Đề thi giữa học kỳ I môn Năng lượng tái tạo - Năm học 2013-2014 (Có đáp án)

Sinh viên vào địa chỉ  để xem đáp án. 
ĐỀ THI (giữa học kỳ) 
Ngày thi: 10/10/2013. 
Môn thi: NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO 
Thời gian thi: 45 phút. 
(Sinh viên được phép sử dụng tài liệu riêng của mình) 
Ký tên 
Họ & tên SV:......................................................................................................................................................................................................MSSV:.........................................................................
Bài 1. 
a) Tính góc cao độ lúc mặt trời đỉnh điểm (solar noon) tại thành phố Sydney (Úc) vào ngày 
01 tháng 08. Tọa độ của thành phố Sydney như sau 33°52′00″ S (độ vĩ Nam), 
151°12′26″ E (độ kinh Đông). (1,5 đ) 
b) Tính tỷ số khối lượng không khí (Air Mass, AM) tại Sydney lúc mặt trời đỉnh điểm vào 
ngày trên. (1 đ) 
c) Ước lượng bức xạ mặt trời trực tiếp (ID) và bức xạ tổng thể (IG) tại Sydney lúc mặt trời 
đỉnh điểm vào ngày trên theo biểu thức sau: 
( ) 678,07,0353,1 AMDI ×= 
 DG II ×= 1,1 (1,5 đ) 
Bài 2. Để có thể nạp pin cho một chiếc xe đồ chơi, một người dự kiến sẽ dùng một tấm pin 
mặt trời (dùng vật liệu gốc silic) với các thông số như sau (ở điều kiện chuẩn: 1 kW/m2, 
25 °C, AM 1,5): điện áp hở mạch VOC = 4,8 V, dòng điện ngắn mạch ISC = 200 mA. Bỏ 
qua các điện trở nối tiếp và song song trong mạch tương đương của tế bào quang điện. 
a) Tấm pin sẽ có bao nhiêu tế bào quang điện mắc nối tiếp nhau? (1 đ) 
b) Dòng điện bão hòa ngược của tấm pin là bao nhiêu? (1 đ) 
Trong các phần c) và d) dưới đây, xét điều kiện bức xạ bằng 1 kW/m2 và nhiệt độ môi 
trường trung bình khi tấm pin hoạt động là 35 °C. 
c) Điện áp hở mạch của tấm pin là bao nhiêu? Biết NOCT của tấm pin là 48 °C, và điện áp 
giảm 0,37% đối với mỗi °C gia tăng so với 25 °C. (1 đ) 
d) Nếu điện áp của tấm pin là 3,455 V, xác định công suất mà tấm pin có thể cung cấp cho 
tải? (1 đ) 
Bài 3. Thiết kế hệ điện mặt trời độc lập cung cấp đủ điện năng cho tải 10 bóng đèn loại 220 
VAC, 25 W, hệ số công suất 0,6, thắp sáng từ 18g đến 23g mỗi ngày. 
a) Tính công suất tiêu thụ và chọn điện áp hệ thống? Tính chọn công suất bộ nghịch lưu? 
 (1 đ) 
b) Tính điện năng tiêu thụ mỗi ngày? Tính dung lượng accu loại axit-chì deep-cycle? Biết 
accu cho phép phóng điện đến 80%; hiệu suất bộ nghịch lưu là 85%. (1 đ) 
c) Tính giá trị Ah/ngày và Wh/ngày cần cung cấp cho bộ accu? Biết accu có hiệu suất 
Coulomb là 90% và hiệu suất năng lượng là 75%. (1 đ) 
d) Tính chọn số lượng tấm pin mặt trời và cách ghép nối? (1 đ) 
Giả sử số giờ nắng đỉnh tại khu vực lắp pin là 5,1 giờ/ngày. Biết pin mặt trời được lắp song 
song với mặt đất. Nhiệt độ môi trường là 30 °C. Bỏ qua các tổn hao trên bộ sạc. Thông số 
pin mặt trời ở STC (1 kW/m2, 25 °C, AM 1,5) như sau: 
Công suất cực đại (Pmax) 80 W Hệ số nhiệt của Isc 0,065%/K 
Điện áp ở Pmax (Vmpp) 17,6 V Hệ số nhiệt của Voc - 80 mV/K 
Dòng điện ở Pmax (Impp) 4,55 A Hệ số nhiệt của Pmax - 0,5%/K 
Dòng điện ngắn mạch (Isc) 4,8 A NOCT 47 °C 
Điện áp hở mạch (Voc) 22,1 V 
HẾT 
Sinh viên vào địa chỉ  để xem đáp án. 
Đáp án: 
Bài 1: 
a) Cách 1 
Ngày 01 tháng 08 nên n = 213 do đó ( ) °=





−×°= 91,1781213
365
360
sin45,23δ 
Ở Nam bán cầu: °=−−=−−= 22,3891,1787,339090 δβ LN 
Cách 2: Dùng biểu thức như trong giáo trình với L = -33,87° 
 ( ) °=+−−=+−= 78,14191,1787,339090 δβ LN 
Nhưng vì ở Nam bán cầu mặt trời di chuyển ở hướng bắc nên °=°−°= 22,3878,141180Nβ 
b) Tỷ số khối lượng không khí ( ) 616,122,38sin
1
sin
1
=
°
==
N
AM β 
c) ( ) 915,07,0353,1 678,0616,1 =×=DI kW/m2 
10071,1 =×= DG II W/m
2
Bài 2: 
a) Coi điện áp hở mạch của mỗi tế bào là 0,6 V, khi đó sẽ cần 4,8/0,6 = 8 tế bào mắc nối tiếp nhau để 
tạo ra điện áp hở mạch VOC = 4,8 V ở điều kiện chuẩn. 
b) Dựa vào công thức Shockley, suy ra: 
11
109,380 10461,110369,1
2,0
1
−×=
×
=
−
=
OCV
SC
e
II A 
c) Nhiệt độ làm việc của tế bào được ước tính: 
( ) 701
8,0
204835 =⋅−+=cellT °C 
Khi đó, điện áp hở mạch của tấm pin là: 
( )[ ] 425700037,018,4 =−−=OCV V 
d) Ở điện áp 3,455 V, điện áp tương ứng của một tế bào là 3,455/8 = 0,4319 V. Coi dòng điện ngắn 
mạch là không thay đổi (thực tế thì dòng điện ngắn mạch tăng lên thành 204,5 mA), dòng điện bão hòa 
ngược lúc này sẽ bằng: 
9
7/0 10063,910207,2
2,0
1
−×=
×
=
−
=
cellOC kTqV
SC
e
II A 
Do đó, dòng điện cung cấp cho tải tương ứng với điện áp tại công suất cực đại sẽ là: ( ) ( ) 180110063,92,01 607,149/0 =−×−=−−= − eeIII cellmp kTqVSC mA 
Vậy, công suất cực đại sẽ bằng Pmax = 3,455×0,18 = 0,6219 W. 
Bài 3: 
a) Công suất tiêu thụ: P = 10 * 25 = 250W. 
Với công suất trên 250W, chọn hệ điện áp 12V (theo bảng 9.11). 
Công suất bộ nghịch lưu: S=P / PF = 250 / 0,6 = 417 VA. Chọn inverter 500VA! 
b) Điện năng tiêu thụ 5 giờ mỗi ngày: Eout = P * t = 250W * 5h = 1250 Wh/ngày. 
Điện năng trước inverter: Ein = Eout / ηinv = 1250 / 0,85 = 1470 Wh/ngày. 
Ah/ngày cấp cho inverter: = 1470 / 12 = 122,54 Ah/ngày 
Với độ xả sâu là 0,8; dung lượng accu: = 122,54 / 0,8 = 153,2 Ah. 
Sinh viên vào địa chỉ  để xem đáp án. 
Nếu xét ảnh hưởng của suất xả điện (C/6) và nhiệt độ môi trường (40oC), chọn accu 190Ah! 
c) Với hiệu suất Couloub 90%, Ah/ngày cấp cho accu: = 122,54 / 0,9 = 136,16 Ah/ngày 
Với hiệu suất năng lượng 75%, Wh/ngày cấp cho accu: = 1470 / 0,75 = 1960 Wh/ngày 
d) 
 Cách 1: Tính theo Ah 
Với 5,1 giờ nắng đỉnh/ngày, hiệu suất Couloub 90%, mỗi tấm pin cung cấp đến inverter: 
4,55 * 5,1 * 0,9 = 20,89 Ah/ngày (ở điện áp 12V) 
 Vậy số tấm pin để cấp đủ điện cho inverter: = 122,54 / 20,89 = 5,86 tấm pin 
 Chọn 6 tấm pin, ghép song song với nhau. 
 Cách 2: Tính theo Wh 
 Ở nhiệt độ môi trường 30oC, nhiệt độ trên tấm pin khi làm việc đỉnh là: 
30 oC + (47 oC -20 oC)*1/0,8 = 63,75oC. 
 Vậy công suất Pmax của tấm pin sẽ bị suy giảm còn: = 80 * {1 -0,5/100*(63,75-25) } = 64,5 
W. 
 Để cấp cho accu 1960 Wh/ngày, ở địa điểm có 5,1 giờ nắng đỉnh/ngày, thì cần: 
1960 / 5,1 / 64,5 = 5,96 tấm pin 
 Chọn 6 tấm pin, ghép song song với nhau.