Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Giáo dục - Đào tạo Cao đẳng - Đại học Luận văn nghiên cứu, tính toán và đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố về kết cấ...

Tài liệu 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.

.PDF
116
476
101

Mô tả:

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 2.3.2.1. Công nghệ nhiệt điện mặt trời tháp năng lượng 38 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 Hình 2.16. Các máng parabôn của nhà máy Andasol 1 ở Tây Ban Nha Hình 2. 17. Sơ đồ nguyên lý bộ thu kiểu đĩa parabôn Hình 2.18. Nhà máy nhiệt điện mặt trời sử dụng đĩa parabôn ở California có công suất 300MW Hình 3. 1. Một bộ thu kiểu máng parabôn Hình 3. 2. Cấu tạo của ống hấp thụ Hình 3. 3.. Biểu diễn hình học máng gương parabôn Hình 3. 4. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bộ thu máng parabôn Hình 3.5. Sơ đồ mô tả sự định vị theo mặt trời của máng parabôn Hình 3.6. Biểu diễn các véc tơ trong hệ trục toạ độ Hình 3.7. Quay hệ trục rbu một góc ς Hình 3.8. Các hướng truyền nhiệt chính Hình 4. 1. Đoạn ống Δz trên ống hấp thụ Hình 4.2. So sánh nhiệt hữa ích (NHI) với năng lượng BXMT tới (NLBXT), và so sánh CĐBX trực xạ (Ib) với thông lượng ánh sáng tới ống hấp thụ (S) Hình 4.3. Hiệu suất bộ thu phụ thuộc theo thời gian trong ngày Hình 4.4. Nhiệt độ chất lỏng dẫn nhiệt ra khỏi ống hấp thụ theo thời gian trong ngày Hình 4.5. Sự thay đổi của hiệu suất theo thời gian khi độ mở thay đổi Hình 4. 6. Sơ đồ biểu thị sự thay đổi của hiệu suất trung bình theo độ mở Hình 4.7. Sự biến thiên của NHI và NLBXT bề mặt mở khi độ mở thay đổi Hình 4.8. Sơ đồ biểu diễn nhiệt độ đầu ra của chất lỏng dẫn nhiệt trong ngày khi độ mở W thay đổi Hình 4.9. Sơ đồ biểu thị sự thay đổi của hiệu suất trung bình theo chiều dài L 11 Hình 4.10. Sơ đồ biểu diễn nhiệt độ đầu ra trung bình của chất lỏng dẫn nhiệt trong ngày khi chiều dài L thay đổi Hình 4.11. Sự thay đổi của hiệu suất trung bình theo tiêu cự f Hình 4.12. Sự thay đổi của góc mở (a) và thừa số chặn γ (b) theo tiêu cự Hình 4.13. Sự biến thiên của hiệu suất trung bình ngày theo sự thay đổi đồng thời của độ mở và độ dài Hình 4.14. Sự biến thiên của nhiệt độ đầu ra trung bình ngày của chất lỏng dẫn nhiệt theo sự thay đổi đồng thời của độ mở và độ dài Hình 4.15. Quá trình qúa độ của hiệu suất bộ thu khi mặt trời mới mọc Hình 4.16. Sự tăng đột biến của hiệu suất vào buổi chiều Hình 4.17. So sánh giữa NHI và NLBXT vào buổi chiều Hình 4.18. Sơ đồ biểu diễn hiệu suất nhiệt tức thời từ lúc mặt trời mọc đến khi mặt trời lặn của bộ thu máng parabôn 12 LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, nhu cầu sử dụng năng lượng ngày một tăng, trong khi các nguồn năng lượng truyền thống như than đá, dầu mỏ đang dần cạn kiệt, giá thành cao, nguồn cung không ổn định. Đặc biệt việc sử dụng quá nhiều năng lượng hóa thạch đã gây ra ô nhiễm rất nặng nề môi trường sống. Vì vậy, nhiều nguồn năng lượng thay thế đang được các nhà khoa học quan tâm, trong đó có nguồn năng lượng mặt trời. Việc tiếp cận để khai thác ứng dụng nguồn năng lượng này không chỉ góp phần cung ứng nhu cầu năng lượng của xã hội mà còn giúp tiết kiệm điện năng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Kể từ đầu những năm 60 thế kỷ 19, khi mà kỹ sư, nhà sáng chế Auguste Mouchout người Pháp sử dụng một chiếc nồi kín bằng thuỷ tinh, một chiếc đĩa hình parabôn mài bóng và sức nóng mặt trời để tạo ra hơi nước, cấp cho chiếc động cơ hơi nước đầu tiên chạy bằng năng lượng mặt trời thì đến nay, công nghệ năng lượng nhiệt mặt trời đã có những bước tiến dài. Giờ đây đã có hàng loạt các hệ công nghệ đang được hoặc sẵn sàng sử dụng - trong đó phải kể đến máng gương parabôn, tháp năng lượng, và hệ thống đĩa/động cơ, và một số hệ khác đang trong quá trình triển khai. Các thông báo liên tiếp xuất hiện trong năm 2009 vừa qua cho thấy sự đa dạng và mức độ triển khai của các công nghệ này. Tuy nhiên, việc nghiên cứu và ứng dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam cho đến nay chưa phát triển. Một nhược điểm cần được cải thiện của các bộ thu năng lượng mặt trời là hiệu suất biến đổi năng lượng khá thấp, bởi thông số này bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố. Vì vậy, luận văn được viết với mục đích bước đầu có thể sử dụng để làm tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu về công nghệ nhiệt điện mặt trời, cũng như nghiên cứu, học tập việc thiết kế, chế tạo các nhà máy nhiệt điện mặt trời ở Việt Nam trong tương lai. 13 Luận văn được trình bày trong bốn chương: Chương 1. Trình bày tổng quan về nguồn năng lượng mặt trời Chương 2. Trình bày hiện trạng cũng như các nghiên cứu, phát triển công nghệ nhiệt mặt trời và các ứng dụng để sản xuất nhiệt và điện. Chương 3. Tập trung nghiên cứu về công nghệ nhiệt điện mặt trời máng parabôn, nghiên cứu sự phụ thuộc hiệu suất thu năng lượng mặt trời phụ thuộc vào kích thước hình dạng hình học của máng thu, vào các tính chất nhiệt của vật liệu làm bộ thu, vào bản chất chất tải nhiệt cũng như vào bức xạ mặt trời và môi trường xung quanh. Chương 4. Đây là chương quan trọng nhất của luận văn. Trong chương này, tác giả xây dựng thuật toán, chương trình phần mềm nhằm nghiên cứu các ảnh hưởng của bức xạ mặt trời, hình dạng kích thước bộ thu cũng như các tính chất nhiệt của vật liệu làm bộ thu và chất tải nhiệt lên hiệu suất của bộ thu. Từ đó, đưa ra những kết luận, đánh giá hữu ích cho công việc thiết kế, tính toán và chế tạo bộ thu, góp phần phát triển công nghệ nhiệt điện mặt trời ở Việt nam. Là một lĩnh vực khoa học công nghệ còn rất mới đối với nước ta và với chính bản thân, nên luận văn không tránh khỏi một số sai sót. Vì vậy, tác giả mong nhận được những đóng góp nhận xét của động nghiệp. Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đối với PGS.TS Đặng Đình Thống, và các Thầy, Cô Viện Vật Lý Kỹ Thuật và đồng nghiệp về những sự quan tâm, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn. Hà nội, ngày 15 tháng 03 năm 2012 Tác giả 14 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1.1. NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1.1.1. Mặt trời Mặt trời là một khối khí hình cầu cực nóng, có đường kính 1,39.106km (lớn hơn nhiều so với đường kính trái đất 1,27.104km ). Nhiệt độ bề mặt mặt trời khoảng 5778K . Nhiệt độ tại tâm mặt trời khoảng 15.106K , với thành phần hoá học, chủ yếu là nguyên tố Hidrô và Hêli (tương ứng với 73,46% và 24,85% tổng khối lượng mặt trời). (nguồn NASA) Ngoài ra, do trái đất ở cách xa mặt trời, và mặt trời lớn hơn rất nhiều trái đất, nên có thể coi rằng, các tia sáng từ mặt trời đến trái đất là song song nhau, và chúng ta nhìn mặt trời dưới một góc 32’. Hình 1.1. Mối liên hệ giữa trái đất và mặt trời Với những điều kiện phù hợp như vậy, phản ứng nhiệt hạch luôn luôn xảy ra tại tâm mặt trời: 4 1H  4He + e + γ Chúng ta lấy một ví dụ đơn giản, nếu có 1g (H) thì năng lượng giải phóng ra trong phản ứng trên cỡ 1012J. Với khối lượng của mặt trời khoảng 2.1030kg, thì lượng năng lượng mà mặt trời sinh ra trong quá trình đốt nóng là 15 vô cùng lớn, theo các nhà khoa học thì phải 4 đến 5 tỷ năm nữa mới hết được. Như vậy, có thể nói rằng, nguồn NLMT là một nguồn năng lượng lớn nhất (gần như vô tận) và sạch nhất hiện nay mà con người có thể biết. 1.1.2. Bản chất nguồn năng lượng mặt trời NLMT truyền tới trái đất dưới dạng sóng điện từ có phổ rất rộng. Hình 1.2. Phân bố năng lượng trong phổ của bức xạ mặt trời ở giới hạn trên của khí quyển [22] Trên hình 1.2 là phân bố năng lượng trong phổ của bức xạ mặt trời (BXMT) ở giới hạn trên của khí quyển. Phần phổ với bước sóng từ 0,1 đến 4μm bao gồm 99% toàn bộ năng lượng BXMT. Bức xạ với bước sóng nhỏ hơn hay lớn hơn kể cả những tia rơnghen và sóng vô tuyến điện chỉ chiếm 1% năng lượng còn lại. Phần ánh sáng thấy được chiếm khoảng phổ hẹp có bước sóng từ 0,4 đến 0,75μm. Song ở đây bao gồm gần một nửa toàn bộ năng lượng của BXMT (44%). Các tia hồng ngoại chiếm năng lượng trên 48%, còn lại 7% năng lượng là tia cực tím, các tia khác chỉ chiếm dưới 1%. 1.1.3.NLMT ngoài vũ trụ- Hằng số mặt trời Mật độ dòng năng lượng BXMT tới bề mặt đặt vuông góc với tia bức xạ ở ngay ngoài lớp khí quyển, tính trên 1m2, được tính theo công thức : 16 Isc = Is (R/b)2 (1.1) R = 0,695.106 là bán kính mặt trời, b = 1,496.108km là khoảng cách trung bình giữa trái đất và mặt trời IS là cường độ bức xạ ở bề mặt mặt trời, được tính theo định luật Stefan – Bolzman : IS = εσTS4 (1.2) ε hệ số phát xạ của vật, do mặt trời có thể coi là vật đen tuyệt đối nên coi ε =1 σ = 5,67.10-8W/m2K4 là hằng số Stefan – Bolzman TS = 5778K , nhiệt độ tại bề mặt mặt trời Thay số ta tính được Isc = 1364 W/m2 Giá trị này không chịu ảnh hưởng của khí quyển, mà chỉ phụ thuộc vào khoảng cách giữa trái đất và mặt trời nên được gọi là hằng số mặt trời. Hằng số mặt trời là năng lượng bức xạ đo được trong không gian nằm ngoài lớp khí quyển bao quanh trái đất, trong một đơn vị thời gian, trên một đơn vị diện tích bề mặt vuông góc với tia BXMT. 1.2. ĐẶC ĐIỂM NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1.2.1. Sự chuyển động của hệ mặt trời- trái đất Trái đất quay quanh mặt trời theo một quỹ đạo elip và mặt trời nằm trên một trong những tiêu điểm của quỹ đạo này (Hình 1.3 ). Trên hình 1.3 biểu diễn vị trí của trái đất trên quỹ đạo chuyển động xung quanh mặt trời trong một năm. Vào đầu tháng 1, trái đất gần mặt trời nhất (với khoảng cách là 147,1 triệu km), vào đầu tháng 7 trái đất xa mặt trời nhất (với khoảng cách là 152,1 triệu km). Ngoài ra, khi chuyển động quay xung quanh mặt trời, thì trái đất cũng tự quay xung quanh trục của nó. Trục quay của trái đất không thẳng góc với mặt 17 phẳng quỹ đạo mà nghiêng một góc 23,450. Khi trái đất quay quanh mặt trời được một vòng thì nó cũng tự quay xung quanh mình 365,25 vòng. Hình 1. 3. Vị trí của trái đất trên quỹ đạo chuyển động xung quanh mặt trời trong một năm[22] Vì có sự chuyển động giữa mặt trời và trái đất, và sự tự quay của trái đất nên cường độ bức xạ (CĐBX) năng lượng mặt trời (NLMT) bên ngoài khí quyển thay đổi chút ít, và có thể xác định theo công thức : IE = Isc(1+0,033cos 360 n) 365 (1.3) n : ngày trong năm, n=1 vào ngày 1/1 IE : CĐBX mặt trời ngay bên ngoài khí quyển, được đo trên mặt phẳng vuông góc với tia bức xạ vào ngày thứ n trong năm. 1.2.2. Tính không ổn định của nguồn NLMT BXMT tới trên Mặt Đất phụ thuộc vào hai yếu tố : góc nghiêng của các tia sáng đối với mặt phẳng bề mặt tại điểm quan sát và độ dài đường đi của các tia sáng trong khí quyển, hay nói cách khác là phụ thuộc vào vị trí của mặt trời so với mặt quan sát . 18 a. Một số khái niệm - Hệ số khối khí AM : là tỉ số giữa độ dài của tia mặt trời khi đi qua lớp khí quyển tái Đất và độ dày của lớp khí quyển theo phương thẳng đứng (khi mặt trời ở thiên đỉnh – lúc giữa trưa).. - Trực xạ : là BXMT chiếu đến bề mặt trái đất khi không bị các thành phần của khí quyển gây tán xạ. Đây là dòng bức xạ có định hướng. - Tán xạ : Là thành phần BXMT chiếu đến bề mặt trái đất sau khi hướng của nó đã bị thay đổi do sự tán xạ bởi lớp khí quyển. - Tổng xạ : Là tổng của trực xạ vá tán xạ trên một bề mặt. - Cường độ bức xạ (W/m2) : Là cường độ năng lượng BXMT đến một bề mặt tương ứng với một đơn vị diện tích của bề mặt. Cường độ BXMT cũng bao gồm CĐBX trực xạ, CĐBX tán xạ. - Giờ mặt trời : Là thời gian dựa trên chuyển động biểu kiến của mặt trời trên bầu trời, với qui ước giờ mặt trời chính ngọ là thời điểm mặt trời đi qua thiên đỉnh của người quan sát. b. Vị trí của mặt trời trên bầu trời Vị trí của mặt trời trên bầu trời luôn thay đổi, phụ thuộc vào không gian (vị trí quan sát), và thời gian. Vì vậy, để thuận tiện cho quá trình nghiên cứu và tính toán, thì một số góc hình học đã được định nghĩa nhằm xác định vị trí của mặt trời trên bầu trời. Như trong hình 1.4 thể hiện quan hệ hình học giữa một mặt phẳng định hướng bất kỳ trên mặt đất và tia BXMT truyền tới, hay nói cách khác, nó thể hiện vị trí của mặt trời so với mặt phẳng đó. - Góc giờ ω : là góc xác định vị trí mặt trời trên bầu trời ở thời điểm quan sát. Nó là số đo góc của thời gian và có tỉ lệ tương đương 150 trong 1h. Góc giờ ω cũng biến đổi từ -1800 đến +1800, và được quy ước tại 12 giờ trưa, góc ω = 00 . Góc giờ sẽ có giá trị (+) vào bưổi sáng và (-) vào buổi chiều. ω=(12-t).15, với t là giờ (h) trong ngày, ω đo bằng độ. 19 - Góc vĩ tuyến φ hay còn gọi là vĩ độ của một địa phương nào đó là góc tạo bởi bán kính của trái đất đi qua địa phương đó và hình chiếu của nó trên mặt phẳng xích đạo của trái đất. Góc φ có giá trị từ -900 (điểm cực Nam) đến +900 (điểm cực Bắc). - Góc lệch δ là góc nối giữa đường nối tâm của mặt trời với tâm trái đất và hình chiếu của nó trên mặt phẳng xích đạo. Do trái đất tự quay xung quanh trung nghiêng (trục Bắc Nam) của nó một góc 23,450 nên góc lệch δ sẽ có giá trị từ +23,450 vào ngày Hạ Chí 21/06 đến -23,450 vào ngày Đông Chí 21/12. Vào một ngày bất kì, góc lệch được tính theo công thức Cooper : δ(đo bằng độ) = 23,45 sin [ 360 (284 +n) ] 365 (1.4) Trong đó n là số ngày của năm, n = 1 vào ngày 01/01 - Góc Azumith γ hay còn gọi là góc phương vị của mặt phẳng nghiêng : Là góc nằm trong mặt phẳng nằm ngang giữa hướng Nam và hình chiếu của pháp tuyến của mặt quan sát trên mặt ngang. Góc γ có thể biến đổi từ -1800 đến +1800. Góc γ nhận dấu (+) nếu hình chiếu pháp tuyến của mặt quan sát nằm ở bên phải hướng Nam, và sẽ nhận dấu (-) nếu hình chiếu pháp tuyến nằm ở bên trái hướng Nam - Góc nghiêng β là góc giữa mặt quan sát và mặt nằm ngang, và biến đổi từ 00 đến 1800 . - Góc tới θ : là góc giữa tia bức xạ truyền tới bề mặt và pháp tuyến của bề mặt đó. - Góc đỉnh θZ : Là góc giữa pháp tuyến của mặt phẳng nằm ngang và tia bức xạ tới. - Góc độ cao của mặt trời α : Góc giữa phương nằm ngang và tia bức xạ tới, nó chính là góc phụ của góc đỉnh. 20
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan