Luận văn Nghiên cứu, tính toán và đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố về kết cấu và thời tiết đến hiệu suất của bộ thu nhiệt mặt trời kiểu hội tụ

 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI 
 --------------------------------------- 
 NGUYỄN MINH KHANG 
 ĐỀ TÀI LUẬN VĂN 
NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG 
CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ VỀ KẾT CẤU VÀ THỜI TIẾT ĐẾN 
HIỆU SUẤT CỦA BỘ THU NHIỆT MẶT TRỜI KIỂU HỘI TỤ 
 Chuyên ngành : VẬT LÝ KỸ THUÂT 
 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC 
 Vật lý kỹ thuật 
 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : 
 PGS.TS ĐẶNG ĐÌNH THỐNG 
 Hà Nội – Năm2012 
 1 Mục lục Trang 
Trang phụ bìa 1 
Lời cam đoan 5 
Danh mục các ký hiệu và các chữ viết tắt 6 
Danh mụ các bảng 9 
Danh mục các hình vẽ đồ thị 10 
MỞ ĐẦU 13 
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 
1.1. Nguồn năng lượng mặt trời 15 
 1.1.1. Mặt trời 15 
 1.1.2. Bản chất nguồn NLMT 16 
 1.1.3. NLMT ngoài vũ trụ- Hằng số mặt trời 16 
1.2. Đặc điểm nguồn NLMT 17 
 1.2.1. Sự chuyển động của hệ Mặt Trời- trái đất 17 
 1.2.2. Tính không ổn định của nguồn NLMT 18 
 1.2.3. Ảnh hưởng của lớp khí quyển 22 
 1.2.4. Các thành phần BXMT trên mặt đất 23 
1.3. Ước tính cường độ bức xạ 24 
1.4. Ưu nhược điểm của nguồn NLMT 24 
 1.4.1. Các ưu việt của nguồn NLMT 25 
 1.4.2. Các khó khăn trong khai thác, ứng dụng NLMT 26 
CHƯƠNG 2. CÔNG NGHỆ NHIỆT MẶT TRỜI 
2.1. Tổng quan về công nghệ năng lượng mặt trời 27 
2.2. Công nghệ nhiệt mặt trời áp dụng hiệu ứng nhà kính 27 
 2.2.1. Hiệu ứng nhà kính 27 
 2.2.2. Công nghệ nhiệt mặt trời áp dụng hiệu ứng nhà kính 28 
 2 2.2.2.1. Hệ thống sấy khô 28 
 2.2.2.2. Hệ thống đun nước nóng 29 
 2.2.2.3. Hệ thống chưng cất nước 32 
 2.2.2.4 . Bếp mặt trời ứng dụng hiệu ứng nhà kính 35 
2.3. Công nghệ nhiệt tập trung NLMT 36 
 2.3.1. Hiệu ứng hội tụ 36 
 2.3.1.1. Hiệu ứng phản xạ và hội tụ ánh sáng 36 
 2.3.1.2. Gương phản xạ 37 
 2.3.2. Công nghệ nhiệt điện tập trung NLMT 38 
 2.3.2.1. Công nghệ nhiệt điện mặt trời tháp năng lượng 39 
 2.3.2.2. Công nghệ nhiệt điện mặt trời phản xạ Fresnell tuyến tính 41 
tập trung 
 2.3.2.3. Công nghệ nhiệt điện mặt trời máng parabôn 43 
 2.3.2.4. Công nghệ đĩa parabôn 46 
 2.3.2.5. Đánh giá tình hình phát triển của công nghệ nhiệt điện 48 
mặt trời tập trung 
 2.3.3. Giới hạn nghiên cứu 50 
CHƯƠNG 3. BỘ THU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 
TẬP TRUNG KIỂU MÁNG PARABÔN 
3.1. Máng hội tụ parabôn : cấu tạo và hoạt động 51 
3.2. Định hướng bộ thu và hiệu chỉnh góc tới 54 
 3.2.1. Định hướng bộ thu 54 
 3.2.2. Hiệu chỉnh góc tới 56 
3.3. Tính hiệu suất bộ thu 57 
 3.3.1. Các quá trình nhiệt xảy ra tại ống hấp thụ 57 
 3.3.2. Hiệu suất bộ thu 58 
 3 3.3.2.1. Tính hiệu suất quang 59 
 3.3.2.2. Tính hiêụ suất nhiệt 60 
 3.3.3. Đánh giá hiệu suât 66 
CHƯƠNG 4. LẬP TRÌNH TÍNH TOÁN HIỆU SUẤT VÀ CÁC 
THÔNG SỐ BỘ THU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI KIỂU HỘI TỤ 
MÁNG PARABÔN 
4.1. Các giới hạn 67 
4.2. Lập chương trình tính toán 67 
 4.2.1. Thuật toán 67 
 4.2.2. Lưu đồ thuật toán 69 
 4.2.3. Chương trình lập trình 78 
4.3. Kết quả chạy thử 81 
 4.3.1. Khảo sát theo cường độ bức xạ mặt trời 82 
 4.3.2. Khảo sát theo sự thay đổi của độ mở 85 
 4.3.3. Khảo sát theo sự thay đổi của chiều dài 88 
 4.3.4. Khảo sát theo sự thay đổi của tiêu cự 89 
 4.3.5. Khảo sát theo sự thay đổi của đồng thời của độ dài và độ mở 91 
 4.3.6. Khảo sát trong khoảng thời gian quá độ 94 
4.4. Nhận xét 96 
KẾT LUẬN 98 
Tài liệu tham khảo 99 
Phụ lục 102 
 4 LỜI CAM ĐOAN 
 Tôi xin cam đoan, đề tài luận văn cao học : ‘Nghiên cứu, tính toán và 
đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố về kết cấu và thời tiết đến hiệu suất bộ 
thu nhiệt mặt trời kiểu hội tụ’ là công trình nghiên cứu của tôi, có sự hướng 
dẫn của PGS.TS Đặng Đình Thống. 
 Các số liệu trong luận văn được sử dụng trung thực, có nguồn trích dẫn 
được ghi trong phần tài liệu tham khảo. Kết quả luận văn là trung thực, và 
chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào trước đây. 
 Hà Nội, ngày 15 tháng 3 năm 2012 
 Tác giả 
 Nguyễn Minh Khang 
 5 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ CÁI VIẾT TẮT 
 Các chữ viết tắt : 
BXMT : Bức Xạ Mặt Trời 
NLMT : Năng Lượng Mặt Trời 
CĐBX : Cường Độ Bức Xạ 
CNMT : Công nghệ Nhiệt điện Mặt trời Tập trung 
NHI : Nhiệt Hữu Ích 
NLBXT : năng lượng bức xạ mặt trời tới 
PFTT : Phản xạ Fresnell Tuyến tính Tập trung 
a : ambient – Môi trường không khí bao quanh 
b : beam - trực xạ 
c : cover - Ống thuỷ tinh bao quanh 
con : convection - đối lưu 
d : diffuse -Nhiễu xạ 
e : external – bên ngoài không gian 
ev : evacute – phần chân không vành khuyên 
i : in – bên trong 
f : flow fluit - Chất lỏng dẫn nhiệt 
fu : usefull - hữu ích 
Nu : Hệ số Nussel 
O : on – Trên bề mặt ngang 
o : out – bên ngoài 
p : pipe - Ống hấp thụ 
Pr : hệ số Prandlt 
Re : Hệ số Reynol 
S : sun - mặt trời 
s : section cross - cắt ngang 
 6 Các ký hiệu : 
A : Diện tích hiệu dụng mặt mở 
b : Khoảng cách giữa mặt trời và trái đất 
C : Tỉ lệ tập trung 
Cp : Nhiệt dung riêng 
D : Đường kính 
d : Đường kính trái đất 
g : gia tốc trọng trường 
h : Độ cao máng parabôn 
heff : Hệ số truyền nhiệt hiệu dụng 
I : Cường độ bức xạ 
K(θ) : Hệ số hiệu chỉnh góc tới 
k : Độ dẫn nhiệt 
L : Chiều dài bộ thu kiểu máng parabôn 
m : Lưu lượng khối của chất lỏng dẫn nhiệt 
n : Ngày trong năm 
Q : Tổng năng lượng nhiệt 
q : sai phân nhiệt 
S : Thông lượng ánh sáng tới bề mặt ống hấp thụ 
T : Nhiệt độ 
W : Độ mở của máng parabôn 
α : Góc độ cao mặt trời 
 Hệ số hấp thụ của ống hấp thụ 
β : Góc giữa mặt phẳng quan sát và mặt nằm ngang 
ε : Hệ số bức xạ nhiệt 
φ : Vĩ độ 
Φr : Góc mở bộ thu máng parabôn 
 7 γ : Góc phương vị 
 Thừa số chặn 
ρ : Hệ số phản xạ của gương parabôn 
 Khối lượng riêng 
η : Hiệu suất nhiệt bộ thu kiểu máng parabôn 
η0 : Hiệu suất quang bộ thu kiểu máng parabôn 
μ : Độ nhớt động lực học 
τ : Hệ số truyền qua của ống huỷ tinh 
τb : Hệ số truyền qua của khí quyển 
ν : Độ nhớt động học 
ω : Góc giờ mặt trời 
ωs : Góc giờ mặt trời lặn 
δ: Góc lệch 
δz : Góc tán sắc 
Г : Góc quay định vị bộ thu theo mặt trời 
 8 DANH MỤC CÁC BẢNG 
 Bảng 2. 1. Bảng thể hiện một số thông số về nhiệt độ của bếp mặt trời 
trong quá trình sử dụng 
 Bảng 2. 2. Một số nhà máy nhiệt điện mặt trời kiểu máng parabôn 
 Bảng 2. 3. So sánh một số đặc điểm chính của công nghệ nhiệt điện 
mặt trời tập trung 
 Bảng 2. 4. Tỉ lệ sử dụng nhiệt điện mặt trời trong tổng số nguồn điện của 
các nước trên thế giới trong tương lai 
 Bảng 4.1. Một số giá trị ban đầu dùng để khảo sát 
 Bảng 4.2. Sự thay đổi của hiệu suất theo độ dài và độ mở của máng 
parabôn 
 Bảng 4.3 Sự biến thiên nhiệt độ đầu ra trung bình của chất lỏng dẫn nhiệt 
khi chiều dài và độ mở thay đổi 
 9 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 
 Hình 1. 1. Mối liên hệ giữa trái đất và mặt trời 
 Hình 1. 2. Phân bố năng lượng trong phổ của bức xạ mặt trời ở giới hạn 
trên của khí quyển 
 Hình 1. 3. Vị trí của trái đất trên quỹ đạo chuyển động xung quanh mặt 
trời trong một năm 
 Hình 1. 4. Các góc tương quan giữa tia sáng tới trên mặt phẳng quan sát 
 Hình 1. 5. Tương tác của BXMT với khí quyển 
 Hình 2. 1. Nguyên lý hiệu ứng nhà kính 
 Hình 2. 2. Một thiết bị sấy nông sản 
 Hình 2. 3. Cấu tạo của một collecctor 
 Hình 2. 4. Sơ đồ cấu tạo của bình nước nóng dạng ống chân không 
 Hình 2. 5. Thiết bị đun nước nóng ARISTON dạng dãy ống (trái) và dạng 
tấm (phải) đang ban trên thị trường 
 Hình 2. 6. Sơ đồ nguyên lý của thiết bị chưng cất nước 
 Hình 2. 7. Hệ thống chưng cất nước ngọt từ nước biển lắp tại Bình Đại, 
Bến Tre gồm 3 modul, mỗi modul có diện tích đón nắng 4m2 
 Hình 2. 8. Sơ đồ bếp mặt trời 
 Hình 2. 9. Nguyên lý phản xạ ánh sáng 
 Hình 2. 10. Sơ đồ khối tổng quan c ủa công nghệ nhiệt điện mặt trời 
 Hình 2. 11. Nhà máy nhiệt điện mặt trời PS10 
 Hình 2.12. Tháp tập trung ánh sáng của nhà máy điện 
 Hình 2. 13. Sơ đồ nguyên lý của bộ phản xạ Fresnel tuyến tính tập trung 
 Hình 2.14. Hệ thống gương của một nhà máy nhiệt điện 
 Hình 2. 15. Sơ đồ khối của một nhà máy nhiệt điện mặt trời sử dụng công 
nghệ máng parabôn 
 10