Đang tải... (xem toàn văn)
Bằng thực nghiệm, nhóm nghiên cứu đề tài đã chứng minh được giải pháp này đem lại sự tối ưu, mang lại hiệu quả cao, có khả năng áp dụng vào thực tế và hoàn toàn sạch với môi trường trong bối cảnh việc khai khác năng lượng điện truyền thống ngày càng cạn kiệt và tác động xấu đến môi trường.
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN HỆ THỐNG ĐỀ TÀI GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU SUẤT PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Người hướng dẫn Sinh viên thực Số thẻ sinh viên Lớp : TS LÊ ĐÌNH DƯƠNG KS NGUYỄN QUỐC TUYẾN : NGUYỄN MINH HẢI : 105130155 : 13D3 Đà Nẵng, tháng 5/2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN HỆ THỐNG ĐỀ TÀI GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU SUẤT PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Người hướng dẫn Sinh viên thực Số thẻ sinh viên Lớp : TS LÊ ĐÌNH DƯƠNG KS NGUYỄN QUỐC TUYẾN : NGUYỄN MINH HẢI : 105130155 : 13D3 Đà Nẵng, tháng 5/2018 MỤC LỤC TÓM TẮT IV LỜI CẢM ƠN V CAM ĐOAN VI DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ VII CÁC TỪ VIẾT TẮT X MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .2 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Phạm vi đề tài 1.3 Đối tượng nghiên cứu đề tài 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.4.1 Nghiên cứu lý thuyết: 1.4.2 Nghiên cứu thực nghiệm: 1.5 Mục đích đề tài .3 1.6 Khái quát hệ thống nâng cao hiệu suất pin lượng mặt trời .4 1.7 Hướng triển khai đề tài CHƯƠNG 2: NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ ỨNG DỤNG 2.1 Tổng quan lượng xạ mặt trời .5 2.2 Phân bố xạ mặt trời giới Việt Nam 2.2.1 Phân bố xạ mặt trời giới 2.2.2 Phân bố xạ mặt trời Việt Nam 2.3 Các phương thức khai thác nguồn lượng mặt trời 2.3.1 Khai thác trực tiếp lượng mặt trời dạng nhiệt .9 2.3.2 Khai thác lượng mặt trời chuyển hóa thành điện 10 2.4 Trình hình khai thác NLMT lĩnh vực điện 11 2.4.1 Tiềm khai thác 11 2.4.2 Tình hình khai thác NLMT thành điện 11 2.4.2.1 Trên giới 12 2.4.2.2 Tại Việt Nam 14 CHƯƠNG 3: PIN MẶT TRỜI VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU HƯỚNG PIN MẶT TRỜI 15 3.1 Pin mặt trời 15 3.1.2 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động thông số pin mặt trời 15 3.1.2.1 Cấu tạo pin mặt trời 15 I 3.1.2 Nguyên lý hoạt động pin mặt trời 16 3.1.2.3 Đặc tính làm việc pin mặt trời 18 3.1.2.4 Thông số làm việc pin lượng mặt trời 19 3.2 Hệ thống điều hướng pin mặt trời 23 3.2.1 Nguyên tắc điều hướng 23 3.2.2 Các hệ thống điều hướng pin mặt trời .23 3.2.2.1 Hệ thống điều hướng theo trục .24 3.2.2.2 Hệ thống điều hướng theo hai trục 25 3.2.3 Lựa chọn phương án kiểu xoay mô hình 26 CHƯƠNG 4: CÁC THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG MƠ HÌNH ĐIỀU HƯỚNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 29 4.1 Tổng quan thành phần hệ thống mơ hình 29 4.2 Hệ thống khí trục đỡ, trục xoay .30 4.2.1 Thiết kế ban đầu 30 4.2.2 Tiến hành thi công .31 4.3 Tấm pin lượng mặt trời 33 4.4 Nguồn điện Acquy .34 4.5 Động servo 35 4.5.1 Tổng quan động servo 35 4.5.2 Ứng dụng động servo vào hệ thống điều hướng pin mặt trời hai trục xoay.37 4.5.3 Chọn động servo cho hệ thống .38 4.6 Quang trở 39 4.7 Vi xử lý Aduino 40 4.7.1 Sử dụng vi xử lý Arduino hệ thống điều hướng hai trục xoay: .40 4.8 Mạch giảm áp 42 4.9 Nút nhấn 42 4.10 Màn hình LCD 43 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ VÀ LẬP TRÌNH VI XỬ LÝ 45 5.1 Thiết kế mạch điện tử 45 5.1.1 Mạch điều khiển 45 5.1.2 Mạch cảm biến hướng ánh sáng 48 5.1.3 Mạch nạp cho Acquy 49 5.2 Lập trình vi xử lý 50 5.2.1 Xây dựng thuật toán cân giá trị điện trở cảm biến .50 5.2.1.1 Điều khiển động Servo (trục ngang) 50 5.2.1.2 Điều khiển động Servo (trục dọc) 51 II 5.2.2 Lưu đồ thuật tốn chương trình .52 5.3 Lập chương trình cho vi xử lý Arduino Nano CH340 54 CHƯƠNG 6: THỰC NGHIỆM MƠ HÌNH - KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .61 6.1 Thực nghiệm mơ hình .61 6.1.1 Thực nghiệm với điều kiện ban ngày 61 6.1.2 Thực nghiệm với điều kiện ban đêm 65 6.2.1 Một số vấn đề cần lưu ý vận hành bảo dưỡng mơ hình 66 6.2.2 Ưu, nhược điểm mô hình .66 6.3 Đề xuất hướng phát triển 67 KẾT LUẬN 69 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 III TĨM TẮT Đề tài trình bày q trình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thực nghiệm mô hình điều hướng pin lượng mặt trời có cơng suất 25W Mơ hình điều hướng pin lượng mặt trời gồm hai thành phần Thành phần cấu khí, bao gồm khung đỡ, trục quay, bánh truyền động động Servo Thành phần lại mạnh điện tử bao gồm cảm biến, mạch điều khiển vi xử lý acquy Mơ hình hoạt động thơng qua mạch điều khiển có vi xử lý Arduino cài sẵn chương trình trước, mạch điều khiển nhận tín hiệu từ cảm biến hướng ánh sáng, tín hiệu đầu từ Arduino mạch điều khiển dùng để quay hai động servo theo góc để sang trái qua phải, lên phía hay xuống phía dưới, để cuối cho mặt phẳng pin vng góc với hướng chiếu ánh sáng mặt trời Dựa vào thực nghiệm mơ hình cho thấy, mơ hình hoạt động tốt hai chế độ điều khiển tay điều khiển tự động Đồng thời kết thực nghiệm hiệu suất pin điều hướng nâng cao so với hiệu suất pin đặt cố định Điều mở hướng nghiên cứu để phát triển nhiều nguồn điện lượng mặt trời vào đời sống người công phát triển đất nước IV LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS LÊ ĐÌNH DƯƠNG, giáo viên hướng dẫn đề tài em, người tận tình bảo, động viên hướng dẫn, góp ý giúp đỡ nhiều suốt thời gian làm đồ án tốt nghiệp Đồng thời em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến KS NGUYỄN QUỐC TUYẾN, công tác Điện lực Thuận Nam, Điện lực Ninh Thuận giúp đỡ em làm đồ án tốt nghiệp khóa học Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Ban chủ nhiệm khoa Điện, trường đại học Bách Khoa Đà Nẵng tạo điều kiện tối đa để em học tập, nghiên cứu khoa học Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình em, người cho em sống, vật chất để theo đuổi đường tìm hiểu tri thức Luôn động viên, khuyên bảo hậu phương vững để em yên tâm học tập, nghiên cứu hoàn thành đồ án tốt nghiệp Cuối em xin gửi lời cảm ơn đến tất bạn bè, người nhiệt tình giúp đỡ em suốt trình học tập làm đồ án tốt nghiệp khóa học V CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan đề tài nghiên cứu, đồ án tốt nghiệp em bạn nhóm nghiên cứu hướng dẫn khoa học TS LÊ ĐÌNH DƯƠNG, giảng viên khoa Điện trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng KS NGUYỄN QUỐC TUYẾN, Giám đốc Điện lực Thuận Nam, Điện lực Ninh Thuận Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chưa công bố hình thức trước Những số liệu bảng, hình ảnh phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá tác giả thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần danh mục tài liệu tham khảo Ngoài ra, đồ án tốt nghiệp sử dụng số nhận xét, đánh số liệu tác giả khác, quan tổ chức khác có trích dẫn thích nguồn gốc Nếu phát có gian lận tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung đồ án tốt nghiệp Người hướng dẫn, khoa Điện trường đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng không liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền gây q trình thực (nếu có) Đà Nẵng, ngày 26 tháng năm 2018 Tác giả (ký tên ghi rõ họ tên) VI DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ BẢNG: BẢNG 2.1: GIÁ TRỊ TRUNG BÌNH CƯỜNG ĐỘ BỨC XẠ BỨC XẠ NGÀY TRONG NĂM VÀ SỐ GIỜ NẮNG CỦA MỘT SỐ KHU VỰC KHÁC NHAU Ở VIỆT NAM .8 BẢNG 3.1: ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA HAI HỆ THỐNG ĐIỀU HƯỚNG PIN MẶT TRỜI .28 BẢNG 5.1: CÁC THÀNH PHẦN TRONG CHƯƠNG TRÌNH LẬP TRÌNH ARDUINO 55 BẢNG 6.1: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ TÍNH TỐN CƠNG SUẤT CỦA MƠ HÌNH KHI TỰ ĐỘNG ĐIỀU HƯỚNG HAI TRỤC VÀ KHI ĐẶT CỐ ĐỊNH 63 BẢNG 6.2: CÁC ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA MƠ HÌNH 67 HÌNH VẼ: HÌNH 2-1: DẢI BỨC XẠ ĐIỆN TỪ HÌNH 2-2: QUANG PHỔ MẶT TRỜI NGỒI KHÍ QUYỂN TRÁI ĐẤT HÌNH 2-3: SỰ TRUYỀN NĂNG LƯỢNG BỨC XẠ MẶT TRỜI QUA LỚP KHÍ QUYỂN TRÁI ĐẤT HÌNH 2-4: PHÂN BỐ CƯỜNG ĐỘ BỨC XẠ TRÊN THẾ GIỚI HÌNH 2-5: BẾP NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI .9 HÌNH 2-6: HỆ THỐNG MÁY NƯỚC NĨNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI .9 HÌNH 2-7: TRƯỜNG ĐHBK ĐÀ NẴNG LẮP DÀN PIN MẶT TRỜI TẠI KHU A 10 HÌNH 2-8: NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI .10 HÌNH 2-9: BIỂU ĐỒ TỔNG CÔNG SUẤT LẮP ĐẶT NHÀ MÁY ĐIỆN PV TỒN THẾ GIỚI VÀ PHÂN BỐ CƠNG SUẤT RIÊNG NĂM 2015 .11 HÌNH 2-10: BIỂU ĐỒ PHÂN BỐ CƠNG SUẤT LẮP ĐẶT NHÀ MÁY ĐIỆN PV TỒN CẦU TỪ NĂM 2005 ĐẾN 2015 12 HÌNH 2-11: BIỂU ĐỒ TỔNG GIÁ TRỊ ĐẦU TƯ TOÀN CẦU CHO NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TỒN CẦU, TRONG ĐĨ CĨ ĐIỆN MẶT TRỜI TÍNH ĐẾN NĂM 2017 13 HÌNH 2-12: LCOE CHO GIÁ THÀNH ĐIỆN PV THẾ GIỚI NĂM 2016 13 HÌNH 3-1: TẾ BÀO PIN MẶT TRỜI 15 VII HÌNH 3-2: CẤU TẠO VÀ QUÁ TRÌNH TẠO THÀNH MODULE PIN MẶT TRỜI 16 HÌNH 3-4 HỆ HAI MỨC NĂNG LƯỢNG 17 HÌNH 3-5: CÁC VÙNG NĂNG LƯỢNG 17 HÌNH 3-6: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA PIN MẶT TRỜI .18 HÌNH 3-7 : ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC U-I CỦA PIN MẶT TRỜI 18 HÌNH 3-8: SỰ PHỤ THUỘC CỦA ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH PIN MẶT TRỜI VÀO NHIỆT ĐỘ PIN 19 HÌNH 3-9: ĐẶC TÍNH PHỤ THUỘC V-A CỦA PIN MẶT TRỜI VÀO CƯỜNG ĐỘ BỨC XẠ 19 HÌNH 3-10: ĐẶC TÍNH P-V CỦA PIN MẶT TRỜI 20 HÌNH 3-11: SƠ ĐỒ BLOCKING DIODE VÀ BYPASS DIODE TRONG PIN MẶT TRỜI .21 HÌNH 3-12: CÁC THƠNG SỐ CỦA MỘT SỐ TẤM PIN MẶT TRỜI 23 HÌNH 3-13: MƠ TẢ GĨC TỚI TIA ÁNH SÁNG MẶT TRỜI ĐỐI VỚI ĐỐI VỚI MẶT PHẲNG TẤM PIN .23 HÌNH 3-14: CÁC HỆ THỐNG VỚI CÁC KIỂU XOAY TẤM PIN KHÁC NHAU 24 HÌNH 3-15: MƠ HÌNH PIN MẶT TRỜI TỰ XOAY THEO MỘT TRỤC 24 HINH 3-16: MỘT MƠ HÌNH PIN MẶT TRỜI XOAY THEO HAI TRỤC .25 HÌNH 3-17: BIỂU ĐỒ NĂNG LƯỢNG THU ĐƯỢC CỦA HỆ THỐNG XOAY MỘT TRỤC VÀ HỆ THỐNG CỐ ĐỊNH 26 HÌNH 3-18: BIỂU ĐỒ SO SÁNH CƠNG SUẤT CỦA HỆ THỐNG HAI TRỤC XOAY VÀ CỐ ĐỊNH 27 HÌNH 4-1: SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MỘT HỆ THỐNG ĐIỀU HƯỚNG TỰ ĐỘNG 29 HÌNH 4-2: MƠ HÌNH KẾT CẤU ĐƯỢC XÂY DỰNG TRÊN PHẦN MỀM SOLIDWORKS 30 HÌNH 4-3: BẢN VẼ HÌNH CHIẾU ĐỨNG MƠ HÌNH 31 HÌNH 4-4: PHẦN CHÂN ĐẾ VÀ TRỤ ĐỠ 32 HÌNH 4-5: PHẦN TRỤC QUAY 32 HÌNH 4-6:GIÁ ĐỠ CHỮ Y VÀ TRỤC ĐỠ PIN MẶT TRỜI .33 HÌNH 4-7: PHẦN CƠ KHÍ SAU KHI HỒN THÀNH 33 HÌNH 4-8: MẶT TRƯỚC VÀ SAU CỦA TẤM PIN 34 HÌNH 4-9: ACQUY CỦA MƠ HÌNH 35 HÌNH 4-10: MỘT SỐ ĐỘNG CƠ SERVO THƯỜNG GẶP .35 HÌNH 4-11: CẤU TẠO CỦA ĐỘNG CƠ SERVO THƯỜNG GẶP 36 HÌNH 4-12: CƠ CẤU GHÉP NỐI ĐỘNG CƠ SERVO .37 VIII Giải pháp nâng cao hiệu suất pin lượng mặt trời int btLeft = 7; // int btLeft = có ý nghĩa nút nhấn BOT kết nối chân D7 int btTop = 8; // int btTop = có ý nghĩa nút nhấn BOT kết nối chân D8 byte Mode = 1; int Goc1 = 30, Goc2 = 90; // khai báo Goc1, Goc2 góc ban đầu int A = 20, B = 20; // Khai báo số, trog A, B giá trị giới han unsigned long previousMillis = 0; const long interval = 2000; void SetLCD() // Khai báo hiển thị LCD { lcd.setCursor(12,0); // vị trí đặt trỏ hiển thị lên LCD lcd.print(Goc1); // xuất góc thứ lcd.setCursor(12,1); // vị trí đặt trỏ hiển thị lên LCD lcd.print(Goc2); // xuất góc thứ } void WriteServo(byte ser, int gochientai, bool up) { if(up==1){ for(int i=1;itd)&&(Goc1>30)) { WriteServo(0,Goc1,0); } else if((td>A)&&(Goc2pt)&&(Goc2B)&&(Goc2>5)) { WriteServo(1,Goc2,0); } } } else {if(digitalRead(btRight)==0) { delay(20); if((digitalRead(btRight)==0)&&(Goc25)) { WriteServo(1,Goc2,0); while(digitalRead(btLeft)==0); } } if(digitalRead(btUp)==0) { delay(20); if(digitalRead(btUp)==0)&&(Goc130)) { WriteServo(0,Goc1,0); while(digitalRead(btDown)==0); } } } }// kết thúc chương trình Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Hải Hướng dẫn: TS Lê Đình Dương, KS Nguyễn Quốc Tuyến 60 Giải pháp nâng cao hiệu suất pin lượng mặt trời CHƯƠNG THỰC NGHIỆM MƠ HÌNH - KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Thực nghiệm mơ hình Sau hồn thành mơ hình, ta tiến hành thực nghiệm mơ hình điều kiện khác nhằm mục đích kiểm tra xem mơ hình hoạt động có hiệu hay không? Đồng thời so sánh công suất pin điều hướng theo vị trí Mặt Trời pin có góc nghiêng cố định vị trí 6.1.1 Thực nghiệm với điều kiện ban ngày Trước tiến hành thực nghiệm, ta mắc thêm tải trở có R= 15Ω song song với vôn kế đèn led (V) ngõ pin mặt trời hình sau: + R - V Hình 6-1: Sơ đồ thí nghiệm cơng suất pin mơ hình Trong lúc thực nghiệm sau 30 phút lấy số liệu hiển thị hình vơn kế đèn led lần, đồng thời tính giá trị công suất pin theo công thức sau: P= 𝑈2 𝑅 (W) (6.1) Khi thực nghiệm mơ hình chế độ tự động điều hướng pin mặt trời theo hướng ánh sáng mặt trời, ta không cần quan tâm đến vị trí hướng mặt phẳng pin, góc nghiêng ban đầu β pin (hình 3-13) Nhưng thực nghiệm với pin đặt cố định góc nghiêng ban đầu β mặt phẳng pin hướng phía Vì vị trí thực nghiệm mơ hình Đà Nẵng, nằm hồn tồn bán cầu Bắc, nên mặt phẳng đón ánh sáng mặt trời pin quay hướng Nam[1] Sở dĩ có góc nghiêng người ta lắp dàn pin cho đặt cố định nhận tổng cường độ xạ lớn nhất[1] Đồng thời làm cho pin có khả Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Hải Hướng dẫn: TS Lê Đình Dương, KS Nguyễn Quốc Tuyến 61 Giải pháp nâng cao hiệu suất pin lượng mặt trời tự làm Khi có mưa, mặt phẳng dàn pin nghiêng nên nước mưa tạo thành dòng chảy, tẩy rửa bụi bẩn bám mặt pin Thực tế, dàn pin mặt trời cố định lớn, hoạt động lâu năm, để thu công suất tối đa lúc năm người ta thường chọn góc nghiêng β cơng thức sau[1]: β= L ± 100 (6.2) Nhưng mơ hình đề tài có pin, lại thực nghiệm ngày mùa hè nên ta tính tốn góc β cho pin có cơng suất lớn vào lúc 12 trưa, thời điểm Mặt Trời qua kinh tuyến địa phương, có tổng cường độ xạ lớn Lúc tiến hành thực nghiệm mơ hình Đà Nẵng (có vĩ độ L= 16001’55”B) thời điểm 12 trưa ngày tháng năm 2018, đó: Góc thiên độ[8]: δ = 23,45.sin(360 𝑛−81 365 ) (6.3) Với n thứ tự ngày thực nghiệm năm[2] thay n = 120+5 = 125 vào (6.3) tính δ= 1606’41” Góc cao độ trưa βN góc tia nắng mặt trời chiếu tới mặt phẳng phương ngang mặt đất[8]: βN = 900 – (L – δ) (6.4) Thay giá trị L δ vào (6.4) ta có kết quả: βN = 900 – (1601’55” – 1606’41”) = 9004’46” Để tia nắng mặt trời chiếu vng góc với mặt phẳng pin lúc 12h trưa góc nghiêng β là[8]: β = 900 - βN = 900 – 9004’46” = -004’46” (6.5) Hình 6-2: Tính tốn góc nghiêng β[8] Nhận thấy góc nghiêng β nhỏ nên phương án đặt pin đặt pin cho mặt phẳng đón tia nắng mặt trời song song với phương ngang mặt đất địa Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Hải Hướng dẫn: TS Lê Đình Dương, KS Nguyễn Quốc Tuyến 62 Giải pháp nâng cao hiệu suất pin lượng mặt trời điểm thực nghiệm (vì địa điểm thực nghiệm nơi rộng, thống, khơng có bóng mát phẳng) Chú ý thực nghiệm mơ hình pin đặt cố định ta chuyển qua chế độ điều khiển tay, thực thao tác nhấn nút điều khiển động servo điều hướng pin đến có góc quay 900, mặt phẳng pin song song với mặt đất Đồng thời, suốt trình thực nghiệm điều kiện này, không tác động đến nút nhấn, đảm bảo cung cấp nguồn điện liên tục cho động servo Vì suốt trình thực nghiệm, mà nguồn điện bị ngắt động servo trở góc quay 00 làm cho trục quay điều hướng pin vị trí ban đầu chưa cấp nguồn, ảnh hưởng lớn đến mơ hình q trình thực nghiệm Kết thực nghiệm tính tốn ghi vào bảng 6.1, với: Uout1: Điện áp ngõ pin điều hướng hai trục xoay theo vị trí Mặt Trời Uout2: Điện áp ngõ pin đặt cố định Pout1: Điện áp ngõ pin điều hướng hai trục xoay theo vị trí Mặt Trời Pout2: Điện áp ngõ pin đặt cố định Bảng 6.1: Kết thực nghiệm tính tốn cơng suất mơ hình tự động điều hướng hai trục đặt cố định TT Giờ Pout1(W) Pout2(W) Uout1(V) Uout2(V) 6h00 0.40 0.20 2.45 1.73 6h30 0.73 0.28 3.30 2.03 7h00 2.73 0.88 6.39 3.62 7h30 2.80 1.68 6.48 5.01 8h00 3.83 2.25 7.57 5.81 8h30 6.05 3.03 9.53 6.74 9h00 13.20 5.65 14.07 9.21 9h30 18.58 9.55 16.69 11.97 10h00 19.30 11.90 17.01 13.36 10 10h30 21.35 13.60 17.90 14.28 11 11h00 22.53 15.55 18.38 15.27 12 11h30 22.70 19.28 18.45 17.00 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Hải Hướng dẫn: TS Lê Đình Dương, KS Nguyễn Quốc Tuyến 63 Giải pháp nâng cao hiệu suất pin lượng mặt trời 13 12h00 22.85 22.53 18.51 18.38 14 12h30 22.85 22.25 18.51 18.27 15 13h00 21.68 16.85 18.03 15.90 16 13h30 18.95 15.98 16.86 15.48 17 14h00 15.95 10.33 15.47 12.44 18 14h30 14.05 9.10 14.52 11.68 19 15h00 13.13 8.13 14.03 11.04 20 15h30 9.70 6.40 12.06 9.80 21 16h00 8.95 3.55 11.59 7.30 22 16h30 6.40 2.25 9.80 5.81 23 17h00 2.35 0.38 5.94 2.37 24 17h30 0.75 0.40 3.35 2.45 25 18h00 0.53 0.10 2.81 1.22 CỐ ĐIỀU HƯỚNG CỐ ĐỊNH 24 22 20 CÔNG SUẤT (W) 18 16 14 12 10 18h00 17h30 17h00 16h30 16h00 15h30 15h00 14h30 14h00 13h30 13h00 12h30 12h00 11h30 11h00 10h30 10h00 9h30 9h00 8h30 8h00 7h30 7h00 6h30 6h00 THỜI GIAN Hình 6-3: Đồ thị so sánh cơng suất thu có điều hướng hai trục cố định Nhận xét: Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Hải Hướng dẫn: TS Lê Đình Dương, KS Nguyễn Quốc Tuyến 64 Giải pháp nâng cao hiệu suất pin lượng mặt trời Với kết thu được, thấy mơ hình với tự động điều hướng hai trục xoay pin lượng mặt trời có công suất cao với hầu hết khoảng thời gian ban ngày so với pin cố định đặt cố định Công suất cực đại thu vào 12 trưa, giá trị công suất cực đại không chênh lệch đáng kể pin có điều hướng pin cố định Tuy nhiên mức độ giảm từ điểm công suất cực đại điểm công suất cực tiểu pin tự động điều hướng hai trục xoay lại chậm so với pin đặt cố định Điều có nghĩa độ dốc đặc tính cơng suất - thời gian ( P-t ) hệ thống điều hướng nhỏ so với hệ thống cố định Khi đạt điểm cơng suất cực đại, góc quay động Servo chế độ tự động điều hướng trùng với góc đặt ban đầu chế độ tay (góc nghiêng ban đầu tính tốn) Điều có ý nghĩa mơ hình tự động điều hướng tìm góc quay động để pin đạt điểm công suất lớn lúc thực nghiệm thời điểm 12 trưa 6.1.2 Thực nghiệm với điều kiện ban đêm Với điều kiện ban đêm, khơng có ánh sáng mặt trời để sản xuất điên áp để sử dụng được, giá trị nhỏ Ta tiến hành thực nghiệm với điều kiện ban đêm để xét xem mơ hình điều hướng độ nhạy cảm biến với ánh sáng khác Quá trình thực nghiệm bắt đầu tối, ngày tháng năm 2018 (khơng có ánh sáng mặt trời), mơ hình khơng làm việc Qua nhận thấy giá trị điện trở quang trở khơng có chênh lệch Tuy nhiên, chiếu đèn pin vào cảm biến hướng ánh sáng, mơ hình có hoạt động Có nghĩa là, chiếu đèn pin vào khoảng thời gian đủ lâu cảm biến có thay đổi giá trị điện trở quang trở, có tín hiệu mạch điều khiển mơ hình hoạt động, tự động điều hướng pin đến vị trí đèn pin Khi chiếu đèn thoáng qua thời gian ngắn mơ hình khơng hoạt động Một thực nghiệm ta xả hết điện acquy mơ hình, sau nạp điện cho acquy thơng qua mạch nạp nối với dây dẫn điện áp từ pin Sau điện nạp cho acquy điều kiện thực nghiệm ban ngày (bình acquy nạp đầy đèn báo mạch nạp sáng lên) Trong q trình thực nghiệm ban đêm pin khơng sản xuất điện áp đủ lớn để nuôi thành phần khác mơ hình, có điện acquy nạp đầy trước Qua nhận thấy mạch nạp hoạt động tốt, ban ngày ta lấy điện pin để sử dụng nạp vào acquy, đến ban đêm lấy điện pin nạp đầy vào acquy để sử dụng Nhận xét: Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Hải Hướng dẫn: TS Lê Đình Dương, KS Nguyễn Quốc Tuyến 65 Giải pháp nâng cao hiệu suất pin lượng mặt trời Mơ hình điều hướng tự động khơng hoạt động cường độ nguồn sáng yếu tác động đến cảm biến hướng sáng thời gian tác động nguồn sáng nhanh Từ tránh lãng phí điện vận hành động hệ thống trường hợp bị nguồn ánh sáng không mong muốn tác động (ánh sáng từ sao, Mặt trăng, đèn đường, sấm chớp ) Đồng thời tận dụng tối đa điện pin sản xuất thông qua mạch nạp nạp vào acquy dự trữ 6.2 Đánh giá mơ hình thực tế 6.2.1 Một số vấn đề cần lưu ý vận hành bảo dưỡng mơ hình Để vận hành mơ hình hoạt động ổn định, cách thức vận hành phải thực theo trình tự sau: Kiểm tra thiết bị, trục xoay, khung đỡ trạng thái bình thường Cấp nguồn Acquy chiều Bật công tắc để cấp nguồn cho mạch vi xử lí, có LED báo trạng thái nguồn vào Đồng thời mơ hình trang bị công tắc ngõ pin vô kế đèn LED báo trạng thái ngõ Một số lưu ý bảo dưỡng mơ hình thực tế : Trong trình vận hành, phần trục xoay có động dây dẫn bị gia tăng nhiệt sức nóng từ ánh sáng Mặt trời nước mưa thấm vào, cần phải có biện pháp cách nhiệt che chắn tốt Các mối nối, mối hàn khí, mối hàn phần mạch bus dây cắm vào header phải chắn, kiểm tra thường xuyên Vi xử lý Arduino linh kiện dễ hư hỏng, trình nạp chương trình điều khiển, vận hành hay bảo dưỡng mơ hình cần ý tác động học đến nó, với tác động khơng mong muốn gây hư hỏng Arduino, gây lãng phí linh kiện ảnh hưởng đến q trình vận hành mơ hình 6.2.2 Ưu, nhược điểm mơ hình Trong q trình vận hành nhận thấy số ưu, nhược điểm mơ hình, để từ phát huy ưu điểm, hạn chế khác phục nhược điểm để mơ hình hồn thiện, vận hành tốt Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Hải Hướng dẫn: TS Lê Đình Dương, KS Nguyễn Quốc Tuyến 66 Giải pháp nâng cao hiệu suất pin lượng mặt trời Bảng 6.2: Các ưu, nhược điểm mơ hình Ưu điểm Nhược điểm - Công suất pin tự - Nếu điện áp pin vọt lố không động điều hướng cao đặt cố định đạt điểm công suất cực đại chưa (với điều kiện thời tiết bình thường - có điều khiển MPPT thường điểm ban ngày) - Trong q trình vận hành có - Hệ thống vận hành êm, gây tiếng ồn dao động khung đỡ - Thời gian phản hồi từ tín hiệu điều - Khơng cần tính tốn góc nghiêng mặt phẳng pin so với mặt phẳng ngang ban đầu - Lượng điện tiêu tốn cho vận hành động thấp - Vận tốc quay góc quay động phù hợp, tránh tình trạng sập đổ khung đỡ nhờ cấu tự giữ Servo - Ứng dụng nhiều khu vực, nhiều khiển đến động chưa thực nhanh - Với điều kiện làm việc trời lâu dài thời tiết khắc nghiệt mưa, gió phần khí chưa đảm bảo - Với điều kiện làm việc không tốt mây mù, hệ thống tự động điều hướng nâng góc quay Servo lớn, hiệu suất khơng cao dàn cố định đặt trước góc nghiêng vị trí đặt pin, khơng thiết phải đặt mơ hình nhà pin cố định 6.3 Đề xuất hướng phát triển Đối với mơ hình đề áp dụng phạm vi nghiên cứu, khảo sát với pin cơng suất nhỏ, hệ thống khí truyền động đơn giản phần lập trình vi xử lí với thuật tốn Để phát triển với hệ thống lớn hơn, cải thiện hiệu suất làm việc, cần tập trung vào vấn đề sau : Nghiên cứu kĩ trục đỡ, cấu truyền động để hoạt động tốt triển khai quy mơ lớn Đối với hệ thống gồm nhiều pin mặt trời dàn pin cho gia đình, quan hay nhà máy điện mặt trời chẳng hạn vấn đề động xoay dàn đỡ tốn khó Do cần phải xét đến nhiều khía cạnh lượng điện hao tổn cho động cơ, diện tích áp dụng Lập trình hai chế độ theo thời gian thực, hướng đề xuất sau: dùng module thời gian thực, lập trình chế độ ban ngày hệ thống tự động điều hướng hoạt động, chế độ ban đêm tắt nguồn cấp cho động Như giảm tối đa lượng điện cấp cho động chờ hoạt động Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Hải Hướng dẫn: TS Lê Đình Dương, KS Nguyễn Quốc Tuyến 67 Giải pháp nâng cao hiệu suất pin lượng mặt trời Thiết kế khung đỡ, cấu truyền động vật liệu có khả thích ứng tốt với điều kiện thời tiết, giảm tối đa khối lượng chống chịu tác động học Thiết kế cảm biến khác cảm biến hướng sáng cảm biến với điều kiện thời tiết (vd: phát trời mưa), từ tắt hệ thống tự động điều hướng Điều giúp giảm lượng điện vận hành động xoay trục khoảng thời gian bị ảnh hưởng thời tiết xấu, dàn pin tắt hẳn không hoạt động tránh cố đáng tiếc xảy Ứng dụng vào hệ thống lượng Mặt trời lớn, từ kết nối với lưới điện trở thành nguồn điện dự phòng Hiện giới có nhiều hệ thống tự động điều hướng pin mặt trời thơng minh Điển hình hệ thống hãng Smart Flower Solar: Hình 6-4 : Một hệ thống pin Mặt trời hãng Smart Flower Solar [25] Hệ thống thiết kế gồm nhiều dàn, dàn bơng hoa, pin mặt trời “cánh hoa”, cảm biến hướng ánh sáng đặt dàn pin Một dàn pin gồm 12 cánh tương ứng với 12 pin Mặt trời, tạo sản lượng điện 2,5kW tương đương hệ thống pin Mặt trời cố định đặt nhà với 4kWp Góc quay cho phép nghiêng đến 7800, có khả tự làm cần thiết, đồng thời vào ban pin xếp lại[25] Hệ thống có giá bán 16.900 USD cho phiên khơng có bình lưu trữ điện 22.000 USD cho phiên có bình lưu trữ điện Trong tương lai, phiên tạo 22kW đóng vai trò trạm sạc xe điện tiến hành xây dựng[25] Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Hải Hướng dẫn: TS Lê Đình Dương, KS Nguyễn Quốc Tuyến 68 Giải pháp nâng cao hiệu suất pin lượng mặt trời KẾT LUẬN Đề tài giải vấn đề lúc đầu đặt chế tạo hồn chỉnh mơ hình xoay hai trục điều hướng pin lượng mặt trời Dưới kết mà đề tài đạt được: Hệ thống sở để xác định ngun tắc xoay để mơ hình hoạt động cho pin ln hướng phía Mặt Trời để hứng lượng xạ lớn Xây dựng cơng thức tính tốn cho cảm biến hướng ánh sáng, chương trình thuật tốn cho mơ hình Đã thiết kế, chế tạo thành cơng mơ hình điều hướng pin lượng mặt trời có cơng suất 25W theo hai trục nằm ngang thẳng đứng, mơ hình hoạt động ổn định Thực nghiệm cho kết tốt phân tích ưu, nhược điểm mơ hình để từ nhận thấy vấn đề cần lưu ý giúp cho nghiên cứu sau có kết tốt Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Hải Hướng dẫn: TS Lê Đình Dương, KS Nguyễn Quốc Tuyến 69 Giải pháp nâng cao hiệu suất pin lượng mặt trời DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Hoàng Dương Hùng, Năng lương mặt trời – Lý thuyết ứng dụng, khoa Công nghệ Nhiệt điện lạnh, trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng, 2008 [2] Nguyễn Dáo, Giáo trình lượng tái tạo, khoa Điện – điện tử, trường đại học Tôn Đức Thắng, Tp Hồ Chí Minh, 2015 [3] Nguyễn Nhân Bổn, Võ Nguyên Ngân Nguyễn Thế Vinh, Giải thuật nâng cao hiệu suất pin mặt trời ứng dụng, khoa Điện – điện tử, đại học Sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh, 2014 [4] Lý Ngọc Thắng, Nghiên cứu thiết kế hệ thống tự động thích ứng với vị trí mặt trời nhằm nâng cao hiệu suất sử dụng thiết bị dùng lượng mặt trời, viện Công nghệ, Cơng Thương, 2011 [5] Nguyễn Hồng Giang, Phát triển dàn pin lượng mặt trời tự xoay, luận văn Thạc sĩ, chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy, trường đại học Kỹ thuật công nghiệp, đại học Thái Nguyên, 2011 [6] Vũ Trí Viễn, Bài giảng truyền động điện, khoa Điện – điện tử, trường đại học Tôn Đức Thắng, Tp Hồ Chí Minh, 2015 [7] Vương Đức Phúc, Đào Minh Quân, Nghiêng cứu cảm biến ánh sáng dùng hệ tự động bám theo Mặt Trời, khoa Điện – điện tử, trường đại học Hàng Hải Việt Nam, 2015 [8] Trần Công Binh, Bài giảng lượng tái tạo, khoa Điện – điện tử, trường đại học Bách khoa, đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, 2012 [9] Huỳnh Minh Phú, Tự học Arduino cho người bắt đầu, khoa Cơ khí chế tạo máy, đại học Sư Phạm kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, 2015 [10] Lê Long, Công nghệ điều khiển động Servo, 2015 [Online]: http://banbientan.com/cong-nghe-dieu-khien-dong-co-servo/ [11] The sunlight is where the energy poverty is best of world map [Online]: http://roundtripticket.me/world-sunlight-map.html/the-sunlight-iswhere-the-energy-poverty-is-best-of-world-map [12] Công ty TNHH MTV Vũ Phong, Cường độ xạ lượng mặt trời khu vực Việt Nam, 2016 [Online]: https://solarpower.vn/cuong-do-buc-xa-nang-luong-mat-troi-tai-cac-khuvuc-viet-nam/ [13] Công ty cổ phần quốc tế Sơn Hà, Có nên sử dụng Thái dương vào mùa đơng, 2016 [Online]: http://www.sonha.com.vn/co-nen-su-dung-thai-duong-nang-vao-muadong633.html [14] Thiết kế mơ hình điện tử với Arduino, viện Cơ khí, đại học Hàng Hải Việt Nam [Online]: http://sme.vimaru.edu.vn/kien-thuc-trao-doi/thiet-ke-mo-hinh-co-dientu-voi-arduino [15] Thư viện bách khoa toàn thư mở Wikipedia, Pin mặt trời [Online]: https://vi.wikipedia.org/wiki/Pin_mặt_trời [16] Đoàn Văn Thảo, Blocking diode bypass diode pin lượng mặt trời, Tổng hợp từ electronics-tutorials.ws [1] Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Hải Hướng dẫn: TS Lê Đình Dương, KS Nguyễn Quốc Tuyến 70 Giải pháp nâng cao hiệu suất pin lượng mặt trời [Online]: https://solarvietnam.org/2017/10/05/blocking-diode-va-bypass-diodetrong-tam-pin-nang-luong-mat-troi/ [17] Công ty TNHH TM SX Công nghệ điện- điện tử Sài Gòn, Pin lượng mặt trời Polycrystalline [Online]: http://www.pinnangluongmattroi.net/san-pham/pin-nang-luong-mat-troipolycrystalline/pin-nang-luong-mat-troi-solar-panel-180wp.html [18] Thư viện bách khoa toàn thư mở, Arduino [Online]: https://vi.wikipedia.org/wiki/Arduino [19] Toàn Thắng, Năng lượng mặt trời – Hướng phát triển Việt Nam, Báo điện tử “baochinhphu.vn”, 2016 [Online]: http://baochinhphu.vn/Khoa-hoc-Cong-nghe/Nang-luong-mat-troiHuong-phat-trien-moi-tai-Viet-Nam/292542.vgp [20] Ngọc Minh, Đầu tư gần 2.400 tỷ đồng xây dựng nhà máy điện lượng mặt trời, BNEW – TTXVN, 2015 [Online]: http://bnews.vn/dau-tu-gan-2-400-ty-dong-xay-dung-nha-may-diennang-luong-mat-troi/5640.html [21] Minh Châu, Tấn Tồn, UBND tỉnh Khánh Hòa trao Quyết định đầu tư dự án nhà máy điện lượng mặt trời Điện lực miền Trung, EVNCPC, 2017 [Online]: https://cpc.vn/vi-vn/Tin-tuc-su-kien/Tin-tuc-chi-tiet/articleId/18482 [22] Phạm Quốc Dũng, Tin học sở A1, Bài giảng điện tử, 2013 [Online]: http://hus.edu.vn/thcs/bai5.html Tiếng anh [23] Renewables 2016, Global Status Report, REN21, France, 2016 [24] Darrell Proctor, Report: Clean energy investments hit $335.5 billion in 2017, Power magazine, 2018 [Online]: http://www.powermag.com/report-clean-energy-investments-hit-333-5billion-in-2017/?pagenum=1 [25] Charles W THURSTON, Intersolar North America: SmartFlower unfurls its dual-axis tracker, PV Magazine USA, 2016 [Online]: https://www.pv-magazine.com/2016/07/13/intersolar-north-americasmartflower-unfurls-its-dual-axis-tracker_100025392/ [26] Hossein Mousazadeh a, Alireza Keyhani a,*, Arzhang Javadi b, Hossein Mobli a, Karen Abrinia c, Ahmad Sharifi b, A review of principle and sun-tracking methods for maximizing solar systems output, Renewable and Sustainable Energy Reviews 13 (2009) 1800–1818 [27] S Abdallah, S Nijmeh, Two axes sun tracking system with PLC control, Energy Conversion and Management, 2004 [28] S A Kalogirou, Solar thermal collectors and applications, Department of Mechanical Engineering, Higher Technical Institute, 2004 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Hải Hướng dẫn: TS Lê Đình Dương, KS Nguyễn Quốc Tuyến 71 ... Minh Hải Hướng dẫn: TS Lê Đình Dương, KS Nguyễn Quốc Tuyến Giải pháp nâng cao hiệu suất pin lượng mặt trời Phạm vi đề tài tập trung nghiên cứu, giải vấn đề sau: - Ứng dụng thuật toán với lý thuyết. .. lượng mặt trời 3) Mơ hình thực tế 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.4.1 Nghiên cứu lý thuyết: Tập trung nghiên cứu lý thuyết vấn đề sau : - Cấu tạo, nguyên lý hoạt động pin mặt trời - Góc quay mặt trời... Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Hải Hướng dẫn: TS Lê Đình Dương, KS Nguyễn Quốc Tuyến 11 Giải pháp nâng cao hiệu suất pin lượng mặt trời Lý xu hướng là: Công nghệ ngày hoàn thiện, dẫn đến giá NLTT