Năng lượng mặt trời phần 7

Chia sẻ: Danh Ngoc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:9

Thêm vào BST

Báo xấu

205
lượt xem 74
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'năng lượng mặt trời phần 7', kỹ thuật - công nghệ, năng lượng phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Năng lượng mặt trời phần 7

ngaìy, láúy bàòng trë trung bçnh trong nàm taûi vé âäü âang xeït. Luïc màût tråìi moüc τ = 0, nhiãût âäü âáöu cuía panel vaì cháút loíng bàòng nhiãût âäü to cuía khäng khê ngoaìi tråìi. Cáön tçm haìm phán bäú nhiãût âäü cháút loíng trong panel theo thåìi gian τ vaì táút caí caïc thäng säú âaî cho: t = t (τ, abδδt, mo.Co, m.Cp, ε D F1 , G, δc, δk , δK, λc, λk, λK , α, to , ω, En ). Caïc giaí thiãút khi nghiãn cæïu: - Panel âæåüc âàût cäú âënh trong mäùi ngaìy, sao cho màût thu F1 vuäng goïc våïi màût phàóng quyî âaûo traïi âáút. - Taûi mäùi thåìi âiãøm τ, coi nhiãût âäü cháút loíng vaì häüp thu âäöng nháút, bàòng t(τ). Láûp phæång trçnh vi phán cán bàòng nhiãût cho häüp thu: Khi panel âàût cäú âënh (ténh). Xeït cán bàòng nhiãût cho hãû gäöm cháút loíng vaì häüp kim loaûi, trong khoaíng thåìi gian dτ kãø tæì thåìi âiãøm τ. Màût F1 háúp thuû tæì màût tråìi 1 læåüng nhiãût bàòng: δQ1 = ε1DEnsinωτ. F1.sinωτ.dτ, [J]. D, δΚ , λΚ τn ω δκ , λκ to ϕ(τ) δ , m , Cp E(τ) 1,3α ϕo D ε1 F1= ab GCP t to α m o , C o, abδ α δc , λ c to Hçnh 4.8. Mä taí baìi toaïn panel thu g kênh Hçnh 1: Mä hçnh tênh toaïn bäü läöìn phàóng Læåüng nhiãût δQ1 âæåüc phán ra caïc thaình pháön âãø: - Laìm tàng näüi nàng voí häüp dU = mo.Codt, - Laìm tàng entanpy læåüng næåïc ténh dIm = m.Cpdt , dIG = Gdτ Cp (t - to) , - Laìm tàng entanpy doìng næåïc - Truyãön nhiãût ra khäng khê ngoaìi tråìi qua âaïy F3 = ab vaì caïc màût bãn −1 ⎛δc 1 ⎞ F2 = 2δ(a+b) våïi hãû säú truyãön nhiãût k3 = k2 = ⎜ + ⎟ , qua màût thu ⎜λ α ⎟ ⎝c ⎠ −1 ⎛δ δ 1⎞ F1= ab våïi k1 = ⎜ k + K + ⎟ ⎜λ λ K 1,3α ⎟ ⎝k ⎠ 54
Váûy coï täøng læåüng nhiãût bàòng δQ2 = (k1F1 + k2F2 + k3F3) (t - to) dτ ; Do âoï, phæång trçnh cán bàòng nhiãût: δQ1 = dU + dIm + dIG + δQ2 seî coï daûng: ε1DEt Ft sin2 ϕ(τ) dτ = dt ∑miCi + (GCp + ∑ ki Fi) (t - to) dτ. εDE n F1 P Sau pheïp âäøi biãún T(τ) = t(τ) - to vaì âàût a = = , [K/s], ∑m C C i i GC p + ∑ k i Fi W , [s-1] thç phæång trçnh cán bàòng nhiãût cho panel ténh laì: = b= ∑m C C i i T’(τ) + bT(τ) = a sin2(ωτ) (4.1) våïi âiãöu kiãûn âáöu T(0) = 0 (4.2) Khi panel âäüng âæåüc quay âãø diãûn têch hæïng nàõng luän bàòng F1, thç màût F1 háúp thuû âæåüc: δQ1 = ε1DEnsinωτ. F1.dτ, [J]. Do âoï, tæång tæû nhæ trãn, phæång trçnh cán bàòng nhiãût cho panel âäüng coï daûng: T’(τ) + bT(τ) = a sin(ωτ) (4.3) våïi âiãöu kiãûn âáöu T(0) = 0 (4.4) Xaïc âënh haìm phán bäú nhiãût âäü: Haìm nhiãût âäü trong panel ténh seî âæåüc tçm åí daûng T(τ) = A(τ) e-bτ. Theo phæång trçnh (3.1) ta coï: a bτ a A (τ) = a∫ ebτ sin2ωτ.dτ = ( ebτ - I ) ∫ e (1- cos2ωτ)dτ = 2 2b 2 e bτ ⎛ 2ω ⎞ bτ våïi: I = ∫ cos2ωτ .de (2ω sin 2ωτ + b cos 2ωτ ) − ⎜ ⎟I = ⎝b⎠ b be bτ [2ωsin2ωτ + bcos 2ωτ] + C1 tæïc laì: I = 4ω 2 + b 2 Hàòng säú C1 âæåüc xaïc âënh theo âiãöu kiãûn âáöu T(0) = 0 hay A(0) = 0, tæïc laì 1 C1 = . Do âoï, haìm phán bäú nhiãût âäü cháút loíng trong panel ténh coï daûng: 1 + (b / 2ω ) 2 e − bτ a b T(τ) = (2ωsin2ωτ + bcos2ωτ) - [1- 2 ] (4.5) 4ω + b 2 1 + (b / 2ω ) 2 2b B A 2 + B 2 sin (x + artg Nãúu duìng pheïp biãún âäøi (Asinx + Bcosx) = ) thç A haìm (3.5) seî coï daûng: e − bτ a b b T(τ) = sin(2ωτ + artg [1- )- ] (3.6) 2ω 1 + (b / 2ω ) 2 2b b 2 + 4ω 2 Säú haûng cuäúi cuía täøng coï giaï trë nhoí hån 1 vaì giaím ráút nhanh, nãn khi τ >1h coï thãø boí qua. Haìm nhiãût âäü trong panel âäüng laì nghiãûm cuía hãû phæång trçnh (4.3), (4.4), âæåüc tçm nhæ caïch trãn, seî coï daûng: 55
e − bτ ω a Tâ(τ) = [sin(ωτ + artg )- ] (4.7) b 1 + (ω / b) 2 1 + (b / ω ) 2 b Säú haûng sau cuía täøng luän nhoí hån 1 vaì giaím khaï nhanh, nãn khi τ >2h coï thãø boí qua. Caïc haìm phán bäú (4.6) vaì (4.7) seî âæåüc mä taí åí hçnh 4.9 vaì hçnh 4.10. Láûp cäng thæïc tênh toaïn cho panel ténh vaì âäüng: Sæí duûng caïc haìm phán bäú (4.6) vaì (4.7) dãù daìng láûp âæåüc caïc cäng thæïc tênh caïc thäng säú kyî thuáût âàûc træng cho panel ténh vaì âäüng. a b Panel ténh âaût nhiãût âäü cæûc âaûi Tm = (1+ ) 2b b + 4ω 2 2 31 b luïc τm = τn( − ). artg 8 4π 2ω a Panel âäüng âaût nhiãût âäü cæûc âaûi Tâm = > Tm b 1 + (ω / b) 2 ω 11 luïc τâm = τn( + artg ). 4 2π b Sau khi tênh nhiãût âäü trung bçnh trong 1 ngaìy nàõng cho mäùi panel theo cäng 2 τn / 2 ∫ T (τ )dτ , thæïc: Tn = τn 0 Vaì dãù daìng tçm âæåüc cäng suáút nhiãût hæîu êch trung bçnh Qn= GCpTn, [W], 1 τ n Qn , [J], .v.v. læåüng nhiãût thu âæåüc mäùi ngaìy Q = 2 Qn η= Hiãûu suáút nhiãût panel EF1 τ 2 2 τn / 2 ∫ E n sin 2π dτ = E n . Caïc cäng thæïc cuû thãø cho caïc loaûi våïi E = τn τn π 0 panel âæåüc giåïi thiãûu åí baíng 4.2. Caïc säú liãûu tênh toaïn cho panel 1 m2 ténh vaì âäüng: Trong baíng 4.1 giåïi thiãûu caïc säú liãûu tênh toaïn cho máùu panel 1m2 våïi häüp thu kêch thæåïc abδ = 1 x 1 x 0,01 m3, âæåüc laìm bàòng theïp táúm daìy δt = 0,001m, Co= 460 J/kgK , màût thu F1 = 1m2 , âäü âen ε = 0,95, låïp khäng khê daìy δk = 0,01m, táúm kênh daìy δK = 0,005 m , λK = 0,8 W/mK , âäü trong D = 0,95, låïp caïch nhiãût bäng thuíy tinh daìy δC = 0,02 m, λC = 0,055W/mK, doìng næåïc qua panel coï G = 0,002 kg/s våïi nhiãût âäü to = 30oC. Cæåìng âäü bæïc xaû cæûc âaûi En, láúy trung bçnh 1 ∑ Eni = 940 W/m2. trong nàm taûi Âaì nàông, åí vé âäü 16o bàõc, laì En = 365 56
t o 100 C o 95,4 C o 94 C 80 t â(τ) o 72o C 64 C 60 t (τ) o 45 C 40 o 30 36 C 20 τm τ 0 6 8 10 12 12,9 14 16 18h Hçnh 4.9. Haìm nhiãût âäü khi ténh t(τ) vaì khi âäüng tâ(τ) cuía panel 1m2 coï W > WS Baíng 4.1. Caïc säú liãûu tênh toaïn cho panel 1m2 Thäng säú tênh toaïn Cäng thæïc tênh Giaï trë Âån vë λ Hãû säú toía nhiãût ra khäng khê α = k C(GrPr)n Σδ i W/m2K 8,5 −1 ⎛δ δ 1⎞ k1 = ⎜ k + K + ⎟ ⎜λ ⎟ ⎝ k λ K 1,3α ⎠ W/m2K Hãû säú truyãön nhiãût lãn trãn 2,2 −1 ⎛δ 1⎞ k2 = ⎜ C + ⎟ ⎜λ ⎟ ⎝ C α⎠ W/m2K Hãû säú truyãön nhiãût qua 2,1 låïp caïch nhiãût m0 = ρt δt (2F1 + 4 δ) Khäúi læåüng voí häüp thu 16 kg m = ρ F1 (δ - 2 δt) Khäúi læåüng næåïc ténh 8 kg Nhiãût dung häüp næåïc C = m0Co + mCp 40752 J/K W = GCP + ∑ki Fi Doìng nhiãût dung qua häüp 12,7 W/K P = ε D E n F1 Cäng suáút háúp thuû max 853,8 W P Täúc âäü gia nhiãût max 0,021 K/s a= C 57
W 3,13.10-4 s-1 Táön säú dao âäüng riãng b= C cuía panel 2π 7,27.10-5 rad.s-1 Täúc âäü goïc tia nàõng ω= τn Baíng 4.2. Cäng thæïc chung tênh caïc thäng säú kyî thuáût âàûc træng vaì caïc säú liãûu cho panel næåïc noïng 1m2 coï W > WS. Thäng säú Panel ténh Panel âäüng âàûc træng Cäng thæïc tênh Säú liãûu Cäng thæïc tênh Säú liãûu a a a o 65,4 oC Âäü gia 64 C (1 + ) Tm = Tâm = 2b b + 4ω 2 b 1 + (ω / b) 2 2 nhiãût max a âäü t =t + a (1 + b 94 oC 95,4 oC Nhiãût ) Tâm = to+ mo 2b b 2 + 4ω 2 b 1 + (ω / b) 2 max ω⎞ ⎛3 1 b⎞ ⎛1 1 Thåìi âiãøm 6,8h 6,9h τm=τn ⎜ − τâm=τn ⎜ + ⎟ artg ⎟ artg ⎝ 8 4π 2ω ⎠ 2π ⎝4 b⎠ âaût Tm aω 2aω 2 36 oC 45 oC Nhiãût âäü tâc = to + tc = to + ω + b2 2 b(4ω 2 + b 2 ) cuäúi ngaìy ( ) a ω 2 + 2b 2 a 34 oC 42 oC Âäü gia nhiãût Tn= ( ) Tân= 2b πb ω 2 + b 2 TB ( ) a ω 2 + 2b 2 a Cäng suáút 280 W 349 W Qn = GCp ( ) Qân= GCp 2b πb ω 2 + b 2 hæîu êch TB τ n a (ω 2 + 2b 2 ) aτ Saín læåüng 12MJ 15MJ Q = n GCp 2 πb(ω 2 + b 2 ) Qâ=GCp 4b nhiãût 1 ngaìy τ τn Saín læåüng 86kg 86kg M = n G , tn = to + Tn M= G , tân = to + Tân 2 2 åí 64oC åí 72oC næåïc noïng ( ) πaGCp GC p a ω 2 + 2b 2 Hiãûu suáút 46% 58% η= η= ( ) 4bEnF1 2bEnF1 ω + b 2 2 nhiãût panel Âiãöu kiãûn âãø cháút loíng säi trong panel: Âãø thu âæåüc næåïc säi coï nhiãût âäü ts cáön coï âiãöu kiãûn tm ≥ ts hay Tm ≥ ts - to = Ts. Âiãöu kiãûn säi trong panel âäüng laì: 2 ⎛P ⎞ W P ≥ Ts ≤ ⎜ ⎟ −ω2 Tâm = hay b= ⎜ CT ⎟ C b2 + ω 2 ⎝s ⎠ C 58
Do âoï cáön choün C vaì W sao cho thoía maîn 2 âiãöu kiãûn: εDE n F1τ n P C = ∑ m iC i ≤ = = CS , [J/K] ωTs 2π (t s − t o ) 2 ⎛P⎞ W = GCp+ ∑ kiFi ≤ ⎜ ⎟ − (Cω ) 2 = ω C S2 − C 2 = WSâ , [W/K] ⎜T ⎟ ⎝ s⎠ 1 Âiãöu kiãûn thæï 2 seî âæåüc âaïp æïng nãúu ∑ kiFi < WSâ vaì choün G ≤ (WSâ - ∑ kiFi). Cp Âiãöu kiãûn säi trong panel ténh laì: P⎡ ⎤ 1 a a ) ≥ TS hay W ≤ ⎢1 + ⎥. (1 + Tm = 2b 2TS ⎢ ⎥ b + 4ω 1 + (2ωC / W ) 2 2 2 ⎣ ⎦ Âiãöu kiãûn naìy seî âæåüc âaïp æïng nãúu choün: 1 C < CS , ∑ kiFi < WS vaì G < (WS - ∑ kiFi). = GS, Cp P⎡ ⎤ 1 ⎢1 + ⎥ våïi WS laì nghiãûm cuía phæång trçnh WS = 2TS ⎢ ⎥ 1 + (2ωC / WS ) 2 ⎣ ⎦ Våïi panel 1 m2 âàût taûi Âaì nàông, thç CS = 167 kJ/K, WSâ = 11,8 W/K, Ws=11,5W/K, 1 (WS - ∑ kiFi) = 0,0017 kg/s. GS = Cp Cäng thæïc tênh thåìi gian vaì læåüng næåïc säi: Thåìi âiãøm âaût nhiãût âäü säi tS âæåüc xaïc âënh båíi phæång trçnh t(τS) = tS hay T(τS) = tS-to = TS. Giaíi phæång trçnh T(τS) = TS cho mäùi loaûi panel, seî thu âæåüc 2 nghiãûm τS1, vaì τS2. Thåìi gian säi seî laì ∆τ = τS2 - τS1 vaì læåüng næåïc säi thu âæåüc laì GS = G∆τS. Caïc cäng thæïc tênh τS1,τS2, ∆τS, GS seî âæåc giåïi thiãûu åí baíng 3.3. Våïi panel åí trãn , âaî coï C < CS , ∑ kiFi < WS , nãúu choün G =0,001kg/s
τn τn ω b Thåìi âiãøm 9,2h 10,1h τs2= τâs2= [2π − artg [π + artg − − 4π 2ω 2π b kãút thuïc säi (2bTS − a) b2 + 4ω TS b +ω 2 2 − ar sin − ar sin ] ab a τn τn Thåìi gian 4,1h 5,6h ∆τ s= ∆τâs= [π − [π − 4π 2π säi (2bTS − a) b2 + 4ω 2 TS b2 +ω 2 − 2ar sin − 2ar sin ] ] ab a Læåüng næåïc G = Gτ n [π − 1 G = Gτ n [π − 20kg 4π 2π S âs säi 4,8kg (2bTS − a) b2 + 4ω 2 TS b2 +ω 2 − 2ar sin − 2ar sin ] ] ab a πGC pTs ∆τ s πGC pTs ∆τ âs Hiãûu suáút 26% 36% η= ηâ = EnF1τ n EnF1τ n panel o 140 C o 124 C o 120 121 C o 100 100 C = t s 80 t â(τ) o 61 C 60 ∆τs t (τ) o 46 C 40 ∆τâs o 30 C 20 τ 16 τs â 0 10 τs â τs τs 6 8 12 14 12,6 13,2 18h 2 1 2 1 Hçnh 4.10. Haìm nhiãût âäü ténh t(τ) vaì âäüng tâ(τ) cuía panel næåïc säi1m2 coï W
Caïc cäng thæïc âæa ra coï thãø duìng khi tênh thiãút kãú hoàûc kiãøm tra panel âãø gia nhiãût hay âun säi caïc cháút loíng khaïc nhau, åí vé âäü tuìy yï, æïng våïi caïc giaï trë thêch håüp cuía caïc thäng säú ρ , Cp , tS vaì En , to. 4.2.2. Bäü thu kiãøu äúng coï gæång phaín xaû daûng parabol truû 4.2.2.1. Bé thu ®Æt n»m ngang Líp kÝnh ngoµi Parabol trô ph¶n x¹ Líp kÝnh trong èng hÊp thô dÉn m«i chÊt L y C¸nh nhËn nhiÖt x2 y= p 4p x N H×nh 4.11. CÊu t¹o lo¹i module bé thu ®Æt n»m ngang Module bé thu n»m ngang cã cÊu t¹o nh− h×nh 4.11, gåm mét èng hÊp thô s¬n mµu ®en cã chÊt láng chuyÓn ®éng bªn trong, bªn ngoµi lµ hai èng thuû tinh lång vµo nhau, gi÷a hai èng thuû tinh lµ líp kh«ng khÝ hoÆc ®−îc hót ch©n kh«ng. TÊt c¶ hÖ èng hÊp thô vµ èng thuû tinh ®−îc ®Æt trªn m¸ng parabol trô, ph−¬ng tr×nh biªn d¹ng cña parabol trô lµ: x2 y= 4p Trong ®ã: p lµ kho¶ng c¸ch ®−êng tiªu ®iÓm ®Õn ®¸y parabol. Theo c¸ch bè trÝ trªn dÔ dµng thÊy r»ng tÊt c¶ thµnh phÇn vu«ng gãc cña tia bøc x¹ mÆt trêi sau khi ®Õn g−¬ng parabol th× ph¶n x¹ ®Õn t©m cña èng hÊp thô. 61
VÊn ®Ò lµ cÇn x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè kÝch th−íc c¸c bé phËn cña module bé thu vµ mèi quan hÖ gi÷a c¸c th«ng sè sao cho bé thu cã hiÖu qu¶ nhÊt vÒ mÆt hÊp thô nhiÖt vµ vÒ mÆt kinh tÕ. C¸c th«ng sè bé thu vµ c¬ së tÝnh to¸n Kh¶o s¸t mét bé thu n¨ng l−îng mÆt trêi (module) kiÓu èng cã g−¬ng parabol trô nh− h×nh 4.12. τn d2, D2, δk2, λk2 ω d1, D1, δk1, λk1 δkk, λkk ϕ(τ) to . α E(τ) d, δo, ρo, Co to t GCp d, ρ, m, Cp α α to N dd, δd, λd L H×nh 4.12. KÕt cÊu bé thu d¹ng èng cã g−¬ng ph¶n x¹ parabol trô ®Æt cè ®Þnh lo¹i ®Æt n»m ngang Bé thu gåm mét èng ®ång ë gi÷a cã ®−êng kÝnh d dµy δo, khèi l−îng riªng ρo nhiÖt dung riªng Co, hai bªn èng cã hµn thªm 2 c¸nh ®ång ph¼ng cã chiÒu dµy δc, chiÒu réng c¸nh lµ Wc, hÖ sè dÉn nhiÖt λc vµ hiÖu suÊt c¸nh fc, lµm nhiÖm vô hÊp thô n¨ng l−îng mÆt trêi víi, hÖ èng- c¸nh ®−îc s¬n phñ mét líp s¬n ®en vµ cã ®é ®en ε, bªn trong èng chøa chÊt láng cã khèi l−îng tÜnh m, l−u l−îng G[kg/s] nhiÖt dung riªng CP ch¶y liªn tôc qua bé thu. Xung quanh èng ®−îc bäc 2 èng thñy tinh cã ®−êng kÝnh d1, d2, dµy δk1, δk2 cã hÖ sè dÉn nhiÖt, hÖ sè bøc x¹ vµ hÖ sè truyÒn qua lÇn l−ît lµ λk1, λk2, ε1, ε2, D1, D2 lµm nhiÖm vô “lång kÝnh” vµ c¸ch nhiÖt. Gi÷a c¸c èng thñy tinh vµ èng ®ång lµ c¸c líp kh«ng khÝ cã hÖ sè dÉn nhiÖt lµ λkk hai ®Çu ®−îc ®Öm kÝnh b»ng hai nót cao su dµy δd cã ®−êng kÝnh dd vµ hÖ sè dÉn nhiÖt λd. HÖ sè táa nhiÖt tõ èng thñy tinh ngoµi ®Õn kh«ng khÝ cã nhiÖt ®é to lµ α. PhÝa d−íi hÖ èng cã mÆt ph¶n x¹ d¹ng parabol trô víi hÖ sè ph¶n x¹ R víi diÖn tÝch thu n¾ng Fo= N.L. Bé thu ®−îc ®Æt sao cho mÆt ph¶n x¹ cña parabol h−íng vÒ phÝa mÆt trêi (trôc cña hÖ èng song song víi mÆt ph¼ng quü ®¹o cña mÆt trêi). 62