Thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển tự xoay và làm sạch bề mặt pin năng lượng mặt trời

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ - CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ XOAY VÀ LÀM SẠCH BỀ MẶT PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Giảng viên hướng dẫn : Th.S Dương Đăng Danh Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Phạm Quốc Nhân 1811040190 18DCKA1 Huỳnh Nhựt Vi 1811040124 18DCKA1 Phạm Đăng Khoa 1811040158 18DCKA1 TP Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 08 năm 2022 MỤC LỤC Phiếu đăng ký tên đề tài ĐATN Phiếu giao nhiệm vụ LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii ABSTRACT iv MỤC LỤC v DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT viii DANH SÁCH CÁC HÌNH ixx DANH SÁCH CÁC BẢNG xii LỜI MỞ ĐẦU .1 Chương GỚI THIỆU 1.1 Lịch sử hình thành pin NLMT: 1.2 Lợi ích việc sử dụng pin NLMT so với hệ thống tạo điện khác: 1.3 Mục tiêu đề tài: 1.4 Nhiệm vụ đề tài: 1.5 Đối tượng nghiên cứu: Chương TỔNG QUAN GIẢI PHÁP .5 2.1 So sánh 03 dạng lắp đặt hệ thống pin lượng mặt trời: 2.2 Cấu tạo giàn pin NLMT tự xoay: 2.3 Lựa chọn giải pháp cho đề tài đồ án: .6 Chương PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT v 3.1 Phân tích chức năng: 3.1.1 Chức chung: 3.1.2 Các chức con: 3.2 Tìm ý tưởng cho chức năng: 3.2.1 Thu phát tín hiệu: 3.2.2 Bộ phận diu chuyển pin: 3.2.3 Giàn khung: 3.2.4 Đưa nguồn điện vào mạng lưới: 11 3.3 Bảng kết hợp ý tưởng: 12 Chương QUY TRÌNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG 16 4.1 Tính tốn phận dẫn động: .16 4.1.1 Tính tốn lựa chọn hộp giảm tốc: 17 4.1.2 Lựa chọn động cơ: 21 4.1.3 Tính tốn sức bền trục: 21 4.2 Thiết bị điện: 23 4.2.1 Các phận nhận tín hiệu: 23 4.2.2 Các phận xử lý tín hiệu: 27 4.2.3 Hệ thống mạch điều khiển tự động Arduino: .31 Chương THI CÔNG .34 5.1 Thiết kế mơ hình 3D phần mềm Solidworks: 34 5.1.1 Các trụ đứng: .34 5.1.2 Cụm ổ đỡ: .34 5.1.3 Cụm Pads: .34 5.1.4 Trục xoay pin: .34 vi 5.1.5 5.2 Thanh giữ pin: .34 Thi công lắp đặt: .35 Chương ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN 40 6.1 Những kết đạt được: .40 6.2 Ứng dụng vào thực tế: 41 6.3 Những vấn đề chưa làm đề tài: 41 6.4 Hướng phát triển đề tài: .42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 PHỤ LỤC 44 vii DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT NLMT lượng mặt trời TVBV trục vít bánh vít viii DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1 Hệ thống pin NLMT cơng nghiệp Hình 2.1 Các dạng xoay giàn khung Hình 3.1 Mạch điều khiển arduino Hình 3.2 Bộ điều khiển PLC 10 Hình 3.3 Xy lanh điện 10 Hình 3.4 Cơ cấu TVBV đơn 11 Hình 3.5 Cơ cấu TVBV kép 12 Hình 3.6 Trụ đứng 12 Hình 3.7 Trục xoay với biên dạng vng 13 Hình 3.8 Vòng bi 13 Hình 3.9 Khối nhựa 14 Hình 3.10 Mơ hình 3D hệ thống pin NLMT tự xoay 15 Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý làm việc hệ thống 16 Hình 4.2 Sơ đồ truyền động hệ thống pin NLMT 17 Hình 4.3 Vị trí lực trục 22 Hình 4.4 Kiểm nghiệm bền uốn trục 22 Hình 4.5 Sự chuyển vị trục 23 Hình 4.6 Ứng suất cắt xuất trục 23 Hình 4.7 Quang trở GL5528 24 Hình 4.8 Cảm biến gió 25 ix Hình 4.9 Motor bơm nước 26 Hình 4.10 Nút nhấn 26 Hình 4.11 Cơng tắc hành trình Omron V156-1C25 27 Hình 4.12 Mạch giảm áp LM2596 3A 28 Hình 4.13 Mạch điều khiển động DC L298 29 Hình 4.14 Driver TB6600 điều khiển động bước 30 Hình 4.15 Mạch điều khiển Arduino Uno R3 31 Hình 4.16 Hệ thống điện điều khiển tự động 31 Hình 4.17 Lưu đồ 32 Hình 4.18 Sơ đồ khối 32 Hình 4.19 Lưu đồ ngắt 33 Hình 4.20 Sơ đồ mạch điện 33 Hình 5.1 Các trụ đứng 34 Hình 5.2 Cụm ổ đỡ 35 Hình 5.3 Trục xoay pin 35 Hình 5.4 Thanh giữ pin 36 Hình 5.5 Lắp đặt trụ đứng, ổ đỡ, pads, hộp giảm tốc, động 36 Hình 5.6 Lắp đặt giữ pin 37 Hình 5.7 Lắp đặt thiết bị điện 37 Hình 5.8 Lắp đặt mica 38 Hình 5.9 Lắp dặt cụm cảm biến trục 38 Hình 5.10 Hồn thiện sản phẩm 39 x Hình 5.11 Mơ hình 3D 39 Hình 6.1 Chạy thực nghiệm mơ hình 40 Hình 6.2 Cụm pads 41 xi DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 2.1 Bảng so sánh kết cấu giàn khung 01 trục 02 trục Bảng 3.1 Bảng kết hợp ý tưởng 14 Bảng 4.1 Bảng giá trị hiệu suất đảo ngược 19 Bảng 4.2 Thông số hiệu suất đảo ngược hộp giảm tốc NMRV030 19 Bảng 4.3 Thông số vật liệu CuSn12 Ni2 20 xii LỜI MỞ ĐẦU Nền khoa học phát triển mạnh mẻ thời đại mới, với đóng góp khơng ngừng nhà khoa học, nghiêng cứu ứng dụng tiên tiến, đại, hữu dụng nhằm phục vụ tốt cho đời sống người, mang lại lợi ích cao thân thiện với mơi trường Tấm pin lượng mặt trời phát minh hữu ích vơ vàn phát minh Nhờ có mặt pin lượng mặt trời (NLMT), giúp tái tạo lượng xanh, thân thiện mơi trường mang lại lợi ích cao ngành công nghiệp điện Tuy nhiên, với lắp đặt hệ thống giàn pin NLMT trước đây, pin cố định hướng, điều làm giảm khả khai thác ánh sáng mặt trời Vì thế, chúng em vận dụng kiến thức học, đào tạo 04 năm Đại học Công nghệ Tp HCM Chúng em định chọn đề tài tốt nghiệp “THIẾT KẾ - CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ XOAY VÀ LÀM SẠCH BỀ MẶT PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI” Trên giới, hệ thống lắp đặt pin NLMT có dạng sau: cố định, xoay 02 trục, xoay 01 trục Nhưng hầu hết ngành công nghiệp điện lượng mặt trời, hệ thống xoay 01 trục áp dụng nhiều nhất, mang lại hiệu xuất thấp hệ thống 02 trục (khác biệt chi phí lắp đặt, chế tạo độ phức tạp) Trong đề tài đồ án tốt nghiệp này, mục tiêu mà chúng em ưu tiên hướng tới chế tạo mơ hình, hoạt động ổn định với yêu cầu đặt Nhằm giải vấn đề đón nhận tia nắng mặt trời nhiều Tuy nhiên, kinh nghiệm hạn chế thời gian thực có hạn, nên đồ án chúng em cịn có thiết sót Chúng em mong nhận ý kiến đóng góp thầy để hồn thiện đề tài Chúng em tham khảo tài liệu thiết kế trang mạng, youtube Nơi có cơng bố đề tài công ty chuyên lắp đặt hệ thống pin NLMT Đồng thời, với hỗ trợ phần mềm Solidworks, chúng em lên ý tưởng, thiết kế mơ hình 3D để nghiêng cứu nắm vững yếu tố mơ hình A 89 90 4 A 72 SECTION A-A 95 40 28 3x8 Chốt định vị M8 Con tán M8 Lông đền M8x90 Bu lông Ổ đỡ đai Ổ đỡ 1 Ổ đỡ Tên gọi Slg JIS G3101 Nhựa POM đen STT Kích thước đoạn thẳng (mm) 0.5 đến ±0.05 đến 30 ±0.10 30 đến 120 ±0.15 120 đến 400 ±0.20 Bán kính vát cạnh (mm) 0.5 đến ±0.20 đến ±0.50 ±1.00 Góc (độ): đến 10 ±1° 10 ±0.5° Ký hiệu Người vẽ Phạm Đăng Khoa 18/07/2022 Kiểm tra ThS Dương Đăng Danh 18/07/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM Vật liệu Ghi CỤM Ổ ĐỠ (2.1.4) 1:2 8/22 70 40 30 54 C +0,5 R27,5 thru C 60 61 30 2- SECTION C-C Kích thước đoạn thẳng (mm) 0.5 đến ±0.05 đến 30 ±0.10 30 đến 120 ±0.15 120 đến 400 ±0.20 Bán kính vát cạnh (mm) 0.5 đến ±0.20 đến ±0.50 ±1.00 Góc (độ): đến 10 ±1° 10 ±0.5° Người vẽ Phạm Đăng Khoa 18/07/2022 Kiểm tra ThS Dương Đăng Danh 18/07/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM Ổ ĐỠ DƯỚI (2.1.4.1) Nhựa POM đen 1:1 9/22 R35 D 40 35 +0,5 R27,5 2- D SECTION D-D 68 30 thru 61 Kích thước đoạn thẳng (mm) 0.5 đến ±0.05 đến 30 ±0.10 30 đến 120 ±0.15 120 đến 400 ±0.20 Bán kính vát cạnh (mm) 0.5 đến ±0.20 đến ±0.50 ±1.00 Góc (độ): đến 10 ±1° 10 ±0.5° Người vẽ Phạm Đăng Khoa 18/07/2022 Kiểm tra ThS Dương Đăng Danh 18/07/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM Ổ ĐỠ TRÊN (2.1.4.2) Nhựa POM đen 1:1 10/22 R34 28 15 54 R4 68 4-R2 Kích thước đoạn thẳng (mm) 0.5 đến ±0.05 đến 30 ±0.10 30 đến 120 ±0.15 120 đến 400 ±0.20 Bán kính vát cạnh (mm) 0.5 đến ±0.20 đến ±0.50 ±1.00 Góc (độ): đến 10 ±1° 10 ±0.5° Người vẽ Phạm Đăng Khoa 18/07/2022 Kiểm tra ThS Dương Đăng Danh 18/07/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM Ổ ĐỠ ĐAI (2.1.4.3) Thép JIS G3101 x2mm 1:1 11/22 B R30 B 30 47 SECTION B-B 65 75 M3 Con tán M3 M3 Lông đền M3 M3x65 Bu lông M3 M4 Con tán M4 M4 Lông đền M4 4 M4x20 Bu lông M4 Pad POM-trục 02 2 Pad POM-trục 01 Pads Nhựa POM đen Tên gọi Slg Vật liệu STT Kích thước đoạn thẳng (mm) 0.5 đến ±0.05 đến 30 ±0.10 30 đến 120 ±0.15 120 đến 400 ±0.20 Bán kính vát cạnh (mm) 0.5 đến ±0.20 đến ±0.50 ±1.00 Góc (độ): đến 10 ±1° 10 ±0.5° Ký hiệu Người vẽ Phạm Đăng Khoa 18/07/2022 Kiểm tra ThS Dương Đăng Danh 18/07/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM JIS G3101 Ghi CỤM PADS (2.1.5) 1:2 12/22 bán kính tự cho gia cơng < 3mm R30 E 3,2 thru 15,5 2- F 47 E SECTION E-E 31 47 5° R180 4-R0,5 DETAIL F SCALE : 55 Kích thước đoạn thẳng (mm) 0.5 đến ±0.05 đến 30 ±0.10 30 đến 120 ±0.15 120 đến 400 ±0.20 Bán kính vát cạnh (mm) 0.5 đến ±0.20 đến ±0.50 ±1.00 Góc (độ): đến 10 ±1° 10 ±0.5° Người vẽ Phạm Đăng Khoa 18/07/2022 Kiểm tra ThS Dương Đăng Danh 18/07/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM PADS (2.1.5.1) Nhựa POM đen 1:1 13/22 18 15 2-R5 R1,8 55 45 29 4-R1 4,5 4-R2 2- 4,5 thru 13 11 26 26 Kích thước đoạn thẳng (mm) 0.5 đến ±0.05 đến 30 ±0.10 30 đến 120 ±0.15 120 đến 400 ±0.20 Bán kính vát cạnh (mm) 0.5 đến ±0.20 đến ±0.50 ±1.00 Góc (độ): đến 10 ±1° 10 ±0.5° Người vẽ Phạm Đăng Khoa 18/07/2022 Kiểm tra ThS Dương Đăng Danh 18/07/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM PAD POM-TRỤC 01 (2.1.5.2) Thép JIS G3101 x2mm 2:1 14/22 2-R5 3,5 thru 29 2- Kích thước đoạn thẳng (mm) 0.5 đến ±0.05 đến 30 ±0.10 30 đến 120 ±0.15 120 đến 400 ±0.20 Bán kính vát cạnh (mm) 0.5 đến ±0.20 đến ±0.50 ±1.00 Góc (độ): đến 10 ±1° 10 ±0.5° Người vẽ Phạm Đăng Khoa 18/07/2022 Kiểm tra ThS Dương Đăng Danh 18/07/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM PAD POM-TRỤC 02 (2.1.5.3) Inox 304 x1mm 2:1 15/22 6 Kích thước đoạn thẳng (mm) 0.5 đến ±0.05 đến 30 ±0.10 30 đến 120 ±0.15 120 đến 400 ±0.20 Bán kính vát cạnh (mm) 0.5 đến ±0.20 đến ±0.50 ±1.00 Góc (độ): đến 10 ±1° 10 ±0.5° Tấm pin 23HS7430 Động MNRV030 Hộp giảm tốc Cụm giữ pin 2 Khớp nối C45 40x40x1,4 Trục Sắt hộp STT Ký hiệu Tên gọi Slg Vật liệu Người vẽ Phạm Đăng Khoa 18/07/2022 Kiểm tra ThS Dương Đăng Danh 18/07/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM Ghi CỤM MANG PIN (2.2) 1:5 16/22 4- 30 5,5 thru 15 600 15 5,5 Kích thước đoạn thẳng (mm) 0.5 đến ±0.05 đến 30 ±0.10 30 đến 120 ±0.15 120 đến 400 ±0.20 Bán kính vát cạnh (mm) 0.5 đến ±0.20 đến ±0.50 ±1.00 Góc (độ): đến 10 ±1° 10 ±0.5° Người vẽ Phạm Đăng Khoa 18/07/2022 Kiểm tra ThS Dương Đăng Danh 18/07/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM TRỤC (2.2.1) Sắt hộp 30x30x1,4 mm 2:1 17/22 +0,05 14 4-R3 4-M5 2-1 X 45° 1,25 25,5 15 30 40 7,5 85 Kích thước đoạn thẳng (mm) 0.5 đến ±0.05 đến 30 ±0.10 30 đến 120 ±0.15 120 đến 400 ±0.20 Bán kính vát cạnh (mm) 0.5 đến ±0.20 đến ±0.50 ±1.00 Góc (độ): đến 10 ±1° 10 ±0.5° Người vẽ Phạm Đăng Khoa 18/07/2022 Kiểm tra ThS Dương Đăng Danh 18/07/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM KHỚP NỐI (2.2.2) C45 1:1 18/22 76 17 40 15 800 80 6 M6 Con tán M6 M6 Lông đền M6 M6x25 Bu lông M6 Pad giữ Thép JIS G3101 Pad ống nước Inox 201 Thanh giữ pin Thép JIS G3101 Tên gọi Slg Vật liệu STT Kích thước đoạn thẳng (mm) 0.5 đến ±0.05 đến 30 ±0.10 30 đến 120 ±0.15 120 đến 400 ±0.20 Bán kính vát cạnh (mm) 0.5 đến ±0.20 đến ±0.50 ±1.00 Góc (độ): đến 10 ±1° 10 ±0.5° Ký hiệu Người vẽ Phạm Đăng Khoa 18/07/2022 Kiểm tra ThS Dương Đăng Danh 18/07/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM Ghi CỤM THANH GIỮ PIN (2.2.3) 1:5 19/22 40 15 20 4-R1 thru 56 2- Kích thước đoạn thẳng (mm) 0.5 đến ±0.05 đến 30 ±0.10 30 đến 120 ±0.15 120 đến 400 ±0.20 Bán kính vát cạnh (mm) 0.5 đến ±0.20 đến ±0.50 ±1.00 Góc (độ): đến 10 ±1° 10 ±0.5° Người vẽ Phạm Đăng Khoa 18/07/2022 Kiểm tra ThS Dương Đăng Danh 18/07/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM THANH GIỮ PIN (2.2.3.1) Thép JIS G3101 x2mm 1:2 20/22 10,5 thru 4-R3 30 40 2-R10 R0,5 30 80 8,75 56 2-R5 R3,25 3,5 Kích thước đoạn thẳng (mm) 0.5 đến ±0.05 đến 30 ±0.10 30 đến 120 ±0.15 120 đến 400 ±0.20 Bán kính vát cạnh (mm) 0.5 đến ±0.20 đến ±0.50 ±1.00 Góc (độ): đến 10 ±1° 10 ±0.5° Người vẽ Phạm Đăng Khoa 18/07/2022 Kiểm tra ThS Dương Đăng Danh 18/07/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM PAD ỐNG NƯỚC (2.2.3.2) Inox 304 x1mm 1:1 21/22 72 17 32 thru 15 2- 4-R2 56 Kích thước đoạn thẳng (mm) 0.5 đến ±0.05 đến 30 ±0.10 30 đến 120 ±0.15 120 đến 400 ±0.20 Bán kính vát cạnh (mm) 0.5 đến ±0.20 đến ±0.50 ±1.00 Góc (độ): đến 10 ±1° 10 ±0.5° Người vẽ Phạm Đăng Khoa 18/07/2022 Kiểm tra ThS Dương Đăng Danh 18/07/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM PAD GIỮ THANH (2.2.3.3) Thép JIS G3101 x2mm 1:1 22/22 ... tài tốt nghiệp “THIẾT KẾ - CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ XOAY VÀ LÀM SẠCH BỀ MẶT PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI” Trên giới, hệ thống lắp đặt pin NLMT có dạng sau: cố định, xoay 02 trục, xoay 01 trục Nhưng... gió lớn - Nắm rỏ kết cấu thực nghiệm việc chế tạo lắp ráp Đề tài “THIẾT KẾ - CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ XOAY VÀ LÀM SẠCH BỀ MẶT PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI” chúng em hướng dẫn thầy ThS Dương Đăng... lắp đặt hệ thống pin lượng mặt trời: Với hệ thống điều khiển pin NLMT tự xoay nay, chia làm 03 dạng sau: - Kết cấu giàn khung cố định - Kết cấu giàn khung xoay 01 trục - Kết cấu giàn khung xoay