Năng lượng mới tái tạo nhiệt mặt trời - ĐHBKHN

NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
Nhiệt mặt trời
Hình học bức xạ mặt trời
1. Góc vĩ tuyến ϕ
2. Góc nghiêng β
3. Góc ngày δ
4. Góc giờ ω
5. Góc tới θ
6. Góc Zenit θ
z
7. Góc lệch Azimuth γ
8. Góc Azimuth Mặt trời γ
s
Hình học bức xạ mặt trời
Góc vĩ tuyến ϕ (vĩđộ) tại
một địa điểm nào đó là góc
bán kính của QuảĐất đi
qua điểm đó và hình chiếu
của nó trên mặt phẳng xích
đạo của QuảĐất.
-90
o
< ϕ < 90
o
Hình học bức xạ mặt trời
Góc nghiêng β là góc tạo bởi bộ thu (tấm thu nhiệt
hoặc panel pin mặt trời) với mặt phẳng nằm ngang.
Thông thường β = ϕ +10
Hình học bức xạ mặt trời
Góc ngày δ là góc giữa
đường nối tâm Mặt Trời và

QuảĐất với hình chiếu của
nó trên mặt phẳng xích đạo
-23,45
o
< δ < 23,45
o
nlàsố ngày tính từ ngày 1/1.
Hình học bức xạ mặt trời
Hình học bức xạ mặt trời
21/9 21/12 21/3 21/6 21/9
30
0
-30
Vi d?
Hình học bức xạ mặt trời
Hình học bức xạ mặt trời
Góc giờ ω là góc xác định vị trí Mặt Trời trên bầu
trời tại thời điểm quan sát. ω có giá tri dương vào
buổi sáng, âm vào buổi chiều. Tại12htrưa ω = 0,
1giờ lệch tương đương 15
o
-90
o
< ω <90
o
Hình học bức xạ mặt trời
Góc tới θ là góc tạo bởi tia tới (tia trực xạ) và pháp
tuyến của mặt phẳng nghiêng
Hình học bức xạ mặt trời
Góc Zenit θ

z
góc tạo bởi tia tới (tia trực xạ)vàpháp
tuyến của mặt phẳng ngang
Hình học bức xạ mặt trời
Góc lệch Azimuth γ là góc tạo bởi hình chiếu của pháp tuyến mặt phẳng
nghiêng trên mặt phẳng ngang và hướng Nam. γ nhận giá trị âm nếu hình
chiếu nằm bên trái hướng Nam, nhận giá trị dương nếu hình chiếu nằm
bên phải hướng Nam
-180
o
< γ < 180
o
Hình học bức xạ mặt trời
Góc Azimuth Mặt trời γ
s
góc tạo bởi hình chiếu của tia
tới (tia trực xạ) trên mặt phẳng ngang và hướng Nam
Hình học bức xạ mặt trời
Tính toán thông số hình học
bức xạ mặt trời
Cách tính góc tới bộ thu BXMT
(1) cosθ = sinϕ(sinδcosβ +cosδcosγcosωsinβ)
+ cosϕ(cosδcosωcosβ - sinδcosγsinβ)
+cosδsinγsinωsinβ
(2) cosθ= cosθ
z
cosβ + sinθ
z
sinβcos(γ
s

-γ)
Tính toán thông số hình học
bức xạ mặt trời
cosθ = sinϕ(sinδcosβ +cosδcosγcosωsinβ)
+ cosϕ(cosδcosωcosβ -sinδcosγsinβ)
+cosδsinγsinωsinβ
Mặt phẳng thu thẳng đứng β = 90
o
,cosβ = 0, sinβ = 1
cosθ = sinϕcosδcosγcosω -cosϕsinδcosγ +cosδsinγsinω
Mặt phẳng thu nằm ngang β = 0
o
,cosβ = 1, sinβ = 0
Pháp tuyến của mặt phẳng ngang trùng với pháp tuyến của
mặt phẳng nghiêng θ=θ
z
cosθ =cosθ
z
= sinϕsinδ +cosϕcosδcosω
Tính toán thông số hình học
bức xạ mặt trời
cosθ = sinϕ(sinδcosβ +cosδcosγcosωsinβ)
+ cosϕ(cosδcosωcosβ -sinδcosγsinβ)
+cosδsinγsinωsinβ
Mặt phẳng quan sát hướng chính Nam, γ = 0
o
,cosγ = 1, sinγ = 0
cosθ = sinϕ(sinδcosβ +cosδcosωsinβ) + cosϕ(cosδcosωcosβ -sinδsinβ)
= sinδ sin(ϕ-β) + cosδcosωcos(ϕ-β)
Mặt phẳng thu thẳng đứng β = 90

o
,hướng Nam
cosθ = sinϕcosδcosω -cosϕsinδ
Hệ số chuyển đổi năng lượng
từ mặt phẳng ngang sang mặt
phẳng nghiêng
Hệ số nghiêng đối với tia trực xạ
R
b
=
là tỷ số giữa dòng năng lượng trực xạ tới trên mặt phẳng thu và dòng
năng lượng trực xạ tới trên mặt phẳng ngang.
Bộ thu thường đặt thẳng góc hướng Nam
R
b
= [sinδ sin(ϕ-β) + cosδcosωcos(ϕ-β)] / [sinϕsinδ +cosϕcosδcosω]
z
θ
θ
cos
cos
Hệ số chuyển đổi năng
lượng từ mặt phẳng ngang
sang mặt phẳng nghiêng
Hệ số nghiêng đối với tia nhiễu xạ
R
d
= (1 + cosβ)
Hệ số nghiêng đối với tia phản xạ
R

r
= (1 - cosβ)ρ
ρ là hệ số phản xạ, thông thường ρ = 0,2
2
1
2
1
Năng lượng mặt trời tới bộ thu
Năng lượng tới trên mặt phẳng nghiêng I
g
= I
b
+ I
d
Mật độ dòng năng lượng của thành phần trực xạ I
b
(kJ/m
2
h)
Mật độ dòng năng lượng của thành phần nhiễu xạ I
d
(kJ/m
2
h)
Năng lượng tới trên mặt phẳng nghiêng I
T
I
T
=I
b

R
b
+I
d
R
d
+ (I
b
+I
d
)R
r
Tính toán thông số hình học bức xạ mặt trời
1
θ
E
R
E
O
N
E
a
E
τ
ρ hệ số phản xạ
τ hệ số truyềnqua
α hệ số hấp thụ
1
θ
E

R
E
O
N
I
2
θ
n
1
n
2
2
1
1
2
2
1
sin
sin
n
n
=
θ
θ
(
)
()
(
)
()

⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+
−
+
+
−
=
12
2
12
2
12
2
12
2
sin
sin
2
1
θθ
θθ
θθ
θθ
ρ
tg

tg
2
21
21
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
−
=
nn
nn
ρ
Hệ số truyền qua của kính có kểđến phản xạ
()
2
1
ρ
ρ
−
(
)
1
ρ
−

ρ
(
)
2
1
ρ
−
(
)
2
2
1
ρ
ρ
−
(
)
2
4
1
ρ
ρ
−
1
I
1
I
2
I
3

Hệ số truyền qua có kểđến phản xạ khi qua 1 lớp kính
()
ρ
ρ
ρρτ
+
−
=−=
∑
∞
=
1
1
1
0
2
2
n
n
r
Hệ số truyền qua có kểđến phản xạ khi qua N lớp kính
()
ρ
ρ
τ
121
1
−+
−
=

N
rN
Hệ số truyền qua của kính có kểđến hấp thụ
Hệ số truyền qua có kểđến hấp thụ khi qua 1 lớp kính
Hệ số truyền qua có kểđến hấp thụ khi qua N lớp kính
E
O
E
τ
E
xol
x
kl
e
E
E
−
==
0
τ
α
τ
Nkl
e
N
−
−+
−
=
ρ

ρ
τ
)12(1
1
kl
r
e
−
+
−
==
ρ
ρ
τττ
α
1
1
.
Năng lượng đến tấm hấp thụ sau khi truyền qua kính
1
τ
Tia tíi
TÊm kÝnh
TÊm hÊp thô
τα
(
)
1
d
τ

ααρ
−
(
)
2
2
1
d
τ
ααρ
−
()
d
n
d
n
n
ρα
τα
ρατατα
)1(1
1)(
0
−−
=−=
∑
∞
=