Bài tập môn Năng lượng tái tạo - Chương 9

tải trỡ. Để tiện tính 
toán, xem đường cong I-V của mỗi giờ sẽ không đổi trong giờ đó (VD đường cong I-V 
lúc 8h00 sẽ không đổi từ 7h30 – 8h30). 
Hình BT9.2a: Họ đường cong I-V của mô đun PV đo theo giờ dùng cho BT 9.2 
a) Xác định giá trị R của tải trỡ? 
b) Giả sử tải trỡ trên mắc vào hệ thống PV gồm 2 mô đun PV như trên được mắc nối 
tiếp (xem Hình BT9.2b-(b)). Hãy vẽ đường cong I-V của hệ thống PV này. Xác 
định năng lượng nhận được trong ngày (W-hr). So sánh năng lượng nhận được 
trong trường hợp này với giá trị năng lượng nhận được trong ngày khi nối tải trỡ 
vào hệ thống PV gồm 1 mô đun PV mà thôi? 
c) Giả sử tải trỡ trên mắc vào hệ thống PV gồm 2 mô đun PV như trên được mắc 
song song (xem Hình BT9.2b-(c)). Hãy vẽ đường cong I-V của hệ thống PV này. 
Xác định năng lượng nhận được trong ngày (W-hr). So sánh năng lượng nhận 
được trong trường hợp này với kết quả đã có ở câu b)? 
Hình BT9.2a: Hệ thống PV dùng cho BT 9.2 
BT9.3: 
Hình BT9.3: Họ đường cong I-V đo theo giờ của mô đun PV dùng cho BT 9.3 
Máy bơm dc được kết nối với mô đun PV để cung cấp nước cho vòi tưới trong vườn. 
Đường cong I-V của bơm dc cũng như họ đường cong I-V đo theo giờ của mô đun PV 
được thể hiện ở Hình dưới đây. Biết rằng lúc khởi động bơm cần đủ 8V để bắt đầu phun 
nước. Hỏi lúc mấy giờ sáng bơm sẽ tự động làm việc? Hỏi lúc mấy giờ chiều bơm sẽ tự 
động ngưng làm việc? 
BT9.4: 
Hãy khảo sát một hệ thống đun nước dùng 4 mô đun PV cấp điện trực tiếp cho điện trỡ 
đốt nóng. Hình BT9.4 minh họa hệ thống PV đang khảo sát cùng đường cong I-V lý 
tưởng của mô đun PV: 
Hình BT9.4a: Đường cong I-V của mô đun PV & hệ thống PV dùng cho BT 9.4 
Cho biết điện trỡ đốt nóng được cấp áp định mức 120Vac sẽ cung cấp 2880W. Ta dự kiến 
kết nối 4 theo 1 trong 3 sơ đồ A, B và C như sau: (xem Hình BT9.4b) 
Hình BT9.4b: Ba cách kết nối 4 mô đun PV dùng cho BT 9.4 
Hãy vẽ đường cong I-V của hệ thống PV có được theo ba cách kết nối (sơ đồ A, B và C). 
Chọn lựa sơ đồ cung cấp năng lượng trong ngày lớn nhất? Giải thích kết quả có được? 
BT9.5: 
Khảo sát mô đun PV hiệu suất 15% (STC), không bị bụi bám, diện tích 1m2, gắn kèm bộ 
nghịch lưu có hiệu suất 90%. Giá trị NOCT là 44oC với công suất định mức suy giảm 
0.5%/oC so với STC 25oC chuẩn. 
 Hình BT9.5: Mô đun PV dùng cho BT 9.5 
a. Xác định công suất định mức STC chuẩn. 
b. Tìm điện năng (kWh) cung cấp được mỗi ngày ở 15oC của mô đun PV, biết độ 
rọi trung bình trong ngày là 6kWh/m2? 
BT9.6: 
Để bắt tay vào kinh doanh các sản phẩm bám theo (trackers) đi kèm với hệ thống PV, ta 
cần ước tính giá thành của bộ này tính theo $/m2 để khẳng định hệ thống PV kiểu bám 
theo rẽ hơn so với hệ thống PV cố định (xem Hình BT9.6), chú ý dựa trên các thông số 
định mức (dc, STC) sau: 
1. Bộ bám theo (trackers) giúp PV nhận độ rọi tăng thêm 1/3 giá trị. 
2. Các Mô đun PV có giá $4/W với hệ số chuyển đổi 10%. 
3. Bộ nghịch lưu đi kèm có giá $1/W. 
4. Chi phí lắp đặt như nhau cho cả hệ thống PV kiểu bám theo và hệ thống PV cố 
định. 
Hình BT9.6: Hệ Thống PV dùng cho BT 9.6 
BT9.7: 
Thiết kế Hệ thống PV nối lưới tại Las Vegas để đạt công suất truyền tải 4000 kWh/năm. 
Hệ thống PV kiểu bám theo, góc nghiêng nhìn về nam 15o 
a. Xác định công suất ac định mức của Hệ thống PV / Inverter này ? 
b. Hệ số hiệu chỉnh do nhiệt độ là bao nhiêu, nếu mô đun PV đạt NOCT ở 45oC, với 
công suất cực đại mất 0.36%/oC, sử dụng bảng tra nhiệt độ môi trường trung bình 
ở Phụ Lục E. 
c. Cho thêm các tổn hao 3% do bụi bám, 3% do khâu kết nối các mô đun PVs và bộ 
nghịch lưu đạt hiệu suất 92%. Hãy xác định công suất định mức (dc,STC) của Hệ 
thống PV? 
d. Nếu Hệ thống PV đạt hiệu suất 13%, tìm diện tích tấm panel PVs cần lắp đặt? 
e. Với chi phí đầu tư là $6/dc,STC W, hãy xác định chi phí đầu tư tổng cho Hệ 
thống PV / Inverter nối lưới này? 
BT9.8: 
Hệ thống PV nối lưới gồm 16 mô đun PV Shell SP150 (xem Bảng 9.4), có thể xếp theo các 
kiểu kết nối: (16S, 1P), (8S, 2P), (4S, 4P), (2S, 8P), (1S, 16P). Ta nối PV với bộ nghịch lưu loại 
Sunny Boy SB2500 (xem Bảng 9.5). Dùng tầm MPPT khả thi và giá trị áp vào tối đa cho 
phép của bộ nghịch lưu, để khảo sát tính khả thi cho từng kiểu kết nối. Chọn kiểu kết nối 
phù hợp nhất dành cho 16 mô đun PV để kết nối với bộ nghịch lưu đã chọn. 
BT9.9: 
Bình AA 1.5V có giá $1 đạt dung lượng 1.8Ah. Xác định giá thành theo kWh? 
BT9.10: 
Cho bộ bình 12V, dung lượng 200Ah, cấp 600Wh trong 12 giờ mỗi ngày. Nếu nhiệt độ 
môi trường là -10oC, hỏi trong bao lâu bình cần được nạp lại. 
BT9.11: 
Phòng làm việc cần 2.4 kWh/ngày, sử dụng trong khoảng thời gian từ 7hpm đến 11hpm. 
Nếu dùng bình 12Vdc, cần bình có dung lượng Ah bao nhiêu (dùng loại có khả năng 
phóng 80% dung lượng). Biết nhiệt độ môi trường 25oC. 
BT9.12: 
Khảo sát hệ thống PV/bình ACCU có các thông số sau (bỏ qua tác động của nhiệt độ, 
suất phóng điện,..) 
1. Mô đun PV có các thông số: PR =100 W, VR = 20.0 V, VOC = 22 V, IR = 5.0 A, ISC = 6 A 
2. Thông số bình: 6 V, 100 Ah 
3. Bình có hệ số Coulomb 90% và có thể phóng điện đạt 80% dung lượng. 
4. Độ rọi 6kWh/m2 – ngày. 
5. Hiệu suất bộ nghịch lưu đạt 80%. 
6. Bụi bám trên bề mặt PV gây tổn hao 10% 
a. Tìm điện năng (Wh/ngày) mà hệ thống cấp được cho tải? 
b. Nếu tải cần 600Wh/ngày, xác định số ngày mây mù cho phép? 
Hình BT9.12: Hệ Thống PV dùng cho BT 9.12 
BT9.13: 
Thiết kế hệ thống thắp sáng dùng LED được nuôi bằng nguồn quang điện PV. Dùng 8 mô 
đun PV mắc nối tiếp, mỗi mô đun có thông số định mức 0.3A @ 0.6V. Dùng 3 bình AA 
mắc nối tiếp để nạp điện, mỗi bình có dung lượng 2Ah ở 1.2V lúc nạp đầy. Đèn LED đạt 
độ sáng định mức ở 0.4A @ 3.6V. 
Hình BT9.13: Hệ Thống PV dùng cho BT 9.13 
 Biết bình có hệ số Coulomb 90% và có thể phóng điện đạt 80% dung lượng. Bỏ qua tác 
động của nhiệt độ, bụi bẩn, suất phóng điện,.. 
a. Nếu bình được nạp đầy ban ngày, tìm số giờ LED sáng được mỗi đêm? 
b. Xác định giá trị độ rọi tính theo kWh/m2 – ngày cần có để bảo đảm kết quả có ở 
câu a. 
c. Nếu PV đạt hiệu suất 12%, tìm diện tích panel PV cần dùng? 
BT9.14: 
Khảo sát chuổi các mô đun PV dùng cấp điện cho bình ACCU, dự kiến chuyển thành 
120Vac cấp cho hộ gia dụng. 
a. Giả sử các tải tiêu thụ 120Vac (lấy từ Bảng 9.10) bao gồm: 
Một tủ lạnh 19-cu. ft. 
Một lò vi sóng 1000W dùng 15 phút/ngày 
5 đèn huỳnh quang 20W dùng 8 giờ/ngày 
Máy giặc trục ngang dùng 3 giờ/tuần 
Một máy bơm 24-V cấp 288 gal/ngày với lưu lượng 1.6gpm, bơm từ độ sâu 100 ft 
Một TV màu 19 inch dùng 2 giờ/ngày, chuyển sang standby trong 22 giờ còn lại 
Một hệ thống thu tín hiệu vệ tinh cho TV, dùng 2 giờ/ngày và chuyển sang 
standby trong 22 giờ còn lại. 
Một máy tính laptop dùng 4 giờ/ngày 
6 biến thế 3W dùng cho bộ charger chạy suốt ngày’ 
Xác định mức điện năng tiêu thụ mỗi ngày (Wh/ngày) các tải tiêu thụ trên. 
b. Lựa chọn điện áp hệ thống phù hợp. 
c. Xác định giá trị Ah/ngày mà bộ bình cần cung cấp, biết bộ nghịch lưu đạt hiệu 
suất 85% 
d. Xác định giá trị Ah/ngày cần cung cấp cho bộ bình, biết bộ bình đạt hiệu suất 
Coulomb bằng 85% 
e. Xác định giá trị Ah/ngày cần cung cấp cho mô đun PV, biết PV đạt hiệu suất bằng 
95% 
f. Sử dụng PV kiểu bám theo, chọn mô đun PV loại AstroPower APex 90-W, có thông 
số I đm dc,STC 5.3A và U đm 17.1V. Xác định số mô đun PV cần dùng với cách 
kết nối cụ thể? Với giá $400/mô đun, tìm giá thành PVs? 
g. Xác định dòng cực đại mà PVs cấp được cho bộ bình. Chọn cỡ dây kết nối phù 
hợp (dùng Bảng 1.3) 
h. Muốn đạt mục tiêu dùng PV để thỏa 95% điện năng cần dùng, hỏi bộ bình cần 
chọn bao nhiêu ngày nạp cho phù hợp? 
i. Nếu bình chịu nhiệt độ môi trường thấp nhất là -20oC, xác định độ sâu phóng 
điện cực đại mà bình chịu được (dùng Hình 9.39). 
j. Nếu chọn suất phóng điện C/72 ở nhiệt độ môi trường -20oC, phối hợp kết quả từ 
câu c, chọn dung lượng Ah định mức cho bộ bình (dùng Hình 9.42 và Hình 9.32). 
k. Giả sử chọn bình ACCU chì loại Concorde PVX 1080 (tra Bảng 9.15). Hỏi cần dùng 
bao nhiêu bình và cho cách mắc nối tiếp, song song cụ thể (làm tròn nếu cần). Với 
giá $160/bình, tìm giá thành bộ bình? 
l. Giả sử bộ nghịch lưu có giá $1/watt, với công suất danh định tăng theo mức 
500W (1kW, 1.5kW, 2kW,..). Chọn công suất phù hợp và tính giá thành cụ thể? 
m. Dựa theo Hình 9.51, vẽ mạch kết nối cho hệ thống PVs và bộ bình? 
n. Xác định giá thành toàn hệ thống? 
o. Dựa trên độ rọi trung bình năm có ở Boulder, xác định giá trị trung bình Ah/ngày 
(ở mức điện áp hệ thống) mà PVs có thể cung cấp trong năm. Suy ra điện năng 
kWh/năm mà hệ thống có thể cấp được cho hộ? 
p. Tiền vay đầu tư hệ thống PV phải trả trong 15 năm với lãi suất 5%/năm, xác định 
giá điện ($/kWh) với chiết khấu 36% (xem thêm phần 5.3.8). 
BT9.15: 
Hình BT9.15a: Hệ thống PV bơm nước dùng cho BT 9.15 
Mô đun PV kết nối trực tiếp với máy bơm nước, đẩy nước lên 10 ft cao thông qua đường 
ống nhựa mềm ½” dài 70ft với 20 khúc uốn 90o. (xem Hình 9.15a) 
Họ đường cong đặc tính bơm nước dùng cho BT 9.15 được thể hiện trên Hình BT9.15b. 
Họ đường cong đặc tính mô đun PV đo theo giờ dùng cho BT 9.15 cùng đường đặc tính 
motor dc được thể hiện trên Hình BT9.15c. 
Hình BT9.15b: Họ đường cong đặc tính bơm nước dùng cho BT 9.15 
Hình BT9.15c: Họ đường cong đặc tính mô đun PV đo theo giờ dùng cho BT 9.15 
Sử dụng Bảng 9.19, tìm chiều dài tương đương của đường ống có gắn ống nối, qua đó 
hình thành đường cong đặc tính hệ thống thủy lực giống Hình 9.56 (nhớ bổ sung 10 feet 
cao đầu tĩnh). Vẽ chồng đường cong đặc tính hệ thống thủy lực lên đường cong đặc tính 
bơm nước ở Hình BT9.15b. Từ đó, hãy xây dựng suất lưu lượng bơm theo từng giờ Q 
(gpm) mà hệ thống có được? 
BT9.16 
Hãy thiết kế nhanh hệ thống PV bơm nước, bảo đảm bơm 1800 gallons mỗi ngày từ 
giếng sâu 200 feet. Sử dụng bơm chìm loại 45V, hiệu suất 35%. Hệ thống PV có dòng 
định mức 5A và áp định mức 16V. Độ rọi được đánh giá cấp 6kWh/m2 mỗi ngày của 
tháng-cho-thiết kế. Do thiết kế nhanh, ước lượng tổn hao ma sát ống nước là 5% đầu tĩnh.