SÄHKÖENERGIATEKNIIIKKA. Harjoitus - luento 6. Tehtävä 1.

Samankaltaiset tiedostot
SMG-4450 Aurinkosähkö

SMG-4500 Tuulivoima. Kahdeksannen luennon aihepiirit. Tuulivoiman energiantuotanto-odotukset

SÄHKÖENERGIATEKNIIIKKA. Harjoitus - luento 7. Tehtävä 1

Erään piirikomponentin napajännite on nolla, eikä sen läpi kulje virtaa ajanhetkellä 0 jännitteen ja virran arvot ovat. 500t.

Luku 6 Uusiutuva energia. ELEC-C6001 Sähköenergiatekniikka ja Prof. Jorma Kyyrä

DEE Aurinkosähkön perusteet

S Piirianalyysi 1 2. välikoe

SMG-4450 Aurinkosähkö

Fysiikan laboratoriotyöt 1, työ nro: 3, Vastuksen ja diodin virta-jänniteominaiskäyrät

C 2. + U in C 1. (3 pistettä) ja jännite U C (t), kun kytkin suljetaan ajanhetkellä t = 0 (4 pistettä). Komponenttiarvot ovat

SMG-4500 Tuulivoima. Kolmannen luennon aihepiirit ILMAVIRTAUKSEN ENERGIA JA TEHO. Ilmavirtauksen energia on ilmamolekyylien liike-energiaa.

VOIMALASÄÄTIMET Sivu 1/ FinnPropOy Puhelin: Y-tunnus:

1. Yksiulotteisen harmonisen oskillaattorin energiatilat saadaan lausekkeesta

ELEC-C6001 Sähköenergiatekniikka, laskuharjoitukset oppikirjan lukuun 10 liittyen.

763306A JOHDATUS SUHTEELLISUUSTEORIAAN 2 Ratkaisut 2 Kevät 2017

Diodit. I = Is * (e U/n*Ut - 1) Ihanteellinen diodi

Derivaatan sovellukset (ääriarvotehtävät ym.)

7. Resistanssi ja Ohmin laki

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

1. Tasavirta. Virtapiirin komponenttien piirrosmerkit. Virtapiiriä havainnollistetaan kytkentäkaaviolla

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

RATKAISUT: 22. Vaihtovirtapiiri ja resonanssi

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

Luento 2. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

ELEC-E8419 syksy 2016 Jännitteensäätö

Juuri 6 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

x + 1 πx + 2y = 6 2y = 6 x 1 2 πx y = x 1 4 πx Ikkunan pinta-ala on suorakulmion ja puoliympyrän pinta-alojen summa, eli

Vastksen ja diodin virta-jännite-ominaiskäyrät sekä valodiodi

Fy06 Koe Kuopion Lyseon lukio (KK) 1/7

Työ 16A49 S4h. ENERGIAN SIIRTYMINEN

Wien R-J /home/heikki/cele2008_2010/musta_kappale_approksimaatio Wed Mar 13 15:33:

LOPPURAPORTTI Lämpötilahälytin Hans Baumgartner xxxxxxx nimi nimi

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

SATE1140 Piirianalyysi, osa 1 kevät /9 Laskuharjoitus 4: Kerrostamis- ja silmukkamenetelmä

FY6 - Soveltavat tehtävät

Mikäli funktio on koko ajan kasvava/vähenevä jollain välillä, on se tällä välillä monotoninen.

Luku 27. Tavoiteet Määrittää magneettikentän aiheuttama voima o varattuun hiukkaseen o virtajohtimeen o virtasilmukkaan

Kuva 1. Ohmin lain kytkentäkaavio. DC; 0 6 V.

Lineaarialgebra MATH.1040 / Piirianalyysiä

ELEC C4210 SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

1. a) Piiri sisältää vain resistiivisiä komponentteja, joten jännitteenjaon tulos on riippumaton taajuudesta.

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

(b) Määritä pumpun todellinen nostokorkeus, jos pumpun hyötysuhde on 65 %. 160 mm. 100 mm. 650 rpm. Kuva 1: Tehtävän asettelu.

S SÄHKÖTEKNIIKKA Kimmo Silvonen

S SÄHKÖTEKNIIKKA Kimmo Silvonen

Aktiiviset piirikomponentit. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Kaukoluettavine mittareineen Talouslaskelmat kustannuksineen ja tuottoineen on osattava laskea tarkasti

Aiheena tänään. Virtasilmukka magneettikentässä Sähkömagneettinen induktio. Vaihtovirtageneraattorin toimintaperiaate Itseinduktio

SMG-4500 Tuulivoima. Kolmannen luennon aihepiirit TUULEN TEHO

Harjoitus 4. KJR-C2001 Kiinteän aineen mekaniikan perusteet, IV/2016. Tehtävä 1 Selitä käsitteet kohdissa a) ja b) sekä laske c) kohdan tehtävä.

SMG-1100: PIIRIANALYYSI I

KERTAUS KERTAUSTEHTÄVIÄ K1. P( 1) = 3 ( 1) + 2 ( 1) ( 1) 3 = = 4

Tekijä Pitkä matematiikka a) Ratkaistaan nimittäjien nollakohdat. ja x = 0. x 1= Funktion f määrittelyehto on x 1 ja x 0.

B-OSA. 1. Valitse oikea vaihtoehto. Vaihtoehdoista vain yksi on oikea.

4. Kertausosa. 1. a) 12

Matematiikan taito 9, RATKAISUT. , jolloin. . Vast. ]0,2] arvot.

Coulombin laki. Sähkökentän E voimakkuus E = F q

S SÄHKÖTEKNIIKKA Kimmo Silvonen

1 Kohina. 2 Kohinalähteet. 2.1 Raekohina. 2.2 Terminen kohina

Kertaus. x x x. K1. a) b) x 5 x 6 = x 5 6 = x 1 = 1 x, x 0. K2. a) a a a a, a > 0

Luku Ohmin laki

S SÄHKÖTEKNIIKKA Kimmo Silvonen

Sähkötekiikka muistiinpanot

Petri Kärhä 04/02/04. Luento 2: Kohina mittauksissa

215.3 MW 0.0 MVR pu MW 0.0 MVR

TUULIVOIMATUOTANNON FYSIKAALINEN MALLI Physical model of wind power production Eetu Kokkonen

5. Numeerisesta derivoinnista

Ratkaisut 3. KJR-C2001 Kiinteän aineen mekaniikan perusteet, IV/2016

E p1 = 1 e 2. e 2. E p2 = 1. Vuorovaikutusenergian kolme ensimmäistä termiä on siis

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

y 2 h 2), (a) Näytä, että virtauksessa olevan fluidialkion tilavuus ei muutu.

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

2. Pystyasennossa olevaa jousta kuormitettiin erimassaisilla kappaleilla (kuva), jolloin saatiin taulukon mukaiset tulokset.

Analogiapiirit III. Keskiviikko , klo , TS127. Jatkuva-aikaiset IC-suodattimet ja PLL-rakenteet

Lämpöä tuulivoimasta ja auringosta. Kodin vihreä energia Oy

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 5. viikolle /

S SÄHKÖTEKNIIKKA Kimmo Silvonen

Yhtälöryhmä matriisimuodossa. MS-A0007 Matriisilaskenta. Tarkastellaan esimerkkinä lineaarista yhtälöparia. 2x1 x 2 = 1 x 1 + x 2 = 5.

Z 1 = Np i. 2. Sähkömagneettisen kentän värähdysliikkeen energia on samaa muotoa kuin molekyylin värähdysliikkeen energia, p 2

B sivu 1(6) AMMATTIKORKEAKOULUJEN TEKNIIKAN JA LIIKENTEEN VALINTAKOE

VAASAN YLIOPISTO TEKNILLINEN TIEDEKUNTA SÄHKÖTEKNIIKKA. Jouko Esko n85748 Juho Jaakkola n Dynaaminen Kenttäteoria GENERAATTORI.

Kaksi yleismittaria, tehomittari, mittausalusta 5, muistiinpanot ja oppikirjat. P = U x I

Juuri 6 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty Vastaus: Määrittelyehto on x 1 ja nollakohta x = 1.

Mikrotila Makrotila Statistinen paino Ω(n) 3 Ω(3) = 4 2 Ω(2) = 6 4 Ω(4) = 1

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 5: Taylor-polynomi ja sarja

LASKIN ON SALLITTU ELLEI TOISIN MAINITTU! TARKISTA TEHTÄVÄT KOKEEN JÄLKEEN JA ANNA PISTEESI RUUTUUN!

3. Laadi f unktioille f (x) = 2x + 6 ja g(x) = x 2 + 7x 10 merkkikaaviot. Millä muuttujan x arvolla f unktioiden arvot ovat positiivisia?

SATE.1040 Piirianalyysi IB syksy /8 Laskuharjoitus 1: Ohjatut lähteet

20 kv Keskijänniteavojohdon kapasiteetti määräytyy pitkien etäisyyksien takia tavallisimmin jännitteenaleneman mukaan:

kipinäpurkauksena, josta salama on esimerkki.

Sähkövirran määrittelylausekkeesta

Katso Opetus.tv:n video: Kirchhoffin 1. laki

Tehtävä 1. a) sähkövirta = varausta per sekunti, I = dq dt = 1, A = 1, C s protonin varaus on 1, C

MAA7 Kurssikoe Jussi Tyni Tee B-osion konseptiin pisteytysruudukko! Kaikkiin tehtäviin välivaiheet näkyviin! Laske huolellisesti!

Transkriptio:

SÄHKÖENERGIATEKNIIIKKA Harjoitus - luento 6 Tehtävä 1. Aurinkokennon virta I s 1,1 A ja sen mallissa olevan diodin estosuuntainen kyllästysvirta I o 1 na. Laske aurinkokennon maksimiteho suhteessa termiseen jännitteeseen V T. Mallissa olevan diodin virta voidaan kuvata yhtälöllä 1, jossa V T on terminen jännite V T kt/q, k on Boltzmannin vakio, T lämpötila Kelvineissä ja q on elektronin varaus. Aurinkokennon sijaiskytkentä on esitetty alla olevassa kuvassa. Tehtävä 2. Edellisen tehtävän aurinkokenno toimii 35 o C (308,15 K) lämpötilassa. Laske kennon kuormaresistanssin suuruus edellä lasketussa maksimitehon pisteessä. k 1,380* -23 J/K, elektronin varaus q 1,602* -19 C. Tehtävä 3 Edellisten tehtävien aurinkokennon pinta-ala on 80 cm 2, kennon sarjavastus mς, rinnakkaisvastus 500 ς ja kuorman jännite 0,5 V. Kyseisellä hetkellä auringon säteilyn teho on 300 W/m 2. Laske säteilyn hyötysuhde η irradiance eli kennossa sähköksi muuttuvan tehon P se ja kennolle tulevan auringon säteilytehon P s suhde. Mikä on koko kennon hyötysuhde η eli kuormaan menevän P out ja auringon säteilytehon P s suhde? Tehtävä 4 Tuulivoimalan vaihdelaatikon välityssuhde on 200 ja se tuottaa sähköä kun generaattorin nopeus on vähintään 9 rpm. Voimalan siipien pituus on 5 m. Voimalassa on muuttuva kärkinopeussuhde TSR (Tip Speed Ratio). Laske TSR:n minimiarvo kun tuulen nopeus on m/s. Miksi TSR on tärkeä käsite tuulivoimaloissa?

SÄHKÖENERGIATEKNIIIKKA Harjoitus - luento 6 Tehtävä 1. Aurinkokennon virta I s 1,1 A ja sen mallissa olevan diodin estosuuntainen kyllästysvirta I o 1 na. Laske aurinkokennon maksimiteho suhteessa termiseen jännitteeseen V T. Mallissa olevan diodin virta voidaan kuvata yhtälöllä 1, jossa V T on terminen jännite V T kt/q, k on Boltzmannin vakio, T lämpötila Kelvineissä ja q on elektronin varaus. Aurinkokennon sijaiskytkentä on esitetty alla olevassa kuvassa. Ratkaisu Kennon lähtöteho P VI Kennon jännite maksimitehon pisteessä saadaan derivoimalla tehon yhtälö jännitteen suhteen ja merkitsemällä se nollaksi. +0 Virran derivaatta on derivaataksi saadaan e ja koska kuorman virta I I S I d niin edellisen perusteella tehon ( + ) 1+ e Kun tehon derivaatta merkitään nollaksi, saadaan yhtälö 1+ e + 1,1+1 1 1,1 Yhtälö on epälineaarinen eikä sitä voi ratkaista suljetussa muodossa vaan on käytettävä iteratiivisia tai graafisia menetelmiä. Seuraaviin kuviin on piirretty yhtälön 1+ e kuvaaja kun saa arvoja

nollasta kahteenkymmeneen (vasen) sekä arvoja 17:stä 18:sta (oikea). Kumpaankin kuvaan on piirretty myös suora 1,1. 13 x 8 12 x 9 12 11 8 9 6 8 4 7 6 2 5 0 0 2 4 6 8 12 14 16 18 20 4 17 17.1 17.2 17.3 17.4 17.5 17.6 17.7 17.8 17.9 18 Kuvaajan perusteella voidaan päätellä että 17,88, jolloin maksimitehopisteen virta e 1 1,1 (e, 1) A 1,0417 A ja teho suhteessa termiseen jännitteeseen on 17,9 1,0417 W V 18,63 W V Tehtävä 2. Edellisen tehtävän aurinkokenno toimii 35 o C (308,15 K) lämpötilassa. Laske kennon kuormaresistanssin suuruus edellä lasketussa maksimitehon pisteessä. k 1,380* -23 J/K, elektronin varaus q 1,602* -19 C. Ratkaisu 2 Tehtävän lukuarvoilla terminen jännite 1,380 308,15 1,602 26,54 mv jolloin edellisen tehtävän perusteella jännite maksimitehon pisteessä on 17,9 26,54 mv 0,475 V 0,475 1,0417 Ω 0,456 Ω

Tehtävä 3 Edellisten tehtävien aurinkokennon pinta-ala on 80 cm 2, kennon sarjavastus mς, rinnakkaisvastus 500 ς ja kuorman jännite 0,5 V. Kyseisellä hetkellä auringon säteilyn teho on 300 W/m 2. Laske säteilyn hyötysuhde η irradiance eli kennossa sähköksi muuttuvan tehon P se ja kennolle tulevan auringon säteilytehon P s suhde. Mikä on koko kennon hyötysuhde η eli kuormaan menevän P out ja auringon säteilytehon P s suhde? Ratkaisu 3 Aurinkokennon malli, jossa on mukana tehtävänannossa kuvatut resistanssit, on alla olevan kuvan mukainen. Tehtävän lukuarvoilla diodin yli oleva jännite + 0,5 V + 1,1 0,01 V 0,511 V Tässä on oletettu, että kennon lähtövirta on ensimmäisessä tehtävässä annettu 1,1 A. Jatkossa on kuitenkin laskettu, että virta tässä häviöt sisältävässä mallissa on 1,338 A eli tarkkaan ottaen tarvittaisiin iteraarioita. 1.. 1 0.237 A Rinnakkaisvastuksen läpi menevä virta. 1.02 ma, jolloin aurinkopaneelin virta on + + 1.1 + 0.237 + 0.0022 1.338 Kennon hyötysuhde... 0.285 Osa kennon tuottamasta tehosta muuttuu lämmöksi vastuksissa. Häviötehon suuruus on + 1.1 0.01 + 0.0022 500 12.622 mw jolloin oppikirjassa määritelty sähköinen hyötysuhde on + + 0.5 1.1 0.5 1.1 + 0.012622 0.977 Koko kennon hyötysuhde eli lähtötehon suhde auringosta tulevaa tehoon on tällöin 0.285 0.977 0.278

Tehtävä 4 Tuulivoimalan vaihdelaatikon välityssuhde on 200 ja se tuottaa sähköä kun generaattorin nopeus on vähintään 9 rpm. Voimalan siipien pituus on 5 m. Voimalassa on muuttuva kärkinopeussuhde TSR (Tip Speed Ratio). Laske TSR:n minimiarvo kun tuulen nopeus on m/s. Miksi TSR on tärkeä käsite tuulivoimaloissa? Ratkaisu 4 Nopeus vaihteen hitaammalla eli siipien puolella on generaattorin alimmalla nopeudella Voimalan siiven kärjen nopeus on tällöin ja kysytty kärkinopeussuhde 9 rpm 4.55 rpm 200 2 4.55 5 m/s 2.382 m/s 60 2.382 0.2382 ~23.82% TSR on tärkeä, koska se vaikuttaa oleellisesti voimalan tehontuottoon. Liian hitaasti pyörivät lavat päästävät liikaa tuulta lävitseen, eivätkä saa kerättyä kaikkea mahdollista tuulen energiaa talteen ja toisaalta liian nopeasti pyörivät toimivat tuulelle kuin "seinä" ja sekoittavat ilmavirran ympärillään. Tällöin siis seuraava lapa tulee edellisen lavan pyyhkäisemälle alueelle ennen kuin ilmavirran turbulenssi on tasoittunut. Alla olevassa kuvassa on esitetty kertoimen käyttäytyminen TSR:n funktiona. C p:n teoreettinen maksimiarvo on 0.5926.