Luận văn thạc sĩ về thiết kế hệ thống phát điện sử dụng năng lượng mặt trời theo nguyên lý Stirling

• Tác giả: Đoàn Hữu Liêm
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Hiếu Giang
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP.HCM
• Chuyên ngành: Cơ khí chế tạo máy
• Đề tài: Tính toán, thiết kế hệ thống phát điện dùng năng lượng mặt trời theo nguyên lý Stirling
• Loại tài liệu: Luận văn
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• CẢM TẠ
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• MỤC LỤC
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố
• 1.1.1. Lịch sử hình thành và phát triển của động cơ Stirling
• 1.1.2. Nguyên lý hoạt động của động cơ Stirling
• 1.1.3. Các loại động cơ Stirling
• 1.1.4. Cấu tạo của một số loại động cơ Stirling
• 1.1.5. So sánh động cơ Stirling với động cơ đốt trong
• 1.1.6. Những ứng dụng của động cơ Stirling
• 1.2. Mục tiêu, khách thể và đối tượng nghiên cứu
• 1.2.1. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
• 1.2.2. Khách thể và đối tượng nghiên cứu
• 1.3. Nhiệm vụ của đề tài và phạm vi nghiên cứu
• 1.3.1. Nhiệm vụ của đề tài
• 1.3.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Chu trình lý thuyết của động cơ Stirling
• 2.1.1. Các giả định của chu trình Stirling
• 2.1.2. Các quá trình nhiệt động trong chu trình Stirling
• 2.2. Chu trình Schmidt
• 2.2.1. Các giả định của chu trình Schmidt
• 2.2.2. Các ký hiệu dùng trong chu trình Schmidt
• 2.2.3. Chu trình Schmidt cho động cơ Stirling kiểu beta
• 2.3. Xác định công, công suất và hiệu suất động cơ
• 2.4. Cơ cấu hình thoi truyền động trong động cơ Stirling kiểu beta
• 2.4.1. Nguyên lý cấu tạo của cơ cấu hình thoi
• 2.4.2. Hành trình dịch chuyển của piston
• 2.4.3. Điểm chết trên, điểm chết dưới, chiều dài hành trình
• 2.4.4. Độ lệch pha giữa các piston
• 2.5. Nguyên lý hội tụ năng lượng mặt trời dùng gương cầu parabol
• 2.5.1. Ảnh của mặt trời qua gương parabol
• 2.5.2. Hệ số tập trung năng lượng bức xạ mặt trời
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ NHIỆT STIRLING
• 3.1. Chọn kết cấu cho động cơ Stirling
• 3.2. Tính toán cơ cấu truyền động hình thoi
• 3.3. Tính toán công suất và hiệu suất động cơ
• 3.4. Tính toán truyền nhiệt làm mát tại buồng nén
• 3.5. Kết quả tính toán trên MATLAB
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT TRÊN ĐỘNG CƠ STIRLING
• 4.1. Thân và nắp hộp truyền động
• 4.3. Cụm piston lực và thanh truyền
• 4.4. Cụm piston dịch chuyển và thanh truyền
• 4.5. Xylanh giãn nở
• 4.6. Cụm gối đỡ trục và ổ lăn
• 4.7. Bộ truyền hình thoi
• 4.8. Sơ đồ lắp ráp động cơ Stirling
• 5. CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ GƯƠNG PARABOL HỘI TỤ ÁNH SÁNG MẶT TRỜI
• 5.1. Tính toán thông số cho biên dạng gương parabol
• 5.2. Tính toán thông số chế tạo gương parabol
• 5.3. Kết quả tính toán trên MATLAB
• 5.4. Kích thước chế tạo gương parabol
• 6. CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ HỆ KHUNG VÀ GIÁ ĐỠ
• 6.1. Khung đỡ gương cầu parabol
• 6.3. Chân và đế gương
• 6.4. Sơ đồ lắp ráp mô hình hệ thống
• 7. CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN
• 7.1. Kết quả đạt được của đề tài
• 7.2. Những tồn tại và kiến nghị để hoàn thiện đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về thiết kế hệ thống phát điện năng lượng mặt trời theo nguyên lý Stirling

Hệ thống phát điện năng lượng mặt trời theo nguyên lý Stirling là một giải pháp hiệu quả để tận dụng nguồn năng lượng tái tạo từ mặt trời. Nguyên lý hoạt động của hệ thống này dựa trên việc chuyển đổi năng lượng mặt trời thành cơ năng thông qua động cơ Stirling. Động cơ này có khả năng hoạt động với hiệu suất cao và có thể sử dụng nhiều loại nguồn nhiệt khác nhau.

1.1. Nguyên lý hoạt động của động cơ Stirling

Động cơ Stirling hoạt động dựa trên chu trình nhiệt động học kín, trong đó môi chất công tác được đốt nóng và làm mát để tạo ra công cơ học. Nguồn nhiệt có thể đến từ năng lượng mặt trời, giúp tăng hiệu suất và giảm thiểu ô nhiễm.

1.2. Lợi ích của hệ thống năng lượng mặt trời

Hệ thống năng lượng mặt trời không chỉ giúp tiết kiệm chi phí điện năng mà còn giảm thiểu tác động đến môi trường. Việc sử dụng năng lượng tái tạo từ mặt trời là một bước tiến quan trọng trong việc bảo vệ tài nguyên thiên nhiên.

II. Thách thức trong thiết kế hệ thống phát điện năng lượng mặt trời Stirling

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc thiết kế hệ thống phát điện năng lượng mặt trời theo nguyên lý Stirling cũng gặp phải một số thách thức. Các vấn đề như chi phí đầu tư ban đầu, hiệu suất nhiệt và bảo trì hệ thống cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Chi phí đầu tư hệ thống năng lượng mặt trời

Chi phí đầu tư cho hệ thống phát điện năng lượng mặt trời có thể cao, đặc biệt là trong giai đoạn đầu. Tuy nhiên, với sự phát triển của công nghệ và sự giảm giá của các thiết bị, chi phí này đang dần được cải thiện.

2.2. Hiệu suất và độ bền của động cơ Stirling

Động cơ Stirling cần được thiết kế để đạt hiệu suất tối ưu và độ bền cao. Việc lựa chọn vật liệu và công nghệ chế tạo phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả trong thời gian dài.

III. Phương pháp thiết kế hệ thống phát điện năng lượng mặt trời Stirling

Thiết kế hệ thống phát điện năng lượng mặt trời theo nguyên lý Stirling bao gồm nhiều bước quan trọng, từ việc lựa chọn động cơ đến tính toán kích thước gương parabol. Mỗi bước đều cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo hiệu suất tối ưu.

3.1. Lựa chọn động cơ Stirling phù hợp

Việc lựa chọn động cơ Stirling là rất quan trọng. Động cơ beta thường được ưa chuộng vì hiệu suất cao và khả năng hoạt động ổn định. Cần xem xét các thông số kỹ thuật để đảm bảo động cơ phù hợp với yêu cầu của hệ thống.

3.2. Tính toán kích thước gương parabol

Gương parabol là bộ phận quan trọng trong hệ thống, giúp tập trung ánh sáng mặt trời vào động cơ. Kích thước và hình dạng của gương cần được tính toán chính xác để tối ưu hóa hiệu suất thu năng lượng.

IV. Ứng dụng thực tiễn của hệ thống phát điện năng lượng mặt trời Stirling

Hệ thống phát điện năng lượng mặt trời theo nguyên lý Stirling đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ sản xuất điện năng cho hộ gia đình đến các dự án quy mô lớn. Những ứng dụng này không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

4.1. Ứng dụng trong sản xuất điện năng

Hệ thống phát điện năng lượng mặt trời Stirling có thể cung cấp điện năng cho các hộ gia đình và doanh nghiệp. Điều này giúp giảm chi phí điện năng và tăng cường tính tự chủ về năng lượng.

4.2. Ứng dụng trong nông nghiệp

Hệ thống này cũng có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các thiết bị trong nông nghiệp, như bơm nước và hệ thống tưới tiêu, giúp nâng cao hiệu quả sản xuất.

V. Kết luận và tương lai của hệ thống phát điện năng lượng mặt trời Stirling

Hệ thống phát điện năng lượng mặt trời theo nguyên lý Stirling có tiềm năng lớn trong việc cung cấp năng lượng sạch và bền vững. Với sự phát triển của công nghệ, hệ thống này sẽ ngày càng trở nên phổ biến và hiệu quả hơn trong tương lai.

5.1. Tương lai của công nghệ năng lượng mặt trời

Công nghệ năng lượng mặt trời đang phát triển nhanh chóng, với nhiều nghiên cứu và cải tiến mới. Hệ thống phát điện năng lượng mặt trời Stirling sẽ tiếp tục được cải tiến để nâng cao hiệu suất và giảm chi phí.

5.2. Vai trò của năng lượng tái tạo trong phát triển bền vững

Năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng mặt trời, đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ môi trường. Hệ thống phát điện năng lượng mặt trời Stirling sẽ góp phần vào mục tiêu phát triển bền vững toàn cầu.