LỜI CAM ĐOAN - Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi - Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày. năm 2013 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Nguyễn Việt Phong ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập và nghiên cứu trong chương trình đào tạo sau đại học của trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP. HCM, em đã tiếp thu và đúc kết được nhiều kiến thức bổ ích.
Với đề tài nghiên cứu dưới hình thức luận văn thạc sỹ, vì lần đầu tiên tiếp xúc nên em gặp rất nhiều khó khăn. Với sự hướng dẫn tận tình của thầy hướng dẫn TS. Hoàng An Quốc cùng với sự hỗ trợ của gia đình đã giúp em hoàn thành luận văn này. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: - Thầy TS.
Hoàng An Quốc - Trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP. - Quý thầy cô trong khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy - Trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP. - Gia đình, bạn bè. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, sự hỗ trợ động viên quý báu của tất cả mọi người.
Xin trân trọng cảm ơn Tp. Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2013 iii TÓM TẮT Nội dung chính của luận văn là nghiên cứu nâng cao hiệu suất, đồng thời thiết kế - chế tạo thử nghiệm mô hình bộ thu năng lượng mặt trời kiểu parabol trụ Nội dung gồm: Chƣơng 1: Trình bày tổng quan về năng lượng mặt trời, các bộ thu năng lượng mặt trời, mục đích của đề tài, nhiệm vụ của đề tài, ý nghĩa thực tiễn của đề tài. Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết. Chƣơng 3: Trình bày về nghiên cứu thiết kế nhằm đạt hiệu suất cao và chế tạo mô hình thực nghiệm.
Chƣơng 4: Trình bày thực nghiệm. Chƣơng 5: Kết luận và kiến nghị. iv MỤC LỤC Tiêu đề Trang Trang tựa Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân. i Lời cam đoan .ii Lời cảm ơn.
iv Mục lục .vii Danh mục các chữ viết tắt. xi Danh mục hình. xiv Danh mục bảng. xv Chƣơng 1 : TỔNG QUAN 1.
Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố. Mục đích của đề tài:. Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn của đề tài. Phương pháp nghiên cứu.5 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài.4 Chƣơng 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.Tổng quan chung về nguồn năng lượng mặt trời.
Nguồn bức xạ mặt trời .Tính toán năng lượng mặt trời .Tính toán góc tới của bức xạ trực xạ .Tổng cường độ bức xạ mặt trời lên bề mặt trái đất .Đo cường độ bức xạ mặt trời.Nguồn năng lượng mặt trời tại khu vực nghiên cứu. Bộ thu năng lượng mặt trời kiểu Parabol trụ .Cấu tạo tổng quan bộ thu. Hoạt động của bộ thu năng lượng mặt trời kiểu Parabol trụ…. Hội tụ tia sáng.
Nguyên lý gia nhiệt đối lưu.Bề mặt phản xạ của máng.Ống thu nhiệt. Hệ thống xoay máng. Truyền nhiệt và cách nhiệt .Hệ số dẫn nhiệt của chất khí .Hệ số dẫn nhiệt của chất lỏng .Hệ số dẫn nhiệt của vật rắn .Kim loại và hợp kim .Vật rắn cách điện .Trao đổi nhiệt đối lưu.35 Chƣơng 3 : NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO NÂNG CAO HIỆU SUẤT BỘ THU NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI KIỂU PARABOL TRỤ 3.Nguyên lý hoạt động của bộ thu parabol trụ .Những yếu tố làm giảm hiệu suất của bộ thu: .Đặc tính thiết kế .Hướng đặt bộ thu .Thiết kế máng parabol trụ. Thiết kế ống cách ly.
Thiết kế ống hấp thụ nhiệt .Thiết kế môi chất lỏng trong ống hấp thụ .Thiết kế nguyên lý lưu chuyển môi chất lỏng của bộ thu .Thiết kế hệ thống xoay máng .1 Điều kiện hội tụ của tia tới:. Các phương án thực hiện hệ thống xoay máng: .1 Giải pháp xoay máng parabol trụ bằng cơ .2 Giải pháp xoay máng parabol trụ bằng cảm biến .3 Xoay máng kết hợp dùng hệ thống cơ và cảm biến .4 Lựa chọn phương án hệ thống xoay máng .Những thành phần của hệ thống xoay .Tính toán hệ thống quay máng .Giải pháp reset máng parabol khi ngưng hoạt động .62 Chƣơng 4 : MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ THÍ NGHIỆM 4.Máy đo năng lượng bức xạ mặt trời: .Dự kiến môi chất lỏng làm thí nghiệm: .Mô tả bình .Chất lỏng thí nghiệm .Thông số kỹ thuật .Dự tính lượng chất lỏng làm thí nghiệm. Mô hình thực nghiệm. Kết quả thí nghiệm.
Đánh giá kết quả thí nghiệm. Đề xuất về ống thu nhiệt để nâng cao hiệu suất. 79 Chƣơng 5 : KẾT LUẬN 5. Đánh giá kết quả của đề tài.
Hướng phát triển .82 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 84 vii DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT E: là cường độ năng lượng bức xạ mặt ϕ : góc vĩ độ β : góc nghiêng của bề mặt khảo sát θ : góc tới của tia trực xạ θz : góc thiên đỉnh δ : góc lệch giữa tia trực xạ và mặt phẳng xích đạo λ : hệ số dẫn nhiệt cp : nhiệt dung riêng của chất lỏng ρ : khối lượng riêng của chất lỏng μ : độ nhớt động lực học của chất lỏng Φ : hình dáng và cách bố trí bề mặt trao đổi nhiệt ω : tốc độ chuyển động của dòng chất lỏng Q: dòng nhiệt (w) : cường độ trao đổi nhiệt đối lưu F : diện tích bề mặt trao đổi nhiệt tw : nhiệt độ bề mặt vật rắn tf : nhiệt độ trung bình của chất lỏng. viii DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG Trang Bảng 2.1: Số liệu về bức xạ mặt trời tại VN 20 Bảng 2.2: Hệ số phản xạ của một số vật liệu kim loại.3: Hệ số truyền nhiệt một số kim loại thông dụng (tại 250 C) 28 Bảng 3.1: Thông số máng parabol của mô hình thực nghiệm 45 Bảng 3.2: Thông số ống thủy tinh cách ly của mô hình thực nghiệm 46 Bảng 3.3: Thông số ống hấp thụ nhiệt của mô hình thực nghiệm.1 : Thông số kỹ thuật máy đo năng lượng bức xạ CEM DT-1307 63 Bảng 4.2 : Thông số kỹ thuật máy đo năng lượng bức xạ CEM DT-1307 64 Bảng 4.3 : Thông số kỹ thuật dầu S2 65 ix DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH Trang Hình 1.1 : Mặt cắt ngang một ngôi sao kiểu mặt trời 3 Hình 2.1 : Mặt cắt ngang một ngôi sao kiểu mặt trời 6 Hình 2.2: Dãy bức xạ điện từ 9 Hình 2.3: Góc nhìn mặt trời.4 : Quá trình truyền năng lượng bức xạ mặt trời 11 qua lớp khí quyển của trái đất 12 Hình 2.5: Sơ đồ phân bố các thành phần bức xạ khuếch tán 16 Hình 2.6 : Các thành phần bức xạ lên bề mặt nghiêng 18 Hình 2.7 : Trực xạ kế.8 Thiết bị đo năng lượng bức xạ mặt trời hiện số.9: Máng phản xạ parabol 21 Hình 2.10: Cấu tạo máng parabol trụ 22 Hình 2.11 : Bộ thu năng lượng parabol trụ thực tế.12 : Nguyên lý đối lưu gia nhiệt chất lỏng 24 Hình 2.13: Bề mặt phản xạ ánh sáng được ghép từ nhiều tấm phẳng 25 Hình 2.14 : Mặt cắt ngang ống thu nhiệt 26 Hình 2.15: Độ dẫn nhiệt theo nhiệt độ λ = f(t) của không khí 32 Hình 2.16 : λ(t) của nước 33 Hình 2.17: (t) của dầu 34 Hình 2.18 : (t) của vật liệu cách nhiệt.1: Nguyên lý hoạt động của bộ thu 39 Hình 3.2: Hướng lắp đặt không cần xoay máng 41 Hình 3.3: Hướng đặt bộ thu với hệ thống xoay 42 Hình 3.4: Máng parabol 43 Hình 3.5 : Nguyên lý gia nhiệt chất lỏng của mô hình thực nghiệm 48 Hình 3.6: Tia sáng qua ống thủy tinh có bề dày nhỏ 50 Hình 3.7: Tia sáng truyền tới ống hấp thụ.8: Điều kiện hội tụ của tia sáng 51 Hình 3.9: Điều khiển máng xoay bằng hệ thống cơ 52 Hình 3.10: Xoay máng bằng cảm biến 54 Hình 3.11: Máng xoay khi gặp trời mây mù.12: Bộ truyền giảm tốc trục vít-bánh vít và động cơ bước 58 Hình 3.13: Sơ đồ nguyên lý hoạt động điều khiển động cơ bước 59 Hình 3.14: Cảm biến quang trở 60 Hình 3.15: Mạch điều khiển 61 Hình 4.1: Máy đo năng lượng bức xạ mặt trời CEM DT-1307 63 Hình 4.2: Nhiệt kế 64 Hình 4.3: Bình dầu 65 Hình 4.4 : Kết cấu tổng thể 68 Hình 4.5: Tủ đựng bản mạch điều khiển 68 Hình 4.6: Bộ phận truyền động xoay máng 69 Hình 4.7: Đồ thị nhiệt độ và năng lượng bức xạ theo thời gian 70 Hình 4.8: Tia phản xạ khỏi ống hấp thụ 79 xi Hình 4.9 Hình dạng ống thu nhiệt 80 xii Luận văn cao học GVHD: TS. Hoàng An Quốc CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu,các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã công bố: Ngày nay trước nhu cầu ngày càng cao của con người về việc sử dụng năng lượng thì vấn đề nguồn năng lượng trở thành một vấn đề cấp thiết.
Các nguồn năng lượng phổ biến hiện nay đang ngày càng trở nên khan hiếm, giá thành cao, lại gây nhiều ô nhiễm cho môi trường. Do vậy việc tìm ra một nguồn năng lượng dồi dào,sẵn có, sạch với môi trường đang đang được các nhà khoa học tích cực nghiên cứu. Năng lượng mặt trờilà một nguồn năng lượng thỏa mãn được nhiều tiêu chí,tuy nhiên việc ứng dụng chúng hiện nay đặc biệt là những ứng dụng cần nhiệt độ thu được cao còn nhiều hạn chế,chưa phổ biến rộng rãi. Việt Nam là nước nhiệt đới, tiềm năng bức xạ mặt trờivào loại cao trên thế giới, đặc biệt ở các vùng miền phía Nam có tiềm năng rất lớn trong việc tận dụng nguồn năng lượng này.Nguồn năng lượng mặt trờilà nguồn năng lượng dồi dào,sẵn có, thân thiện với môi trường,tuy nhiên việc nghiên cứu, triển khai,áp dụng tại Việt Nam là chưa tương xứng với tiềm năng.
Các nghiên cứu về ứng dụng năng lượng mặt trờitại Việt Nam còn hạn chế, chủ yếu là hệ thống máy nước nóng năng lượng mặt trời,thu được nhiệt độ thấp. Trong khi đó, có nhiều ứng dụng đòi hỏi cần phải có nhiệt độ cao hơn 1000C,bộ thu có thể đạt được nhiệt độ cao này là bộ thu năng lượng mặt trờisử dụng parabol trụ. Với nhiệt độ thu được cao từbộ thu này ta có thể triển khai nhiều ứng dụng như sử dụng trong lò hơi, trong phát điện…Chính vì vậy đề tài này đi vào hướng nghiên cứu nâng cao hiệu suất bộ thu năng lượng mặt trờikiểu parabol trụ. TH: Nguyễn Việt Phong 1 Luận văn cao học GVHD: TS.
Hoàng An Quốc Các nghiên cứu trong nước về bộ thu năng lượng mặt trời kiểu parabol trụ có thể kể đến như của tác giả PGS.