Đề thi học kỳ 1 môn Năng lượng tái tạo - Năm học 2014-2015 (Có đáp án)

C 
Hệ số nhiệt của Pmax -0,5 %/
 o
C 
NOCT 47 C 
Tấm pin trên được lắp đặt ở khu vực có số giờ nắng đỉnh trung bình là 5 giờ/ngày, nhiệt độ 
trung bình ngoài trời là 27oC. 
 Lúc giữa trưa, độ rọi trực diện lên mặt trời là 1-sun (1kW/m2), nhiệt độ môi trường là 27oC: 
a) Tính nhiệt độ, điện áp hở mạch, dòng điện ngắn mạch, công suất cực đại của tấm pin? (1 đ) 
b) Tính điện năng (kWh) mà tấm pin có thể thu được trong một ngày, và trong một năm? (1 đ) 
 Loại pin trên được sử dụng cho một hệ điện mặt trời độc lập của một gia đình tiêu thụ 5 kWh/đêm 
từ 18:00 đến 23:00, dùng điện áp 220Vac. Biết inverter có hiệu suất trung bình 85%, bộ sạc có 
hiệu suất trung bình 95%, acquy có hiệu suất năng lượng 75%, hiệu cuất Coulomb 90%. 
c) Tính chọn mức điện áp DC và dung lượng acquy để tích điện đủ dùng cho 1 đêm? (1 đ) 
d) Tính công suất, số lượng tấm pin mặt trời, cách ghép nối và diện tích lắp đặt? (1 đ) 
Câu 2. Trên cánh đồng lúa ở cao độ 100m so với mặt biển, khi khảo sát năng lượng gió ở độ cao 
65m so với mặt đất, tốc độ gió trung bình là 6,9m/s, phân bố theo hàm Reyleigh. Tại vị trí này 
lắp đặt một turbine gió có đường kính cánh quạt 77m, ở độ cao 85m so với mặt đất, máy phát 
điện 1,5MW. Khi nhiệt độ môi trường là 30oC: 
a) Tính tỷ trọng không khí và tốc độ gió trung bình ở độ cao lắp turbine? Tính công suất đón gió 
trung bình của turbine? (1,5 đ) 
b) Biết turbine có vận tốc gió vào là 4m/s, vận tốc cắt thoát là 22m/s. Tính tổng thời gian mà 
turbine không phát điện trong 1 năm do vận tốc gió quá thấp hoặc quá cao? (1,5 đ) 
c) Tính hệ số khả năng CF? Tính điện năng turbine gió phát lên lưới điện trong một năm? (1,5 đ) 
d) Nếu phải thay mới máy phát điện, đề nghị chọn lại số khả năng CF=0,42? Tính lại công suất 
máy phát điện và điện năng turbine gió phát lên lưới điện trong một năm? Nhận xét? (1,5 đ) 
Câu 3. Cho một bộ pin nhiên liệu gồm 5 tế bào ghép nối tiếp, dùng nhiên liệu khí hydro phản ứng 
với oxy tạo thành nước ở thể lỏng ở điều kiện tiêu chuẩn (1 atm, 25oC). Cho biết lưu lượng khí 
hydro cung cấp cho bộ pin nhiêu liệu là 100 lít/giờ. Giả sử khí hydro được hấp thu để chuyển 
đổi giải phóng electron hoàn toàn. 
a) Tính dòng điện, và công suất lý thuyết cực đại của bộ pin? (1 đ) 
b) Giả sử hiệu suất thực của bộ pin chỉ bằng 60% hiệu suất lý thuyết: 
i. Tính công suất và điện áp thực của bộ pin? (1 đ) 
ii. Tính lượng điện năng (kWh) được tạo ra từ 1 kg hydro? (1 đ) 
---------------------------------------------------- ---------------------------------------------------- 
Người ra đề . 
Trần Công Binh 
 Đáp án: 
Câu 1. 
Ket qua _______________________ 
a) Tcell_a = 60.750000 [oC] 
a) Voc_a = 38.280000 [V] 
a) Isc_a = 5.525483 [A] 
a) Pm_a = 143.718750 [W] 
b) E_1ngay = 0.718594 [kWh/ngay] 
b) E_1nam = 262.286719 [kWh/nam] 
c) Vacquy = 12.000000 [V] 
c) C_acquy = 490.196078 [Ah] 
c) C_acquy_install = 738.247106 [Ah] 
d) Pwp = 1.651187 [kWp] 
d) No_panel = 11.489014 [panels] 
d) Chon 11.000000 tam pin; A_install = 
14.476158 [m2] 
d) Hoac Chon 12.000000 tam pin; A_install = 
15.120000 [m2] 
Câu 2. 
Ket qua ______________________ 
Kieu My: Tall grass on level ground 
__________ alfa=0.15: 
a) ro = 1.138991 [kg/m3] 
a) Vavg_85 = 7.183315 [m/s] 
a) Pavg = 1.877318 [MW] 
b) Time_noWorking = 1898.985553 [gio] 
c) CF = 0.371955 
c) E = 4.887484 [GWh] 
d) Pavg = 1.215139 [MW] 
d) E = 4.470740 [GWh] 
Cong suat may phat con 81.0%. 
Dien nang nhan duoc con 91.5%! 
Can nhac chon cong suat may phat phu hop de 
tan dung thoi gian co van toc gio cao. 
Câu 3. 
Ket qua _________________________________________________________ 
a) HHV = 285.800000 [kJ/mol] = 142900.000000 [kJ/kg] 
a) Qmin = 48.479190 [kJ/mol] = 24239.595000 [kJ/kg] 
a) Eff_max = 0.830374 [%] 
a) Wer = 118.600000 [kWh/kg] 
a) I = 47.853393 [A] 
a) Pmax = 294.146825 [W] 
b_i) P_b = 176.488095 [W] 
b_i) V_b = 3.688100 [V] 
b_ii) W_b = 19.766667 [kWh/kg]
Câu 1. 
% Lop NLTT 2014_SDH, thi HK 
% Cau 1 
% Matlab tinh goc theo rad! 
clc 
clear all 
do_rad=pi/180 
rad_do=180/pi 
Tamb= 27 % nhiet do moi truong, oC 
S = 1 % sun 
% PV panel 
ncell=72 % cells 
A=1.26 % m2 
Pm=175 % W 
Vm=35.7 % V 
Im=4.9 % A 
Voc=44.0 % V 
Isc=5.4 % A 
NOCT=47 % oC 
TCIsc=0.065 % %/K 
%TCVoc=-0.30 % %/K 
TCVoc=-0.16 % V/oC 
TCPm=-0.5 % %/K 
hd = 5 % 5 gio nang dinh /ngay 
S = 1 % 1 sun = 1kW/m2 
Eload = 5000 % Nang luong tieu thu 5-kWh/dem 
h = 5 % 5 gio/dem 
Eff_INV=0.85 
Eff_CHARGE=0.95 
Eff_Eacquy=0.75 
Eff_Coulomb=0.9 
disp('Cau a_________________') 
Tcell=Tamb+(NOCT-20)/0.8*S 
Voc_a=Voc+TCVoc*(Tcell-25) 
%Voc_a=Voc*(1+TCVoc/100*(Tcell-25)) 
Isc_a=Isc*(1+TCIsc/100*(Tcell-25)) 
Pm_a=Pm*(1+TCPm/100*(Tcell-25)) 
disp('Cau b_________________') 
E_1ngay=Pm_a*hd 
E_1nam=E_1ngay*365 % 365 ngay/nam 
disp('Cau c_________________') 
Pload=Eload/hd/Eff_INV 
Idc_load=Pload/12; % Acquy 12V 
TEXT = sprintf('Dong tai: %f Chon 
Vacquy=12V. Cung co the chon 24V', Idc_load); 
disp(TEXT) 
Vacquy=12 
C_acquy=Eload/Eff_INV/Vacquy 
DR=C_acquy/Idc_load 
disp('Neu chon acquy Deep-cycle MDOD=80%, 
Cr(27oC)=100%, T,DR(27oC, C/5) = 77%') 
C_acquy_install=C_acquy/0.8/0.77 
DR_install=C_acquy_install/Idc_load 
disp('Chon lai acquy Deep-cycle MDOD=80%, 
Cr(27oC)=100%, T,DR(27oC, C/7) = 83%') 
C_acquy_install=C_acquy/0.8/0.83 
disp('Cau d_________________') 
Esolar=Eload/Eff_INV/Eff_Eacquy/Eff_CHARGE 
Pwp=Esolar/hd 
No_panel=Pwp/Pm_a 
No_panel_int=round(No_panel) 
A_install=No_panel*A 
disp('Ket qua _______________________') 
TEXT = sprintf('a) Tcell_a = %f [oC]', Tcell); 
disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('a) Voc_a = %f [V]', Voc_a); 
disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('a) Isc_a = %f [A]', Isc_a); 
disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('a) Pm_a = %f [W]', Pm_a); 
disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('b) E_1ngay = %f [kWh/ngay]', 
E_1ngay/1000); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('b) E_1nam = %f [kWh/nam]', 
E_1nam/1000); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('c) Vacquy = %f [V]', Vacquy); 
disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('c) C_acquy = %f [Ah]', C_acquy); 
disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('c) C_acquy_install = %f [Ah]', 
C_acquy_install); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('d) Pwp = %f [kWp]', Pwp/1000); 
disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('d) No_panel = %f [panels]', 
No_panel); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('d) Chon %f tam pin; A_install = %f 
[m2]', No_panel_int, A_install); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('d) Hoac Chon %f tam pin; A_install = 
%f [m2]', ceil(No_panel), A*ceil(No_panel)); 
disp(TEXT) 
Câu 2. 
% Lop NLTT 2014-SDH, thi HK 
% Cau 2_NL Gio 
% Matlab tinh goc theo rad! 
clc 
clear all 
H=100 % Cao do mat bang lap dat 15m 
H0=65 % Cao do khao sat 
Vavg_65=6.9 % [m/s] 
H1=85 % Cao do lap dat 
D=77 % Duong kinh 
Pr=1.5e6 % 1.5MW 
Tabm=30 % [oC] 
R=8.2056e-5 % [m3.atm/(K.mol)] 
T=273+Tabm % [oK] 
MW=28.97 % air=28.97g/mol 
Po=1 % atm 
V_cut_in=4 
V_cut_out=22 
disp('Tinh theo kieu My_________________') 
% Cau a 
% Cach 1------------------- 
P=Po*exp(-1.185e-4*(H+H1)) 
ro=P*MW*1e-3/R/T 
% Cach 2------------------- 
KT=0.95 % Nhiet do 30oC 
KA=0.977 % Do cao 100+85 = 185m ~ 200m 
KA=(0.977*185+1*15)/200 % Do cao 100+85 = 185m 
ro=1.225*KT*KA 
alfa1=0.15 % DOng lua 
Vavg_85 = Vavg_65*(H1/H0)^alfa1 
A=pi*D^2/4 
Pavg=6/pi*1/2*ro*A*Vavg_85^3 
% Cau b 
F_4=1-exp(-pi/4*(V_cut_in/Vavg_85)^2) 
F_22=1-exp(-pi/4*(V_cut_out/Vavg_85)^2) 
Time_Working=(F_22-F_4)*8760 
Time_noWorking=8760-Time_Working 
% Cau c 
CF=0.087*Vavg_85-(Pr/1000)/(D^2) 
E=Pr*CF*8760 
% Cau d 
CF_d=0.42 
Pr_d=(0.087*Vavg_85-CF_d)*(D^2)*1000 
E_d=Pr_d*CF_d*8760 
disp('Ket qua ______________________') 
disp('Kieu My: Tall grass on level ground__________ 
alfa=0.15:') 
TEXT = sprintf('a) ro = %f [kg/m3]', ro); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('a) Vavg_85 = %f [m/s]', Vavg_85); 
disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('a) Pavg = %f [MW]', Pavg/1e6); 
disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('b) Time_noWorking = %f [gio]', 
Time_noWorking); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('c) CF = %f ', CF); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('c) E = %f [GWh]', E/1e9); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('d) Pavg = %f [MW]', Pr_d/1e6); 
disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('d) E = %f [GWh]', E_d/1e9); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('Cong suat may phat con %f%%. Dien 
nang nhan duoc con %f%%!', 100*Pr_d/Pr, 100*E_d/E); 
disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('Can nhac chon cong suat may phat phu 
hop de tan dung thoi gian co van toc gio cao.'); 
disp(TEXT) 
Câu 3. 
% Lop NLTT 2014 SDH, thi HK 
% Cau 3_Fuel cell 
% Matlab tinh goc theo rad! 
clc 
clear all 
T=25+273.15 %[oK] 
NoC=5 % 5 Number of Cell 
n=100 %l/gio 
eff_real=0.6 % 60% Hieu suat ly thuyet 
% Cau a 
 %H2 + 1/2*O2 -> H2O (liquid) 
%H: 0 0 (-285.8) 
%S:0.130 1/2*0.205 0.0699 
%G: 0 0 -237.2 
delta_H = -285.8 - (0+0) %[kJ/mol CH3OH] 
HHV_mol=abs(delta_H) 
%MW = 2*1.008 
MW = 2*1 
HHV_kg=HHV_mol/MW*1000 %[kJ/kg] 
delta_S=0.13+1/2*0.205-(0.0699) %[kJ/mol-K] 
Qmin=T*delta_S %[kJ/mol] 
Qmin_kg=Qmin/MW*1000 %[kJ/kg] 
H=HHV_mol 
Eff_max=1-Qmin/H 
% Cach 2_____________________ 
delta_G=(-237.2)-0-0 %[kJ/mol-K] 
We=abs(delta_G) 
We=H-Qmin 
Eff_max=We/H 
I=n/NoC/22.4*1/3600*6.022e23*2*1.602e-19 
P_max=1000*abs(delta_G)*n/22.4*1/3600 
%Vr_cell=P_max/I/NoC 
% Cau b 
P_b=eff_real*P_max 
V_b=P_b/I 
Wer = eff_real*abs(delta_G) %[kJ/mol] 
Wer_b = Wer/3600*1000/2 %[kWh/kg] 
disp('Ket qua 
__________________________________________
_______________') 
TEXT = sprintf('a) HHV = %f [kJ/mol] = %f [kJ/kg]', 
HHV_mol, HHV_kg); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('a) Qmin = %f [kJ/mol] = %f [kJ/kg]', 
Qmin, Qmin_kg); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('a) Eff_max = %f [%%]', Eff_max); 
disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('a) Wer = %f [kWh/kg]', Wer); 
disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('a) I = %f [A]', I); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('a) Pmax = %f [W]', P_max); 
disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('b_i) P_b = %f [W]', P_b); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('b_i) V_b = %f [V]', V_b); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('b_ii) W_b = %f [kWh/kg]', Wer_b); 
disp(TEXT)