Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển tấm pin năng lượng mặt trời

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN TẤM PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: PHAN VĂN CA SVTH : NGUYỄN VŨ ĐĂNG TRẦN BẢO LONG SKL 09352 Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN TẤM PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI SVTH : Khóa : Ngành : GVHD : NGUYỄN VŨ ĐĂNG MSSV: 18161057 TRẦN BẢO LONG MSSV: 18161100 2018 CNKT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG PGS.TS PHAN VĂN CA Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN TẤM PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI SVTH : Khóa : Ngành : GVHD : NGUYỄN VŨ ĐĂNG MSSV: 18161057 TRẦN BẢO LONG MSSV: 18161100 2018 CNKT ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG PGS.TS PHAN VĂN CA Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** -Tp Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng năm 2022 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Vũ Đăng MSSV: 18161057 Lớp 18161CL2B ĐT: 0869683324 Họ tên sinh viên 2: Trần Bảo Long MSSV: 18161100 Lớp 18161CL1A ĐT: 0902981106 Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Phan Văn Ca Ngày nhận đề tài: Tên đề tài: Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển pin lượng mặt trời Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Giáo trình vi xử lý - Trang web https://www.w3schools.com - Trang web www.opengreenenergy.com - Trang web https://theiotprojects.com Nội dung thực đề tài: - Tìm hiểu cách điều khiển động Sạc ắc quy gửi tin nhắn module sim - Tìm hiểu loại linh kiện, module chức - Thiết kế mạch điều khiển mạch sạc Sản phẩm: - Mạch điều khiển sạc sử dụng arduino nano - Mạch điều khiển động hiển thị báo hiệu TRƯỞNG NGÀNH GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên sinh viên: Nguyễn Vũ Đăng Trần Bảo Long MSSV:18161057 MSSV: 18161100 Ngành: CNKT- Điện tử viễn thông Tên đề tài: Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển pin lượng mặt trời Họ tên giáo viên hướng dẫn: PSG.TS Phan Văn Ca NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Ưu điểm ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Khuyết điểm ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Đề nghị cho bảo vệ hay không? ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Đánh giá loại: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Điểm:………… (Bằng chữ: …………………………………………………….) ……………………………………………………………………………………… Tp Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng năm 2022 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên sinh viên: Nguyễn Vũ Đăng Trần Bảo Long MSSV:18161057 MSSV: 18161100 Ngành: CNKT- Điện tử viễn thông Tên đề tài: Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển pin lượng mặt trời Họ tên giáo viên phản biện:………………………………………………………… NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Ưu điểm ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Khuyết điểm ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Đề nghị cho bảo vệ hay không? ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Đánh giá loại: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Điểm:………… (Bằng chữ: …………………………………………………….) ……………………………………………………………………………………… Tp Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng năm 2022 Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Đồ án Tốt Nghiệp vừa cột mốc đánh dấu việc hồn thành cơng trình, q trình tìm hiểu nghiên cứu khoa học vừa cột mốc đánh dấu kết thúc bốn năm quãng đường sinh viên bắt đầu chặng đường với tư cách kỹ sư Trước tiên, em xin đại diện nhóm gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy, cô khoa Đào tạo Chất lượng cao, trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, người truyền đạt cho nhóm em kiến thức quý báu, dẫn định hướng cho nhóm em suốt q trình học tập Nhóm em xin trân trọng cảm ơn thầy Phan Văn Ca tận tình giúp đỡ, định hướng cách tư cách làm việc khoa học Đó góp ý q báu khơng q trình thực đồ án mà cịn kỹ mềm giúp nhóm em trở thành kỹ sư có ích cho tương lai sau Đây sản phẩm hồn thiện mà nhóm em dành nhiều thời gian công sức để thành Dù kiến thức hạn hẹp thời gian nghiên cứu, phát triển bị hạn chế phải phân bố thời gian đồ án tốt nghiệp thực tập nên khó tránh khỏi sai sót Nhóm em mong nhận dẫn, đóng góp Thầy/Cơ để hồn thiện sản phẩm nói riêng tư nhóm nói chung Đại diện nhóm, em xin chân thành cảm ơn! i LỜI CAM ĐOAN Nhóm em xin cam đoan đề tài: “Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển pin lượng mặt trời” nghiên cứu phát triển cách độc lập nhóm Ngồi ra, nhóm em tham khảo, trích dẫn từ nguồn tài liệu, sách báo thống, rõ ràng phép cơng bố Nhóm em xin chịu tồn trách nhiệm có thiếu trung thực hay gian lận xảy trình nghiên cứu, phát triển đề tài ii Bước 5: Hàn chân linh kiện, bước cuối quy trình tạo mạch in Hình 3.20 kết sau hàn Hình 3.20: Kết hàn chân linh kiện 38 Bước 6: Tiến hành nạp code gắn vi điều khiển, cảm biến, LCD lên hàng rào, đầu nối Cấp nguồn kiểm tra xem hệ thống có hoạt động mục tiêu ban đầu đề xuất hay khơng Hình 3.21 mạch sạc cấp nguồn (chưa có tải hay nối vào pin), hình 3.22 hai mạch cấp nguồn đem vào hoạt động Hình 3.21: Cấp nguồn cho mạch để kiểm tra 39 Hình 3.22: Cấp nguồn cho hai mạch 3.7 Thi cơng mơ hình cho khung, giá đỡ mơ hình cảm biến ánh sáng 3.7.1 Thi cơng khung, giá đỡ Bước 1: Đo đạc đánh dấu vị trí cần khoan, cắt Bước 2: Tiến hành cắt sắt khoan Bước 3: Sắp xếp dùng máy hàn để kết nối phần sắt cắt lại Bước 4: Đặt linh kiện vào, xếp dây Kết thi công khung, giá đỡ pin minh họa qua hình 3.23, 3.24, 3.25 3.26 40 Hình 3.23: Trục Y giá đỡ pin 41 Hình 3.134: Hình ảnh bên cấu trục vít, bánh 42 Hình 3.145: Góc nhìn khác động điều khiển trục Y 43 Hình 3.156: Trục X hệ thống 44 3.7.2 Thi công mơ hình cảm biến ánh sáng Mơ hình cảm biến ánh sáng cách vách ngăn Vị trí mơ hình cảm biến ánh sáng đặt góc pin, minh họa qua hình 3.27 Hình 3.167: Mơ hình cảm biến ánh sáng 45 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 4.1 Kết Mơ hình điều hướng giám sát pin mặt trời lập trình thi cơng tính tốn ban đầu Hình 4.1 4.2 miêu tả kết sau hệ thống Hình 4.1: Tổng quan mơ mơ hình 46 Hình 4.2: Hiển thị LCD thông số hệ thống Dịng LCD, có ba thơng số ghi nhận lại thông tin điện áp, dịng điện cơng suất pin đạt Dịng thứ hai ắc quy, dòng hiển thị dung lượng ắc quy( theo đơn vị volt), nhiệt độ trạng thái sạc ắc quy Dòng thứ ba tải, thơng số dịng bao gồm dịng tiêu thụ tải, cơng suất tải trạng thái tải có sử dụng hay khơng Dịng cuối cơng suất mạch sạc Để tìm đáp cho câu hỏi hệ thống cải thiện phần trăm hiệu suất so với hệ thống dụng pin cố định, nhóm thiết kế thống kê lại điện áp tạo từ pin có điều hướng không điều hướng Bằng cách quan sát thông số hình LCD lại mốc thời gian ngày ta tiến hành so sánh hiệu hệ thống so với hệ thống không sử dụng điều hướng Kết bảng 4.1 Bảng 4.1: So sánh điện áp tạo sử dụng hệ thống có khơng có điều hướng Thời gian 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 Hệ thống có điều hướng (đơn vị Volt) 7.1 12.9 14.6 18.1 17.4 Hệ thống không điều hướng (đơn vị volt) 7.0 12 14.3 16.6 14.3 47 16:00 15.5 13 18:00 6.6 4.3 Từ kết trên, ta thấy chênh lệch hai hệ thống chưa thể xác hồn tồn cường độ sáng đo được từ hai ngày khác Ta lấy mốc 14 để so sánh hai hệ thống kết cho thấy hiệu suất hệ thống có điều hướng cải thiện 20% ( cụ thể 21.67%) so với hệ thống cố định 4.2 Nhận xét đánh giá 4.2.1 Đánh giá Hệ thống gửi cảnh báo hiệu suất pin giảm, tính độc đáo mà có hệ thống điện mặt trời có Hệ thống hoạt động thời gian dài giữ pin nhận ánh sáng (trừ ban đêm ngày mưa) 4.2.2 Nhận xét Trong suốt trình nghiên cứu lý thuyết thi cơng, nhóm em có số nhận xét sau: Ưu điểm: - Thuật tốn điều hướng ghép với chương trình khác không xảy xung đột, động hỗ trợ quay pin theo hướng nhận nhiều ánh sáng - Độ nhạy tính xác hệ thống tốt Dù vậy, hệ thống có vài nhược điểm như: - Hệ thống dừng lại mức mơ hình, cần phát triển thêm động mơ hình để áp dụng vào thực tế 48 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Sau khoảng thời gian lên ý tưởng, nghiên cứu thi công hệ thống điều khiển giám sát pin lượng mặt trời hệ thống kết hợp toán học – điện tử - tin học để tạo sản phẩm điện Ngoài việc đáp ứng việc xoay pin theo hướng có nhiều ánh sáng hệ thống cịn đáp ứng việc giám sát thơng số như: dịng điện, điện áp pin lượng mặt trời tải, dung lượng ắc quy 5.2 Định hướng phát triển Có thể tích hợp thêm cảm biến, theo dõi khơng dừng lại LCD mà cịn điện thoại Hỗ trợ người dùng quan sát thơng số từ xa đâu Đi sâu vào việc đánh giá hiệu suất, công suất thực tế mà hệ thống đem lại Xây dựng hệ thống với pin lớn hơn, số lượng nhiều hơn, lưu điện cao cấp Thêm chế độ tiết kiệm điện năng, giảm công suất tiêu thụ cho hệ thống 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [2] [7] [8] TS Ngô Văn Tuấn, “Tiềm điện mặt trời Việt Nam”, Báo Điện tử Chính phủ, Chuyên mục Khoa học Công nghệ, 23/08/2019 Thúy Vy, “Công nghệ Sạc Acquy Giai Đoạn Cập Nhật Mới Nhất 2021”, https://dakiatech.com, 2020 Trương Mạnh An, “Hướng dẫn cách sạc bình ắc quy bảo dưỡng ắc quy”, https://dienchuan.vn, 2017 Tiếng Anh [1] L Szabó, "The history of using solar energy," 2017 International Conference on Modern Power Systems (MPS), 2017, pp 1-8, doi: 10.1109/MPS.2017.7974451 [3] N M Maricar et al., "Photovoltaic solar energy technology overview for Malaysia scenario," Proceedings National Power Engineering Conference, 2003 PECon 2003., 2003, pp 300-305, doi: 10.1109/PECON.2003.1437462 [4] C.B.Honsberg and S.G.Bowden, “Photovoltaics Education Website,” www.pveducation.org, 2019 [5] I A Adejumobi, S.G Oyagbinrin, F G Akinboro & M.B Olajide, “Hybrid Solar and Wind Power: An Essential for Information Communication Technology Infrastructure and people in rural communities”, IJRRAS, Volume 9, Issue1, October 2011 [6] A Sawant, D Bondre, A Joshi, P Tambavekar and A Deshmukh, "Design and Analysis of Automated Dual Axis Solar Tracker Based on Light Sensors," 2018 2nd International Conference on I-SMAC (IoT in Social, Mobile, Analytics and Cloud) (I-SMAC)I-SMAC (IoT in Social, Mobile, Analytics and Cloud) (ISMAC), 2018 2nd International Conference on, 2018, pp 454-459, doi: 10.1109/I-SMAC.2018.8653779 [9] I Antonov, H Kanchev and N Hinov, "Study of PWM Solar Charge Controller Operation Modes in Autonomous DC System," 2019 II International Conference on High Technology for Sustainable Development (HiTech), 2019, pp 1-4, doi: 10.1109/HiTech48507.2019.9128280 [10] Debasish Dutta, “Arduino Solar Charge Controller ( V 2.02)”, www.opengreenenergy.com, 30/03/2020 [11] Anup Marahatta, “CHANGING THE ARDUINO(ATMEGA328) PWM FREQUENCY”, https://anupmarahatta.blogspot.com, 2019 50 [12] Alsan Parajuli, “Dual Axis Solar Tracker Arduino Project Using LDR & Servo Motors”, https://theiotprojects.com, 2020 Đường link tham khảo [13] Datasheet pin lượng mặt trời mono 12V 20W https://www.victronenergy.com/upload/documents/Datasheet-BlueSolarMonocrystalline-Panels-EN.pdf [14] Datasheet ATMEGA328P https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/Atmel-7810-AutomotiveMicrocontrollers-ATmega328P_Datasheet.pdf [15] Datasheet Arduino Uno R3 https://docs.arduino.cc/resources/datasheets/A000066-datasheet.pdf [16] Datasheet Arduino Nano https://www.arduino.cc/en/uploads/Main/ArduinoNanoManual23.pdf [17] Datasheet ACS712 https://datasheetspdf.com/pdf-file/570845/AllegroMicroSystems/ACS712/1 [18] Datasheet quang điện trở https://components101.com/resistors/ldr-datasheet [19] Datasheet DS18B20 https://pdf1.alldatasheet.com/datasheetpdf/view/58557/DALLAS/DS18B20.html [20] Datasheet động MG996R https://www.electronicoscaldas.com/datasheet/MG996R_Tower-Pro.pdf [19] Datasheet Module Sim800C https://datasheetspdf.com/pdf-file/938871/SIMCom/SIM800C/1 [20] Datasheet MP1584 https://www.monolithicpower.com/pub/media/document/MP1584_r1.0.pdf [21] Datasheet mạch hạ áp DC-DC 5A 4015 https://www.elecrow.com/download/XL4015_datasheet.pdf 51