Đang tải... (xem toàn văn)
Bản luận văn: “Thiết kế điều khiển hệ thống điện sử dụng năng lƣợng mặt trời hòa lƣới điện quốc gia” do thầy giáo PGS.TS Lại Khắc Lãi hướng dẫn là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng. Các số liệu, kết quả trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Nếu sai tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.
Năng lượng mặt trời Năng lượng mặt trời Bởi: Nguyễn Bốn NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Năng lượng xạ mặt trời Trong toàn xạ mặt trời, xạ liên quan trực tiếp đến phản ứng hạt nhân xảy nhân mặt trời không 3% Bức xạ ? ban đầu qua 5.105km chiều dày lớp vật chất mặt trời, bị biến đổi mạnh Tất dạng xạ điện từ có chất sóng chúng khác bước sóng Bức xạ ? sóng ngắn sóng (hình 2.1) Từ tâm mặt trời va chạm tán xạ mà lượng chúng giảm chúng ứng với xạ có bước sóng dài Như xạ chuyển thành xạ Rơngen có bước sóng dài Gần đến bề mặt mặt trời nơi có nhiệt độ đủ thấp để tồn vật chất trạng thái nguyên tử chế khác bắt đầu xảy Đặc trưng xạ mặt trời truyền khơng gian bên ngồi mặt trời phổ rộng cực đại cường độ xạ nằm dải 10-1 - 10 ?m nửa tổng lượng mặt trời tập trung khoảng bước sóng 0,38 - 0,78 ?m vùng nhìn thấy phổ 1/20 Năng lượng mặt trời Hình 2.1 Dải xạ điện từ Chùm tia truyền thẳng từ mặt trời gọi xạ trực xạ Tổng hợp tia trực xạ tán xạ gọi tổng xạ Mật độ dòng xạ trực xạ ngồi lớp khí quyển, tính với 1m2 bề mặt đặt vng góc với tia xạ, tính theo cơng thứ : Ở - hệ số góc xạ trái đất mặt trời - góc nhìn mặt trời ? 32’ hình 2.2 C0 = 5,67 W/m2.K4 - hệ số xạ vật đen tuyệt đối T ? 5762 oK -nhiệt độ bề mặt mặt trời (xem giống vật đen tuyệt đối) Vậy ? 1353 W/m2 2/20 Năng lượng mặt trời Do khoảng cách trái đất mặt trời thay đổi theo mùa năm nên thay đổi q thay đổi độ thay đổi khơng lớn nên xem q không đổi gọi số mặt trời Khi truyền qua lớp khí bao bọc quanh trái đất chùm tia xạ bị hấp thụ tán xạ tầng ôzôn, nước bụi khí quyển, phần lượng truyền trực tiếp tới trái đất Đầu tiên ơxy phân tử bình thường O2 phân ly thành ôxy nguyên tử O, để phá vỡ liên kết phân tử đó, cần phải có photon bước sóng ngắn 0,18?m, photon (xem xạ hạt rời rạc - photon) có lượng bị hấp thụ hồn tồn Chỉ phần ngun tử ơxy kết hợp thành phân tử, đại đa số nguyên tử tương tác với phân tử ôxy khác để tạo thành phân tử ôzôn O3, ôzôn hấp thụ xạ tử ngoại với mức độ thấp so với ôxy, tác dụng photon với bước sóng ngắn 0,32?m, phân tách O3 thành O2 O xảy Như toàn lượng xạ tử ngoại sử dụng để trì trình phân ly hợp O, O2 O3, trình ổn định Do trình này, qua khí quyển, xạ tử ngoại biến đổi thành xạ với lượng nhỏ 3/20 Năng lượng mặt trời Các xạ với bước sóng ứng với vùng nhìn thấy vùng hồng ngoại phổ tương tác với phân tử khí hạt bụi khơng khí khơng phá vỡ liên kết chúng, photon bị tán xạ theo hướng số photon quay trở lại không gian vũ trụ Bức xạ chịu dạng tán xạ chủ yếu xạ có bước sóng ngắn Sau phản xạ từ phần khác khí xạ tán xạ đến mang theo màu xanh lam bầu trời sáng quan sát độ cao không lớn Các giọt nước tán xạ mạnh xạ mặt trời Bức xạ mặt trời qua khí gặp trở ngại đáng kể hấp thụ phần tử nưóc, khí cacbơnic hợp chất khác, mức độ hấp thụ phụ thuộc vào bước sóng, mạnh khoảng vùng hồng ngoại phổ Phần lượng xạ mặt trời truyền tới bề mặt trái đất ngày quang đãng (khơng có mây) thời điểm cao vào khoảng 1000W/m2 hình 2.3 Yếu tố xác định cường độ xạ mặt trời điểm trái đất quãng đường qua Sự mát lượng quãng đường gắn liền với tán xạ, hấp thụ xạ phụ thuộc vào thời gian ngày, mùa, vị trí địa lý Các mùa hình thành nghiêng trục trái đất mặt phẳng quỹ đạo quanh mặt trời gây Góc nghiêng vào khoảng 66,5o thực tế xem không đổi không gian Sự định hướng trục quay trái đất chuyển động mặt trời gây dao động quan trọng độ dài ngày đêm năm Phân bố cường độ xạ đơn sác E0?(?) mặt trời xác định theo định luật Planck, có dạng: E0λ = C1.λ5 C2 e λT −1 Hình 2.4 Phân bố E0?(?) mặt trờiDiện tích phía đường cong mơ tả cường độ xạ tồn phần E0 Mặt trời Phần công suất mang tia sáng (AS) thấy là: 4/20 Năng lượng mặt trời −6 EAS = ∫0,8.10− E0λ(λ)dλ = 0,5∫0∞ E0λ(λ)dλ = 0,5E0 0,4.10 E0? đạt cưc trị ?m = 2,98.10-3/T0 = 0,5?m E0?max = E0?(?m,T0) = 8,3.1013 W/m3 Cường độ xạ tồn phần: E0 = ?0.T04 = 6,25.107 W/m2 Cơng suất xạ toàn phần Mặt trời: Q0 = E0.F = ?.D2.?0.T04 = 3,8.1026W Công suất 4.1013 lần tổng cơng suất điện tồn giới nay, vào khoảg P = 1013W Phương pháp tính tốn lượng xạ mặt trời Cường độ xạ mặt trời mặt đất chủ yếu phụ thuộc yếu tố: góc nghiêng tia sáng mặt phẳng bề mặt điểm cho độ dài đường tia sáng khí hay nói chung phụ thuộc vào độ cao mặt trời (Góc phương từ điểm quan sát đến mặt trời mặt phẳng nằm ngang qua điểm đó) Yếu tố xác định cường độ xạ mặt trời điểm trái đất quãng đường qua Sự mát lượng quãng đường gắn liền với tán xạ, hấp thụ xạ phụ thuộc vào thời gian ngày, mùa, vị trí địa lý Quan hệ xạ mặt trời ngồi khí thời gian năm xác định theo phương trình sau: Eng = Eo(1+0, 033cos 360n 365 ), W/m2 đó, Eng xạ ngồi khí đo mặt phẳng vng góc với tia xạ vào ngày thứ n năm Tính tốn góc tới xạ trực xạ Trong q trình tính tốn cần định nghĩa số khái niệm sau: - Hệ số khối khơng khí: m, tỷ số khối lượng khí theo phương tia xạ truyền qua khối lượng khí theo phương thẳng đứng (tức mặt trời thiên đỉnh) Như m =1 mặt trời thiên đỉnh, m =2 góc thiên đỉnh ?z 600 Đối với góc thiên đỉnh từ 0-700 xác định gần m =1/cos?z Còn góc ?z>700 độ cong bề mặt trái đất phải đưa vào tính tốn Riêng trường hợp tính tốn xạ mặt trời ngồi khí m =0 5/20 Năng lượng mặt trời - Trực xạ: xạ mặt trời nhận khơng bị bầu khí phát tán Đây dòng xạ có hướng thu thu kiểu tập trung (hội tụ) - Tán xạ: xạ mặt trời nhận sau hướng bị thay đổi phát tán bầu khí (trong số tài liệu khí tượng, tán xạ gọi xạ bầu trời, cần phân biệt tán xạ mặt trời với xạ hồng ngoại bầu khí phát ra) - Tổng xạ: tổng trực xạ tán xạ bề mặt (phổ biến tổng xạ bề mặt nằm ngang, thường gọi xạ cầu bề mặt) - Cường độ xạ (W/m2): cường độ lượng xạ mặt trời đến bề mặt tương ứng với đơn vị diện tích bề mặt Cường độ xạ bao gồm cường độ xạ trực xạ Etrx, cường độ xạ tán xạ Etx cường độ xạ quang phổ Eqp - Năng lượng xạ (J/m2 : lượng xạ mặt trời truyền tới đơn vị diện tích bề mặt khoảng thời gian, lượng xạ đại lượng tích phân cường độ xạ khoảng thời gian định (thường hay ngày) - Giờ mặt trờ : thời gian dựa chuyển động biểu kiến mặt trời bầu trời, với quy ước mặt trời ngọ thời điểm mặt trời qua thiên đỉnh người quan sát Giờ mặt trời thời gian sử dụng quan hệ góc mặt trời, khơng đồng nghĩa với theo đồng hồ Quan hệ hình học mặt phẳng bố trí mặt đất xạ mặt trời truyền tới, tức vị trí mặt trời so với mặt phẳng xác định theo góc đặc trưng sau (hình 2.5): - Góc vĩ độ ?: vị trí góc tương ứng với vĩ độ phía bắc phía nam đường xích đạo trái đất, với hướng phía bắc hướng dương - 900 ? ? ? 900 - Góc nghiêng ?: góc mặt phẳng bề mặt tính tốn phương nằm ngang ? ? ? 1800 (? > 900 nghĩa bề mặt nhận xạ hướng xuống phía dưới) - Góc phương vị bề mặt ?: góc lệch hình chiếu pháp tuyến bề mặt mặt phẳng nằm ngang so với đường kinh tuyến Góc ? = bề mặt quay hướng nam, ? lấy dấu (+) bề mặt quay phía tây lấy dấu (-) bề mặt quay phía đơng 6/20 Năng lượng mặt trời -1800 ? ? ? 1800 - Góc ?: góc chuyển động vị trí mặt trời phía đơng phía tây kinh tuyến địa phương q trình quay trái đất quanh trục lấy giá trị 150 cho đồng hồ, buổi sáng lấy dấu (-), buổi chiều lấy dấu (+) - Góc tới ?: góc tia xạ truyền tới bề mặt pháp tuyến bề mặt - Góc thiên đỉnh ?z: góc phương thẳng đứng (thiên đỉnh) tia xạ tới Trong trường hợp bề mặt nằm ngang góc thiên đỉnh góc tới ? - Góc cao mặt trời ? : góc phương nằm ngang tia xạ truyền tới, tức góc phụ góc thiên đỉnh - Góc phương vị mặt trời ?s: góc lệch so với phương nam hình chiếu tia xạ mặt trời truyền tới mặt phẳng nằm ngang Góc lấy dấu âm (-) hình chiếu lệch phía đơng lấy dấu dương (+) hình chiếu lệch phía tây - Góc lệch ?: vị trí góc mặt trời tương ứng với mặt trời 12 (tức mặt trời qua kinh tuyến địa phương) so với mặt phẳng xích đạo trái đất, với hướng phía bắc hướng dương -23,450 ? ? ? 23,450 Góc lệch ? tính tốn theo phương trình Cooper: 7/20 Năng lượng mặt trời ? = 23,45.sin(360 284+n 365 ) n thứ tự ngày năm Quan hệ loại góc đặc trưng biểu diễn phương trình góc tới ? góc khác sau: cos? = sin?.sin? cos? - sin?.cos? sin?.cos? + cos?.cos?.cos?.cos? + + cos?.sin?.sin?.cos?.cos? + cos?.sin?.sin?.sin? và:cos? = cos?z.cos? + sin?z.sin?.cos(?s - ?) Đối với bề mặt nằm ngang góc tới ? góc thiên đỉnh mặt trời ?z, giá trị phải nằm khoảng 00 900 từ mặt trời mọc đến mặt trời thiên đỉnh (? = 0): cos?z = cos?.cos?.cos? + sin?.sin? Bức xạ mặt trời ngồi khí lên mặt phẳng nằm ngang: Tại thời điểm bất kỳ, xạ mặt trời đến bề mặt nằm ngang khí xác định theo phương trình: Eo.ng = Eo + 0.033.cos 360.n 365 cosθz Thay giá trị cos?z vào phương trình ta có Eo.ng thời điểm từ lúc mặt trời mọc đến lúc mặt trời lặn: 360n Eo.ng = Eo + 0.033.cos 365 cosφ.cosδ.cosω + sinφ.sinδ Tích phân phương trình theo thời gian từ mặt trời mọc đến mặt trời lặn (6h đến 18h mặt trời) ta Eo lượng xạ mặt trời mặt phẳng nằm ngang ngày: Eo.ngay = 24.3600Eo π 360n + 0.033.cos 365 cosφ.cosδ.sinωs + πωs 180 sinφ.sinδ với ?s góc mặt trời lặn (0) (tức góc ? ?z = 900) cosωs = − sinφ.sinδ cosφ.cosδ = −tg φ.tgδ 8/20 Năng lượng mặt trời Người ta xác định lượng xạ ngày trung bình tháng Eoth cách thay giá trị n ? công thức lấy giá trị ngày trung bình tháng độ lệch ? tương ứng Năng lượng xạ mặt phẳng nằm ngang định xác định phân tích phương trình 1.9 khoảng thời gian góc ?1 ?2: Eo.gio = 112x3600 Eo π 360n [ + 0.033 365 cosφ.cosδ sinω1 − sinω2 + π ω2 − ω1 180 sinφ.sinδ ] Tổng cường độ xạ mặt trời lên bề mặt trái đất Tổng xạ mặt trời lên bề mặt đặt mặt đất bao gồm hai phần trực xạ tán xạ Phần trực xạ đựơc khảo sát trên, thành phần tán xạ phức tạp Hướng xạ khuếch tán truyền tới bề mặt hàm số độ mây độ suốt khí quyển, đại lượng lại thay đổi nhiều Có thể xem xạ tán xạ tổng hợp thành phần (hình 2.6) - Thành phần tán xạ đẳng hướng: phần tán xạ nhận đồng từ tồn vòm trời • Thành phần tán xạ quanh tia: phần tán xạ bị phát tán xạ mặt trời xung quanh tia mặt trời • Thành phần tán xạ chân trời: phần tán xạ tập trung gần đường chân trời Góc khuếch tán mức độ định phụ thuộc độ phản xạ Rg (còn gọi albedo -suất phân chiếu) mặt đất Những bề mặt có độ phản xạ cao (ví dụ bề mặt tuyết xốp có Rg = 0,7) phản xạ mạnh xạ mặt trời trở lại bầu trời bị phát tán trở thành thành phần tán xạ chân trời 9/20 Năng lượng mặt trời Như xạ mặt trời truyền đến bề mặt nghiêng tổng dòng xạ bao gồm: trực xạ Eb, thành phần tán xạ Ed1, Ed2, Ed3 xạ phản xạ từ bề mặt khác lân cận Er: E? = Eb + Ed1 + Ed2 + Ed3 + Er Tuy nhiên việc tính tốn đại lượng tán xạ phức tạp Vì người ta giả thiết kết hợp xạ khuếch tán xạ phản xạ mặt đất đẳng hướng, nghĩa tổng xạ khuếch tán từ bầu trời xạ phản xạ mặt đất trường hợp không phụ thuộc hướng bề mặt Như tổng xạ bề mặt nghiêng tổng trực xạ Eb.Bb tán xạ mặt nằm ngang Ed Khi bề mặt nghiêng tạo góc ? so với phương nằm ngang có tổng xạ tổng thành phần: β∑ = EbBb + Ed + cosβ + E∑ R g − cosβ E Trong : E? tổng xạ bề mặt nằm ngang, (1 + cos?)/2 = Fcs hệ số góc bề mặt bầu trời (1 - cos?)/2 = Fcg hệ số góc bề mặt mặt đất Rg hệ số phản xạ xạ môi trường xung quanh 10/20 Năng lượng mặt trời Và ta có tỷ số xạ Bb bề mặt nghiêng góc ? so với bề mặt ngang: Bb = En Ebng = En.cosθ En.cosθz = cosθ cosθz En cường độ xạ mặt trời tới theo phương bất kỳ, Ebng xạ mặt trời theo phương vng góc với mặt nằm ngang, Ebngh xạ mặt trời theo phương vng góc với mặt phẳng nghiêng, cos? cos?z xác định phương trình góc biểu diễn hình 2.8 Trong tính tốn kỹ thuật, coi cường độ xạ tới mặt đất hàm thời gian ?, tính từ lúc mặt trời mọc, ? = đến mặt trời lặn ? =?n/2, với ?n=24h = 24.3600s sau: E(?) = En.sin?(?) ?(?) = ?.? góc nghiêng tia nắng so với mặt đất, ω= 2π τn = 2π 24.3600 = 7,72.10 − 5rad / s tốc độ góc tự xoay trái đất, En[W/m2] cường độ xạ cực đại ngày, lấy trị trung bình năm theo theo số liệu số liệu đo lường thực tế vĩ độ cần xét Bức xạ mặt trời truyền qua kính Độ hấp thụ, truyền qua phản xạ vật liệu hàm số xạ truyền tới, độ dày số khúc xạ lớp vật liệu Hầu hết thu NLMT sử dụng kính làm vật liệu che phủ bề mặt thu tính chất quang học ưu việt 11/20 Năng lượng mặt trời Hiệu ứng lồng kính Hiệu ứng lồng kính tượng tích luỹ lượng xạ mặt trời phía kính lớp khí đó, ví dụ CO2 NOx Giải thích hiệu ứng lồng kính sau: Tấm kính lớp khí có độ đơn sắc D? giảm dần bước sóng ? tăng Còn bước sóng ?mkhi E? cực đại, bước sóng mang nhiều lượng nhất, lại giảm theo định luật Wien ? = 2,9.10-3/T Bức xạ mặt trời, phát từ nhiệt độ cao T0 = 5762K, có lượng tập trung quanh sóng ?m0 = 0,5?m, xun qua kính hồn tồn, D(?m0) ? Bức xạ thứ cấp, phát từ vật thu có nhiệt độ thấp, khoảng T ? 400K, có lượng tập trung quanh sóng ?m = 8?m, khơng xun qua kính, D(?m) ? 0, bị phản xạ lại mặt thu Hiệu số lượng (vào - ra) > 0, tích luỹ phía kính, làm nhiệt độ tăng lên Sự phản xạ xạ mặt trời Đối với bề mặt nhẵn, biểu thức Fresnel độ phản xạ xạ qua mơi trường thứ có độ khúc xạ (chiết suất) n1 đến môi trường thứ có chiết suất n2 là: r= sin2 θ2 − θ1 sin2 θ2 + θ1 r// = r= thành phần vng góc tg2 θ2 − θ1 tg2 θ2 + θ1 Er r + r// Ei = thành phần song song xạ độ phản xạ trung bình hai thành phần song song vng góc 12/20 Năng lượng mặt trời Ei, Er, tương ứng cường độ xạ tới, cường độ xạ phản xạ Các góc ?1 ?2 góc tới góc khúc xạ (hình 2.10) có quan hệ với độ khúc xạ n theo định luật Snell: n1 n2 sinθ2 sinθ1 = Như biết đại lượng góc ?1, ?2, chiết suất mơi trường n1, n2 ta xác định độ phản xạ r bề mặt Đối với tia xạ tới vng góc ?1, ?2 = phương trình kết hợp: r0 = Er Ei = n1 − n2 n1 + n2 Nếu mơi trường khơng khí (chiết suất n2 ? 1) thì: r0 = Er Ei = n1 − n1 + Đối với loại thu NLMT, thường sử dụng kính vật liệu màng mỏng suốt phủ bề mặt hấp thụ nhiệt xạ, ln có bề mặt ngăn cách lớp vật liệu phủ gây tổn thất phản xạ Nếu bỏ qua nhiệt lượng hấp thụ lớp vật liệu xét thời điểm mà có thành phần vng góc xạ tới (hình 2.11), đại lượng (1 - r? ) tia xạ tới tới bề mặt thứ 2, (1 - r? )2 qua bề mặt phân cách r? (1 - r? ) bị phản xạ trở lại bề mặt phân cách thứ v.v Cộng tất thành phần truyền qua hệ số truyền qua thành phần vng góc: d = − r ∑ r2n = 1−r 1−r = 1−r 1+r 13/20 Năng lượng mặt trời Đối với thành phần song song có kết tương tự hệ số truyền qua trung bình hai thành phần: dr = 1−r 1+r + 1−r 1+r Nếu thu có N lớp vật liệu phủ suốt thì: drN = [ 1−r + 2N − r + 1−r + 2N − r ] Tổn thất hấp thụ xạ kính Sự hấp thụ xạ vật liệu không suốt xác định định luật Bougure dựa giả thiết xạ bị hấp thụ tỷ lệ với cường độ xạ qua vật liệu khoảng cách x mà xạ qua: dE = - EKdxvới K số tỷ lệ Lấy tích phân dọc theo đường tia xạ vật liệu từ đến ? /cos?2 (với ? chiều dày lớp vật liệu) ta có hệ số truyền qua vật liệu có hấp thụ xạ: Da = Ed Ei = exp − Kδ cosθ2 Trong đó, Ed cường độ xạ truyền qua lớp vật liệu Đối với kính: K có trị số xấp xỉ 4m-1 loại kính có cạnh màu trắng bạc xấp xỉ 32m-1 loại kính có cạnh màu xanh lục 14/20 Năng lượng mặt trời Hệ số truyền qua hệ số phản xạ kính Hệ số truyền qua, hệ số phản xạ hệ số hấp thụ lớp vật liệu xác định sau : Đối với thành phần vuông góc xạ: D= Da − r − rDa 1−r = Da + r [ − r2 − rDa ] R=r+ − r D 2.r a − r.Da A = − Da [ = r + Da.D 1−r − r.Da ] Thành phần song song xạ xác định biểu thức tương tự Đối với xạ tới khơng phân cực, tính chất quang học xác định trung bình cộng hai thành phần Đối với thu NLMT thực tế, Da thường lớn 0,9 r ? 0,1 Vì từ phương trình ta có giá trị D? ? (tương tự D// ? 1) Hệ số truyền qua xạ khuếch tán Do xạ khuếch tán vô hướng nên nguyên tắc lượng xạ truyền qua kính xác định cách tích phân dòng xạ theo tất góc tới Tuy nhiên phân bố góc xạ khuếch tán nói chung khơng thể xác định đựơc nên khó xác định biểu thức tích phân Nếu xạ khuếch tán đến khơng phụ thuộc góc tới tính tốn đơn giản hóa cách định nghĩa góc tương đương xạ có hệ số truyền qua tán xạ Đối với khoảng rộng điều kiện tính tốn góc tương đương 600 Nói cách khác, trực xạ với góc tới 600 có hệ số truyền qua xạ khuếch tán đẳng hướng Hình 2.12 quan hệ góc tới hiệu xạ tán xạ đẳng hướng xạ phản xạ từ mặt đất với góc nghiêng khác thu Có thể xác định gần quan hệ biểu thức toán học sau: - Đối với xạ phản xạ từ mặt đất: ?hq = 90 - 0,5788? + 0,002693?2 - Đối với xạ khuếch tán: 15/20 Năng lượng mặt trời ?hq = 59,7 - 0,1388? + 0,001497?2 Tích số hệ số truyền qua hệ số hấp thụ (DA) Tích số DA hệ số truyền qua hệ số hấp thụ xem ký hiệu biểu diễn tính chất tổ hợp thu kính (DA) Trong số xạ xuyên qua kính tới bề mặt thu, phần lại bị phản xạ trở lại hệ thống kính Tuy nhiên, khơng phải tất lượng xạ bị mà phần lớn số lại phản xạ trở lại thu nhờ hiệu ứng lồng kính (như biểu diễn hình 2.13), D hệ số truyền qua hệ thống kính A hệ số hấp thụ bề mặt thu Như số lượng tới, DA phần thu hấp thụ, (1-A)D phần bị phản xạ trở lại hệ thống kính che Sự phản xạ giả thiết khuếch tán phần lượng (1- A)D tới phủ xạ khuếch tán (1A).D.Rd phần phản xạ trở lại bề mặt thu 16/20 Năng lượng mặt trời Đại lượng Rd hệ số phản xạ hệ thống kính xạ khuếch tán từ bề mặt thu xác định từ phương trình Rd = Da (1-Dr) = Da - D độ chênh lệch Da D góc tới 600 Nếu hệ thống kính gồm lớp (hay nhiều lớp) Rd khác so với độ phản xạ khuếch tán xạ tới Sự phản xạ nhiều lần xạ khuếch tán tiếp tục phần lượng tới hấp thụ có trị số: n DA = DA∑n∞= [ − A Rd] = DA − − A Rd Nói khác đi, có (DA) phần lượng xạ truyền tới bề mặt hấp thụ thu Trong thực tế A lớn Rd nhỏ nên cách gần người ta thường xác định: (DA) = 1,01 D A Do D A phụ thuộc góc tới ? nên đương nhiên tích số (DA) phụ thuộc góc tới ? Để xác định quan hệ (DA) ? sử dụng đồ thị hình 2.14, (DA)n tích số (DA) ứng với trường hợp tia tới vng góc với bề mặt thu (? = 0) 17/20 Năng lượng mặt trời Tổng xạ mặt trời hấp thụ thu Năng lượng xạ mặt trời thu hấp thụ gồm thành phần chính: trực xạ, tán xạ, phản xạ mặt đất Với thu đặt nghiêng góc ? ta có tổng xạ mặt trời hấp thụ thu sau: S = EbBb DA b + Ed DA d + cosβ + Rd Eb + Ed DA g − cosβ Eb, Ed cường độ xạ trực xạ tán xạ, Bb tỷ số xạ trực xạ lên mặt phẳng nghiêng lên mặt phẳng nằm ngang, (1+cos?)/2 (1-cos?)/2 hệ số góc thu tương ứng bầu trời mặt đất, (DA)b, (DA)d, (DA)g tích số hệ số truyền qua hệ số hấp thụ tương ứng trực xạ, tán xạ phản xạ từ mặt đất Cân nhiệt nhiệt độ cân vật thu xạ mặt trời Nhiệt độ cân ? vật thu xạ mặt trời nhiệt độ ổn định bề mặt vật, có cân cơng suất xạ vật hấp thụ công suất nhiệt phát từ vật môi trường 18/20 Năng lượng mặt trời Nhiệt độ cân nhiệt độ lớn mà vật đạt tới sau thời gian thu xạ mặt trời lâu, ?U vật = Nhiệt độ cân ? vật thu xạ mặt trời nhiệt độ ổn định bề mặt vật, có cân công suất xạ vật hấp thụ dược công suất nhiệt phát từ vật môi trường Ta lập cơng thức tính nhiệt độ cân T vật V có diện tích xung quanh F, hệ số hấp thụ A, hệ số xạ ? đặt chân khơng cách mặt trời khoảng r có diện tích hứng nắng Ft, hình chiếu F lên mặt phẳng vng góc tia nắng, diện tích “cái bóng” V Phương trình cân nhiệt cho V có dạng: Cơng suất V hấp thụ = Công suất phát xạ từ V Hay: A.Et.Ft = E.F ? A.?0.T04(D/2r)2.Ft = ?.?0.T04 F Suy ra: T(r, Ft, F, A, ?) = T0 D 2r AFt εF , [K] Nếu V vật xám, có A = ?, T(r, Ft, F) = T0 D 2r Ft F , [K] Nếu V vật xám hình cầu, có Ft/F=1/4, T(r) = 12 T0√ Dr , [K] 19/20 Năng lượng mặt trời Nếu vật V có thơng số (?, C, ?, A, F, V) đặt khí nhiệt độ tf, toả nhiệt phức hợp hệ số ?, phương trình cân nhiệt thời gian d? cho V la : ?QA = dU + ?Q? hay A.En.sin(?.?).Ft(?).d? = ?.V.C.dt + ?.F.(t - tf) d? có dạng dt dτ αF + t ρVC = AEm ρVC Ft(τ)sin(ωτ) Khi biết luật thay đổi diện tích thu Ft(?), giải phương trình vi phân với điều kiện đầu t(? = 0) = tf để tìm hàm biến đổi t(?) nhiệt độ vật theo thời gian Đo cường độ xạ mặt trời Ngoài phương pháp xác định cường độ xạ mặt trời điểm dựa vị trí địa lý (độ cao mặt trời trời) trên, thực tế người ta chế tạo dụng cụ đo cường độ xạ mặt trời (pyrheliometer, actinometer - đo trực xạ, pyranometer, Solarimeter- đo tổng xạ ) 20/20 ... tới vng góc với bề mặt thu (? = 0) 17/20 Năng lượng mặt trời Tổng xạ mặt trời hấp thụ thu Năng lượng xạ mặt trời thu hấp thụ gồm thành phần chính: trực xạ, tán xạ, phản xạ mặt đất Với thu đặt... chiếu) mặt đất Những bề mặt có độ phản xạ cao (ví dụ bề mặt tuyết xốp có Rg = 0,7) phản xạ mạnh xạ mặt trời trở lại bầu trời bị phát tán trở thành thành phần tán xạ chân trời 9/20 Năng lượng mặt trời. .. dựa chuyển động biểu kiến mặt trời bầu trời, với quy ước mặt trời ngọ thời điểm mặt trời qua thiên đỉnh người quan sát Giờ mặt trời thời gian sử dụng quan hệ góc mặt trời, khơng đồng nghĩa với