(Luận văn tốt nghiệp) mô hình tự động điều khiển pin mặt trời

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU BỘ MÔN– ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài MƠ HÌNH TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN PIN MẶT TRỜI Họ tên GVHD : ThS.Phạm Ngọc Hiệp Họ tên SVTH : Nguyễn Minh Triều Mã số sinh viên : 16032261 Chuyên ngành : Điện dân dụng công nghiệp Lớp : DH16DC Vũng Tàu, tháng năm 2020 Luan van Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Phạm Ngọc Hiệp LỜI CÁM ƠN Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy cơ, gia đình bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.s Phạm Ngọc Hiệp,người tận tình hướng dẫn, bảo em suốt trình làm đồ án Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu nói chung, thầy Bộ Mơn Điện-Điện tử nói riêng dạy dỗ cho em kiến thức môn đại cương môn chuyên ngành, giúp em có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình học tập Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè, ln tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em suốt trình học tập hoàn thành đồ án tốt nghiệp Vũng Tàu, ngày 22 tháng 04 năm 2020 Sinh viên thực Nguyễn Minh Triều SVTT: Nguyễn Minh Triều Trang - - Luan van Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Phạm Ngọc Hiệp ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 1.Thái độ tác phong nhận thức trình thực đồ án: 2.Hình thức, thể thức trình bày đồ án: Kiến thức chuyên môn: 4.Đánh giá khác: 5.Đánh giá kết quả: GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ThS Phạm Ngọc Hiệp SVTT: Nguyễn Minh Triều Trang - - Luan van Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Phạm Ngọc Hiệp MỤC LỤC Trang CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ MƠ HÌNH TỰ ĐỘNG ĐIỀU HƯỚNG PIN MẶT TRỜI (Tracking Solar) 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài 1.3 Phạm vi nghiên cứu 1.4 Mục tiêu giới hạn đề tài CHƯƠNG PHÂN TÍCH HỆ THỐNG SOLAR TRACKER 2.1 Yêu cầu toán 2.2 Giải pháp thiết kế 2.3 Sơ đồ khối chức khối 11 2.4 Lựa chọn linh kiện 12 2.5 Lựa chọn linh kiện khối cảm biến 20 2.6 Bộ điều khiển sạc 21 2.7 Lựa chọn nguồn dự trữ Ắc quy 21 2.8 Lựa chọn động 30 CHƯƠNG 31 PHÂN TÍCH NGƠN NGỮ LẬP TRÌNH 31 VÀ PHẦN MỀM PHỤ TRỢ 31 3.1 Ngơn ngữ lập trình 31 3.2 Phần mềm phụ trợ 31 CHƯƠNG 37 THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH 37 4.1 Giới thiệu mơ hình tự động điều hướng pin mặt trời (tracking solar) 37 4.2 Thiết kế phần cứng 39 4.3.Thiết kế thi công phần vi xử lý cảm biến 41 4.4 Thiết kế phần mềm 43 CHƯƠNG 49 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 SVTT: Nguyễn Minh Triều Trang - - Luan van Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Phạm Ngọc Hiệp CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ MƠ HÌNH TỰ ĐỘNG ĐIỀU HƯỚNG PIN MẶT TRỜI (Tracking Solar) 1.1 Tính cấp thiết đề tài Cùng với phát triển q trình Cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước, kinh tế nước ta ngày phát triển Sự phát triển kinh tế kéo theo nhu cầu sử dụng lượng Việt Nam ngày tăng Nguồn lượng hóa thạch ngày cạn kiệt, nhu cầu tìm loại lượng xanh, tái tạo được,… để thay nguồn lượng hóa thạch truyền thống tốn đặt từ lâu quốc gia phát triển Việt Nam Với phát triển kinh tế, Việt Nam gặp phải khó khăn trở ngại thiếu hụt lượng mà nguồn lượng tuyền thống dần không đủ đáp ứng Mặt khác,Việt Nam quốc gia nhiệt đới gió mùa, có phần đất liền trải dài từ kinh tuyến 102°8′ Đông đến 109°27′ Đông từ vĩ tuyến 8°27′ Bắc đến 23°23′ Bắc, cách đường xích đạo khơng xa nên cường độ ánh sáng mặt trời nhận dồi Với ưu vị trí địa lý này, Việt Nam hồn tồn sử dụng nguồn lượng mặt trời đầy tiềm Những năm gần đây, khai thác lượng mặt trời nhà nước quan tâm Xuất phát từ yêu cầu thực tế trên, nhóm em thực đề tài “Thiết kế mơ hình tự động điều hướng pin mặt trời (Tracking Solar)” Với mong muốn mơ hình đề tài ứng dụng thực tế cho việc phát tối ưu lượng điện gia đình để giải phần tình trạng thiếu hụt lượng làm sở để tạo nên trạm điện mặt trời tương lai 1.2 Tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Pin lượng mặt trời phần tử bán dẫn quang có chứa bề mặt số lượng lớn linh kiện cảm biến ánh sáng, dùng biến đổi lượng ánh sáng thành lượng điện Sự chuyển đổi gọi hiệu ứng quang điện Các pin lượng mặt trời có nhiều ứng dụng thực tế, đặc biệt thích hợp cho vùng núi cao, đảo xa Pin lượng mặt trời thiết kế modul thành phần, SVTT: Nguyễn Minh Triều Trang - - Luan van Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Phạm Ngọc Hiệp ghép lại với tạo thành lượng mặt trời có diện tích lớn, thường đặt tịa nhà, nơi có ánh sáng nhiều kết nối với chuyển đổi mạng lưới điện tạo điện Pin lượng mặt trời hoạt động theo nguyên lý sau: Từ pin mặt trời (solar cells), ánh sáng biến đổi thành điện năng, tạo dòng điện chiều (DC Power) Dòng điện dẫn đến điều khiển (charge controller) thiết bị có chức có chức tự động điều hòa dòng điện từ pin mặt trời dịng điện nạp cho acquy (Battery) Thơng qua đổi điện DC/AC (Inverter) tạo dòng điện xoay chiều chuẩn 220V/50Hz để cung cấp điện cho thiết bị điện Hình 1.1 Nguyên lý hoạt động pin lượng mặt trời Việc sử dụng pin lượng mặt trời nguồn lượng chỗ thay cho dạng lượng truyền thống, góp phần giảm tải nhu cầu ngày tăng lên lượng cho quốc gia Hệ thống pin lượng mặt trời cung cấp điện cho thiết bị điện tạo lượng tái tạo xanh, sạch, độc lập bảo vệ mơi trường Diện tích lắp pin mặt trời lớn tạo nhiều điện sử dụng SVTT: Nguyễn Minh Triều Trang - - Luan van Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Phạm Ngọc Hiệp Hình 1.2 Mơ hình pin mặt trời tự động điều hướng người dân Cấu hình tiêu biểu hệ thống Solar Tracker bao gồm: - Tấm pin mặt trời Solar cells - Hệ thống điều khiển Solar cells - Hệ thống điều khiển sạc cho Ắc – quy - Hệ thống Inverter 12V DC – 220V AC - Ắc - quy lưu trữ điện - Khung, giá đỡ - Dây cáp nối Những ưu điểm pin lượng mặt trời mang lại: - Pin lượng mặt trời khơng địi hỏi nguồn nhiên liệu nào, hồn tồn miễn phí thiết thực - Giúp tiết kiệm tiền điện hàng tháng cho hộ gia đình - Tạo nguồn điện độc lập, xanh, bảo vệ môi trường - Đảm bảo độ tin cậy cung cấp nguồn điện Việt Nam nước giàu nguồn lượng mặt trời Hằng năm vùng phía Bắc Việt Nam có khoảng 1400-2000 nắng vùng miền Trung số vùng miền Nam có từ 2000-3000 nắng Nhưng người biết tận dụng điều kiện thuận lợi cuả lượng mặt trời vào sử dụng ngày Năm 2000 – 2005, EVN kết hợp với Trung tâm lượng Trường Đại học Bách khoa Hà Nội tiếp tục triển khai ứng dụng dàn pin mặt trời hộ dân trạm biên phịng đảo Cơ Tơ (tỉnh Quảng Ninh) Gần đây, Sở Khoa học Công nghệ Tp Đà Nẵng phối hợp với Công ty Quản SVTT: Nguyễn Minh Triều Trang - - Luan van Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Phạm Ngọc Hiệp lý vận hành điện chiếu sáng cơng cộng, định thí điểm năm việc lắp đặt 10 đèn chiếu sáng đường phố lượng gió mặt trời đường Trường Sa Ngồi Việt Nam, cịn có nhiều doanh nghiệp đầu tư sản xuất loại máy nước nóng sử dụng lượng mặt trời Polarsun, Megasun, Sơn Hà, Sunflower, Thái Dương Năng… 1.3 Phạm vi nghiên cứu Đề tài “Thiết kế mơ hình tự động điều hướng pin mặt trời (Tracking Solar)” thực vi xử lý AVR Atemega 328 kết hợp với hệ thống cảm biến, sử dụng pin solar cell 10W - 18V Hệ thống Solar Tracker hồn tồn đưa vào hoạt động thực tế với chi phí thấp, mang lại hiệu kinh tế cao 1.4 Mục tiêu giới hạn đề tài Đề tài có mục đích phát triển lý thuyết tính tốn hệ thống lượng mặt trời tự điều hướng, đồng thời tiến hành kiểm nghiệm so sánh hiệu suất pin đặt hệ thống cố định động hướng mơ hình tự động điều hướng pin mặt trời (tracking solar) với mơ hình pin mặt trời thực có cơng suất 6W Đề tài “Thiết kế mơ hình tự động điều hướng pin mặt trời (Tracking Solar)” tìm hiểu nghiên cứu tiêu sau: - Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động pin lượng mặt trời - Nghiên cứu sở khoa học việc chế tạo mơ hình tự động điều hướng pin mặt trời - Thiết kế, thi cơng phần cảm biến góc chiếu ánh sáng mặt trời, cấu chuyển động theo ánh sáng mặt trời hiệu suất pin cao - Chế tạo phần nguồn sạc tự động cho Acquy 12V - Thi cơng phần cứng, khung cho tồn hệ thống - Hệ thống đảm bảo hoạt động ổn định, tính thực tiễn cao, áp dụng trực tiếp vào thực tế - Hệ thống đảm bảo tính thẩm mỹ, kết cấu khung chắn - Chứng minh hiệu việc ứng dụng mơ hình tự động điều hướng pin mặt trời vào sinh hoạt nói riêng góp phần cải thiện Do thời gian có hạn, kiến thức thực tế cịn hạn chế, Đề tài “Thiết kế mơ hình tự động điều hướng pin mặt trời” giới hạn số nội dung sau: SVTT: Nguyễn Minh Triều Trang - - Luan van Đồ án Tốt Nghiệp - GVHD: ThS Phạm Ngọc Hiệp Khảo sát quy luật chuyển động mặt trời số vị trí địa lý Việt Nam theo mùa - Thiết kế thực thí nghiệm so sánh hiệu hệ thống tự động điều hướng pin mặt trời so với hệ thống pin mặt trời cố định - Chế tạo mơ hình thực nghiệm cho hệ thống tự động điều hướng pin mặt trời CHƯƠNG PHÂN TÍCH HỆ THỐNG SOLAR TRACKER 2.1 u cầu tốn - Tìm hiểu hệ thống pin lượng mặt trời - Nghiên cứu, tìm hiểu vi xử lý Atemega 328, hệ thống mạch so sánh, mạch nghịch lưu áp Inverter - Xây dựng hệ thống Solar tracker hoàn chỉnh có nhiệm vụ hấp thụ ánh sáng mặt trời tối đa, biến đổi điện áp DC sang AC cung cấp cho phụ tải xoay chiều 2.2 Giải pháp thiết kế Hệ thống bao gồm: - Tấm pin mặt trời (Solar Panel) - Bộ điều khiển hướng quay pin mặt trời - Bộ điều khiển sạc mặt trời (Solar Charger Controller) - Bộ kích điện DC-AC (Solar Inverter) - Cầu dao chuyển mạch (Solar Inverter) - Ắc quy (Battery) Điều khiển pin theo mùa (xuân, hạ, thu, đông) vấn đề biết, với mùa khác nhau, địa điểm đinh, mặt trời có góc chiếu khác mơ tả hình sau: SVTT: Nguyễn Minh Triều Trang - - Luan van Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Phạm Ngọc Hiệp Hình 2.1 Mơ tả góc nghiêng mặt trời theo mùa (Solar Tracker) Hình 2.2 Hướng ánh sáng mặt trời Để hướng nguồn ánh sáng tối ưu, giải pháp thiết kế mơ hình là: phải có phận điều khiển hướng đón ánh sáng pin mặt trời sử dụng cảm biến ánh sáng SVTT: Nguyễn Minh Triều Trang - 10 - Luan van Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Phạm Ngọc Hiệp CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH 4.1 Giới thiệu mơ hình tự động điều hướng pin mặt trời (tracking solar) Theo khảo sát, vị trí ngày hè trung bình chiếu sang khoảng tiếng mặt trời (khoảng từ 8h sang đến 16h chiều) Trong khoảng thời gian từ 11h đến 13h, mặt đất nhận cường độ ánh sáng mạnh sau giảm dần Lúc tia xạ từ mặt trời chiếu vng góc với mặt đất Tại vị trí này, đặt pin mặt trời cố định song song với mặt đất đạt hiệu suất lớn khoảng thời gian từ 11h đến 13h Bảng hiệu suất hai loại pin mặt trời phổ biến Mono Poly khoảng thời gian chiếu sáng ngày (khi đặt hệ thống đỡ pin cố định): Bảng 4.1 Thời gian từ 8h Hiệu suất sử dụng pin mặt Hiệu suất sử dụng pin mặt đến 16h trời monocrystalline trời polycrystalline Từ 8h đến 11h >= 70% >50% Từ 11h đến 13h 70% => 90% 50% => 90% Từ 13h đến 16h >= 80% >75% Pin mặt trời Monocrystalline loại pin lượng mặt trời đơn tinh thể, đạt hiệu suất tốt điều kiện ánh sang thấp Pin mặt trời Polycrystalline loại pin đa tinh thể, ưu điểm giá rẻ nhiều so với loại đơn tinh thể Mono nhược điểm đạt hiệu suất thấp loại Mono điều kiện ánh sang thấp Như vậy, dựa vào bảng thống kê từ trang Wikipedia, nhận thấy sử dụng pin mặt trời với hệ thống đỡ pin cố định khoảng thời gian tốt để Pin lượng mặt trời cho hiệu suất tối đa (khoảng 11h đến 13h) Vì vậy, việc sử dụng pin không hiệu quả, không khai thác tối đa nguồn tài nguyên vô tận Để khắc phục nhược điểm hệ thống pin mặt trời Đề tài nghiên cứu hệ thống pin mặt trời đặt hệ thống tự động điều hướng, hệ thống không sử dụng thời gian thực để điều chỉnh góc quay pin mặt trời mà sử dụng tia xạ mặt trời để điều chỉnh góc quay cho pin mặt trời ln ln vng góc với tia xạ phát Phương pháp có ưu điểm ln ln cho độ xác (vì khơng phải phụ thuộc SVTT: Nguyễn Minh Triều Trang - 37 - Luan van Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Phạm Ngọc Hiệp vào thời gian không chịu tác động dịch chuyển động địa chất), pin mặt trời ln ln hướng vng góc nơi có ánh sang mạnh Do đó, hệ thống pin cho hiệu suất cao Bằng thực nghiệm đo lường nhóm tác giả, so sánh hiệu suất pin lượng mặt trời Mono 18V, 6W đặt hệ thống giá đỡ pin cố định đặt hệ thống tự động điều hướng pin mặt trời khoảng thời gian (khoảng 9h sang đến 5h chiều) cho kết sau: Lưu ý: Số liệu lấy từ kết lần đo thời điểm khác Hiệu suất tính kết đo trung bình khoảng thời gian chia cho kết đo lớn nhất, hiệu suất chuyển từ quang sang điện viên pin lượng mặt trời Bảng 4.2 Thời gian từ 9h Hiệu suất pin đặt giá cố Hiệu suất pin đặt mô đến 17h định (song song với mặt đất) hình tự động điều hướng Từ 9h đến 11h ≥ 70% ≈ 85% Từ 11h đến 13h 70% ÷ 90% ≈ 90% Từ 13h đến 17h ≥ 65% 80% ÷ 85% Bảng thống kê hiệu suất pin Mono 18V, 6W đặt hệ thống giá đỡ pin cố định hệ thống tự động điều hướng khoảng thời gian Như vậy, dựa vào bảng thống kê hiệu suất viên pin hai trường hợp (đặt hệ thống giá đỡ cố định đặt hệ thống tự động điều hướng) ta thấy viên pin hiệu suất có chênh lệch đáng kể Đối với pin đặt hệ thống giá đỡ cố định thời gian pin cho hiệu suất tốt rơi vào khoảng từ 11h đến 13h Ngoài khoảng thời gian này, hiệu suất giảm dần (từ 11h trở trước từ 13h trở sau) Còn pin mặt trời đặt hệ thống giá đỡ pin tự động điều hướng hiệu suất luôn giữ ổn định khoảng từ 80% đến 90% Điều giúp khai thác nguồn lượng từ Mặt trời cách lớn nhất, giảm tối đa việc phụ thuộc nhiều vào đơn vị phân phối điện đồng thời giảm tình trạng ô nhiễm môi trường Đối với hệ thống lớn, cịn sử dụng lượng tái tạo từ mặt trời để bán ngược lại cho hệ thống phân phối Do tiết kiệm đáng kể phí tiền điện hàng tháng SVTT: Nguyễn Minh Triều Trang - 38 - Luan van Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Phạm Ngọc Hiệp 4.2 Thiết kế phần cứng 4.2.1 Phần kết cấu khí Phần khung thiết kế, chế tạo vật liệu nhơm, sử dụng hộp nhôm 10mmx25mm Ưu điểm nhẹ, dễ gia công cắt gọt, đảm bảo độ cứng giá thành rẻ Hình 4.1 Khung giá đỡ nhôm Phần vỏ hộp làm chất liệu hợp kim nhôm Aluminium composite panel thường gọi ốp hợp kim nhôm nhựa dùng làm vật liệu ốp bề mặt Tấm nhơm nhẹ, có nhiều màu sắc, hoa văn, độ xác cao, dễ làm vệ sinh hạn chế việc truyền âm cách nhiệt Hình 4.2 Tấm Aluminium Tồn hợp kim nhơm Aluminium, có khả dẫn nhiệt tốt gấp lần so với chất liệu thép Nhìn chung, nhơm hỗn hợp (aluminum composite panel) thường dày 4mm (có loại 3-6mm) ghép lớp nhôm chống ăn mịn, lớp nhơm dày 0,5mm, với lõi polyethylene - loại nhựa chống cháy dày 3mm Nhà sản xuất đưa thơng số sản phẩm có trọng lượng riêng 1/2 trọng lượng nhôm đồng chất bề dày mà độ cứng tương đương Do đó, hỗn hợp nhẹ dễ lắp đặt, thi cơng như: uốn cong, uốn góc, cắt, xẻ rãnh Tính khác, chống ăn mịn có khả thích ứng với thời tiết; chịu tác động nhiệt độ từ -50oC đến 80oC Alu có độ bền hóa học cao, kháng mịn, chống ơxy hóa, bền màu môi trường SVTT: Nguyễn Minh Triều Trang - 39 - Luan van Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Phạm Ngọc Hiệp nước, dầu, axit đặc biệt không cong vênh Theo số nhà khoa học khảo cứu Alu thành phẩm không bị tác động điều kiện nhiệt độ dải nhiệt chạy từ - 500oC tới + 800oC nhờ có tính phức hợp công nghệ nên bề mặt lợp chống lại ăn mịn mơi trường, xâm thực nhiệt độ 4.2.1 Phần kết cấu động Động RC Servo MG996 phiên nâng cấp MG995, dòng RC Servo MG996, 995 thiên tốc độ phản ứng nhanh, loại thường sử dụng nhiều thiết kế Robot dẫn hướng xe Động RC Servo MG996 có lực kéo mạnh, khớp bánh làm hoàn tồn kim loại nên có bền cao, động tích hợp sẵn Driver điều khiển động bên theo chế phát xung – quay góc nên dễ sử dụng - Chủng loại: Analog RC Servo; - Điện áp hoạt động: 4.8 – 6.6V DC; - Kích thước: 40mm x 19mm x 43mm; Trọng lượng: 55g; - Lực kéo: 9.4kg-cm at 4.8V; 11kg-cm at 6V; - Tốc độ quay: 0.19sec/60 degrees (4.8V no load); 0.15sec/60 degrees (6.0 no load); - Phạm vi quay: 180° Hình 4.7 Hình ảnh servo MG996 mặt cắt SVTT: Nguyễn Minh Triều Trang - 40 - Luan van Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Phạm Ngọc Hiệp 4.3.Thiết kế thi công phần vi xử lý cảm biến 4.3.1 Sơ đồ ngun lí Mơ hình tự động điều hướng pin mặt trời (tracking solar) sử dụng sơ đồ nguyên lý sau: 4.3 Sơ đồ ngun lí mơ hình tự động điều hướng pin mặt trời 4.3.2 Nguyên lý hoạt động Đối với sơ đồ nguyên lý hình 4.3, nguyên lý hoạt động đơn giản Hệ thống cảm biến bao gồm quang trở làm nhiệm vụ tiếp nhận ánh sáng từ nguồn sáng Giữa quang trở có vách ngăn hình chữ Thập làm nhiệm vụ phân chia cảm biến quang trở thành hướng khác riêng biệt SVTT: Nguyễn Minh Triều Trang - 41 - Luan van Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Phạm Ngọc Hiệp Vách ngăn làm nhiệm vụ định hướng cho quang trở luôn hướng phía có nguồn sáng mạnh nhất, cụ thể Mặt trời Khi cụm cảm biến vng góc với tia xạ cảu mặt trời, giá trị cảm biến Tín hiệu từ cụm cảm biến truyền trực tiếp phần tử trung tâm điều khiển KIT Atmega8 Tại đây, Arduino tính tốn cách lấy giá trị trung bình hai cảm biến quang trở liền kề trừ giá trị trung bình hai cảm biến quang trở cịn lại Nếu giá trị dương, điều khiển độ rộng xung duty cycle cho động servo quay theo chiều (sang trái sang phải) Ngược lại, giá trị âm, Arduino điều khiển cho động servo quay theo chiều ngược lại Điều áp dụng cho hai động điều khiển trục X trục Z Nếu KIT Atmega8 tín giá trị 0, ngừng cấp xung đến hai động khiến ngừng quay hệ thống giá đỡ pin giữ trạng thái cố định Tín hiệu điện thu từ pin mặt trời sử dụng hiển thị trực tiếp lên đồng hồ hiển thị điện áp, đơn vị Vol Đồng thời nạp trực tiếp vào viên Pin Lithium có điện áp 3V, dung lượng 3000mAh Thiết kế khối vi xử lý dựa module Aduino UNO, gồm khối bản: khối nguồn DC 5V, khối RESET, khối LED báo, khối dao động, khối nạp Sử dụng vi xử lý Atemega 328 Để lập trình, làm việc với khối vi xử lý phần mềm Arduino Atemega 328 cần nạp Bootloader Bootloader chương trình nhỏ nạp sẵn vào chip vi điều (VĐK) khiển Arduino Việc lập trình cho Arduino cách dễ dàng nhờ chương trình nhỏ bootloader Nếu khơng có bootloader, khơng thể upload chương trình lên vi điều khiển Arduino theo cách thơng thường SVTT: Nguyễn Minh Triều Trang - 42 - Luan van Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Phạm Ngọc Hiệp Hình 4.4 Mạch in khối vi điều khiển Arduino Hình 4.5 Mạch in khối cảm biến hướng sáng Sử dụng cảm biến quang trở đơn giản, hoạt động dựa nguyên lý giá trị điện trở thay đổi ánh sáng chiếu vào thay đổi Giá trị điện trở quang trở khác từ vi điều khiển điều khiển động servo Sử dụng động servo RC MG996 4.4 Thiết kế phần mềm SVTT: Nguyễn Minh Triều Trang - 43 - Luan van Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Phạm Ngọc Hiệp 4.4.1 Lưu đồ thuật toán Bắt đầu Khởi tạo thư viện Arduino Uno, servo Có tín hiệu từ quang trở S Đ Điều chỉnh góc quay Servo ( Tấm solar cell) Nạp vào Ác quy Tải xoay chiều Kết thúc SVTT: Nguyễn Minh Triều Trang - 44 - Luan van Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Phạm Ngọc Hiệp Bắt đầu chương trình ta cần phải khởi tạo thư viện cho Arduino, Servo Sau cảm biến ánh sáng quang trở hoạt động, dựa vào quang trở để so sáng độ sáng hướng, giá trị điện trở quang trở khác nhau, arduino lệnh điều khiển servo thay đổi góc quay pin đến giá trị điện trở quang trở nhau, tức pin solar quay hướng sáng cần điều khiển Trong trình hoạt động, hướng sáng mặt trời khơng thay đổi giá trị điện trở quang trở không thay đổi, vi điều khiển không điều khiển servo pin solar giữ nguyên phương hướng ban đầu 4.4.2.Code điều khiển chương trình hướng kép pin mặt trời Arduno #include // include Servo library // 180 horizontal MAX Servo horizontal; // horizontal servo int servoh = 90; // 90; // stand horizontal servo int servohLimitHigh = 170; int servohLimitLow = 5; // 65 degrees MAX Servo vertical; // vertical servo int servov = 45; // 90; // stand vertical servo int servovLimitHigh = 130; int servovLimitLow = 5; // LDR pin connections // name = analogpin; int ldrlt = 0; //LDR top left - BOTTOM LEFT < - BDG int ldrrt = 1; //LDR top rigt - BOTTOM RIGHT int ldrld = 2; //LDR down left - TOP LEFT int ldrrd = 3; //ldr down rigt - TOP RIGHT void setup() { Serial.begin(9600); SVTT: Nguyễn Minh Triều Trang - 45 - Luan van Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Phạm Ngọc Hiệp // servo connections // name.attacht(pin); horizontal.attach(9); vertical.attach(10); horizontal.write(90); vertical.write(45); delay(3000); } void loop() { int lt = analogRead(ldrlt); // top left int rt = analogRead(ldrrt); // top right int ld = analogRead(ldrld); // down left int rd = analogRead(ldrrd); // down right // int dtime = analogRead(4)/20; // read potentiometers // int tol = analogRead(5)/4; int dtime = 10; int tol = 50; int avt = (lt + rt) / 2; // average value top int avd = (ld + rd) / 2; // average value down int avl = (lt + ld) / 2; // average value left int avr = (rt + rd) / 2; // average value right int dvert = avt - avd; // check the diffirence of up and down int dhoriz = avl - avr;// check the diffirence og left and rigt Serial.print(avt); Serial.print(" "); Serial.print(avd); Serial.print(" "); Serial.print(avl); SVTT: Nguyễn Minh Triều Trang - 46 - Luan van Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Phạm Ngọc Hiệp Serial.print(" "); Serial.print(avr); Serial.print(" "); Serial.print(dtime); Serial.print(" "); Serial.print(tol); Serial.println(" "); if (-1*tol > dvert || dvert > tol) // check if the diffirence is in the tolerance else change vertical angle { if (avt > avd) { servov = ++servov; delay(100); if (servov > servovLimitHigh) { servov = servovLimitHigh; } } else if (avt < avd) { servov= servov; delay(100); if (servov < servovLimitLow) { servov = servovLimitLow; } } vertical.write(servov); } if (-1*tol > dhoriz || dhoriz > tol) // check if the diffirence is in the tolerance else change horizontal angle { if (avl > avr) { servoh = servoh; delay(100); if (servoh < servohLimitLow) { servoh = servohLimitLow; } } else if (avl < avr) { SVTT: Nguyễn Minh Triều Trang - 47 - Luan van Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Phạm Ngọc Hiệp servoh = ++servoh; delay(100); if (servoh > servohLimitHigh) { servoh = servohLimitHigh; } } else if (avl = avr) { // nothing } horizontal.write(servoh); } delay(dtime); 4.2.3 Một số hình ảnh sản phẩm SVTT: Nguyễn Minh Triều Trang - 48 - Luan van Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Phạm Ngọc Hiệp CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Sau hệ thống hoàn thiện chạy thử nghiệm, đạt số kết sau: Ưu điểm: - Hệ thống cảm biến phương hướng ánh sáng tới xác, điều khiển pin mặt trời theo hướng ánh sáng tới - Bộ phận sạc tự động sạc Ắc quy yếu - Inverter cho điện áp 220V AC ổn định, chạy thiết bị tải gia đình có cống suất vừa nhỏ - Tín hiệu điện áp dạng sine wave Nhược điểm: - Bộ phận Inverter công suất chưa cao, đáp ứng thiết bị tải nhẹ - Tấm pin solar công suất nhỏ nên thời gian sạc cho bình Ắc quy lâu Việt Nam vốn vùng có cường độ xạ mặt trời tương đối cao giới Hơn nữa, nước ta quốc gia phát triển, người dân nghèo cịn nhiều, khơng phải có khả sử dụng điện sinh hoạt với mức Vì thế, lượng mặt trời coi giải pháp hoàn toàn phù hợp ứng dụng rộng rãi đời sống hàng ngày Sản phẩm góp phần vào giảm thiểu phụ thuộc gia đình, nhà máy,…vào nguồn lượng điện quốc gia, hay nguồn lượng không tái chế Đồng thời sản phẩm áp dụng vào học tập, thực hành, nghiên cứu giảng dạy Với tình trạng tốc độ sử dụng lượng hóa thạch tương lai có nhiều hệ thống pin lượng mặt trời đưa vào sử dụng khơng Việt Nam mà tồn giới Hệ thống Solar Tracker cần nâng cấp cơng suất sản sinh điện cách mở rộng kích thước, mật độ tế bào quang điện solar cell, đồng thời nâng cấp chất lượng hệ thống Inverter đảm bảo công suất cao, chuẩn Sin Bên cạnh nguồn lượng dự trữ Ắc quy cần phát triển để lưu trữ lượng nhiều SVTT: Nguyễn Minh Triều Trang - 49 - Luan van Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Phạm Ngọc Hiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Kiều Xuân Thực, Vũ Thị Thu Hương Vũ Trung Kiên, 2008 Vi điều khiển cấu trúc lập trình ứng dụng Nhà xuất Giáo dục Hà Nội 199 trang [2] Nguyễn Ngọc Cương, Nguyễn Đình Nghĩa, Đỗ Quốc Huy, Trần Nghi Phú Phạm Thành Cơng, 2011 Giáo trình Ngơn ngữ lập trình C/C++ Nhà xuất Thơng Tin Và Truyền Thông Hà Nội 191 trang [3] Trần Thế San, Cơ sở nghiên cứu & sáng tạo robot, Nhà xuất Thống kê, 2003 [4] http://www.arduino.cc/ SVTT: Nguyễn Minh Triều Trang - 50 - Luan van Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Phạm Ngọc Hiệp SVTT: Nguyễn Minh Triều Trang - 51 - Luan van ... suất pin đặt hệ thống cố định động hướng mơ hình tự động điều hướng pin mặt trời (tracking solar) với mô hình pin mặt trời thực có cơng suất 6W Đề tài “Thiết kế mơ hình tự động điều hướng pin mặt. .. trở để điều khiển động thay đổi góc quay cho pin Solar 2.6 Bộ điều khiển sạc Bộ điều khiển sạc lượng mặt trời thiết bị trung gian hệ pin mặt trời hệ bình ắc quy lưu trữ Nhiệm vụ ? ?điều khiển? ??... đồ ngun lí Mơ hình tự động điều hướng pin mặt trời (tracking solar) sử dụng sơ đồ nguyên lý sau: 4.3 Sơ đồ ngun lí mơ hình tự động điều hướng pin mặt trời 4.3.2 Nguyên lý hoạt động Đối với sơ