Nltt baigiang2

408004
Năng lượng tái tạo
Giảng viên: TS. Nguyễn Quang Nam
2013 – 2014, HK1

/>
Bài giảng 2

1


Ch. 2: Năng lượng mặt trời
2.1. Nguồn năng lượng mặt trời
 Phổ mặt trời
 Quỹ đạo trái đất
 Góc chiếu của mặt trời vào giữa trưa
 Vị trí mặt trời theo giờ trong ngày
 Phân tích bóng che dùng sơ đồ hướng mặt trời
 Tính giờ mặt trời theo múi giờ
 Mặt trời mọc và lặn
Bài giảng 2

2


Tài nguyên mặt trời
 Để tìm hiểu năng lượng mặt trời, cần tìm hiểu về mặt
trời
 Cần biết có bao nhiêu năng lượng ánh sáng
 Có thể dự đốn vị trí mặt trời ở thời điểm bất kỳ
 Bức xạ (insolation: incident solar radiation)

 Muốn xác định bức xạ trung bình mỗi ngày ở một vị trí
 Muốn có thể chọn vị trí và góc nghiêng hiệu quả cho
các tấm pin mặt trời
Bài giảng 2

3


Mặt trời và bức xạ vật đen
 Mặt trời: đường kính 1,4x 106 km, cơng suất bức xạ
3,8.1020 MW
 Vật đen
 Vừa là vật phát xạ lý tưởng, vừa là vật hấp thụ lý
tưởng
 Phát xạ lý tưởng: phát xạ nhiều năng lượng hơn
vật thể thực ở cùng nhiệt độ
 Hấp thụ lý tưởng: hấp thụ tồn bộ, khơng phản xạ
Bài giảng 2

4


Định luật Planck
 Các bước sóng phát ra bởi vật đen phụ thuộc vào
nhiệt độ của nó:
8

3,74 10
E 
14400



5
T
 e
 1



  = bước sóng (m)

 E = cơng suất phát ra trên đơn vị diện tích (W/m2-m)
 T = nhiệt độ tuyệt đối của vật thể (K)
Bài giảng 2

5


Phổ điện từ
 Ánh sáng thấy được có bước sóng nằm giữa 0,4 và
0,7 m, tử ngoại ngắn hơn, hồng ngoại dài hơn.

Bài giảng 2

6


Phổ của vật đen 15 C (288 K)
 Diện tích dưới đường cong = tổng công suất bức xạ

Bài giảng 2

7


Định luật Stefan-Boltzmann
 Tổng công suất bức xạ theo định luật bức xạ Stefan Boltzmann:

E  AT

4

 E = tổng công suất bức xạ (W)
  = hằng số Stefan-Boltzmann = 5,67.10-8 W/m2-K4
 T = nhiệt độ tuyệt đối của vật thể (K)
 A = diện tích bề mặt vật đen (m2)
Bài giảng 2

8


Nguyên lý dịch chuyển Wien
 Bước sóng tại đó phổ bức xạ đạt cực đại:

max

2898

T

 T = nhiệt độ tuyệt đối (K)
  = bước sóng (m)
 max = 0,5 m đối với mặt trời, 5800 K
 max = 10,1 m với trái đất (xem như vật đen), 288 K
Bài giảng 2

9


Phổ mặt trời bên ngồi khí quyển

Bài giảng 2

10


Tỷ số khối lượng khơng khí

 h1 = chiều dài đường đi khi thẳng góc
 h2 = chiều dài đường đi ở góc bất kỳ
  = góc cao độ của tia sáng mặt trời
Bài giảng 2

11


Phổ mặt trời trên bề mặt trái đất

 m sẽ tăng khi mặt trời xuất hiện thấp hơn. Phổ màu
xanh bị hao hụt nhiều đối với giá trị m cao, vì vậy mặt

trời có vẻ đỏ hơn khi mọc và lặn.
Bài giảng 2

12


Quỹ đạo trái đất
 Trong một ngày, trái đất quay 360,99
 Trái đất quét thành mặt phẳng elip khi di chuyển
 Trục trái đất nghiêng 23,45
 Điểm xuân phân, thuphân – ngày bằng đêm, xảy ra
vào 21 tháng ba, và 21 tháng chín.
 Đơng chí – Bắc cực nghiêng xa nhất so với mặt trời
 Hạ chí – Bắc cực nghiêng gần nhất so với mặt trời
Bài giảng 2

13


Quỹ đạo trái đất

 Với các ứng dụng điện mặt trời, chúng ta xem quỹ đạo của
trái đất là không đổi.

Bài giảng 2

14


Góc suy giảm

 Góc suy giảm  – góc tạo bởi mặt phẳng xích đạo và
đường thẳng nối tâm mặt trời và tâm trái đất.
  thay đổi giữa 23,45
 Giả sử biến thiên hình sin, một năm có 365 ngày, và
n=81 ứng với xuân phân, có thể xấp xỉ  theo

 360

n  81
 23,45 sin 
 365

Bài giảng 2

15


Vị trí của mặt trời trên bầu trời
 Một cách nhìn khác

 Dự đốn vị trí của mặt trời vào thời điểm bất kỳ
 Chọn góc nghiêng tốt nhất cho các tấm PV
Bài giảng 2

16


Đứng bóng và góc nghiêng của bộ thu
 Đứng bóng – mặt trời
nằm ngay trên kinh

tuyến địa phương
 Quy tắc vàng cho bắc
bán cầu – bộ thu hướng
về chính nam nghiêng 1
góc bằng vĩ độ.
 Khi đứng bóng, tia sáng mặt trời đập vng góc vào
bề mặt bộ thu.
Bài giảng 2

17


Góc cao độ N khi đứng bóng
 Góc cao độ khi đứng bóng N – góc giữa mặt trời và
chân trời địa phương.
N = 90 – L + 
 Thiên đỉnh (zenith) –
trục thẳng đứng tại
điểm đang xét.

Bài giảng 2

18


Ví dụ 7.2 – Góc nghiêng của module PV
 Tìm góc nghiêng tối ưu cho module PV hướng về phía
nam nằm ở Tp. HCM (vĩ độ 10,97) khi đứng bóng vào
ngày 01 tháng ba.
 Từ bảng 7.1, ngày 01/3 có chỉ số ngày là 60.

 Tính ra góc suy giảm  = - 8,3
 Góc cao độ là N = 90 – 10,97 – 8,3 = 70,73
 Để tia sáng mặt trời vng góc với tấm PV, cần nghiêng
một góc = 90 – 70,73 = 19,27
 Cách tính nhanh hơn?
Bài giảng 2

19


Vị trí của mặt trời trong ngày
 Vị trí được mơ tả theo góc cao độ  và góc phương vị
của mặt trời s.
  và s phụ thuộc vào vĩ độ, chỉ số ngày, và thời điểm.
 Quy ước góc phương vị (s)
- dương vào buổi sáng khi mặt trời ở hướng đông
- âm vào buổi tối khi mặt trời ở hướng tây
- phương tham chiếu (cho bắc bán cầu) là chính nam
 Góc giờ lấy tham chiếu là đứng bóng
Bài giảng 2

20