BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ THI CÔNG BỘ SẠC ẮC QUY TỪ PIN MẶT TRỜI Sinh viên thực hiện Phạm Minh Toàn MSSV 16009521 Trần Quốc Khải MSS[.]
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ THI CÔNG BỘ SẠC ẮC QUY TỪ PIN MẶT TRỜI Sinh viên thực hiện: Phạm Minh Toàn MSSV : 16009521 Trần Quốc Khải MSSV : 16026461 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN THANH THUẬN TP.HCM, Năm 2020 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ THI CÔNG BỘ SẠC ẮC QUY TỪ PIN MẶT TRỜI Sinh viên thực hiện: Phạm Minh Toàn MSSV : 16009521 Trần Quốc Khải MSSV : 16026461 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN THANH THUẬN TP.HCM, Năm 2020 Phạm Minh Tồn – Trần Quốc Khải Khóa Luận Tốt Nghiệp NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN i Phạm Minh Toàn – Trần Quốc Khải Khóa Luận Tốt Nghiệp MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN i MỤC LỤC ii DANH MỤC HÌNH ẢNH iv DANH MỤC BẢNG vi CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tầm quan trọng đề tài 1.3 Giới hạn đề tài 1.4 Nội dung dự kiến CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Pin lượng mặt trời 2.1.1 Giới thiệu pin lượng mặt trời .3 2.1.2 Điểm công suất cực đại 2.2 Mạch tăng áp (boost converter) 2.2.1 Sử dụng mạch tăng áp thiết kế thi công sạc ắc quy .5 2.2.2 Giới thiệu mạch tăng áp (boost converter) 2.2.3 Nguyên lý hoạt động mạch tăng áp (Boost converter) 2.3 Vi điều khiển Arduino 2.3.1 Sử dụng Arduino sạc ắc quy 2.3.2 Giới thiệu vi điều khiển Arduno CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ THI CÔNG BỘ SẠC ẮC QUY TỪ PIN MẶT TRỜI 3.1 Thiết kế sơ đồ khối .9 3.2 Mạch tăng áp Boost converter 10 3.2.1 Chọn linh kiện .10 3.2.1.1 Thiết bị đóng cắt 10 3.2.1.2 Cuộn cảm .11 3.2.1.3 Diode 13 3.2.1.4 Tụ điện 14 3.2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch tăng áp (boost converter) 15 3.3 Mạch Opto cách ly .15 3.3.1 Chọn linh kiện .15 ii Phạm Minh Toàn – Trần Quốc Khải Khóa Luận Tốt Nghiệp 3.3.2 Sơ đồ nguyên lý 17 3.4 Thiết kế sơ đồ mạch phần mềm Proteus .17 3.5 Các module sử dụng 18 3.5.1 Vi điều khiển Arduino 18 3.5.1.1 Arduino Uno R3 18 3.5.1.2 Thay đổi tần số ngỏ tương tự Arduino .19 3.5.2 Module cảm biến điện áp 21 3.5.3 Cảm biến dòng điện ACS712 .21 3.5.4 LCD 20×4 23 3.5.5 Module chuyển đổi I2C cho LCD 24 3.5.6 Module Relay .25 3.6 Thiết kế phầm mềm 26 3.6.1 Thuật toán MPPT P&O 26 3.6.2 Lập trình vi điều khiển Arduino 29 3.6.2.1 Lập trình đọc giá trị điện áp từ cảm biến điện áp 30 3.6.2.2 Lập trình đọc giá trị dịng điện từ cảm biến dịng điện .32 3.6.2.3 Lập trình xuất liệu LCD 20×4 33 3.6.2.4 Lập trình thuật tốn MPPT P&O 35 3.6.2.5 Lập trình đóng cắt bảo vệ ắc quy 37 3.6.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống .38 3.7 Kết .38 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 50 4.1 Đạt .50 4.2 Hạn chế .50 4.3 Hướng phát triển 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 PHỤ LỤC 53 LỜI CẢM ƠN 63 iii Phạm Minh Tồn – Trần Quốc Khải Khóa Luận Tốt Nghiệp DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 - Pin lượng mặt trời (Pin mặt trời) Hình - Đặc tuyến pin lượng mặt trời .4 Hình 2 - Pin mặt trời với tải .5 Hình - Mạch tăng áp (boost converter) Hình - Mạch tăng áp – Bước Hình - Mạch tăng áp – Bước Hình - Mạch tăng áp – Bước Hình - Một số loại Arduino Hình - Sơ đồ khối dị tìm điểm cơng suất cực đại .9 Hình – Mạch tăng áp (boost converter) 10 Hình 3 - Mosfet IRFP250N .11 Hình – Sơ đồ chân Mosfet IRFP250N 11 Hình – Diode MBR10200CT 13 Hình - Sơ đồ chân Diode MBR10200CT .14 Hình – Sơ đồ nguyên lý mạch tăng áp (boost converter) .15 Hình – Sơ đồ mạch tăng áp proteus 15 Hình – Opto TLP250 16 Hình 10 – Sơ đồ chân Opto TLP250 16 Hình 11 – Sơ đồ nguyên lý mạch Opto cách ly 17 Hình 12 – Sơ đồ mạch opto proteus 17 Hình 13 – Sơ đồ nguyên lý mạch phần mềm Proteus 17 Hình 14 – Sơ đồ mạch in phần mềm Proteus .18 Hình 15 – Sơ đồ mạch mơ .18 Hình 16 – Arduino Uno R3 .19 Hình 17 – Cảm biến điện áp DC .21 Hình 18 – Sơ đồ cảm biến điện áp 21 Hình 19 – Cảm biến dòng điện ACS712 21 Hình 20 – Sơ đồ cảm biến dòng điện ACS712 22 Hình 21 – LCD 20×4 23 Hình 22 – Module I2C cho LCD .24 Hình 23 – Sơ đồ kết nối Module I2C với Arduino 24 iv Phạm Minh Tồn – Trần Quốc Khải Khóa Luận Tốt Nghiệp Hình 24 – Module relay kênh 25 Hình 25 – Lưu đồ thuật tốn P&O 27 Hình 26 – Lưu đồ thuật tốn P&O sử dụng .28 Hình 27 – Lưu đồ chương trình điều khiển Arduino 29 Hình 28 – Lưu đồ đo điện áp pin mặt trời 30 Hình 29 – Lưu đồ đo điện áp ắc quy 31 Hình 30 – Lưu đồ đo dòng điện pin mặt trời .32 Hình 31 – Lưu đồ đo dòng điện ắc quy .33 Hình 32 – Lưu đồ thuật toán MPPT 35 Hình 33 – Lưu đồ đóng cắt relay .37 Hình 34 – Đồ thị điện áp pin mặt trời theo thời gian 39 Hình 35 – Đồ thị dòng điện pin mặt trời theo thời gian 39 Hình 36 – Đồ thị công suất pin mặt trời theo thời gian .40 Hình 37 – Đồ thị điện áp ắc quy theo thời gian .41 Hình 38 – Đồ thị dòng điện ắc quy theo thời gian 41 Hình 39 – Đồ thị công suất ắc quy 42 Hình 40 – Đồ thị công suất pin công suất ắc quy theo thời gian 42 Hình 41 – Đồ thị điện áp pin mặt trời theo thời gian 43 Hình 42 – Đồ thị dịng điện pin mặt trời theo thời gian 43 Hình 43 – Đồ thị cơng suất pin mặt trời theo thời gian .44 Hình 44 – Đồ thị điện áp ắc quy theo thời gian .44 Hình 45 – Đồ thị dịng điện ắc quy theo thời gian 45 Hình 46 – Đồ thị cơng suất ắc quy theo thời gian .45 Hình 47 – Đồ thị cơng suất pin mặt trời ắc quy 46 Hình 48 – Các cảm biến dịng điện cảm biến điện áp 47 Hình 49 – Mạch tăng áp (Boost converter) .47 Hình 50 – Mạch relay ngắt tải 48 Hình 51 – Công suất pin mặt trời công suất nạp ắc quy lúc hoạt động 48 Hình 52 – Trạng thái hoạt động không tải .49 Hình 53 – Sản phẩm hoàn thiện 49 v Phạm Minh Toàn – Trần Quốc Khải Khóa Luận Tốt Nghiệp DANH MỤC BẢNG Bảng – Giá trị điện áp đầu tương ứng 12 Bảng – Mã lệnh thay đổi tần số ngõ tương tự Arduino Uno R3 .20 Bảng 3 – Sơ đồ chân LCD 20×4 23 vi Phạm Minh Tồn – Trần Quốc Khải Khóa Luận Tốt Nghiệp CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Với phát triển khoa học kỹ thuật năm gần đây, giới xuất nhiều phát minh mang lại lợi ích cho người nhiều lĩnh vực Trong lĩnh vực Điện – Điện tử, xuất nhà máy nhiệt điện, thủy điện, điện nguyên tử từ lâu Tuy nhiên loại nhà máy điện lại làm hủy hoại môi trường sống người, sinh nhiều khí độc, nhiễm Để giải vấn đề đó, loại hình lượng tái tạo xuất lượng mặt trời, lượng gió, lượng thủy triều, lượng sinh khối,… Loại lượng dễ tiếp cận sử dụng cho gia đình, doanh nghiệp lượng mặt trời Năng lượng mặt trời sử dụng để hịa vào điện lưới, sử dụng độc lập cho hệ thống tùy vào nhu cầu mục đích sử dụng cá nhân người sử dụng Hệ thống điện lượng mặt trời giảm thiểu phần số tiền trả cho hóa đơn điện tháng, đồng thời người sử dụng nguồn lượng lúc muốn, bị cắt điện từ lưới điện mà điện lực cung cấp Pin lượng mặt trời đưa thẳng điện vào ắc quy để lưu trữ, nhiên hình thức lượng nhận thấp, bị tổn hao phần lớn lượng mà pin phát Để sử dụng trọn vẹn nguồn lượng xanh cần có sạc ắc quy từ pin lượng mặt trời Chính cần thiết này, nhóm chúng em định lựa chọn đề tài: “Thiết kế thi công sạc ắc quy từ lượng mặt trời” để giải vấn đề 1.2 Tầm quan trọng đề tài Bộ sạc ắc quy từ lượng mặt trời sử dụng nguyên lý mạch tăng áp để điều chỉnh điện trở tiêu thụ cho với điện trở nội pin lượng, giúp pin lượng phát cơng suất tối đa, tổn hao Vì đề tài vấn đề thiết yếu cho hệ thống lượng mặt trời từ hộ gia đình cơng nghiệp Phạm Minh Tồn – Trần Quốc Khải Khóa Luận Tốt Nghiệp 1.3 Giới hạn đề tài Trong giới hạn đề tài này, nhóm chúng em tìm hiểu thiết kế thi công: Bộ sạc ắc quy từ pin mặt trời dựa theo nguyên lý mạch tăng áp (boost converter) để hiệu chỉnh hiệu suất pin lượng mặt trời 1.4 Nội dung dự kiến Nguyên lý hoạt động pin lượng mặt trời Nguyên lý hoạt động mạch tăng áp (boost converter) Sử dụng vi điều khiển arduno Thiết kế cấu trúc sơ đồ khối Thi công phần cứng, phần mềm ... Tốt Nghiệp CHƯƠNG 3: THI? ??T KẾ THI CÔNG BỘ SẠC ẮC QUY TỪ PIN MẶT TRỜI Nhiệm vụ việc thi? ??t kế, thi cơng sạc ắc quy từ lượng mặt trời thay đổi giá trị điện trở mạch pin mặt trời, giúp giá trị điện... sạc ắc quy từ pin lượng mặt trời Chính cần thi? ??t này, nhóm chúng em định lựa chọn đề tài: ? ?Thi? ??t kế thi công sạc ắc quy từ lượng mặt trời? ?? để giải vấn đề 1.2 Tầm quan trọng đề tài Bộ sạc ắc quy. .. 2.3.1 Sử dụng Arduino sạc ắc quy 2.3.2 Giới thi? ??u vi điều khiển Arduno CHƯƠNG 3: THI? ??T KẾ THI CÔNG BỘ SẠC ẮC QUY TỪ PIN MẶT TRỜI 3.1 Thi? ??t kế sơ đồ khối .9 3.2