54 ngy, láúy bàòng trë trung bçnh trong nàm tải vé âäü âang xẹt. Lục màût tråìi mc τ = 0, nhiãût âäü âáưu ca panel v cháút lng bàòng nhiãût âäü t o ca khäng khê ngoi tråìi. Cáưn tçm hm phán bäú nhiãût âäü cháút lng trong panel theo thåìi gian τ v táút c cạc thäng säú â cho: t = t (τ, abδδ t , m o .Co, m.C p , ε D F 1 , G, δ c , δ k , δ K , λ c , λ k , λ K , α, t o , ω, E n ). Cạc gi thiãút khi nghiãn cỉïu: - Panel âỉåüc âàût cäú âënh trong mäùi ngy, sao cho màût thu F 1 vng gọc våïi màût phàóng qu âảo trại âáút. - Tải mäùi thåìi âiãøm τ, coi nhiãût âäü cháút lng v häüp thu âäưng nháút, bàòng t(τ). Láûp phỉång trçnh vi phán cán bàòng nhiãût cho häüp thu: Khi panel âàût cäú âënh (ténh) . Xẹt cán bàòng nhiãût cho hãû gäưm cháút lng v häüp kim loải, trong khong thåìi gian dτ kãø tỉì thåìi âiãøm τ. Màût F 1 háúp thủ tỉì màût tråìi 1 lỉåüng nhiãût bàòng: δQ 1 = ε 1 DE n sinωτ. F 1 .sinωτ.dτ, [J]. Lỉåüng nhiãût δQ 1 âỉåüc phán ra cạc thnh pháưn âãø: - Lm tàng näüi nàng v häüp dU = m o .C o dt, - Lm tàng entanpy lỉåüng nỉåïc ténh dI m = m.C p dt , - Lm tàng entanpy dng nỉåïc dI G = Gdτ C p (t - t o ) , - Truưn nhiãût ra khäng khê ngoi tråìi qua âạy F 3 = ab v cạc màût bãn F 2 = 2δ(a+b) våïi hãû säú truưn nhiãût k 3 = k 2 = 1 1 − ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + αλ δ c c , qua màût thu F 1 = ab våïi k 1 = 1 3,1 1 − ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ++ αλ δ λ δ K K k k ϕ o ϕ(τ) GC P t o o t o t α α 1,3α D ε F = ab 1 1 E(τ) t D, δΚ , λΚ δκ , λκ δ , m , Cp m o , Co δc , λc τn ω Hçnh 1: Mä t bi toạn panel läưìng kênh , abδ H çnh 4.8. Mä hçnh tênh toạn bäü thu phàón g 55 Vỏỷy coù tọứng lổồỹng nhióỷt bũng Q 2 = (k 1 F 1 + k 2 F 2 + k 3 F 3 ) (t - t o ) d ; Do õoù, phổồng trỗnh cỏn bũng nhióỷt: Q 1 = dU + dI m + dI G + Q 2 seợ coù daỷng: 1 DE t F t sin 2 () d = dt miCi + (GC p + k i F i ) (t - t o ) d. Sau pheùp õọứi bióỳn T() = t() - t o vaỡ õỷt a = C P Cm FDE ii n = 1 , [K/s], b = C W Cm FkGC ii iip = + , [s -1 ] thỗ phổồng trỗnh cỏn bũng nhióỷt cho panel tộnh laỡ: T() + bT() = a sin 2 () (4.1) vồùi õióửu kióỷn õỏửu T(0) = 0 (4.2) Khi panel õọỹng õổồỹc quay õóứ dióỷn tờch hổùng nừng luọn bũng F 1 , thỗ mỷt F 1 hỏỳp thuỷ õổồỹc: Q 1 = 1 DE n sin. F 1 .d, [J]. Do õoù, tổồng tổỷ nhổ trón, phổồng trỗnh cỏn bũng nhióỷt cho panel õọỹng coù daỷng: T() + bT() = a sin() (4.3) vồùi õióửu kióỷn õỏửu T(0) = 0 (4.4) Xaùc õởnh haỡm phỏn bọỳ nhióỷt õọỹ: Haỡm nhióỷt õọỹ trong panel tộnh seợ õổồỹc tỗm ồớ daỷng T() = A() e -b . Theo phổồng trỗnh (3.1) ta coù: A () = a e b sin 2 .d = 2 a e b (1- cos2)d = b a 2 ( e b - I ) vồùi: I = cos2 .de b = I b b b e b 2 2 )2cos2sin2( + tổùc laỡ: I = 22 4 b be b + [2sin2 + bcos 2] + C 1 Hũng sọỳ C 1 õổồỹc xaùc õởnh theo õióửu kióỷn õỏửu T(0) = 0 hay A(0) = 0, tổùc laỡ C 1 = 2 )2/(1 1 b+ . Do õoù, haỡm phỏn bọỳ nhióỷt õọỹ chỏỳt loớng trong panel tộnh coù daỷng: T() = b a 2 [1- 22 4 b b + (2sin2 + bcos2) - 2 )2/(1 b e b + ] (4.5) Nóỳu duỡng pheùp bióỳn õọứi (Asinx + Bcosx) = 22 BA + sin (x + artg A B ) thỗ haỡm (3.5) seợ coù daỷng: T() = b a 2 [1- 22 4 +b b sin(2 + artg 2 b ) - 2 )2/(1 b e b + ] (3.6) Sọỳ haỷng cuọỳi cuớa tọứng coù giaù trở nhoớ hồn 1 vaỡ giaớm rỏỳt nhanh, nón khi >1h coù thóứ boớ qua. Haỡm nhióỷt õọỹ trong panel õọỹng laỡ nghióỷm cuớa hóỷ phổồng trỗnh (4.3), (4.4), õổồỹc tỗm nhổ caùch trón, seợ coù daỷng: 56 T â (τ) = 2 )/(1 bb a ω + [sin(ωτ + artg b ω ) - 2 )/(1 ω τ b e b + − ] (4.7) Säú hảng sau ca täøng ln nh hån 1 v gim khạ nhanh, nãn khi τ >2h cọ thãø b qua. Cạc hm phán bäú (4.6) v (4.7) s âỉåüc mä t åí hçnh 4.9 v hçnh 4.10. Láûp cäng thỉïc tênh toạn cho panel ténh v âäüng: Sỉí dủng cạc hm phán bäú (4.6) v (4.7) dãù dng láûp âỉåüc cạc cäng thỉïc tênh cạc thäng säú k thût âàûc trỉng cho panel ténh v âäüng. Panel ténh âảt nhiãût âäü cỉûc âải T m = b a 2 (1+ 22 4 ω +b b ) lục τ m = τ n ( ωπ 24 1 8 3 b artg− ). Panel âäüng âảt nhiãût âäü cỉûc âải T âm = 2 )/(1 bb a ω + > T m lục τ âm = τ n ( b artg ω π 2 1 4 1 + ). Sau khi tênh nhiãût âäü trung bçnh trong 1 ngy nàõng cho mäùi panel theo cäng thỉïc: T n = ∫ 2/ 0 )( 2 n dT n τ ττ τ , V dãù dng tçm âỉåüc cäng sút nhiãût hỉỵu êch trung bçnh Q n = GC p T n , [W], lỉåüng nhiãût thu âỉåüc mäùi ngy Q = nn Q τ 2 1 , [J], .v.v. Hiãûu sút nhiãût panel η = 1 FE Q n våïi E = n n n n EdE n ∫ = 2/ 0 2 2sin 2 τ π τ τ τ π τ . Cạc cäng thỉïc củ thãø cho cạc loải panel âỉåüc giåïi thiãûu åí bng 4.2. Cạc säú liãûu tênh toạn cho panel 1 m 2 ténh v âäüng: Trong bng 4.1 giåïi thiãûu cạc säú liãûu tênh toạn cho máùu panel 1m 2 våïi häüp thu kêch thỉåïc abδ = 1 x 1 x 0,01 m 3 , âỉåüc lm bàòng thẹp táúm dy δ t = 0,001m, C o = 460 J/kgK , màût thu F 1 = 1m 2 , âäü âen ε = 0,95, låïp khäng khê dy δ k = 0,01m, táúm kênh dy δ K = 0,005 m , λ K = 0,8 W/mK , âäü trong D = 0,95, låïp cạch nhiãût bäng thy tinh dy δ C = 0,02 m, λ C = 0,055W/mK, dng nỉåïc qua panel cọ G = 0,002 kg/s våïi nhiãût âäü t o = 30 o C. Cỉåìng âäü bỉïc xả cỉûc âải E n , láúy trung bçnh trong nàm tải  nàơng, åí vé âäü 16 o bàõc, l E n = ∑ ni E 365 1 = 940 W/m 2 . 57 Hỗnh 4.9. Haỡm nhióỷt õọỹ khi tộnh t() vaỡ khi õọỹng t õ () cuớa panel 1m 2 coù W > W S Baớng 4.1. Caùc sọỳ lióỷu tờnh toaùn cho panel 1m 2 Thọng sọỳ tờnh toaùn Cọng thổùc tờnh Giaù trở ồn vở Hóỷ sọỳ toớa nhióỷt ra khọng khờ = i k C(G r P r ) n 8,5 W/m 2 K Hóỷ sọỳ truyóửn nhióỷt lón trón k 1 = 1 3,1 1 ++ K K k k 2,2 W/m 2 K Hóỷ sọỳ truyóửn nhióỷt qua lồùp caùch nhióỷt k 2 = 1 1 + C C 2,1 W/m 2 K Khọỳi lổồỹng voớ họỹp thu m 0 = t t (2F 1 + 4 ) 16 kg Khọỳi lổồỹng nổồùc tộnh m = F 1 ( - 2 t ) 8 kg Nhióỷt dung họỹp nổồùc C = m 0 C o + mC p 40752 J/K Doỡng nhióỷt dung qua họỹp W = GC P + k i F i 12,7 W/K Cọng suỏỳt hỏỳp thuỷ max P = D E n F 1 853,8 W Tọỳc õọỹ gia nhióỷt max a = C P 0,021 K/s t m 681012 12,9 14 16 18h 0 20 40 60 80 100 C o 30 õ() t () t 95,4 C o 94 C o 72 C o 45 C o 64 C o 36 C o 58 Tỏửn sọỳ dao õọỹng rióng cuớa panel b = C W 3,13.10 -4 s -1 Tọỳc õọỹ goùc tia nừng = n 2 7,27.10 -5 rad.s -1 Baớng 4.2. Cọng thổùc chung tờnh caùc thọng sọỳ kyợ thuỏỷt õỷc trổng vaỡ caùc sọỳ lióỷu cho panel nổồùc noùng 1m 2 coù W > W S . Panel tộnh Panel õọỹng Thọng sọỳ õỷc trổng Cọng thổùc tờnh Sọỳ lióỷu Cọng thổùc tờnh Sọỳ lióỷu ọỹ gia nhióỷt max T m = ) 4 1( 2 22 + + b a b a 64 o C T õm = 2 )/(1 bb a + 65,4 o C Nhióỷt õọỹ max t m =t o + 22 4 1( 2 + + b b b a ) 94 o C T õm = t o + 2 )/(1 bb a + 95,4 o C Thồỡi õióứm õaỷt T m m = n 24 1 8 3 b artg 6,8h õm = n + b artg 2 1 4 1 6,9h Nhióỷt õọỹ cuọỳi ngaỡy t c = t o + )4( 2 22 2 bb a + 36 o C t õc = t o + 22 b a + 45 o C ọỹ gia nhióỷt TB T n = b a 2 34 o C T õn = ( ) () 22 22 2 bb ba + + 42 o C Cọng suỏỳt hổợu ờch TB Q n = b a 2 GC p 280 W Q õn = GC p ( ) () 22 22 2 bb ba + + 349 W Saớn lổồỹng nhióỷt 1 ngaỡy Q = b a n 4 GC p 12MJ Q õ =GC p 2 n ( ) () 22 22 2 bb ba + + 15MJ Saớn lổồỹng nổồùc noùng M = G n 2 , t n = t o + T n 86kg ồớ 64 o C M = G n 2 , t õn = t o + T õn 86kg ồớ 72 o C Hióỷu suỏỳt nhióỷt panel = 1 4bEnF aGC p 46% = ( ) () 22 1 22 2 2 bbEnF baGC p + + 58% ióửu kióỷn õóứ chỏỳt loớng sọi trong panel: óứ thu õổồỹc nổồùc sọi coù nhióỷt õọỹ t s cỏửn coù õióửu kióỷn t m t s hay T m t s - t o = T s . ióửu kióỷn sọi trong panel õọỹng laỡ: T õm = 22 +bC P T s hay b = C W 2 2 s CT P 59 Do õoù cỏửn choỹn C vaỡ W sao cho thoớa maợn 2 õióửu kióỷn: C = m i C i s T P = )(2 1 os nn tt FDE = C S , [J/K] W = GC p + k i F i 2 2 )( C T P s = 22 CC S = W Sõ , [W/K] ióửu kióỷn thổù 2 seợ õổồỹc õaùp ổùng nóỳu k i F i < W Sõ vaỡ choỹn G p C 1 (W Sõ - k i F i ). ióửu kióỷn sọi trong panel tộnh laỡ: T m = ) 4 1( 2 22 + + b a b a T S hay W + + 2 )/2(1 1 1 2 WC T P S . ióửu kióỷn naỡy seợ õổồỹc õaùp ổùng nóỳu choỹn: C < C S , k i F i < W S vaỡ G < p C 1 (W S - k i F i ). = G S , vồùi W S laỡ nghióỷm cuớa phổồng trỗnh W S = + + 2 )/2(1 1 1 2 S S WC T P Vồùi panel 1 m 2 õỷt taỷi aỡ nụng, thỗ C S = 167 kJ/K, W Sõ = 11,8 W/K, W s =11,5W/K, G S = p C 1 (W S - k i F i ) = 0,0017 kg/s. Cọng thổùc tờnh thồỡi gian vaỡ lổồỹng nổồùc sọi: Thồỡi õióứm õaỷt nhióỷt õọỹ sọi t S õổồỹc xaùc õởnh bồới phổồng trỗnh t( S ) = t S hay T( S ) = t S -t o = T S . Giaới phổồng trỗnh T( S ) = T S cho mọựi loaỷi panel, seợ thu õổồỹc 2 nghióỷm S1 , vaỡ S2 . Thồỡi gian sọi seợ laỡ = S2 - S1 vaỡ lổồỹng nổồùc sọi thu õổồỹc laỡ G S = G S . Caùc cọng thổùc tờnh S1 , S2 , S , G S seợ õổồc giồùi thióỷu ồớ baớng 3.3. Vồùi panel ồớ trón , õaợ coù C < C S , k i F i < W S , nóỳu choỹn G =0,001kg/s <G S thỗ seợ õaỷt õổồỹc õióửu kióỷn sọi caớ khi tộnh vaỡ khi õọỹng, caùc quaù trỗnh sọi õổồỹc mọ taớ ồớ hỗnh 2.10. Baớng 4.3. Caùc cọng thổùc nhióỷt vaỡ caùc sọỳ lióỷu cho panel nổồùc sọi1m 2 coù W < W S . Panel tộnh Panel õọỹng Thọng sọỳ õỷc trổng Cọng thổùc tờnh Sọỳlióỷu Cọng thổùc tờnh Sọỳ lióỷu Thồỡi õióứm bừt õỏửu sọi s1 = + 2 [ 4 b artg n ] 4)2( sin 22 ab babT ar S + + 5,1h õs1 = + b artg n [ 2 ]sin 22 a bT ar S + + 4,5h 60 Thåìi âiãøm kãút thục säi τ s2 = −− ω π π τ 2 2[ 4 b artg n 4 )2( sin 2 ab babT ar S ω +− − 9,2h τ âs2 = −+ b artg n ω π π τ [ 2 ]sin 22 a bT ar S ω + − 10,1h Thåìi gian säi ∆τ s = − π π τ [ 4 n ] 4)2( sin2 22 ab babT ar S ω +− − 4,1h ∆τ âs = − π π τ [ 2 n ]sin2 22 a bT ar S ω + − 5,6h Lỉåüng nỉåïc säi G S = − π π τ [ 4 n G ] 4)2( sin2 22 ab babT ar S ω +− − 1 4,8kg G âs = − π π τ [ 2 n G ]sin2 22 a bT ar S ω + − 20kg Hiãûu sút panel η = n ssp EnF TGC τ τ π 1 ∆ 26% η â = n âssp EnF TGC τ τ π 1 ∆ 36% Hçnh 4.10. Hm nhiãût âäü ténh t(τ) v âäüng t â (τ) ca panel nỉåïc säi1m 2 cọ W<W S Cạc hm phán bäú láûp âỉåüc â mä t tỉång âäúi âáưy â v chênh xạc sỉû phủ thüc ca nhiãût âäü cháút lng vo thåìi gian v háưu hãút cạc thäng säú ca panel. Nọ cho phẹp suy ra cạc cäng thỉïc tênh nhiãût v cạc âiãưu kiãûn cáưn phi âạp ỉïng khi mún tàng nhiãût âäü hồûc lm säi cháút lng trong panel. τ â t (τ) 68 10 12 13,2 14 16 18h 0 20 40 60 80 100 124 C 46 C o o 120 121 C o τ s1â τ s1 140 C o o 61 C s2â τ s2 τ12,6 100 C = t o s o 30 C ∆τ âs ∆τ s t (τ) 61 Caùc cọng thổùc õổa ra coù thóứ duỡng khi tờnh thióỳt kóỳ hoỷc kióứm tra panel õóứ gia nhióỷt hay õun sọi caùc chỏỳt loớng khaùc nhau, ồớ vộ õọỹ tuỡy yù, ổùng vồùi caùc giaù trở thờch hồỹp cuớa caùc thọng sọỳ , C p , t S vaỡ E n , t o . 4.2.2. Bọỹ thu kióứu ọỳng coù gổồng phaớn xaỷ daỷng parabol truỷ 4.2.2.1. Bộ thu đặt nằm ngang Module bộ thu nằm ngang có cấu tạo nh hình 4.11, gồm một ống hấp thụ sơn màu đen có chất lỏng chuyển động bên trong, bên ngoài là hai ống thuỷ tinh lồng vào nhau, giữa hai ống thuỷ tinh là lớp không khí hoặc đợc hút chân không. Tất cả hệ ống hấp thụ và ống thuỷ tinh đợc đặt trên máng parabol trụ, phơng trình biên dạng của parabol trụ là: p x y 4 2 = Trong đó: p là khoảng cách đờng tiêu điểm đến đáy parabol. Theo cách bố trí trên dễ dàng thấy rằng tất cả thành phần vuông góc của tia bức xạ mặt trời sau khi đến gơng parabol thì phản xạ đến tâm của ống hấp thụ. y x y= x 4p 2 p N L Lớp kính ngoài ống hấp thụ dẫn môi chất Lớp kính trong Parabol trụ phản xạ Cánh nhận nhiệt Hình 4.11. Cấu tạo loại module bộ thu đặt nằm ngang 62 Vấn đề là cần xác định các thông số kích thớc các bộ phận của module bộ thu và mối quan hệ giữa các thông số sao cho bộ thu có hiệu quả nhất về mặt hấp thụ nhiệt và về mặt kinh tế. Các thông số bộ thu và cơ sở tính toán Khảo sát một bộ thu năng lợng mặt trời (module) kiểu ống có gơng parabol trụ nh hình 4.12. Bộ thu gồm một ống đồng ở giữa có đờng kính d dày o , khối lợng riêng o nhiệt dung riêng C o , hai bên ống có hàn thêm 2 cánh đồng phẳng có chiều dày c , chiều rộng cánh là W c , hệ số dẫn nhiệt c và hiệu suất cánh f c , làm nhiệm vụ hấp thụ năng lợng mặt trời với, hệ ống- cánh đợc sơn phủ một lớp sơn đen và có độ đen , bên trong ống chứa chất lỏng có khối lợng tĩnh m, lu lợng G[kg/s] nhiệt dung riêng C P chảy liên tục qua bộ thu. Xung quanh ống đợc bọc 2 ống thủy tinh có đờng kính d 1 , d 2 , dày k1 , k2 có hệ số dẫn nhiệt, hệ số bức xạ và hệ số truyền qua lần lợt là k1 , k2 , 1 , 2 , D 1 , D 2 làm nhiệm vụ lồng kính và cách nhiệt. Giữa các ống thủy tinh và ống đồng là các lớp không khí có hệ số dẫn nhiệt là kk hai đầu đợc đệm kính bằng hai nút cao su dày d có đờng kính d d và hệ số dẫn nhiệt d . Hệ số tỏa nhiệt từ ống thủy tinh ngoài đến không khí có nhiệt độ t o là . Phía dới hệ ống có mặt phản xạ dạng parabol trụ với hệ số phản xạ R với diện tích thu nắng F o = N.L. Bộ thu đợc đặt sao cho mặt phản xạ của parabol hớng về phía mặt trời (trục của hệ ống song song với mặt phẳng quỹ đạo của mặt trời). . () n E() to t GCp to to d2, D2, k2, k2 d 1, D1, k1, k1 d, , m, Cp dd, d, d L N kk, kk d, o, o, Co Hình 4.12. Kết cấu bộ thu dạn g ốn g có g ơn g p hản xạ p arabol trụ đặ t cố định loại đặt nằm ngang . số sao cho bộ thu có hiệu quả nhất về mặt hấp thụ nhiệt và về mặt kinh tế. Các thông số bộ thu và cơ sở tính toán Khảo sát một bộ thu năng lợng mặt trời (module) kiểu ống có gơng parabol. có mặt phản xạ dạng parabol trụ với hệ số phản xạ R với diện tích thu nắng F o = N.L. Bộ thu đợc đặt sao cho mặt phản xạ của parabol hớng về phía mặt trời (trục của hệ ống song song với mặt. C o 30 õ() t () t 95,4 C o 94 C o 72 C o 45 C o 64 C o 36 C o 58 Tỏửn sọỳ dao õọỹng rióng cuớa panel b = C W 3,13.10 -4 s -1 Tọỳc õọỹ goùc tia nừng = n 2 7, 27. 10 -5 rad.s -1 Baớng