(Đồ án hcmute) thiết kế hệ thống bám cho modul pin năng lượng mặt trời

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÁM CHO MODUL PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS NGUYỄN MINH TÂM SVTH: NGUYỄN VĂN SƠN MSSV: 11141176 SVTH: LÊ VĂN TUYỂN MSSV: 10101163 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 2/2016 an PHẦN A GIỚI THIỆU i an TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Tp HCM, ngày 10 tháng 10 năm 2015 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Văn Sơn MSSV: 11141176 Lớp: 1114DT1D Lê Văn Tuyể n MSSV: 10101163 Lớp: 101011A Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện – Điện tử Mã ngành: Hệ đào tạo: Đại học quy Khóa: 2011 I TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÁM CHO MODUL PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 141 II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu: Tìm hiểu pin lượng mặt trời Tìm hiểu về lập trình PIC Tìm hiểu về một số ma ̣ch điện tử liên quan đế n nguồ n pin lượng mă ̣t trời Nội dung thực hiện: - Tìm hiểu pin lượng mặt trời - Thiết kế mạch điều khiển bám - Thiết kế mạch cấp nguồn cho hệ thống hoạt đợng - Tìm hiểu bợ tích trữ điện - Tìm hiểu cố liên quan đến pin mặt trời, bộ tích trự điện - Tính tốn, thiết bợ bợ nghịch lưu để sử dụng nguồn điện tích trữ với thiết bị điện xoay chiều - Tính tốn, thiết kế mơ hình chiếu sáng tiết kiệm điện cho đường vào khu C,D - Lắp ráp hồn thành mơ hình - Điều khiển thử nghiệm hệ thống - Chỉnh sửa lỗi điều khiển, thiết kế… - Viết báo cáo luận văn - Báo cáo đề tài tốt nghiệp - III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/10/2015 ii an IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 23/01/2016 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Nguyễn Minh Tâm CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP TS NGUYỄN MINH TÂM iii an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Khoa Điện - Điện Tử Độc lập - Tự - Hạnh phúc Bộ Mơn Điện Tử Cơng Nghiệp Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2015 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Văn Sơn Lê Văn Tuyể n Tên đề tài: Tuần/ngày Lớp: 11141DT1D MSSV: 11141176 Lớp: 101011A MSSV: 10101163 THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÁM CHO MODUL PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Nội dung Xác nhận GVHD GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) iv an LỜI NÓI ĐẦU Nhân loại sống kỷ 21 – kỷ nguyên phát triển vượt bậc khoa học công nghệ ứng dụng thành công nghệ Đồng hành phát triển tiêu tốn nguồn lượng không tái tạo dầu mỏ, than đá, điện năng… Bên cạnh phát triển mạnh mẽ nhân loại phải đối mặt với nhiểu nguy phát triển mang lại hiệu ứng nhà kính, nhiễm mơi trường, thiên tai, địch họa… Theo ước tính Liên Hợp Quốc vịng mợt trăm năm qua nhân loại sử dụng 30% tổng trữ lượng dầu mỏ mà giới có dự báo vịng 30% năm nhu cầu tăng lên gấp ba (số liệu tính đến tháng năm 2008), nhiên quốc gia vùng lãnh thổ nhu cầu lượng khơng thể khơng có điều kiện tiên cho phát triển thân quốc gia đó, đặc biệt quốc gia phát triển Vì thế, ý thức việc sử dụng lượng hợp lý, tiết kiệm dần trở thành nhu cầu quốc gia đòi hỏi quốc gia phải có biện pháp tích cực để sử dụng lượng hợp lý Để làm việc này, bên cạnh việc sử dụng quản lý nhu cầu lượng hợp lý việc nghiên cứu, phát triển, ứng dụng sử dụng nguồn lượng lượng hạt nhân, lượng gió, lượng Mặt Trời…là vô thiết dồi dào, sẵn có đặc biệt khơng gây nhiễm môi trường nguồn lượng v an LỜI CÁM ƠN Qua một thời gian nghiên cứu thực hiện, đồ án tốt nghiệp với đề tài: “THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BÁM CHO MODULE PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI” giảng viên –TS Nguyễn Minh Tâm hướng dẫn hoàn thiện Trong suốt thời gian nghiên cứu theo đuổi đề tài, chúng em gặp một số vướng mắc định nhận nhiều giúp đỡ nhiệt thành quý báu Trước tiên, cho phép chúng em gửi lời cảm ơn sâu sắc tới giảng viên TS Nguyễn Minh Tâm tin tưởng giao đồ án, đạo hướng dẫn tận tình suốt trình thực đề tài Chúng em xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô giáo khoa Điện – Điện Tử, bạn lớp 1114DT1D động viên, góp ý, tạo điều kiện thuận lợi giúp cho chúng em hồn thành đề tài tiến đợ giao Cảm ơn gia đình, cha mẹ nguồn động viên to lớn vật chất tinh thần suốt thời gian học hành, để có tương lai, theo đuổi ước mơ nghiệp Đây một đề tài Việt Nam lực nhóm cịn hạn chế nên việc tìm thêm nhiều tài liệu làm giàu cho đồ án thiếu sót Chúng em mong nhận nhiều ý kiến phê bình thầy giáo, chia sẻ tài liệu bạn sinh viên để chúng em hồn thiện kiến thức Chúng em xin chân thành cảm ơn vi an MỤC LỤC Nô ̣i Dung Trang PHẦN A i GIỚI THIỆU i NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iv LỜI NÓI ĐẦU v LỜI CÁM ƠN vi MỤC LỤC vii DANH SÁNH HÌ NH .x DANH MỤC BẢNG xii PHẦN B NỘI DUNG Chương 1: Dẫn nhập 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.4 GIỚI HẠN 1.5 BỐ CỤC ĐỀ TÀI Chương 2: Cơ sở lý thuyế t NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 2.1 Năng lươ ̣ng mă ̣t trời 2.1.1 Cấ u trúc mă ̣t trời Năng lượng mặt trời Phổ xạ mặt trời Phổ xạ lượng mặt trời Pin lươ ̣ng mă ̣t trời 10 2.1.2 Cơ sở pin lượng mặt trời .11 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 12 2.1.2.2.1 Cấu tạo 12 vii an 2.1.2.2.2 Nguyên lý hoạt động 12 2.1.2.2.3 Sơ đồ tương đương đặc trưng quang điện .13 2.1.2.2.4 Hệ thống nguồn pin lương mặt trời .14 Vi điề u khiể n 16F877A .16 2.1.3 Giới thiê ̣u về vi điề u khiể n PIC .16 Các dòng PIC và cách lựa cho ̣n vi điề u khiể n PIC .16 Sơ đồ chân vi điề u khiể n PIC16F877A 17 Mô ̣t vài thông số về vi điề u khiể n PIC16F877A 17 Sơ đồ khố i vi điề u khiể n PIC16F877A 18 Tổ chức bô ̣ nhớ 18 Các cổ ng xuấ t nhâ ̣p PIC16F877A 22 Các bô ̣ đinh thời 24 Bộ chuyển đổi ADC 26 Bộ so sánh COMPARATOR .27 Bô ̣ tić h trữ lươ ̣ng (ắ c quy) 27 Quá triǹ h hóa ho ̣c Ắc quy Chi/̀ Acid 28 2.1.4 2.1.5 Các cố thường gặp ắc quy cách khắc phục .28 Phầ n mề m lâ ̣p triǹ h CCS 29 Giới thiê ̣u .29 Ta ̣o PROJECT đầ u tiên CCS .30 Ta ̣o PROJECT sử du ̣ng PIC Wizard .30 Đô ̣ng bước dây 36 2.1.6 Chương 3: 37 Thiế t kế ̣ thố ng 37 3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 38 3.2 Ý TƯỞNG THIẾT KẾ VÀ THIẾT BI ̣HIỆN CÓ 38 3.2.1 Ý tưởng thiế t kế 38 3.2.2 Thiế t bi ̣hiê ̣n có 39 3.3 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG 40 3.4 THIẾT KẾ MẠCH CẤP NGUỒN CHO HỆ THỐNG 40 3.4.1 Bô ̣ điề u khiể n na ̣p cho ắ c quy 41 3.4.2 Bô ̣ nghich ̣ lưu áp .42 viii an 3.4.3 Ma ̣ch PIC điề u khiể n đô ̣ng bước 46 3.4.4 Ma ̣ch điề u khiể n đô ̣ng bước 46 3.4.5 Lưu đồ giải thuâ ̣t điề u khiể n .47 Chương 4: 48 Kế t quả 48 4.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC PHẦN LÝ THUYẾT 49 4.2 KẾT QUẢ ĐẶT ĐƯỢC PHẦN THỰC HÀNH 49 Chương 5: 54 Kế t luâ ̣n, hướng phát triể n .54 5.1 KẾT LUẬN 55 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 56 PHẦN C 57 PHỤ LỤC 57 ix an Đồ án tốt nghiê ̣p sơ cấ p đươ ̣c cấ p nguồ n, điê ̣n áp ở đầ u đươ ̣c khuế ch đa ̣i theo tỷ số vòng dây quấ n của biế n áp, lúc này đầ u là chu kỳ dương Ngươ ̣c la ̣i ở chu kì âm, cuô ̣n L2 của phầ n sơ cấ p đươ ̣c cấ p điê ̣n, điê ̣n áp đầ u là chu kỳ âm của tin ́ hiê ̣u Do đó, điê ̣n áp đầ u của biế n áp là điê ̣n áp xoay chiề u tầ n số 50Hz, da ̣ng sóng vuông Da ̣ng sóng ngõ ở biến án nghich ̣ lưu: Hin ̣ lưu ̀ h 3.7: Da ̣ng sóng ngõ biế n áp nghich  Ưu điể m: ma ̣ch đơn giản, dễ thi công phù hơ ̣p với mô hình  Nhược điể m: dùng tải điê ̣n trở, vì da ̣ng sóng đầu bản khơng phải hình vng kiểu nó mà xuấ t hiê ̣n đin̉ h nho ̣n ta ̣i các thời điể m chuyển ma ̣ch, tăng thêm tải đin̉ h này càng nho ̣n  Thiế t kế biế n áp: Biế n áp có thông số sau: 𝑈1 = 24V, 𝑈2 = 220V, 𝐼1 = 9.17A, 𝐼2 = 1A 𝑛1 = 90 vòng, 𝑛2 = 825 vòng CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG an 45 Đồ án tốt nghiê ̣p 3.4.3 Ma ̣ch PIC điề u khiể n đô ̣ng bước  Sơ đồ nguyên lý: Hin ̀ h 3.8: Sơ đồ nguyên lý ma ̣ch PIC điề u khiể n đô ̣ng 3.4.4 Ma ̣ch điề u khiể n đô ̣ng bước  Sơ đồ nguyên lý: Hin ̀ h 3.9: Sơ đồ nguyên lý ma ̣ch điề u khiể n đô ̣ng CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG an 46 Đồ án tốt nghiê ̣p Phân tích mạch: Khi có tiń hiệu từ vi điề u khiể n, giả sử tin ́ hiê ̣u báo đô ̣ng quay từ Đông sang Tây (giả sử chiều thuận) Lúc đó, các Opto đươ ̣c kić h lầ n lươ ̣t từ U1 đế n U4 tương ứng với với dây pha Các transistor từ Q1 đế n Q4 có nhiê ̣m vu ̣ khuế ch đa ̣i tin ́ hiê ̣u đủ để kích cho từng dây pha hoa ̣t đô ̣ng Ngươ ̣c la ̣i, động quay từ Tây sang Đông Lúc đó, Opto đươ ̣c kić h lầ n lươ ̣t từ U4 đến U1 làn đô ̣ng quay nghich ̣ 3.4.5 Lưu đồ giải thuâ ̣t điề u khiể n begin Cấ u hình ̣ thố ng Khởi ta ̣o LCD, ADC Khởi ta ̣o Port xuấ t nhâ ̣p Đo ̣c giá tri ̣ADC kênh 0,1 kênh0 > kênh S kênh < kênh S Đ Đ Đô ̣ng quay thuâ ̣n Đô ̣ng quay nghich ̣ Đô ̣ng dừng END Hin ̀ h 3.10: Lưu đồ giải thuâ ̣t điề u khiể n đô ̣ng Đầ u tiên khởi ta ̣o ̣ thố ng cấ u hin ̀ h vi điề u khiể n, bao gồ m khởi ta ̣o LCD, Port xuấ t nhâ ̣p, ADC Tiế p theo, đo ̣c giá tri ̣ADC thu đươ ̣c từ cảm biế n quang trở pin mă ̣t trời tương ứng với hướng Đông và Tây Sau đó, so sánh giá tri ̣ ADC vừa đo ̣c đươ ̣c Nế u kênh (tương ứng với hướng đông) lớn sẽ cho đô ̣ng quay về hướng Đông (quay thuâ ̣n) và ngươ ̣c la ̣i sẽ quay về hướng Tây (quay nghich) ̣ CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG an 47 Đồ án tốt nghiê ̣p Chương 4: Kết quả CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ 48 an Đồ án tốt nghiê ̣p 4.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC PHẦN LÝ THUYẾT - 4.2 Hiể u biế t về cấ u ta ̣o, nguyên lý hoa ̣t đô ̣ng của pin lươ ̣ng mă ̣t trời Hiểu cách điều khiể n động bước, giao tiế p LCD với vi điề u khiể n Biế t đươ ̣c cách giao tiế p, chuyển đổ i ADC vi điề u khiể n PIC Tìm hiể u đươ ̣c mô ̣t số ma ̣ch công suất, ma ̣ch điề u khiể n đề tài Trao dồi khả sử du ̣ng phầ n mề m lâ ̣p trình CCS, phầ n mề m vẽ ma ̣ch điê ̣n Protues KẾT QUẢ ĐẶT ĐƯỢC PHẦN THỰC HÀ NH Thiế t kế , thi công mô ̣t số ma ̣ch công suấ t sau:  Ma ̣ch nguồ n ̣ thố ng  Hin ̀ h 4.1: Sơ đồ ma ̣ch in ma ̣ch nguồ n Điề u khiể n na ̣p cho ắ c quy Hin ̀ h 4.2: Sơ đồ ma ̣ch na ̣p ắ c quy CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ 49 an Đồ án tốt nghiê ̣p  Hin ̀ h 4.3: Ma ̣ch na ̣p hoàn thành Ma ̣ch nghich ̣ lưu áp Hin ̣ lưu áp ̀ h 4.4: Sơ đồ ma ̣ch in ma ̣ch nghich CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ 50 an Đồ án tốt nghiê ̣p  Hin ̣ lưu áp hoàn thành ̀ h 4.5: Ma ̣ch nghich Ma ̣ch PIC điề u khiển đô ̣ng bước quang trở Hin ̀ h 4.6: Sơ đồ ma ̣ch in ma ̣ch PIC điề u khiể n đô ̣ng CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ 51 an Đồ án tốt nghiê ̣p  Hin ̀ h 4.7: Ma ̣ch PIC điề u khiể n đô ̣ng hoàn thành Mạch điề u khiể n đô ̣ng bước Hin ̀ h 4.8: Sơ đồ ma ̣ch in ma ̣ch điề u khiể n đô ̣ng CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ 52 an Đồ án tốt nghiê ̣p Hin ̀ h 4.9: Ma ̣ch in ma ̣ch điề u khiể n đô ̣ng hoàn thành CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ 53 an Đồ án tốt nghiê ̣p Chương 5: Kết luân, ̣ hướng phát triển CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN an 54 Đồ án tốt nghiê ̣p KẾT LUẬN Năng lượng Mặt Trời một nguồn lượng tái tạo quan trọng mà thiên nhiên ban tặng cho hành tinh Đồng thời nguồn gốc nguồn lượng tái tạo khác lượng gió, lượng dịng sơng… 5.1 Pin lượng Mặt Trời thiết bị biến đổi trực tiếp lượng Mặt Trời thành điện để sử dụng mà khơng gây ô nhiễm môi trường Ở phần 2, đồ án chúng em trình bày sở, cấu tạo pin lượng Mặt Trời, thiết kế thành công hệ thống điều khiển bám cho module trình bày mợt hệ thống pin lượng Mặt Trời đầy đủ, qua giúp sinh viên hiểu rõ cấu tạo nguyên tắc hoạt đợng Hệ thống điều khiển bám thiết kế tự định hướng dàn pin cỡ nhỏ theo vị trí tương đối Mặt Trời với Trái Đất giúp sinh viên nghiên cứu mở rợng ứng dụng cho hệ thống khác, cho dàn pin cỡ lớn phải tính lại kết cấu cho thỏa mãn yêu cầu hệ thống Ngồi ra, bạn sinh viên nghiên cứu ứng dụng mạch điều khiển hệ thống để ứng dụng vào hệ thống khác hệ thống cành báo trộm hay nghiên cứu sâu ứng dụng rộng rãi cảm biến quang Hê ̣ thống điều khiển bám cho module pin lượng Mặt Trời mợt hệ thống hồn tồn Việt Nam, bên cạnh ý nghĩa đơn điều khiển tự đợng cịn có mợt ý nghĩa to lớn mơi trường Đó khả tạo điện trực tiếp từ pin lượng Mặt Trời mà không gây ô nhiễm môi trường, điện sử dụng dạng nguồn điện một chiều nguồn điện xoay chiều thông qua bộ biến đổi điện áp (Bộ nghịch lưu) CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN an 55 Đồ án tốt nghiê ̣p 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Đề tài hoàn thành cầ n phải cải thiê ̣n thêm để hoa ̣t đô ̣ng tố t sau: - Kết nối hiển thi biể ̣ u đồ lươ ̣ng máy tính nhằ m mu ̣c đić h thu thâ ̣p dữ liê ̣u nghiên cứu Dựa vào lươ ̣ng lươ ̣ng thu có thể dự báo thời tiế t Phát triể n thành mô ̣t mô hin ̀ h lớn sử du ̣ng hô ̣ gia đình,… CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN an 56 Đồ án tốt nghiê ̣p PHẦN C PHU ̣ LUC ̣ PHẦN C: PHỤ LỤC 57 an Đồ án tốt nghiê ̣p Tài liêụ tham khảo: + [1] PGS.TS Trầ n Thu Hà chủ biên, giáo triǹ h “Điê ̣n Tử Cơ Bản”, Trường Đa ̣i ho ̣c Sư pha ̣m kỹ thuâ ̣t Tp.HCM, năm 2013 + [2] Ths Hoàng Ngo ̣c Văn, giáo triǹ h “Điê ̣n tử công suấ t”, Trường Đa ̣i ho ̣c Sư pham kỹ thuâ ̣t Tp.HCM, năm 2007 + [3] PGS.TS Đă ̣ng Điǹ h Thố ng, “Cơ sở lươ ̣ng mới và tái ta ̣o”, Đa ̣i ho ̣c Bách khoa Hà Nô ̣i, năm 2006 + Báo Khoa ho ̣c và Đời số ng, “Giải pháp nào cho lươ ̣ng bề n vững”, số 280, ngày 24/12/2005 Ngoài nhóm còn tham khảo tài liê ̣u các wedsite: - http://www.dientuvietnam.net/ http://luanvan.net.vn/ http://123doc.org/ http://thuvienso.apd.edu.vn/ http://tailieu.vn/ http://www.dieukhientudong.com Phầ n mề m sử du ̣ng đề tài: - Phầ n mề m lâ ̣p trình: PIC C Compiler CCS v5.015 Phầ n mề m mô phỏng và vẽ ma ̣ch in: Proteus 8.0 PHẦN C: PHỤ LỤC 58 an S an K L 0 ... hình hệ thống bám cho modul pin lượng mặt trời cho pin ln vng góc với ánh sáng mặt trời nhằm mục đích đạt hiệu suất cao Năng lượng thu tích trữ sử dụng với mục đích khác ứng dụng làm hệ thống. .. khiển bám cho modul pin lượng Mặt Trời? ?? 3.2 Ý TƯỞNG THIẾT KẾ VÀ THIẾT BI ̣HIỆN CÓ 3.2.1 Ý tưởng thiế t kế Mu ̣c tiêu hệ thống điều khiển bám cho panel pin lượng Mặt Trời thiết kế cho. .. ban tặng cho Một kỹ thuật sử dụng lượng Mặt Trời sản xuất điện - điện Mặt Trời Để sản xuất điện Mặt Trời người ta thường sử dụng hai công nghệ: Công nghệ nhiệt Mặt Trời công nghệ pin Mặt Trời Trong