V]
b) Nhiet do tam pin o NOCT: 45.000000 [oC]
b) Cong suat 1 tam pin o NOCT: 374.400000 [W]
b) Dong dien lam viec cua 1 tam pin o NOCT: 10.524070 [A]
b) Dien ap lam viec cua 1 tam pin o NOCT: 35.575589 [V]
.
c) Tong so tam pin: 300.000000 [panels]
c) Tong so string: 18.000000 [string]
c) Gom 12 string ghep 17 tam noi tiep,
c) Va 06 string ghep 16 tam noi tiep.
.
d) San luong dien nang hoa luoi moi ngay: 0.649740 [MWh]
e) Cuong do buc xa tam pin nhan duoc ngay 20.5: 0.752096 [sun]
e) Cong suat hoa luoi ngay 20.5: 100.474192 [kW]
>>
Câu 2:
a) ro = 1.151284 [kg/m3]
a) Vavg_125 = 7.579805 [m/s]
.
b) E_year_b = 21.615949 [GWh/turbine]
b) CF_b = 0.397996
.
c) He so mang: 0.870000 ung voi 6D cho 10 turbine.
c) E_farm_c = 188.058760 [GWh/64 turbines]
c) CF_farm_c = 0.346256
.
d) CF_d = 0.361026
d) E_year_d = 19.608035 [GWh/turbine]
d) Nhan xet: Giam duong kinh canh quat thi giam chi phí dau tu, song san luong cung giam
>>
Câu 3:
a) L u o i di en
/ / = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = ======= = = = = = = = = = = = = = = = = = = / /
a) ^^ ^^
a) ^^ ^^
a) ^^ ^^
a) D I E N G I O I N V E R TER
a) ^^
a) ^^
a) ^^
a) B O D I E N P H A N F U E L C E L L
a) ^^
a) ^^
a) ^^
a) >>>| B O N C H U A H Y D R O | >>>^^
b) Khoi luong hydro can tich tru 71.003816 [kg]
MSSV: ........................................ Họ và tên SV: ........................................................................................................... Trang 4/8
ĐÁP ÁN SƠ BỘ: (Giải bằng Matlab)
Câu 1:
% Lop NLTT HK212_CQ, Thi HK
% Cau 1
% Matlab tinh goc theo rad!
clc
clear all
% PV panel
Pm=500 % W
Voc=45.4 % V
Vmpp=38.4 % V
Isc=13.93 % A
Impp=13.03 % A
TCIsc= 0.048 % %/oC
TCVoc=-0.27 % %/oC
TCPm=-0.32 % %/oC
NOCT=45 % oC
% Inverter
P_inv=110e3
Eff_inv=0.98
Vopt=585
Vin_max=1100
disp('Bai giai_________________________________')
disp('Cau a____________________________________')
Tcell_a=10
S_a=1 % sun
Voc_a=Voc*(1+TCVoc/100*(Tcell_a-25))
disp('Cau b____________________________________')
% NOCT
Tcell_b=NOCT
S_b=0.8 % sun
Pmpp_b=S_b*Pm*(1+TCPm/100*(Tcell_b-25))
Impp_b=S_b*Impp*(1+TCIsc/100*(Tcell_b-25))
Vmpp_b=Pmpp_b/Impp_b
disp('Cau c____________________________________')
P_solar_c=P_inv/Eff_inv
No_panel=round(P_solar_c/Pmpp_b)
No_panel_1string=Vopt/Vmpp_b % Hieu suat toi uu khi diem lam viec gan Vopt
MAX_panel_1string=floor(Vin_max/Voc_a)
% Moi string khoang 16-17 tam pin < 23
No_string=round(No_panel/No_panel_1string)
% 18 string: (12 string x 17 panels) + (6 string x 16 panels) = 300 panels
disp('Cau d____________________________________')
% 30 oC
Tamb_d=30
Peak_Hour=5
Tcell_d=Tamb_d+(NOCT-20)/0.8*1 % Do khong xac dinh duoc nen tam tinh khi S=1
P_solar_max_d=Pm*(1+TCPm/100*(Tcell_d-25))
Eday_d=No_panel*P_solar_max_d*Eff_inv*Peak_Hour % > 110*5, SV tu nhan xet
disp('Cau e____________________________________')
L = 10 % do Vi Bac
n = (121-1)+20 % ngay 20 thang 5
ST_1 = 12 % 12g mat troi
S_d_0=0.8 % sun
tilt_PV=10 % nghieng 10 do ve huong Nam
Tamb_e=30
MSSV: ........................................ Họ và tên SV: ........................................................................................................... Trang 5/8
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_e = k*S_d_0
Tcell_e=Tamb_e+(NOCT-20)/0.8*S_e
Pm_e=S_e*Pm*(1+TCPm/100*(Tcell_e-25))
Pm_solar_d=Pm_e*No_panel
Pm_INV_e=Pm_solar_d*Eff_inv
disp('Ket qua____________________________')
TEXT = sprintf('a) Dien ap ho mach cua 1 tam pin o 10 oC: %f [V]', Voc_a);
disp(TEXT)
TEXT = sprintf('b) Nhiet do tam pin o NOCT: %f [oC]', Tcell_b); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('b) Cong suat 1 tam pin o NOCT: %f [W]', Pmpp_b); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('b) Dong dien lam viec cua 1 tam pin o NOCT: %f [A]', Impp_b);
disp(TEXT)
TEXT = sprintf('b) Dien ap lam viec cua 1 tam pin o NOCT: %f [V]', Vmpp_b);
disp(TEXT)
disp('.')
TEXT = sprintf('c) Tong so tam pin: %f [panels]', No_panel); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('c) Tong so string: %f [string]', No_string); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('c) Gom 12 string ghep 17 tam noi tiep,'); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('c) Va 06 string ghep 16 tam noi tiep.'); disp(TEXT)
disp('.')
TEXT = sprintf('d) San luong dien nang hoa luoi moi ngay: %f [MWh]', Eday_d/1e6);
disp(TEXT)
TEXT = sprintf('e) Cuong do buc xa tam pin nhan duoc ngay 20.5: %f [sun]', S_e);
disp(TEXT)
TEXT = sprintf('e) Cong suat hoa luoi ngay 20.5: %f [kW]', Pm_INV_e/1e3); disp(TEXT)
Câu 2:
% Lop NLTT HK212_CQ, Thi HK
% Cau 2_NL Gio
% Matlab tinh goc theo rad!
clc
clear all
H=0; % Cao do so voi mat bien
H0=65; % Cao do khao sat
Vavg_65=7.1; % [m/s]
H1=125; % Do cao tru turbine
D=162; % Duong kinh
P_r=6.2e6; % 5 MW
Tabm=29; % [oC]
disp('Kieu My _________________________________')
disp('Cau a _________________________________')
% Cach 2-------------------
KT=(0.97*1+0.95*4)/5 % Nhiet do 29oC
KA=(1*75 + 0.977*125)/200 % Do cao lap turbine so voi mat bien: H0+H1 = 125m
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