Pressure-induced modification of lattice-orbital coupling and magnetic state of La0

Pressure induced modification of lattice orbital coupling and magnetic state of La0 N T Bích Hạnh, T V Hiển Thông / Tạp chí Khoa học và Công nghệ Đại học Duy Tân 3(52) (2022) 3 13 3 Ứng dụng IoT giám[.]

N.T.Bích Hạnh, T.V.Hiển Thơng / Tạp chí Khoa học Công nghệ Đại học Duy Tân 3(52) (2022) 3-13 3(52) (2022) 3-13 Ứng dụng IoT giám sát điều hướng hệ thống pin lượng mặt trời công suất nhỏ The application of IoT for monitoring and navigating the solar system with small power Nguyễn Thị Bích Hạnha,b*, Trần Văn Hiển Thônga,b Nguyen Thi Bich Hanha,b*, Tran Van Hien Thonga,b a a Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Duy Tân, Đà Nẵng, Việt Nam Faculty of Electrical & Electronics Engineering, Duy Tan University, 550000, Danang, Vietnam b Viện Nghiên cứu Phát triển Công nghệ Cao, Ðại học Duy Tân, Ðà Nẵng, Việt Nam b Institute of Research and Development, Duy Tan University, Da Nang, 550000, Vietnam (Ngày nhận bài: 7/3/2022, ngày phản biện xong: 20/5/2022, ngày chấp nhận đăng: 27/5/2022) Tóm tắt Năng lượng tái tạo, lượng mặt trời giới quan tâm nghiên cứu sử dụng Nhu cầu cung cấp nguồn lượng mặt trời cho hệ thống cần nguồn lượng vừa nhỏ cần hiệu suất cao ứng dụng đèn giao thông, hệ thống chiếu sáng công cộng, hệ thống tàu thuyền đánh bắt biển, thiết bị an ninh v.v cần thiết Tuy nhiên, hệ thống lượng mặt trời gặp vấn đề đặt pin vị trí cố định thu mức cơng suất tối đa vài cao điểm ngày nên hiệu suất chưa cao Trong báo ứng dụng công nghệ Internet Of Things vào thiết kế thi công hệ thống điều hướng pin mặt trời, giám sát hệ thống App Smartphone thông qua Internet điều hướng pin theo hướng di chuyển mặt trời ngày để đạt hiệu suất chuyển đổi lượng cao Từ khóa: Năng lượng tái tạo; Năng lượng mặt trời; cảm biến, điều hướng, IoT Abstract Renewable energy, especially solar energy has been and is being researched and used by the whole world The demand for solar power supply for systems that need small and medium-sized energy sources but need high efficiency such as applications in traffic lights, public lighting systems, fishing boat systems at sea, in security devices etc is essential However, solar energy systems are facing a problem that if the panels are placed in a fixed position, they only get the maximum capacity during a few peak hours of the day, so the efficiency is not high In this article, we apply the Internet Of Things technology to the design and construction of a solar cell navigation system, which can monitor the system on a Smartphone App via the Internet and navigate the solar panel in the direction of the sun's movement during the day to achieve high energy conversion efficiency Keywords: Renewable energy; solar pannel; sensor, navigation, IoT Giới thiệu Hiện nguồn lượng mặt trời sử dụng rộng rãi Việt Nam, nhiên hiệu * suất chuyển đổi lượng không cao, khoảng 15-25% Vì vậy, nhu cầu cung cấp nguồn lượng mặt trời với hiệu suất cao, đặc biệt Corresponding Author: Nguyen Thi Bich Hanh; Faculty of Electrical & Electronics Engineering, Duy Tan University, 550000, Danang, Vietnam; Institute of Research and Development, Duy Tan University, Da Nang, 550000, Vietnam Email: hanhnguyen.unilab@gmail.com N.T.Bích Hạnh, T.V.Hiển Thơng / Tạp chí Khoa học Công nghệ Đại học Duy Tân 3(52) (2022) 3-13 hệ thống cần nguồn lượng vừa nhỏ cần thiết có hệ thống trang bị số lượng pin mặt trời diện tích lớn Hệ thống lượng mặt trời đạt hiệu suất cao xạ mặt trời ln chiếu vng góc lên pin Do mặt trời di chuyển ngày nên ta đặt hệ thống pin mặt trời cố định khơng đạt hiệu suất thu lượng tối đa Việc điều chỉnh hướng pin cho chúng hướng phía mặt trời để tế bào quang điện (solar cell) nhận lượng ánh sáng tối ưu giúp tăng hiệu suất thu lượng mặt trời, đồng thời đạt cơng suất tối đa suốt thời gian hoạt động vào ngày nắng, quang mây Việc tăng hiệu suất thu lượng cho hệ thống pin mặt trời có ý nghĩa lớn cho ứng dụng lắp pin với quy mơ nhỏ Hình 1: Điều hướng pin mặt trời Ngoài ra, việc ứng dụng “Internet of Things” (IoT) để giám sát điều hướng hệ thống qua hệ thống cảm biến thu thập liệu gửi qua Smartphone giúp người dùng giám sát hệ thống từ xa qua Internet góp phần tạo nên hệ thống an toàn, mang lại hiệu kinh tế cao, giúp nâng cao tính chuyên nghiệp tạo hệ thống lượng mặt trời hiệu suất cao Phần lại báo cấu trúc sau: Phần giới thiệu kết cơng trình có liên quan đến IoT điều hướng pin lượng mặt trời Phần đề xuất mơ hình giám sát điều hướng hệ thống pin lượng mặt trời Phần trình bày kết thực nghiệm so sánh hiệu hướng tiếp cận Cuối phần kết luận hướng phát triển Các kết cơng trình liên quan 2.1 Hướng tiếp cận IoT Việc ứng dụng IoT vào hệ thống pin mặt trời giúp người dùng giám sát hoạt động thiết bị từ xa thời gian thực giúp giảm chi phí vận hành Với trợ giúp biện pháp kiểm sốt này, lượng mặt trời khai thác với hiệu tối đa Đồng thời hệ thống ứng dụng IoT để giám sát điều hướng hệ thống góp phần tạo nên hệ thống an toàn, mang lại hiệu kinh tế cao Hệ thống gồm cảm biến: Cảm biến dòng điện, cảm biến điện áp, cảm biến cường độ ánh sáng Thông tin thu thập từ cảm biến gửi đến Vi điều khiển Raspberry pico để xử lý gửi đến người dùng qua Internet Người dùng sử dụng App Blynk để theo dõi giám sát tình hình hoạt động hệ thống (dịng điện, cơng suất, điện áp mức ánh sáng) từ điều chỉnh hướng hệ thống cho thu nhiều lượng mặt trời phù hợp với ngày tháng Các thông số gửi đến điện thoại thơng qua mạng Internet Hệ thống có chức năng: - Giám sát thời gian thực: Các cảm biến cảm biến cường độ sáng, cảm biến dòng điện, cảm biến điện áp, v.v lắp ráp hệ thống giám sát để cảm nhận ghi lại liệu thời gian thực Hệ thống giám sát lượng mặt trời dựa IoT thực giám sát từ xa tập trung theo dõi liệu hiệu suất thời gian thực hệ thống điện mặt trời suy giảm hiệu suất, thời gian ngừng hoạt động gây tổn thất phát điện - Lưu trữ liệu: Dữ liệu giám sát lưu trữ hệ thống truy xuất lúc để xác định hiệu hệ thống N.T.Bích Hạnh, T.V.Hiển Thơng / Tạp chí Khoa học Công nghệ Đại học Duy Tân 3(52) (2022) 3-13 - Biểu đồ hiệu suất: Hệ thống giám sát điện thông minh kèm với thiết bị bảng điều khiển, tức người ta xem tồn liệu ghi lại tất liệu nơi thông qua ứng dụng di động Dữ liệu ghi lại hiển thị dạng biểu đồ báo cáo hàng ngày, hàng tháng (có thể tạo báo cáo kịp thời tùy theo yêu cầu) - Phát lỗi: Hệ thống giám sát kèm với chức báo động nhiệt độ cao cảm biến bị lỗi, v.v 2.2 Hướng tiếp cận điều hướng hệ thống pin mặt trời 2.2.1 Hệ thống điều hướng pin mặt trời Hệ thống xây dựng dựa đường di chuyển mặt trời theo tháng, ngày, Hệ thống thực việc nâng, hạ pin lượng mặt trời theo tháng năm, đồng thời di chuyển pin bám theo đường di chuyển mặt trời ngày nhằm tăng hiệu suất thu lượng mặt trời ngày Những liệu thu thập từ việc điều hướng gửi điện thoại thông minh để người dùng giám sát Các cảm biến cung cấp thơng số dịng điện, điện áp, đồng thời module thời gian thực cung cấp cho thời gian bao gồm ngày hiển thị lên hình LCD đồng thời gửi liệu lên app Blynk để giám sát Hệ thống dựa vào thông số cảm biến thời gian để điều khiển động bước để điều hướng pin mặt trời di chuyển bám theo mặt trời theo ngày từ thu lượng tối ưu ngày Hình 2: Mơ hình Điều hướng pin mặt trời áp dụng IoT để giám sát Từ giá trị cảm biến cường độ sáng kết hợp với biểu đồ cường độ sáng ngày - Lúc 7h: Cường độ sáng dao động từ 10000 đến 55000  Dựa vào khoảng thời gian ngày giá trị cường độ sáng (Lux) khác Ở động bước thứ phục vụ điều hướng lập trình để tự động chạy dừng thỏa mãn điều kiện mức cường độ sáng theo ngày Dựa theo biểu đồ cường độ sáng thời điểm ngày ta xác định sau: - Lúc 6h: Cường độ sáng dao động từ 5000 đến 25000 - Lúc 8h: Cường độ sáng dao động từ 15000 đến 85000 - Lúc 9h: Cường độ sáng dao động từ 30000 đến 115000 - Lúc 10h: Cường độ sáng dao động từ 55000 đến 140000 - Lúc 11h: Cường độ sáng dao động từ 65000 đến 150000 - Lúc 12h: Cường độ sáng dao động từ 75000 đến 160000 6 N.T.Bích Hạnh, T.V.Hiển Thơng / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Đại học Duy Tân 3(52) (2022) 3-13 - Lúc 13h: Cường độ sáng dao động từ 75000 đến 155000 - Lúc 14h: Cường độ sáng dao động từ 65000 đến 150000 - Lúc 16h: Cường độ sáng dao động từ 35000 đến 115000 - Lúc 17h: Cường độ sáng dao động từ 10000 đến 90000 - Lúc 15h: Cường độ sáng dao động từ 55000 đến 135000 - Lúc 18h: Hệ thống tự động điều khiển động bước vị trí ban đầu dừng hệ thống Hình 3: Biểu đồ cường độ sáng ngày  Động bước thứ hai thực việc nâng hạ pin từ tạo góc nâng phù hợp để pin vng góc với đường di chuyển mặt trời theo tháng năm từ thu cơng suất tối ưu năm Khi pin bắt đầu điều hướng tiếp nhận lượng từ mặt trời, cảm biến dòng cảm biến điện áp thu thập liệu từ xác định cơng suất thời điểm ngày gửi liệu lên App Blynk 2.2.2 Tính góc nâng pin mặt trời theo tháng Dựa theo phần mềm PVSYST web Andrewmarsh com ta mơ mơ hình 2D 3D đường mặt trời năm vị trí ta chọn Hình 4: Mơ hình 2D đường mặt trời PVSYST N.T.Bích Hạnh, T.V.Hiển Thơng / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Đại học Duy Tân 3(52) (2022) 3-13 Hình 5: Mơ hình 3D đường mặt trời Andrewmarsh Sau ta có mô đường mặt trời năm bao gồm cao độ vĩ độ ta tính góc nghiêng pin sau: Hình 6: Tính góc nghiêng pin Chọn vị trí đặt hệ thống điều hướng pin mặt trời Trường Đại học Duy Tân, áp dụng cơng thức tính góc nâng pin ta tính góc nghiêng cần thiết để pin ln vng góc với mặt trời theo tháng bảng sau: Bảng 1: Góc nghiêng pin tính theo tháng N.T.Bích Hạnh, T.V.Hiển Thơng / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Đại học Duy Tân 3(52) (2022) 3-13 Đề xuất mơ hình hệ thống điều hướng pin mặt trời áp dụng IoT 3.1 Xây dựng phần cứng hệ thống điều hướng pin mặt trời Hình 7: Xây dựng phần cứng cho hệ thống điều hướng pin mặt trời  Hệ thống điều khiển Raspberry Pi Pico có nhiệm vụ đọc liệu từ cảm biến cường độ sáng module thời gian thực từ thực xử lý theo giải thật lập trình, vào kết sau xử lý thông tin từ cảm biến module thời gian thực đưa mà điều khiển động bước hoạt động cho việc điều hướng pin mặt trời để thu nhiều lượng Còn ESP 32 có nhiệm vụ đọc liệu từ cảm biến dòng, cảm biến điện áp, cảm biến cường độ sáng từ gửi liệu lên smartphone  Hệ thống cảm biến - Cảm biến dòng điện: Đọc giá trị dịng điện pin sinh q trình hấp thụ lượng từ mặt trời - Cảm biến điện áp: Đọc giá trị điện áp pin sinh trình hấp thụ lượng từ mặt trời - Cảm biến cường độ ánh sáng: Đọc giá trị ánh sáng để báo vi điều khiển Từ hệ thống tự động điều chỉnh động xoay theo giá trị ánh sáng từ cảm biến  Ứng dụng smartphone Người dùng sử dụng App Blynk để theo dõi giám sát tình hình hoạt động hệ thống (dịng điện, cơng suất, điện áp mức ánh sáng) từ dựa điều chỉnh điều hướng hệ thống cho thu nhiều lượng mặt trời phù hợp với từ ngày tháng Các thông số gửi đến điện thoại thông qua mạng Internet  Nguồn cung cấp cho hệ thống Nguồn 5V cung cấp trực tiếp từ vào cho vi xử lý trung tâm từ cảm biến lấy nguồn từ vi xử lý để hoạt động N.T.Bích Hạnh, T.V.Hiển Thơng / Tạp chí Khoa học Công nghệ Đại học Duy Tân 3(52) (2022) 3-13 3.2 Sơ đồ chi tiết hệ thống Hệ thống lắp đặt theo sơ đồ kết nối sau: Hình 8: Sơ đồ chi tiết hệ thống Theo Hình 8, hệ thống kết nối trực tiếp từ pin lượng mặt trời đưa qua mạch hạ áp L7805 để đầu 5V ổn định từ cấp nguồn cho tồn hệ thống Các cảm biến sử dụng cảm biến dòng điện, cảm biến điện áp, cảm biến cường độ sáng, module thời gian thực Việc sử dụng cảm biến nhằm giúp người dùng giám sát hiệu suất, cường độ ánh sáng mặt trời theo thời gian thực Ở sử dụng hình LCD để hiển thị ngày giờ, mức cường độ sáng mặt trời Về phần điều hướng sử dụng động bước để thực việc nâng hạ, di chuyển pin mặt trời động bước hoạt động không gây tiếng ồn điều khiển xác nên tạo độ ổn định cho hệ thống Bộ xử lý trung tâm sử dụng vi điều khiển ESP 32 Raspberry Pi Pico để phục vụ việc điều hướng gửi liệu lên điện thoại cho người dùng Việc sử dụng vi xử lý giúp hệ thống hoạt động ổn định, gặp lỗi vi xử lý thực nhiệm vụ khác Các linh kiện sử dụng mạch - Khối Nguồn: IC LM7805 có tác dụng biến đổi điện áp đầu vào (7V ->12V) trở thành điện áp 5VDC tụ lọc nhiễu gồm tụ lọc cao tầng tụ lọc thấp tần thêm vào - Vi xử lý sử dụng MCU RP2040 30 chân ESP-WROOM-32 - Khối hiển thị sử dụng LCD 16x2 giúp tiết kiệm diện tích board mạch - Khối động sử dụng module ULN 2003 để điều khiển động bước - Các cảm biến: module thời gian thực DS1302, cảm biến cường độ sáng: BH1750, cảm biến dòng điện INA219, cảm biến điện áp 3.3 Xây dựng phần mềm giám sát điện thoại Người dùng sử dụng App Blynk để theo dõi giám sát tình hình hoạt động hệ 10 N.T.Bích Hạnh, T.V.Hiển Thơng / Tạp chí Khoa học Công nghệ Đại học Duy Tân 3(52) (2022) 3-13 thống (dịng điện, cơng suất, điện áp mức ánh sáng) dựa điều chỉnh điều hướng hệ thống cho thu nhiều lượng mặt trời phù hợp với từ ngày tháng Các thông số gửi đến điện thoại thơng qua mạng Internet Hình 11: Lưu đồ thuật tốn điều khiển hoạt động động Hình 9: Xây dựng phần mềm giám sát điện thoại 3.4 Giải thuật điều khiển Mơ tả lưu đồ thuật tốn điều khiển hoạt động động 1: Sau nhận giá trị từ cảm biến thời gian thực cảm biến cường độ sáng Bộ xử lý trung tâm thực kiểm tra mức LUX tương ứng Nếu mức LUX tương ứng dừng động cơ, sai chạy động kiểm tra lại liệu Mô tả lưu đồ thuật toán điều khiển hoạt động động 2: Sau nhận giá trị từ cảm biến thời gian thực, xử lý trung tâm thực kiểm tra tháng tương ứng Nếu với tháng tương ứng cảm biến thời gian thực gửi đến động thực việc nâng pin lên cho phù hợp với thơng số lập trình trước Hình 12: Lưu đồ giải thuật điều khiển Hình 10: Lưu đồ thuật toán điều khiển hoạt động động Lưu đồ thuật toán hệ thống điều khiển dựa theo liệu từ cảm biến biểu diễn sau: N.T.Bích Hạnh, T.V.Hiển Thơng / Tạp chí Khoa học Công nghệ Đại học Duy Tân 3(52) (2022) 3-13 Theo Hình 12, chương trình thực thi khởi động cảm biến cảm biến cường độ sáng, cảm biến dòng điện, cảm biến điện áp, module thời gian thực Ban đầu hệ thống đọc giá trị cảm biến gửi thông số từ cảm biến điện áp dòng điện lên app Blynk thơng qua module ESP32 Sau hệ thống kiểm tra liệu từ cảm biến cường độ sáng module thời gian thực Nếu liệu đưa đến bị lỗi gửi tín hiệu ngược lại yêu cầu gửi lại liệu cảm biến, liệu đưa đến thực lệnh Sau nhận liệu từ cảm biến gửi đến Raspberry Pi Pico thực việc điều khiển động cho phù hợp Thực nghiệm 4.1 Xây dựng hệ thống thực tế Hệ thống thực tế xây dựng bao gồm phần cứng phần mềm Phần cứng bao gồm cảm biến, động bước điều hướng, xử lý trung tâm Còn phần mềm xây dựng App Blynk ta giám sát thơng số cường độ sáng, điện áp, dịng điện, cơng suất pin theo ngày 11 Hình 14: Các thơng số giám sát hệ thống 4.2 Kết thực nghiệm Để thử nghiệm độ hiệu hệ thống xây dựng hệ thống pin mặt trời khơng điều hướng hệ thống có điều hướng Cả hệ thống hoạt động ngày để chúng tơi so sánh kết từ hệ thống đánh giá độ hiệu  Trường hợp hệ thống khơng có điều hướng Hình 15: Hệ thống thử nghiệm không điều hướng Kết đo đạt từ hệ thống không điều hướng theo thời gian ngày biểu diễn bảng: Hình 13: Hệ thống thực tế Bảng 2: Kết thử nghiệm không điều hướng 12 N.T.Bích Hạnh, T.V.Hiển Thơng / Tạp chí Khoa học Công nghệ Đại học Duy Tân 3(52) (2022) 3-13  Trường hợp hệ thống có điều hướng Hình 16: Hệ thống thử nghiệm có điều hướng Kết đo đạt từ hệ thống có điều hướng biểu diễn bảng sau: Bảng 3: Kết thử nghiệm có điều hướng Từ kết thực nghiệm đo đạt bảng từ hệ thống khác hệ thống có điều hướng hệ thống khơng điều hướng ta thấy mức độ cải thiện (%) hệ thống có điều hướng khung tương ứng bảng sau: Bảng 4: Mức độ cải thiện (%) hệ thống có điều hướng hệ thống khơng điều hướng Quan sát Bảng ta thấy việc điều hướng pin cải thiện hiệu suất thu lượng, công suất hệ thống có điều hướng thu cao so với hệ thống không điều hướng vào thời điểm ngày tổng công suất thu ngày cao pin có điều hướng với pin không điều hướng Đặc biệt, hệ thống điều hướng pin mặt trời mang lại hiệu lớn khung vào buổi sáng sớm buổi chiều tối Kết thực nghiệm phù hợp với sở lý thuyết hiệu suất pin lượng mặt trời Vì kết luận pin có điều hướng làm tăng hiệu suất thu lượng mặt trời đáng kể so với hệ thống không điều hướng Kết luận N.T.Bích Hạnh, T.V.Hiển Thơng / Tạp chí Khoa học Công nghệ Đại học Duy Tân 3(52) (2022) 3-13 13 Bài báo cung cấp cho giải pháp để tăng hiệu suất thu lượng mặt trời giám sát thơng số hệ thống pin mặt trời từ xa qua Internet Hiện hệ thống lượng mặt trời có điều hướng giám sát điện thoại nghiên cứu nhiều giới để tối ưu lượng thu từ mặt trời Các kết thực nghiệm so sánh cho thấy phương pháp đề xuất đạt độ xác cao, chi phí đầu tư thấp so với hướng tiếp cận có [5] MohammadWaseem, A F Sherwani, Mohd Suhaib (2017) ,“Some studies of navigation system for solar poweredautonomous vehicle”, Proceedings of the National Conference on Trends and Advances in Mechanical Engineering, pp 58-64 Tài liệu tham khảo [9] Liu W.(2015), “Sun tracker: Design, build and test”, , in Vehicular Technology Conference (VTC Spring), 2015 IEEE 81st pp 1–5 [1] Đặng Đình Thống (2005), “Pin mặt trời ứng dụng”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [2] Bùi Đức Hùng, Nguyễn Thị Thu Hằng (2017), “Năng lượng mới”, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội [3] Fawzi M Al-Naima, Ramzy S Ali, Ahmed J Abid (2013), “Solar Tracking System - Design based on GPS and Astronomical Equations” , IT-DREPS Conference & Exhibition, pp 23-28 [4] Pritam Pokhra, Rajeshwari, Raj Kumar Yadav (2020),“A Project Report on Automatic Sun Tracking Solar Panel Based on Open Loop Concept”, International Journal of Engineering and Applied Sciences (IJEAS), pp 12-15 [6] Srikant Devaraj, Pankaj C Patel (2017), “Taxicab tipping and sunlight”, PloS One [7] David Wettergreen, Benjamin Shamah, Paul Tompkins, William Whittaker (2016), “Robotic Planetary Exploration by Sun-Synchronous Navigation”, The Robotics Institute, Carnegie Mellon University, 2015 [8] Mohammad Azam,Tejmani Kumar,Munendra Singh, “Sun Tracking Solar Panel System”, International Journal of Computer and Electrical Engineering [10] Purnima Singh, Roop Pahuja, Meghavi Karwasra, Sunita Beniwal, Meenakshi Bansal, Anamika Dadhich (2016), “Dual Axis Solar Tracking System for Solar Panel”, Bulletin of Electrical Engineering and Informatics, pp 403-411 [11] [11]A A Okandeji, M B Olajide, G O Olasunkanmi and Z O Jagun (2020), “ANALYSIS AND IMPLEMENTATION OF A SOLAR TRACKING RACK SYSTEM”, Nigerian Journal of Technology (NIJOTECH), pp 871 – 886 [12] http://andrewmarsh.com/apps/staging/sunpath3d.html ... Panel”, Bulletin of Electrical Engineering and Informatics, pp 403-411 [11] [11]A A Okandeji, M B Olajide, G O Olasunkanmi and Z O Jagun (2020), “ANALYSIS AND IMPLEMENTATION OF A SOLAR TRACKING... Open Loop Concept”, International Journal of Engineering and Applied Sciences (IJEAS), pp 12-15 [6] Srikant Devaraj, Pankaj C Patel (2017), “Taxicab tipping and sunlight”, PloS One [7] David Wettergreen,... Sherwani, Mohd Suhaib (2017) ,“Some studies of navigation system for solar poweredautonomous vehicle”, Proceedings of the National Conference on Trends and Advances in Mechanical Engineering, pp