64 hệ số truyền nhiệt bằng bức xạ K L bx = qd .(T tb +T o )(T tb 2 +T o 2 ), [W/mK] với qd = 1 1122 1 21 1 111 + + ddd , = 5.67.10 -8 W/mK 4 T tb = 273 + t tb, nhiệt độ tuyệt đối trung bình tính toán của môi chất trong bộ thu, [K] Vậy ta có phơng trình cân bằng nhiệt cho bộ thu: Q 1 = dU + dI m + dI G + Q 2 (4.10) thì phơng trình cân bằng nhiệt (4.2) có thể viết dới dạng: .E n .F D .sin 2 .d = (m o .C o +m.C P +m c .C c )dt+(GC P +K tt L)(t - t o )d. (4.11) Biến đổi bằng cách thay T() = t() - t o và đặt: a = C P CmmCCm EF ccPoo nD = ++ . , [K/s] (4.12a) b = C W CmmCCm LKGC ccPoo ttP = ++ + . . [1/s] (4.12b) thì phơng trình cân bằng nhiệt cho bộ thu là: (4.13) (4.14) Giải hệ phơng trình 4.13, 4.14 tơng tự nh ở mục trên ta tìm đợc hàm phân bố nhiệt độ chất lỏng trong bộ thu là: T() = b a 2 [1- 22 4 +b b sin(2 + artg 2 b ) - 2 )2/(1 b e b + ] (4.15) Trong đó a và b đợc xác định theo công thức 4.12a và 4.12b Công thức tính toán bộ thu Từ hàm phân bố (4.15) ta dễ dàng lập đợc các công thức tính các thông số kỹ thuật đặc trng cho bộ thu nh bảng 4.4: T() + b.T() = a.sin 2 () Với điều kiện đầu T(0) = 0 65 Bảng 4.4. Các thông số đặc trng của bộ thu nằm ngang Thông số đặc trng Công thức tính toán Độ gia nhiệt lớn nhất T m T m = ) 4 1( 2 22 + + b a b a [ o C] Nhiệt độ cực đại thu đợc t m t m = t o + 22 4 1( 2 + + b b b a ) [ o C] Thời điểm đạt nhiệt độ cực đại m m = n 24 1 8 3 b artg [s] Sản lợng nhiệt trong 1 ngày Q Q = b a n 4 GC P [J] Nhiệt độ trung bình t tb t tb = t o + b a 2 [ o C] Công suất hữu ích trung bình P tb P tb = b a 2 GC P [W] Sản lợng nớc nóng M M = G n 2 , [kg] Hiệu suất nhiệt bộ thu = o tb FE Q . = o n n n tb FdE Q n 2/ 0 .)2sin( 2 = on p FbE aGC .4 Bộ thu có gơng phản xạ loại này có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo và lắp đặt nhng trong hệ thống cần có thêm một bơm tuần hoàn môi chất, nên cha thích hợp cho việc lắp đặt sử dụng ở các vùng sâu vùng xa không có điện lới. 66 4.2.2.2 Bộ thu đặt nghiêng Cấu tạo module bộ thu đặt nghiêng Module bộ thu đặt nghiêng có cấu tạo nh hình 3.8, gồm một ống hấp thụ sơn màu đen có chất lỏng chuyển động bên trong, 2 bên và mặt dới ống có hàn 3 cánh nhận nhiệt, bên ngoài là hai ống thuỷ tinh lồng vào nhau, giữa hai ống thủy tinh là lớp không khí hoặc đợc hút chân không. Tất cả hệ ống hấp thụ và ống thủy tinh đợc đặt giữa hai máng trụ trái và phải, vị trí tơng đối của hệ thống ống- gơng phản xạ đợc miêu tả nh trên hình 4.13. Biên dạng của máng trụ đợc dựng bởi 2 cung tròn tâm O 1 và O 2 ở hai đầu mút cánh trái và phải, bán kính các cung tròn là (r+W) 2 trong đó r là bán kính ống hấp thụ còn W là chiều rộng của cánh, tức là các cung tròn này đi qua đầu mút của cánh dới (hình 4.13). Với cấu tạo nh vậy thì tất cả các tia bức xạ mặt trời trong ngày chiếu đến mặt hứng của bộ thu đều đợc ống hấp thụ và cánh nhận nhiệt nhận đợc. Trên hình 4.14 và hình 4.15 biểu diễn quá trình truyền của tia bức xạ vuông góc và xiên góc bất kỳ, các tia bức xạ xiên góc khác cũng có đờng truyền tơng tự. N Máng trụ trái 2 lớp kính ống hấp thụ bên trong chứa chất lỏng 3 cánh nhận nhiệt bức xạ Máng trụ phải 0 12 0 r+w (r+w)2 Hình 4.13. Cấu tạo loại module bộ thu đặt nghiêng 67 Đối với loại bộ thu này gơng phản xạ có dạng máng trụ kép nó có tác dụng phản xạ bức xạ mặt trời đến bề mặt hấp thụ giống nh parabol trụ trong phần 4.2.2.1 nên thờng đợc gọi chung là gơng phản xạ dạng parabol trụ. N Hình 4.14. Quá trình truyền của các tia nắng vuông góc N Hình 4.15. Quá trình truyền của các tia nắng xiên góc 68 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 sau: 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 và bên dới ống có hàn thêm 3 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, 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 parbol 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 vuông góc 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 L kk, kk d, o, o, Co N E() dd, d, d W c, c, c,Cc Hình 4.16. Kết cấu bộ thu dạn g ốn g có g ơn g p hản xạ p arabol trụ loại đặt nghiêng . 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. 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 ,. một ống đồng ở giữa có đờng kính d dày o , khối lợng riêng o nhiệt dung riêng C o , hai bên và bên dới ống có hàn thêm 3 cánh đồng phẳng có chiều dày c , chiều rộng cánh là W c , hệ số dẫn