Đề Thi Môn Năng Lượng Tái Tạo Đại Học Bách Khoa

ĐỀ THI HỌC KỲ 1, NĂM HỌC 2014-2015.
MÔN THI: NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO. Thời gian: 90 phút.
Sinh viên được phép sử dụng tài liệu riêng và chọn nội dung để thực hiện. Thang điểm 10.
Câu 1. Cho 1 tấm pin mặt trời có 72 tế bào ghép nối tiếp, 1,26m2, có thông số ở điều kiện tiêu
chuẩn (STC: 1 kW/m2, 25 C, AM1,5) như sau:
Công suất cực đại (Pmax)
175 W
Điện áp ở Pmax (Vmpp)
35,7
V
Dòng điện ở Pmax (Impp)
4,9
A
Dòng điện ngắn mạch (Isc)
5,4
A
Điện áp hở mạch (Voc)
44
V
Hệ số nhiệt của Isc
0,065 %/ oC
Hệ số nhiệt của Voc
-160 mV/oC
Hệ số nhiệt của Pmax
-0,5 %/ oC
NOCT
47
C
Tấm pin trên được lắp đặt ở khu vực có số giờ nắng đỉnh trung bình là 5 giờ/ngày, nhiệt độ
trung bình ngoài trời là 27oC.
Lúc giữa trưa, độ rọi trực diện lên mặt trời là 1-sun (1kW/m2), nhiệt độ môi trường là 27oC:

a) Tính nhiệt độ, điện áp hở mạch, dòng điện ngắn mạch, công suất cực đại của tấm pin? (1 đ)
b) Tính điện năng (kWh) mà tấm pin có thể thu được trong một ngày, và trong một năm? (1 đ)
Loại pin trên được sử dụng cho một hệ điện mặt trời độc lập của một gia đình tiêu thụ 5 kWh/đêm
từ 18:00 đến 23:00, dùng điện áp 220Vac. Biết inverter có hiệu suất trung bình 85%, bộ sạc có
hiệu suất trung bình 95%, acquy có hiệu suất năng lượng 75%, hiệu cuất Coulomb 90%.
c) Tính chọn mức điện áp DC và dung lượng acquy để tích điện đủ dùng cho 1 đêm?
(1 đ)
d) Tính công suất, số lượng tấm pin mặt trời, cách ghép nối và diện tích lắp đặt?
(1 đ)
Câu 2. Trên cánh đồng lúa ở cao độ 100m so với mặt biển, khi khảo sát năng lượng gió ở độ cao
65m so với mặt đất, tốc độ gió trung bình là 6,9m/s, phân bố theo hàm Reyleigh. Tại vị trí này
lắp đặt một turbine gió có đường kính cánh quạt 77m, ở độ cao 85m so với mặt đất, máy phát
điện 1,5MW. Khi nhiệt độ môi trường là 30oC:
a) Tính tỷ trọng không khí và tốc độ gió trung bình ở độ cao lắp turbine? Tính công suất đón gió
trung bình của turbine?
(1,5 đ)
b) Biết turbine có vận tốc gió vào là 4m/s, vận tốc cắt thoát là 22m/s. Tính tổng thời gian mà
turbine không phát điện phát điện trong 1 năm do vận tốc gió quá thấp hoặc quá cao? (1,5 đ)
c) Tính hệ số khả năng CF? Tính điện năng turbine gió phát lên lưới điện trong một năm?(1,5 đ)
d) Nếu phải thay mới máy phát điện, đề nghị chọn lại số khả năng CF và công suất máy phát
điện? Tính lại điện năng turbine gió phát lên lưới điện trong một năm?
(1,5 đ)
Câu 3. Cho một bộ pin nhiên liệu gồm 5 tế bào ghép nối tiếp, dùng nhiên liệu khí hydro phản ứng
với oxy tạo thành nước ở thể lỏng ở điều kiện tiêu chuẩn (1 atm, 25oC). Cho biết lưu lượng khí
hydro cung cấp cho pin nhiêu liệu là 100 lít/giờ. Giả sử khí hydro được hấp thu để chuyển đổi
giải phóng electron hoàn toàn.
a) Tính dòng điện, và công suất lý thuyết cực đại của bộ pin?
(1 đ)
b) Giả sử hiệu suất thực của bộ pin chỉ bằng 60% hiệu suất lý thuyết:
i. Tính công suất và điện áp thực của bộ pin?

(1 đ)
ii. Tính lượng điện năng (kWh) được tạo ra từ 1 kg hydro?
(1 đ)
---------------------------------------------------CuuDuongThanCong.com

--------------------------------------------------- />

Người ra đề .

Trần Công Binh

CuuDuongThanCong.com

/>

Đáp án:
Câu 1.
a) Tcell_a = 62.500000 [oC]
a) Voc_a = 35.056250 [V]
a) Isc_a = 9.855650 [A]
a) Pm_a = 232.750000 [W]
b) E_1ngay = 1.047375 [kWh/ngay]
b) E_1nam = 382.291875 [kWh/nam]
Câu 2.
Kieu My: alfa=0.1: Smooth hard ground, calm
water__________
a) Vavg_85 = 6.882169 [m/s]
b) ro = 1.151461 [kg/m3]
a)
a)

b)
c)

c)
c)
d)
d)
d)

n_c = 10.491955 [tam]==> chon 11 [tam pin]
A_c = 18.700000 [m2]
Pm_d = 3.080000 [W]
Voc_d = 434.500000 [V]
Isc_d = 9.710000 [A]

c) Pavg = 1.669045 [MW]
d) CF = 0.345755
d) E = 4.543220 [GWh]

Câu 3.
HHV = 726.400000 [kJ/mol] = 22700.000000 [kJ/kg]
Eff_max = 0.966565 [%]
Pmax = 6.097222 [kW]
Wer = 3.658333 [kWh/kg]

Đáp án:
a) Tính hiệu suất lý thuyết cực đại của pin nhiên liệu trên? Giả sử hiệu suất thực của pin bằng
50% hiệu suất lý thuyết, tính lượng điện năng được tạo ra từ 1 kg hydro?
(1đ)

o

H
So
Go

H2 (khí)
0
0,13
0

+

½ O2 (khí)
½.0
½.0,205
½.0

H2O (lỏng)
-285,8
0,0699
-237,2

kJ/mol
kJ/mol-K
kJ/mol

H = -285,8 kJ/mol
HHV=| H| =285,8 kJ/mol hydro =285,8 kJ/2g hydro =142 900 kJ/kg hydro.
S = 0,13 + ½.0,205 – 0,0699 = 0,1626 kJ/mol-K

Qmin = T. S = (273,15+25) * 0,1626 = 48,4792 kJ/mol hydro = 24240 kJ/kg hydro.
Tính hiệu suất lý thuyết cực đại:
Cách 1:
max = 1 - Qmin / HHV = 1- 48,4792 / 285,8 = 0,83 = 83%
Cách 2:
G = -237,2 kJ/mol hydro.
max = G / H = 237,2 / 285,8 = 0,8300 = 83%
Hiệu suất lý thuyết cực đại là 83%.
We = | G| = HHV – Qmin = 237,2 kJ/mol hydro.
Hiệu suất thực của pin sẽ là r = 0,5 * 0,83 = 0,415
Vậy Wer = 0,5 * | G| = 0,5 * 237,2 kJ/mol = 118,6 kJ/mol hydro = 118,6 (kW.s)/(2g hydro)
Hay
Lượng điện năng được tạo ra từ 1 kg hydro là 16,47 kWh.
CuuDuongThanCong.com

/>

b) Cho biết pin nhiêu liệu tiêu thụ 2 lit khí hydro trong một giờ. Tính dòng điện, công suất lý
thuyết cực đại?
(1đ)
Dòng điện:
Công suất lý thuyết:
c) Giả sử hiệu suất thực của pin ở câu c bằng 60% hiệu suất lý thuyết, khí hydro được chuyển đổi
giải phóng electron hoàn toàn, tính công suất và điện áp thực của pin. Giả sử mật độ dòng điện
qua màng lọc của mỗi tế bào là 0,45A/cm2. Tính diện tích màng lọc của pin?
(1đ)
Công suất thực:
Khí hydro được chuyển đổi giải phóng electron hoàn toàn nên dòng điện qua pin không thay đổi:
I=
Điện áp thực:

Diện tích màn lọc:

Câu 1.
% Lop NLTT 2014_KCQ, thi HK
% Cau 1
% Matlab tinh goc theo rad!
clc
clear all
do_rad=pi/180
rad_do=180/pi
Tamb= 30 % nhiet do moi truong, oC
S = 1 % sun
% PV panel
ncell=60 % cells
A=1.7 % m2
Pm=280 % W
Vm=31.2 % V
Im=9.07 % A
Voc=39.5 % V
Isc=9.71 % A
NOCT=46 % oC
TCIsc=0.04 % %
TCVoc=-0.30 % %
TCPm=-0.45 % %
hd = 4.5 % 4,5 gio nang dinh /ngay
S = 1 % 1 sun = 1kW/m2
HS = 0.90 % Hieu suat
Ett = 10000 % Nang luong tieu thu 10-kWh/ngay
disp('Cau a_________________')
Tcell=Tamb+(NOCT-20)/0.8*S

Voc_a=Voc*(1+TCVoc/100*(Tcell-25))
Isc_a=Isc*(1+TCIsc/100*(Tcell-25))
Pm_a=Pm*(1+TCPm/100*(Tcell-25))

E_1ngay=Pm_a*hd
E_1nam=E_1ngay*365 % 365 ngay/nam
disp('Cau c_________________')
E_1ngay_c=E_1ngay*HS % nang luong tu 1 tam pin/ngay
n_c=Ett / E_1ngay_c
n_c1=ceil(n_c)
A_c=n_c1*A
disp('Cau d_________________')
Pm_d=Pm*n_c1
Voc_d=Voc*n_c1 % Mac noi tiep
Isc_d=Isc % Mac noi tiep

disp('Ket qua _______________________')
TEXT = sprintf('a) Tcell_a = %f [oC]', Tcell); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('a) Voc_a = %f [V]', Voc_a); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('a) Isc_a = %f [A]', Isc_a); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('a) Pm_a = %f [W]', Pm_a); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('b) E_1ngay = %f [kWh/ngay]',
E_1ngay/1000); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('b) E_1nam = %f [kWh/nam]',
E_1nam/1000); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('c) n_c = %f [pin]==> chon %f [tam pin]',
n_c, n_c1); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('c) A_c = %f [m2]', A_c); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('d) Pm_d = %f [kW]', Pm_d/1000);
disp(TEXT)

TEXT = sprintf('d) Voc_d = %f [V]', Voc_d); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('d) Isc_d = %f [A]', Isc_d); disp(TEXT)

disp('Cau b_________________')

Câu 2.
% Lop NLTT 2014-KCQ
% Cau 2_NL Gio
CuuDuongThanCong.com

% Matlab tinh goc theo rad!
clc
/>

clear all
H=15 % Cao do mat bang lap dat 15m
H0=65 % Cao do khao sat
Vavg_65=6.7 % [m/s]
H1=85 % Cao do lap dat
D=77 % Duong kinh
Pr=1.5e6 % 1.5MW
Tabm=30 % [oC]
R=8.2056e-5 % [m3.atm/(K.mol)]
T=273+Tabm % [oK]
MW=28.97 % air=28.97g/mol
Po=1 % atm
disp('Kieu My ____________________________')
% Cau a
alfa1=0.1 % Mat dat bang phang
Vavg_85 = Vavg_65*(H1/H0)^alfa1

% Cau b
% Cach 1------------------P=Po*exp(-1.185e-4*(H+H1))
ro=P*MW*1e-3/R/T

% Cach 2------------------%KT=0.95 % Nhiet do 30oC
%KA=(1+0.977)/2 % Do cao 15+85 = 100m
%ro=1.225*KT*KA

% Cau c
A=pi*D^2/4
Pavg=6/pi*1/2*ro*A*Vavg_85^3
% Cau d
CF=0.087*Vavg_85-(Pr/1000)/(D^2)
E=Pr*CF*8760
disp('Ket qua ________________')
disp('Kieu My: alfa=0.1: Smooth hard ground, calm
water__________')
TEXT = sprintf('a) Vavg_85 = %f [m/s]', Vavg_85); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('b) ro = %f [kg/m3]', ro); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('c) Pavg = %f [MW]', Pavg/1e6); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('d) CF = %f ', CF); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('d) E = %f [GWh]', E/1e9); disp(TEXT)

Câu 3.
% Lop NLTT 2014-KCQ, thi HK
% Cau 3_Fuel cell
% Matlab tinh goc theo rad!
clc
clear all
T=273+25 %[oK]

disp('___________________ Cau a')
%CH3OH + 3/2*O2 -> CO2 + 2H2O (long)
%-238.7 3/2*0 -393.5 2*(-285.8)
delta_H = 2*(-285.8) + (-393.5) + 238.7 -3/2*0 %[kJ/mol
CH3OH]
HHV_mol=abs(delta_H)
MW = 12 + 4 + 16 %[g]
HHV_kg=HHV_mol/MW*1000 %[kJ/kg]
% Cach 1---------------------%CH3OH + 3/2*O2 -> CO2 + 2H2O (long)
%0.1268 3/2*0.205 0.213 2*0.0699
delta_S=0.1268+3/2*0.205-0.213-2*0.0699 %[kJ/mol-K]
Qmin=T*delta_S %[kJ/mol]
H=HHV_mol
Eff_max =1-Qmin/H

CuuDuongThanCong.com

% Cach 2---------------------%CH3OH + 3/2*O2 -> CO2 + 2H2O (long)
%-166.4 3/2*0 -394.4 2*(-237.2)
delta_G=-394.4+2*(-237.2) + 166.4 - 3/2*0 %[kJ/mol]
We=H-Qmin %[kJ/mol]
We=abs(delta_G) %[kJ/mol]
Eff_max2=We/H
disp('___________________ Cau b')
P_max=We*1000/MW*1/3600 %[kW]
disp('___________________ Cau c')
% Cach 1---------------------We_c = 0.6 * We %[kJ/mol]
Wer = We_c/3600*1000/MW %[kWh/kg]
% Cach 2---------------------Wer2 = 0.6 * P_max * 1 %[kWh/kg]
disp('Ket qua ___________________')

TEXT = sprintf('a) HHV = %f [kJ/mol] = %f [kJ/kg]',
HHV_mol, HHV_kg); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('a) Eff_max = %f [%%]', Eff_max);
disp(TEXT)
TEXT = sprintf('a) Eff_max2 = %f [%%]', Eff_max2);
disp(TEXT)
TEXT = sprintf('b) Pmax = %f [kW]', P_max); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('c) Wer = %f [kWh/kg]', Wer); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('c) Wer2 = %f [kWh/kg]', Wer2);
disp(TEXT)

/>

ĐỀ THI Năng Lượng Tái Tạo (Lớp DD2012KSKT)- 24.12.2015
Thời gian 90 phút. SV được phép sử dụng tài liệu.
Sinh viên giải câu 1c/ và 1d/ trực tiếp lên đề thi và nộp kèm với bài làm.
Họ và tên
MSSV
PHẦN 1 - BẮT BUỘC:
Câu 1. Mạch tương đương (đầy đủ) của một tế bào quang điện (PV cell) được cho
trên Hình 1. Hình 2 và Hình 3 là các quan hệ I(V) của tế bào trên, ứng với bức xạ mặt
trời 1000 W/m2.

Hình 1

Hình 2 tương ứng với điều kiện mạch tương đương của tế bào có điện trở nối tiếp
Rs=0, đường nhạt nét khi điện trở song song Rp = ∞, đường đậm nét khi Rp ≠ ∞.

Hình 2

Hình 3 tương ứng với điều kiện mạch tương đương có Rp = ∞, đường nhạt nét khi
Rs=0, đường đậm nét khi Rs ≠ 0.

Hình 3
1/4
CuuDuongThanCong.com

/>

a/. Từ Hình 2, hãy tính giá trị Rp?
(1đ)
b/. Từ Hình 3, hãy tính giá trị Rs?
(1đ)
c/. Giải thích cách vẽ và vẽ lên Hình 4 mối quan hệ I(V) khi mạch tương đương có kể
đến cả Rp và Rs từ những giá trị tính trong câu a/ và b/?
(1đ)

Hình 4

d/. Hai tế bào quang điện #1 và #2 có mạch tương đương đầy đủ như trên Hình 1 với
Rs = 0 và Rp = ∞ được mắc nối tiếp với nhau. Trong điều kiện tế bào #1 được
chiếu nắng với bức xạ 1000 W/m2, trong khi tế bào #2 với bức xạ 500 W/m2: giải
thích cách vẽ và vẽ lên Hình 5 mối quan hệ I(V) của hệ thống gồm 2 tế bào #1 và
#2 nối tiếp; và chỉ ra điểm công suất cực đại trên hình vẽ?
(1đ)

Hình 5

2/4
CuuDuongThanCong.com

/>

Câu 2. Giả sử tại một địa điểm đặt các máy phát điện gió có phân bố gió theo phân bố
Rayleigh, với vận tốc trung bình Vtb là 8 m/s. Hãy tính:
a/. Bao nhiêu giờ trong năm mà gió thổi với vận tốc nhỏ hơn vận tốc gió định mức VR
(rated wind speed) 11 m/s?
(1đ)
b/. Bao nhiêu giờ trong năm mà gió thổi với vận tốc lớn hơn vận tốc gió cắt thoát VF
(cut-out wind speed) 23 m/s?
(1đ)
c/. Giả sử turbine gió 1000 kW có đường kính cánh quạt gió là 60 m được lắp đặt tại
vị trí trên. Đường cong quan hệ công suất phát P (kW) theo vận tốc gió được cho
trên Hình 6. Hãy tính năng lượng kWh trong 1 năm sản xuất bởi máy phát gió
trên, khi vận tốc gió thay đổi trong khoảng từ 11 m/s đến 23 m/s?
(1đ)
2
d/. Sử dụng mối quan hệ sau CF = 0.087 Vtb- (Pđm/D ), hãy ước tính năng lượng
kWh sản xuất được trong một năm?
(1đ)
Với CF: hệ số khả dụng (capacity factor), Vtb: vận tốc trung bình [m/s], Pđm:
công suất định mức [kW], D: đường kính cánh quạt [m].

Hình 6

Ghi chú trên Hình 6:
- Cut in windspeed: vận tốc gió khởi động.
- Cut out (furling) windspeed: vận tốc gió cắt thoát.
- Power delivered: công suất phát.
- Rated power: công suất định mức.

- Shedding the wind: sa thải (công suất) gió.
PHẦN 2 – TỰ CHỌN (sinh viên chọn 1 trong 2: câu 3 hoặc câu 4):
Câu 3.
Một dòng suối cung cấp nước cho một máy phát thủy điện nhỏ với lưu lượng 756
lít/phút qua một ống dẫn nước bằng nhựa PVC dài 240 m đến một turbine nằm thấp
dưới 30 m so với dòng suối. Cho rằng tổn thất cột áp do ma sát trong ống dẫn là khá
lớn.
a/. Tính đường kính trong của ống dẫn để sao cho vận tốc dòng nước trong ống là
dưới 1.5 m/s? và sau đó chọn đường kính ống dẫn PVC theo tiêu chuẩn có sẵn (với
mức tăng đường kính là 1-inch: 2-inch/ 5 cm, 3-inch/ 7.5 cm, 4-inch/ 10 cm; …)?
(1đ)

3/4
CuuDuongThanCong.com

/>

b/. Cho rằng hệ thống turbine+ máy phát có hiệu suất 40%, tính năng lượng điện sản
xuất (kW/tháng) trong một tháng 30 ngày?
(1đ)
Chú ý:
- lưu lượng nước trên trục ngang [0-400] được cho theo gallons/phút, và cần
nhân cho 3.78 lít để có lưu lượng nước tính bằng lít/phút
- tổn thất cột áp trên trục đứng [0-24] được cho theo feet ứng với mỗi 100 feet ống
dẫn, và cần nhân cho 0.3 m để có tổn thất cột áp tính bằng m, ứng với mỗi 30 mét
ống dẫn.
tổn thất cột áp (feet/100 feet ống dẫn)

lưu lượng nước (gallons/ phút)
Câu 4.

Ở điều kiện tiêu chuẩn (STP: 1 atm, 25oC), pin nhiên liệu PEMFC dùng nhiên liệu
hydro (H2) phản ứng với oxi tạo ra nước ở thể lỏng. Giả sử khí hydro được chuyển
đổi giải phóng electron hoàn toàn.
Khi một tế bào pin nhiên liệu tiêu thụ 60 lit hydro trong một giờ:
a) Tính điện năng (kWh) tối đa tạo ra trong một giờ?
(1đ)
b) Tính dòng điện, công suất và điện áp thực của tế bào? Biết hiệu suất thực của pin
bằng 70% hiệu suất lý tưởng.
(1đ)
----------------------------------------------------

----------------------------------------------------

Bộ môn Thiết Bị Điện
Duyệt

4/4
CuuDuongThanCong.com

/>

Câu 1. Ở một địa điểm được khảo sát, người ta đo được phân bố vận tốc gió như trong bảng, tại độ
cao 10 m. Người ta dự kiến sẽ đặt một tuabin gió trục ngang với độ cao tâm trục là 50 m. Giả sử hệ
số ma sát của bề mặt khu vực lắp đặt là = 0,15, và khối lượng riêng của không khí tại độ cao tâm
trục là 1,22 kg/m3.
a) Tính vận tốc gió trung bình (thống kê) và công suất gió trên đơn vị diện tích trung bình (thống
kê) tại độ cao tâm trục.
b) Tính mật độ năng lượng gió (trên đơn vị diện tích) sẽ nhận được mỗi năm.
c) Nếu sử dụng một tuabin gió trục ngang có đường kính rôto là 55,6 m, hiệu suất chuyển đổi cơ –
điện là 30%, vận tốc gió vào là 5 m/s, vận tốc định mức là 15 m/s, và vận tốc cắt thoát là 25 m/s.

Tính công suất định mức của máy phát điện và tổng thời gian mà tuabin gió này phát điện ở công
suất định mức trong 1 năm. Biết rằng vận tốc gió được phân bố như trên.
d) Tính tổng điện năng mà tuabin sản xuất ra trong 1 năm, và hệ số sử dụng (CF) tương ứng.
Câu 2. Giả sử một bộ pin nhiên liệu 2 MW có điểm làm việc của mỗi cell là 0,6 V và 0,4 A/cm2.
a) Cần tổng diện tích cell bằng bao nhiêu?
b) Nếu mỗi cell có diện tích 1 m2 và có 280 cell trên mỗi dãy, sẽ cần bao nhiêu dãy để tạo ra bộ pin
2 MW này?
Bài giải:
Câu 1.
a) Quy đổi vận tốc gió tại 10 m về vận tốc gió tại 50 m, tính vận tốc gió trung bình (xem bảng tính
Excel), thu được kết quả v50(avg) = 10,17 m/s.
Với diện tích = 1 m2, và khối lượng riêng của không khí đã cho, tính được công suất gió ứng với
các giá trị khác nhau của vận tốc gió (đã tính phía trên), từ đó có được công suất gió trên đơn vị
diện tích trung bình (chia tổng năng lượng gió thu được trong năm cho 8760 giờ), thu được kết quả
Pđvdt(avg) = 967,3 W
b) Mật độ năng lượng gió (trên đơn vị diện tích) chính là tổng năng lượng gió thu được trong năm
đã có ở câu a). Cũng có thể lấy công suất gió trên đơn vị diện tích trung bình nhân với 8760 giờ, có
được cùng kết quả sau (xem bảng tính Excel):
Egió(đvdt) = 8473658 Wh
c) Công suất định mức của máy phát điện sẽ được tính tại vận tốc gió = 15 m/s. Tại vận tốc này và
với khối lượng riêng của không khí đã cho, ta có được công suất gió trên đơn vị diện tích = 2059 W.
Tổng diện tích quét của rôto = 2428 m2. Từ đó tính được công suất điện định mức, với hiệu suất
chuyển đổi cơ điện đã cho (xem bảng tính Excel), thu được kết quả
Pđiện(đm) = 1500 kW
Tổng thời gian mà tuabin phát công suất định mức được tính là tổng thời gian vận tốc gió tại 50 m
nằm giữa 15 m/s và 25 m/s (xem bảng tính Excel), thu được kết quả
Tổng thời gian tuabin phát công suất định mức = 882 giờ
d) Bảng tính Excel cũng tính ra công suất gió ứng với từng giá trị vận tốc gió tại 50 m, từ đó cho
phép tính ra công suất điện tương ứng (với các vận tốc gió dưới 5 m/s hoặc trên 25 m/s, công suất
điện sẽ là 0, xem bảng tính Excel). Từ đó có thể tính được tổng điện năng do máy sản xuất trong 1

năm = 5025124 kWh.
Ngoài ra, tổng năng lượng gió truyền qua diện tích quét của rôto cũng có thể xác định bằng cách lấy
kết quả ở câu b) nhân với diện tích quét, cho ta kết quả
Egió = 20573604 kWh
Như vậy có thể xác định hệ số sử dụng (Capacity Factor – CF) = 0,2443.
Câu 2.
a) Mỗi cm2 diện tích pin nhiên liệu sẽ cung cấp 0,6 V*0,4 A = 0,24 W. Do đó, sẽ cần tổng diện tích
là
A = 2000000/0,24 = 8333333 cm2 = 833,3 m2

CuuDuongThanCong.com

/>

b) Nếu mỗi cell có diện tích 1 m2, sẽ cần tổng cộng khoảng 833 cell. Do đó, nếu mỗi dãy chứa 280
cell thì sẽ cần 833/280 = 2,975 3 dãy, để có thể cung cấp 2 MW.

CuuDuongThanCong.com

/>

ĐỀ THI HỌC KỲ 1, NĂM HỌC 2014-2015.
MÔN THI: NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO. Thời gian: 90 phút.
Sinh viên được phép sử dụng tài liệu riêng và chọn nội dung để thực hiện. Thang điểm 10.
Câu 1. Cho 1 tấm pin mặt trời có 72 tế bào ghép nối tiếp, 1,26m2, có thông số ở điều kiện tiêu
chuẩn (STC: 1 kW/m2, 25 C, AM1,5) như sau:
Công suất cực đại (Pmax)
175 W
Điện áp ở Pmax (Vmpp)
35,7

V
Dòng điện ở Pmax (Impp)
4,9
A
Dòng điện ngắn mạch (Isc)
5,4
A
Điện áp hở mạch (Voc)
44
V
Hệ số nhiệt của Isc
0,065 %/ oC
Hệ số nhiệt của Voc
-160 mV/oC
Hệ số nhiệt của Pmax
-0,5 %/ oC
NOCT
47
C
Tấm pin trên được lắp đặt ở khu vực có số giờ nắng đỉnh trung bình là 5 giờ/ngày, nhiệt độ
trung bình ngoài trời là 27oC.
Lúc giữa trưa, độ rọi trực diện lên mặt trời là 1-sun (1kW/m2), nhiệt độ môi trường là 27oC:
a) Tính nhiệt độ, điện áp hở mạch, dòng điện ngắn mạch, công suất cực đại của tấm pin? (1 đ)
b) Tính điện năng (kWh) mà tấm pin có thể thu được trong một ngày, và trong một năm? (1 đ)
Loại pin trên được sử dụng cho một hệ điện mặt trời độc lập của một gia đình tiêu thụ 5 kWh/đêm
từ 18:00 đến 23:00, dùng điện áp 220Vac. Biết inverter có hiệu suất trung bình 85%, bộ sạc có
hiệu suất trung bình 95%, acquy có hiệu suất năng lượng 75%, hiệu cuất Coulomb 90%.
c) Tính chọn mức điện áp DC và dung lượng acquy để tích điện đủ dùng cho 1 đêm?
(1 đ)
d) Tính công suất, số lượng tấm pin mặt trời, cách ghép nối và diện tích lắp đặt?

(1 đ)
Câu 2. Trên cánh đồng lúa ở cao độ 100m so với mặt biển, khi khảo sát năng lượng gió ở độ cao
65m so với mặt đất, tốc độ gió trung bình là 6,9m/s, phân bố theo hàm Reyleigh. Tại vị trí này
lắp đặt một turbine gió có đường kính cánh quạt 77m, ở độ cao 85m so với mặt đất, máy phát
điện 1,5MW. Khi nhiệt độ môi trường là 30oC:
a) Tính tỷ trọng không khí và tốc độ gió trung bình ở độ cao lắp turbine? Tính công suất đón gió
trung bình của turbine?
(1,5 đ)
b) Biết turbine có vận tốc gió vào là 4m/s, vận tốc cắt thoát là 22m/s. Tính tổng thời gian mà
turbine không phát điện trong 1 năm do vận tốc gió quá thấp hoặc quá cao?
(1,5 đ)
c) Tính hệ số khả năng CF? Tính điện năng turbine gió phát lên lưới điện trong một năm?(1,5 đ)
d) Nếu phải thay mới máy phát điện, đề nghị chọn lại số khả năng CF=0,42? Tính lại công suất
máy phát điện và điện năng turbine gió phát lên lưới điện trong một năm? Nhận xét? (1,5 đ)
Câu 3. Cho một bộ pin nhiên liệu gồm 5 tế bào ghép nối tiếp, dùng nhiên liệu khí hydro phản ứng
với oxy tạo thành nước ở thể lỏng ở điều kiện tiêu chuẩn (1 atm, 25oC). Cho biết lưu lượng khí
hydro cung cấp cho bộ pin nhiêu liệu là 100 lít/giờ. Giả sử khí hydro được hấp thu để chuyển
đổi giải phóng electron hoàn toàn.
a) Tính dòng điện, và công suất lý thuyết cực đại của bộ pin?
(1 đ)
b) Giả sử hiệu suất thực của bộ pin chỉ bằng 60% hiệu suất lý thuyết:
i. Tính công suất và điện áp thực của bộ pin?
(1 đ)
ii. Tính lượng điện năng (kWh) được tạo ra từ 1 kg hydro?
(1 đ)
---------------------------------------------------CuuDuongThanCong.com

--------------------------------------------------- />

Người ra đề .

Trần Công Binh

Đáp án:
Câu 1.
Ket qua _______________________
a) Tcell_a = 60.750000 [oC]
a) Voc_a = 38.280000 [V]
a) Isc_a = 5.525483 [A]
a) Pm_a = 143.718750 [W]
b) E_1ngay = 0.718594 [kWh/ngay]
b) E_1nam = 262.286719 [kWh/nam]
c) Vacquy = 12.000000 [V]
Câu 2.
Ket qua ______________________
Kieu My: Tall grass on level ground
__________ alfa=0.15:
a) ro = 1.138991 [kg/m3]
a) Vavg_85 = 7.183315 [m/s]
a) Pavg = 1.877318 [MW]
b) Time_noWorking = 1898.985553 [gio]

c) C_acquy = 490.196078 [Ah]
c) C_acquy_install = 738.247106 [Ah]
d) Pwp = 1.651187 [kWp]
d) No_panel = 11.489014 [panels]
d) Chon 11.000000 tam pin; A_install =
14.476158 [m2]
d) Hoac Chon 12.000000 tam pin; A_install =
15.120000 [m2]

c) CF = 0.371955
c) E = 4.887484 [GWh]
d) Pavg = 1.215139 [MW]
d) E = 4.470740 [GWh]
Cong suat may phat con 81.0%.
Dien nang nhan duoc con 91.5%!
Can nhac chon cong suat may phat phu hop de
tan dung thoi gian co van toc gio cao.

Câu 3.
Ket qua _________________________________________________________
a) HHV = 285.800000 [kJ/mol] = 142900.000000 [kJ/kg]
a) Qmin = 48.479190 [kJ/mol] = 24239.595000 [kJ/kg]
a) Eff_max = 0.830374 [%]
a) Wer = 118.600000 [kWh/kg]
b_i) P_b = 176.488095 [W]
a) I = 47.853393 [A]
b_i) V_b = 3.688100 [V]
a) Pmax = 294.146825 [W]
b_ii) W_b = 19.766667 [kWh/kg]

CuuDuongThanCong.com

/>

Câu 1.
% Lop NLTT 2014_SDH, thi HK
% Cau 1
% Matlab tinh goc theo rad!
clc

clear all
do_rad=pi/180
rad_do=180/pi
Tamb= 27 % nhiet do moi truong, oC
S = 1 % sun

Vacquy=12
C_acquy=Eload/Eff_INV/Vacquy
DR=C_acquy/Idc_load
disp('Neu chon acquy Deep-cycle MDOD=80%,
Cr(27oC)=100%, T,DR(27oC, C/5) = 77%')
C_acquy_install=C_acquy/0.8/0.77
DR_install=C_acquy_install/Idc_load
disp('Chon lai acquy Deep-cycle MDOD=80%,
Cr(27oC)=100%, T,DR(27oC, C/7) = 83%')
C_acquy_install=C_acquy/0.8/0.83

% PV panel
ncell=72 % cells
A=1.26 % m2
Pm=175 % W
Vm=35.7 % V
Im=4.9 % A
Voc=44.0 % V
Isc=5.4 % A
NOCT=47 % oC
TCIsc=0.065 % %/K
%TCVoc=-0.30 % %/K
TCVoc=-0.16 % V/oC
TCPm=-0.5 % %/K

hd = 5 % 5 gio nang dinh /ngay
S = 1 % 1 sun = 1kW/m2
Eload = 5000 % Nang luong tieu thu 5-kWh/dem
h = 5 % 5 gio/dem
Eff_INV=0.85
Eff_CHARGE=0.95
Eff_Eacquy=0.75
Eff_Coulomb=0.9

disp('Cau d_________________')
Esolar=Eload/Eff_INV/Eff_Eacquy/Eff_CHARGE
Pwp=Esolar/hd
No_panel=Pwp/Pm_a
No_panel_int=round(No_panel)
A_install=No_panel*A

disp('Cau a_________________')
Tcell=Tamb+(NOCT-20)/0.8*S
Voc_a=Voc+TCVoc*(Tcell-25)
%Voc_a=Voc*(1+TCVoc/100*(Tcell-25))
Isc_a=Isc*(1+TCIsc/100*(Tcell-25))
Pm_a=Pm*(1+TCPm/100*(Tcell-25))

TEXT = sprintf('c) Vacquy = %f [V]', Vacquy);
disp(TEXT)
TEXT = sprintf('c) C_acquy = %f [Ah]', C_acquy);
disp(TEXT)
TEXT = sprintf('c) C_acquy_install = %f [Ah]',
C_acquy_install); disp(TEXT)

disp('Cau b_________________')
E_1ngay=Pm_a*hd
E_1nam=E_1ngay*365 % 365 ngay/nam
disp('Cau c_________________')
Pload=Eload/hd/Eff_INV
Idc_load=Pload/12; % Acquy 12V
TEXT = sprintf('Dong tai: %f < 100A => Chon
Vacquy=12V. Cung co the chon 24V', Idc_load);
disp(TEXT)
Câu 2.
% Lop NLTT 2014-SDH, thi HK
% Cau 2_NL Gio
% Matlab tinh goc theo rad!
clc
clear all
H=100 % Cao do mat bang lap dat 15m
H0=65 % Cao do khao sat
Vavg_65=6.9 % [m/s]
H1=85 % Cao do lap dat
D=77 % Duong kinh
Pr=1.5e6 % 1.5MW
Tabm=30 % [oC]
R=8.2056e-5 % [m3.atm/(K.mol)]
CuuDuongThanCong.com

disp('Ket qua _______________________')
TEXT = sprintf('a) Tcell_a = %f [oC]', Tcell);
disp(TEXT)
TEXT = sprintf('a) Voc_a = %f [V]', Voc_a);
disp(TEXT)

TEXT = sprintf('a) Isc_a = %f [A]', Isc_a);
disp(TEXT)
TEXT = sprintf('a) Pm_a = %f [W]', Pm_a);
disp(TEXT)
TEXT = sprintf('b) E_1ngay = %f [kWh/ngay]',
E_1ngay/1000); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('b) E_1nam = %f [kWh/nam]',
E_1nam/1000); disp(TEXT)

TEXT = sprintf('d) Pwp = %f [kWp]', Pwp/1000);
disp(TEXT)
TEXT = sprintf('d) No_panel = %f [panels]',
No_panel); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('d) Chon %f tam pin; A_install = %f
[m2]', No_panel_int, A_install); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('d) Hoac Chon %f tam pin; A_install =
%f [m2]', ceil(No_panel), A*ceil(No_panel));
disp(TEXT)

T=273+Tabm % [oK]
MW=28.97 % air=28.97g/mol
Po=1 % atm
V_cut_in=4
V_cut_out=22
disp('Tinh theo kieu My_________________')
% Cau a
% Cach 1------------------P=Po*exp(-1.185e-4*(H+H1))
ro=P*MW*1e-3/R/T
% Cach 2------------------ />

KT=0.95 % Nhiet do 30oC
KA=0.977 % Do cao 100+85 = 185m ~ 200m
KA=(0.977*185+1*15)/200 % Do cao 100+85 = 185m
ro=1.225*KT*KA
alfa1=0.15 % DOng lua
Vavg_85 = Vavg_65*(H1/H0)^alfa1
A=pi*D^2/4
Pavg=6/pi*1/2*ro*A*Vavg_85^3
% Cau b
F_4=1-exp(-pi/4*(V_cut_in/Vavg_85)^2)
F_22=1-exp(-pi/4*(V_cut_out/Vavg_85)^2)
Time_Working=(F_22-F_4)*8760
Time_noWorking=8760-Time_Working
% Cau c
CF=0.087*Vavg_85-(Pr/1000)/(D^2)
E=Pr*CF*8760
% Cau d
CF_d=0.42
Pr_d=(0.087*Vavg_85-CF_d)*(D^2)*1000
E_d=Pr_d*CF_d*8760
Câu 3.
% Lop NLTT 2014 SDH, thi HK
% Cau 3_Fuel cell
% Matlab tinh goc theo rad!
clc
clear all
T=25+273.15 %[oK]
NoC=5 % 5 Number of Cell
n=100 %l/gio
eff_real=0.6 % 60% Hieu suat ly thuyet

% Cau a
%H2 + 1/2*O2 -> H2O (liquid)
%H: 0 0
(-285.8)
%S:0.130 1/2*0.205 0.0699
%G: 0 0
-237.2
delta_H = -285.8 - (0+0) %[kJ/mol CH3OH]
HHV_mol=abs(delta_H)
%MW = 2*1.008
MW = 2*1
HHV_kg=HHV_mol/MW*1000 %[kJ/kg]
delta_S=0.13+1/2*0.205-(0.0699) %[kJ/mol-K]
Qmin=T*delta_S %[kJ/mol]
Qmin_kg=Qmin/MW*1000 %[kJ/kg]
H=HHV_mol
Eff_max=1-Qmin/H
% Cach 2_____________________
delta_G=(-237.2)-0-0 %[kJ/mol-K]
We=abs(delta_G)
We=H-Qmin
Eff_max=We/H

CuuDuongThanCong.com

disp('Ket qua ______________________')
disp('Kieu My: Tall grass on level ground__________
alfa=0.15:')
TEXT = sprintf('a) ro = %f [kg/m3]', ro); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('a) Vavg_85 = %f [m/s]', Vavg_85);

disp(TEXT)
TEXT = sprintf('a) Pavg = %f [MW]', Pavg/1e6);
disp(TEXT)
TEXT = sprintf('b) Time_noWorking = %f [gio]',
Time_noWorking); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('c) CF = %f ', CF); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('c) E = %f [GWh]', E/1e9); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('d) Pavg = %f [MW]', Pr_d/1e6);
disp(TEXT)
TEXT = sprintf('d) E = %f [GWh]', E_d/1e9); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('Cong suat may phat con %f%%. Dien
nang nhan duoc con %f%%!', 100*Pr_d/Pr, 100*E_d/E);
disp(TEXT)
TEXT = sprintf('Can nhac chon cong suat may phat phu
hop de tan dung thoi gian co van toc gio cao.');
disp(TEXT)

I=n/NoC/22.4*1/3600*6.022e23*2*1.602e-19
P_max=1000*abs(delta_G)*n/22.4*1/3600
%Vr_cell=P_max/I/NoC
% Cau b
P_b=eff_real*P_max
V_b=P_b/I
Wer = eff_real*abs(delta_G) %[kJ/mol]
Wer_b = Wer/3600*1000/2 %[kWh/kg]
disp('Ket qua
__________________________________________
_______________')
TEXT = sprintf('a) HHV = %f [kJ/mol] = %f [kJ/kg]',
HHV_mol, HHV_kg); disp(TEXT)

TEXT = sprintf('a) Qmin = %f [kJ/mol] = %f [kJ/kg]',
Qmin, Qmin_kg); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('a) Eff_max = %f [%%]', Eff_max);
disp(TEXT)
TEXT = sprintf('a) Wer = %f [kWh/kg]', Wer);
disp(TEXT)
TEXT = sprintf('a) I = %f [A]', I); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('a) Pmax = %f [W]', P_max);
disp(TEXT)
TEXT = sprintf('b_i) P_b = %f [W]', P_b); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('b_i) V_b = %f [V]', V_b); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('b_ii) W_b = %f [kWh/kg]', Wer_b);
disp(TEXT)

/>

(cuối

)
:20/12/2013

Môn thi:NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

:
)

& tên SV: ...................................................................................................................................................................................................... MSSV: .........................................................................
Bài 1. Một hộ gia đình muốn đảm bảo cấp điện từ pin mặt trời (khi cần thiết) cho các thiết bị sau:
Thiết bị
Đèn LED chiếu sáng

Đèn LED báo hiệu
Tủ lạnh
Quạt làm mát

Điện áp ngõ
vào (V, DC)
10 – 30
10 – 30
10 – 30
10 – 30

Công suất (W)
80
10
58
60

Thời gian hoạt
động (giờ/ngày)
6
24

Điện năng
(Wh/ngày)

560
8

a) Tính tổng điện năng cần thiết trong một năm.
(1 đ)

b) Chọn điện áp hệ thống và tính dung lượng danh định cần thiết của ắc-quy chì-axit, nếu các thiết
bị sẽ được đảm bảo cấp nguồn 95% thời gian trong năm, và giả sử số giờ nắng đỉnh thấp nhất
trong năm là 4,8 giờ/ngày. Giả sử nhiệt độ môi trường thấp nhất là 20 C.
(1,5 đ)
c) Tính công suất đỉnh danh định (STC) của bộ pin mặt trời để đáp ứng nhu cầu năng lượng trên,
giả sử các tấm pin bị suy giảm công suất đỉnh do nhiệt độ là 0,45%/K, và do thông số không
khớp nhau là 3%, các tấm pin có NOCT = 48 C, hiệu suất năng lượng của ắc-quy là 75%, và
hiệu suất của bộ nạp điện là 95%. Coi nhiệt độ môi trường cao nhất là 35 C.
(1,5 đ)
Bài 2.Vùng Panhandle thuộc bang Texas (Hoa Kỳ) được đánh giá
có năng lượng gió cấp độ 4 trở lên. Vận tốc gió đo được trong
năm ở độ cao 20m được trình bày bên dưới.
Một máy phát điện gió không đồng bộ nguồn kép Vestas
V80-2MW (độ cao trụ 100 m, đường kính cánh quạt 80 m, vận
tốc gió tối thiểu 4 m/s, vận tốc gió tối đa 25 m/s, công suất định
mức 2 MW) được đặt ở vùng này, biết địa hình nơi đặt máy là
nơi canh tác nhiều bờ bụi. Đường cong công suất thực của
máy phát được trình bày trong hình 1 (bên dưới).
a) Tính vận tốc gió trung bình trong năm ở độ cao 100m? (1 đ)
b) Tính hệ số khả năng (CF) của máy và điện năng nhận được
trong năm từ máy phát này, giả sử hàm xác suất vận tốc gió
có dạng Rayleigh?
(1 đ)
c) Tính các vận tốc tương ứng với các vận tốc đo trong bảng
bên ở độ cao 100 m?
(1 đ)
d) Từ đường cong công suất thực và bảng phân bố vận tốc gió
trong năm, tính điện năng nhận được trong năm từ máy phát
này?
(1 đ)

Vận tốc gió
(m/s)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
Từ 22 trở lên

Sinh viên vào địa chỉ để xem đáp án.
CuuDuongThanCong.com

/>
Số giờ
trong năm
120
142
365
641
877
1111
1231
1218
976
720
466
333
222
143
100
45
28
11
7
4
1
2
3

1/2

Hình 1. Đặc tính công suất theo vận tốc gió của máy phát trong bài 2.
Bài 3.Cho 1 tế bào pin nhiên liệu dùng nhiên liệu là khí hydro và khí oxy tạo thành nước ở thể lỏng.
Pin nhiên liệu làm việc ở điều kiện tiêu chuẩn (STP, 1 atm, 25C).
a) Tính hiệu suất lý thuyết cực đại của pin nhiên liệu trên? Giả sử hiệu suất thực của pin bằng 50%
hiệu suất lý thuyết, tính lượng điện năng (kWh) được tạo ra từ 1 kg hydro?
(1 đ)
b) Cho biết pin nhiêu liệu tiêu thụ 2 lít khí hydro trong một giờ. Tính dòng điện, và công suất lý
thuyết cực đại của pin?
(1 đ)
c) Giả sử hiệu suất thực của pin ở câu b) bằng 60% hiệu suất lý thuyết, khí hydro được chuyển đổi
giải phóng electron hoàn toàn, tính công suất và điện áp thực của pin. Giả sử mật độ dòng điện
qua màng lọc của mỗi tế bào là 0,45 A/cm2. Tính diện tích màng lọc của pin?
(1 đ)

HẾT

Sinh viên vào địa chỉ để xem đáp án.
CuuDuongThanCong.com

/>
2/2


Đáp án
Bài 1:
a) Bảng số liệu
Thiết bị
Đèn LED chiếu sáng
Đèn LED báo hiệu
Tủ lạnh

Quạt làm mát
Tổng

Điện áp ngõ
vào (V, DC)
10 – 30
10 – 30
10 – 30
10 – 30

Công suất (W)
80
10
58
60
208

Thời gian hoạt
động (giờ/ngày)
6
24
8

Điện năng
(Wh/ngày)
480
240
560
480
1760

Tổng điện năng cần thiết trong 1 năm = 1,76 kWh  365 = 642,4 kWh
b) Chọn điện áp hệ thống bằng 12 V.Điện lượng cần thiết trong một ngày = 1760/12 = 146,7 Ah/ngày
Số ngày lưu trữ cần thiết = 9,43 – 1,9  (4,8) + 0,11  (4,8)2 = 2,844 ngày
Tổng dung lượng khả dụng cần thiết = 2,844  146,7 = 417,2 Ah
Chọn loại ắc-quy có độ phóng điện tối đa là MDOD = 0,8. Theo đồ thị trên hình 9.42, ứng với nhiệt độ
20 C, và tốc độ phóng điện C/48 (có thể dùng đường C/72), hệ số hiệu chỉnh tương ứng là 1,1.
Do đó, dung lượng danh định ở điều kiện chuẩn của ắc-quy là:
Dung lượng danh định = 417,2/(0,8  1,1) = 474,1 Ah
Ba ắc-quy 12 V/160 Ah có thể đáp ứng yêu cầu này.
c) Nhu cầu năng lượng mỗi ngày của các thiết bị là 1760 Wh. Coi toàn bộ năng lượng này được cung
cấp từ ắc-quy, do đó năng lượng cần đưa vào ắc-quy bằng 1760/0,75 = 2347 Wh.
Năng lượng tại ngõ ra của bộ pin mặt trời bằng 2347/0,95 = 2470 Wh
Nhiệt độ làm việc của các cell = 35 + (48 - 20)/0,8 = 70 C
Hệ số suy giảm công suất do nhiệt độ = 1 – 0,0045  (70 – 25) = 0,7975
Công suất đỉnh danh định (STC) của bộ pin mặt trời = 2470/(0,7975*0,97*4.8) = 665,2 Wp

Bài 2:
a/
Vận tốc gió trung bình ở độ cao 20 m:
V20m = (0X120 + 1X142 + 2X365 + 3X641 + 4X877 + 5X1111 + 6X1231 + 7X1218 + 8X976 + 9X720 +
10X466 + 11X333 + 12X222 + 13X143 + 14X100 + 15X45 + 16X28 + 17X11 + 18X7 + 19X4 + 20X1 +
21X2 + 22X3)/8766 = 6.61 m/s
Vận tốc gió trung bình tại độ cao 100 m:
V100m = V20mX(100/20)0.2 = 9.12 m/s
b/ Hệ số khả năng:
CF = 0.087XV100m - PR/D2 = 0.087X9.12 - (2000 kW)/(802) = 0.4809
Điện năng nhận được trong năm từ máy phát
8766X(2000 kW)XCF = 8766X2000X0.4809 = 8431.1 MWh/năm
c/ và d/

Vận tốc gió
(m/s) ở độ
cao 20m
0
1
2
3

Số giờ
trong năm
120
142
365
641

Vận tốc gió
(m/s) ở độ
cao 100m
0
1.38
2.76
4.14

Công suất phát từ
đường cong công
suất thực (kW)
0
0
0
0

Điện năng nhận
được (kWh/năm)
0
0
0
0

Sinh viên vào địa chỉ để xem đáp án.
CuuDuongThanCong.com

/>
3/2


4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18

19
20
21
22 and over

5.52
150
877
6.9
400
1111
8.28
700
1231
9.66
1050
1218
11.04
1500
976
12.42
1880
720
13.8
1980
466
15.18
2000
333
16.56

2000
222
17.94
2000
143
19.32
2000
100
20.7
2000
45
22.08
2000
28
23.46
2000
11
24.84
2000
7
26.22
0
4
27.6
0
1
28.98
0
2
30.36

0
3
Tổng điện năng nhận được trong một năm

131550
444400
861700
1345050
1464000
1353600
922680
666000
444000
286000
200000
90000
56000
22000
14000
0
0
0
0
8300980

Tổng điện năng nhận được trong một năm:
150*877+400*1111+700*1231+1050*1281+1500*976+1880*720+1980*466+2000*333+2000*222+
2000*143+2000*100+2000*45+2000*28+2000*11+2000*7 = 8300980 kWh/năm

Bài 3:

Đáp án:
a) Tính hiệu suất lý thuyết cực đại của pin nhiên liệu trên? Giả sử hiệu suất thực của pin bằng
50% hiệu suất lý thuyết, tính lượng điện năng được tạo ra từ 1 kg hydro?
(1đ)

o

H
So
Go

H2 (khí)
0
0,13
0

+

½ O2 (khí)
½.0
½.0,205
½.0



H2O (lỏng)
-285,8
0,0699
-237,2

kJ/mol
kJ/mol-K
kJ/mol

H = -285,8 kJ/mol
HHV=|H| =285,8 kJ/mol hydro =285,8 kJ/2g hydro =142 900 kJ/kg hydro.
S = 0,13 + ½.0,205 – 0,0699 = 0,1626 kJ/mol-K
Qmin = T.S = (273,15+25) * 0,1626 = 48,4792 kJ/mol hydro = 24240 kJ/kg hydro.
Tính hiệu suất lý thuyết cực đại:
Cách 1:
max = 1 - Qmin /HHV = 1- 48,4792 / 285,8 = 0,83 = 83%
Cách 2:
G = -237,2 kJ/mol hydro.
max = G / H = 237,2 / 285,8 = 0,8300 = 83%
Sinh viên vào địa chỉ để xem đáp án.
CuuDuongThanCong.com

/>
4/2


Hiệu suất lý thuyết cực đại là 83%.
We = |G| =HHV – Qmin = 237,2 kJ/molhydro.
Hiệu suất thực của pin sẽ là r = 0,5 * 0,83 = 0,415
Vậy Wer = 0,5*|G| = 0,5 * 237,2 kJ/mol = 118,6kJ/molhydro = 118,6 (kW.s)/(2ghydro)
Hay
Lượng điện năng được tạo ra từ 1 kg hydro là 16,47 kWh.
b) Cho biết pin nhiêu liệu tiêu thụ 2 lit khí hydro trong một giờ. Tính dòng điện, công suất lý
thuyết cực đại?
(1đ)

Dòng điện:
Công suất lý thuyết:
c) Giả sử hiệu suất thực của pin ở câu c bằng 60% hiệu suất lý thuyết, khí hydro được chuyển
đổi giải phóng electron hoàn toàn, tính công suất và điện áp thực của pin. Giả sử mật độ
dòng điện qua màng lọc của mỗi tế bào là 0,45A/cm2. Tính diện tích màng lọc của pin?
(1đ)
Công suất thực:
Khí hydro được chuyển đổi giải phóng electron hoàn toàn nên dòng điện qua pin không thay
đổi: I=
Điện áp thực:
Diện tích màn lọc:

Sinh viên vào địa chỉ để xem đáp án.
CuuDuongThanCong.com

/>
5/2


ĐỀ THI HỌC KỲ 1, NĂM HỌC 2012-2013.
MÔN THI: NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO. Thời gian: 90 phút.
Sinh viên được phép sử dụng tài liệu. Điểm tính theo thang điểm 10.
Câu 1. Cho 1 tấm pin mặt trời BP 80W (polycrystalline) có 36 tế bào ghép nối tiếp:
Maximum power - Pmax

80 W

Voltage at Pmax - Vmp

17,6 V

Current at Pmax - Imp

4,55 A

Warranted minimum Pmax

76 W

Short-circuit current - Isc

4,8 A

Open-circuit voltage - Voc

22,1 V

Temperature coefficient of Isc

0,065% / °C

Temperature coefficient of Voc

-80mV / °C

Temperature coefficient of power

-0,5% / °C

Nominal operating cell temperature (NOCT) 47°C

Solar Cells

36 cells in a 4 x 9 matrix connected in series

Tấm pin trên được lắp đặt tại Cần Thơ (10o1'0'' vĩ Bắc, 105°46'0" kinh Đông). Vào ngày 8
tháng 1, nhiệt độ môi trường là 30oC. Lúc mặt trời đứng bóng, độ rọi trực diện từ mặt trời
là 1-sun (1kW/m2):
a) Nếu tấm pin luôn hướng về mặt trời, tính nhiệt độ, điện áp hở mạch, dòng điện ngắn
mạch, công suất cực đại của tấm pin?
(1 đ)
b) Tính năng lượng (kWh) mà tấm pin có thể thu được trong một năm. Biết số giờ năng
trung bình ở Cần Thơ là 4 giờ/ngày. Nhiệt độ trung bình là 30oC.
(1 đ)
c) Tính tính thiên độ , cao độ N và góc nghiên tilt?
(1 đ)
d) Với góc nghiên trênở câu c), tính độ rọi thực lên tấm pin lắp song song với mặt đất? (1 đ)
e) Với độ rọi ở câu d), tính nhiệt độ, điện áp hở mạch, dòng điện ngắn mạch, và công
suất cực đại của tấm pin?
(1 đ)
f) Với điều kiện ở câu e), tính dòng ngược bảo hòa? Biết RS≈0mΩ, RP=14Ω. Tính dòng
điện và công suất khi tấm pin cấp điện trực tiếp cho acquy 12V?
(1 đ)
Câu 2. Dọc theo bờ biển Bạc Liêu, khi khảo sát năng lượng gió ở độ cao 65m so với mặt
biển, tốc độ gió trung bình là 7m/s, phân bố theo hàm Reyleigh. Tại vị trí này lắp đặt
một turbin gió có đường kính cánh quạt 82,5m ở độ cao 80m trên mặt biển. Khi nhiệt
độ môi trường là 30oC, mặt biển tĩnh lặng:
a) Tính tốc độ gió trung bình ở độ cao 80m so với mặt biển?
(1 đ)
b) Tính tỷ trọng không khí ở vị trí đặt turbin?
(1 đ)

c) Tính mật độ công suất gió trung bình ở độ cao 80m?
(1 đ)
d) Tính công suất gió trung bình ứng với diện tích đón gió của turbin?
(1 đ)
e) Giả sử turbin được lắp đặt máy phát điện hòa lưới có công suất định mức bằng công
suất gió trung bình. Biết hệ số khả năng CF=0,33. Tính điện năng cung cấp của máy
phát gió lên lưới điện trong một năm?
(1 đ)
% Sua loi
CF=0.087*Vavg_100_c1-PAavg_c1/(D^2)
E_c1=Pavg_c1*CF*8760
e)
Câu 3. Ở điều kiện tiêu chuẩn STP, pin nhiên liệu PEMFC dùng nhiên liệu Hydro (H2)
phản ứng oxi hóa tạo ra nước ở thể khí.
a) Tính HHV của phản ứng theo kJ/mol và kJ/kg H2?
(1 đ)

CuuDuongThanCong.com

/>
Formatted: Superscript

Formatted: Strikethrough
Formatted: Font: Not Italic
Formatted: No bullets or numbering


b) Tính hiệu suất cực đại của pin nhiên liệu trên?

(1 đ)

-------------------------------------------------HẾT-------------------------------------------------

CuuDuongThanCong.com

/>

Chưa giải.
Đáp án:
Câu 1.
Ket qua __________________
a) Tcell = 63.750000 [oC]
a) Voc_a = 19.000000 [V]
a) Isc_a = 4.920900 [A]
a) Pm_a = 64.500000 [W]
b) E_annual = 94170.000000 [Wh]
c) delta = -22.302275 do
c) btaN = 57.681058 do
c) tilt = 32.318942 do
d) Sb = 0.845085 [sun]

e)
e)
e)
e)
f)
f)
f)
f)

Tcell_e = 58.521623 [oC]
Voc_e = 19.418270 [V]
Isc_e = 4.1447944.904587 [A]
Pm_e = 56.27536066.591351 [W]
Io = 2.633958 e-83.116796 e-8 [A]
I_f = 4.1179224.877154 [A]
P_f = 49.41506358.525848 [W]
P_f < Pm = 80.000000 [W].

Chu y: Da bo qua Rs!

Câu 2. A
Ket qua _________________________________________________________
Cach 1:
Cach 2:
alfa=0.1:
Smooth
hard
ground,
calm
z=0.0002:
Water
water__________
surface___________________________
a) Vavg_100 = 7.146867 [m/s]
a) Vavg_100 = 7.114523 [m/s]
b) ro = 1.165187 [kg/m3]
b) ro = 1.165187 [kg/m3]
b1) ro1 = 1.151500 [kg/m3]
c) PAavg = 400.686062 [W/m2]

c) PAavg = 406.175773 [W/m2]
d) Pavg = 2141913.925562 [W]
d) Pavg = 2171259.810903 [W]
e) E = 6.191845 [GWh]
e) E = 6.276678 [GWh]
Câu 3.
delta_H = -241.8000
a) HHV = 241.800000 [kJ/mol] = 120900.000000 [kJ/kg]
Qmin = 13.0226
b) Eff_max = 0.946143 [%]

CuuDuongThanCong.com

/>

Câu 1.

% Lop NLTT 2012, thi HK, lop Can Tho
% Cau 1
% Matlab tinh goc theo rad!
clc
clear all
do_rad=pi/180
rad_do=180/pi

L = 10+1/60
Lg = 105+46/60 % do Kinh Tay
n = 1-1+8 % ngay 8 thang 1
Tamb=30 % nhiet do moi truong, oC
Sun = 1 % sun

% PV panel
ncell=36
Pm=80
Voc=22.1
Vm=17.6
Isc=4.8
Im=4.55
NOCT=47
TCIsc=0.065 % %/oC
TCVoc=-0.08 % mV/oC
TCPm=-0.5 % %/oC
Vaq=12
Rs=0
Rp=14
Sun_day=4 % gio nang /ngay
% Cau a
Tcell=Tamb+(NOCT-20)/0.8*Sun
Voc_a=Voc+TCVoc*(Tcell-25)
Isc_a=Isc*(1+TCIsc/100*(Tcell-25))
Pm_a=Pm*(1+TCPm/100*(Tcell-25))
% Cau b
E_annual=Pm_a*Sun_day*365
% Cau c
delta = 23.45*sin((360/365*(n-81))*do_rad)
btaN1 = 90-L+delta
tilt = 90-btaN1
% Cau d

CuuDuongThanCong.com

/>

Sd

= Sun*cos(tilt*do_rad)

% Cau e
Tcell_e=Tamb+(NOCT-20)/0.8*Sd
Voc_e=Voc+TCVoc*(Tcell_e-25) % Bo qua su thay doi cua Voc theo
Isc_e=Isc*(1+TCIsc/100*(Tcell_e-25))*Sd/Sun
Pm_e=Pm*(1+TCPm/100*(Tcell_e-25))*Sd /Sun % Xem Pm ty le voi Isc

Sc

% Cau f
k=1.381*10e-23
T=273+Tcell_e
q=1.602*10e-19
kT_q=k*T/q % 0.0257
Io=Isc_e/(exp(Voc_e/ncell/kT_q)-1) % => 5.407299 e-9
Vcell=Vaq/ncell
I_f=Isc_e-Io*(exp(Vcell/kT_q)-1)-Vcell/Rp
P_f=I_f*Vaq
disp('Ket qua _________________________________________________________')
TEXT = sprintf('a) Tcell = %f [oC]', Tcell); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('a) Voc_a = %f [V]', Voc_a); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('a) Isc_a = %f [A]', Isc_a); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('a) Pm_a = %f [W]', Pm_a); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('b) E_annual = %f [Wh]', E_annual); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('c) delta = %f do', delta); disp(TEXT)

TEXT = sprintf('c) btaN = %f do', btaN1); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('c) tilt = %f do', tilt); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('d) Sb = %f [sun]', Sd); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('e)
TEXT = sprintf('e)
TEXT = sprintf('e)
TEXT = sprintf('e)

Tcell_e = %f [oC]', Tcell_e); disp(TEXT)
Voc_e = %f [V]', Voc_e); disp(TEXT)
Isc_e = %f [A]', Isc_e); disp(TEXT)
Pm_e = %f [W]', Pm_e); disp(TEXT)

TEXT = sprintf('f)
TEXT = sprintf('f)
TEXT = sprintf('f)
TEXT = sprintf('f)

Io = %f e-8 [A]', Io/1e-8); disp(TEXT)
I_f = %f [A]', I_f); disp(TEXT)
P_f = %f [W]', P_f); disp(TEXT)
P_f < Pm = %f [W]. Chu y: Da bo qua Rs!', Pm); disp(TEXT)

Câu 2.
% Lop NLTT 2012, thi HK
% Cau 2_NL Gio
% Matlab tinh goc theo rad!
clc
clear all
H=0 %m

H0=65
H1=80
D=82.5 % m
Vavg_30=7 % [m/s]
Tabm=30 % [oC]
CF=0.33
R=8.2056e-5 % [m3.atm/(K.mol)]
T=273+Tabm % [oK]
MW=28.97 % air=28.97g/mol
Po=1 % atm
% Cach
1______________________________________

CuuDuongThanCong.com

% Cau a
alfa1=0.1 % Smooth hard ground, calm water
Vavg_100_c1 = Vavg_30*(H1/H0)^alfa1
% Cau b
P=Po*exp(-1.185e-4*(H))
ro=P*MW*1e-3/R/T
% Nhiet do35oC
KT=0.94
% Do cao 0m
KA=1
ro_1=1.225*KT*KA
% Cau c
PAavg_c1=6/pi*1/2*ro*Vavg_100_c1^3
% Cau d
A=pi*D^2/4

Pavg_c1=PAavg_c1*A

/>