Thiết kế hệ thống điều khiển bám cho module pin năng lượng mặt trời

LỜI CẢM ƠN Qua thời gian nghiên cứu thưc hiện, đến đồ án tốt nghiệp với đề tài: “THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BÁM CHO MODULE PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI” giảng viên -Thạc sĩ Đoàn Văn Điện hướng dẫn hoàn thiện Trong suốt thời gian nghiên cứu theo đuổi đề tài, chúng em gặp 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 - Thạc sĩ Đoàn Văn Điện tin tưởng giao đồ án, đạo hướng dẫn tận tình suốt trình thực đề tài Chúng em xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới giảng viên Nguyễn Thành Long, Nguyễn Ngọc Minh tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em làm việc phịng thí nghiệm đo lường điều khiển góp phần quan trọng để hoàn thiện đề tài Chúng em xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô giáo khoa Điện-Điện tử, anh chị lớp ĐK1, bạn sinh viên lớp ĐK2 động viên, góp ý, tạo điều kiện thuận lợi giúp cho chúng em hoàn thành đề tài tiến độ giao Đây đề tài Việt Nam lực nhóm cịn hạn chế nên việc tìm thêm nhiều tài liệu làm giàu cho đồ án cịn thiếu sót Chúng em mong nhận nhiều ý kiến phê bình thầy cô giáo, chia sẻ tài liệu bạn sinh viên để chúng em hồn thiện kiến thức Chúng em xin chân thành cảm ơn MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC .2 MỞ ĐẦU PHẦN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1.1 Cấu trúc nguồn lượng Mặt Trời .8 1.1.1 Cấu trúc Mặt Trời 1.1.2 Năng lượng Mặt Trời 10 1.1.3 Phổ xạ Mặt Trời .11 1.2 Bức xạ lượng Mặt Trời đo lường xạ lượng Mặt Trời 14 1.2.1 Phổ xạ lượng Mặt Trời 14 1.2.2 Đo lường xạ lượng Mặt Trời 15 PHẦN PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ HỆ THỐNG NGUỒN PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 16 2.1 Mở đầu 16 2.2 Cơ sở pin lượng Mặt Trời 17 2.3 Pin Năng lượng Mặt Trời - Cấu tạo nguyên lý hoạt động 20 2.3.1 Cấu tạo 20 2.3.2 Nguyên lý hoạt động 21 2.3.3 Sơ đồ tương đương đặc trưng quang điện 22 2.4 Hệ thống nguồn pin lượng Mặt Trời 23 PHẦN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BÁM CHO MODUL PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 26 3.1 Đặt vấn đề 26 3.2 Ý tưởng thiết kế thiết bị có .27 3.2.1 Ý tưởng thiết kế 27 3.2.2 Thiết bị có .28 3.3 Mạch điều khiển, nguyên tắc hoạt động 30 3.3.1 Giới thiệu vi chíp LM339 .30 3.3.2 Thiết kế mạch điều khiển .33 3.4 Thiết kế mạch cấp nguồn hệ thống hoạt động 36 3.5 Bộ tích trữ lượng(Ắc quy) 38 3.5.1 Q trình hố học ắc quy Chì/ Acid 39 3.5.2 Các cố thường gặp ắcquy cách khắc phục .39 3.5.3 Bộ điều khiển nạp cho ắc quy 41 3.6 Bộ nghịch lưu điện áp 43 3.6.1 Tính tốn thiết kế mạch lực .44 3.6.2Tính tốn thiết kế mạch điều khiển 46 PHẦN TÌM HIỂU PHÀN MỀM LABVIEW, CARD PCI-1710, ỨNG DỤNG CÔNG CỤ ĐO LƯỜNG ẢO - LABVIEW ĐO BỨC XẠ MẶT TRỜI, ĐO SỨC GIÓ, ĐO ĐỘ ẨM… 50 4.1 Tổng quan hệ thống đo lường ảo Labview 50 4.2 Các thành phần Labview ứng dụng 52 4.2.1 Bảng giao diện (The Front Panel) 52 4.2.2 Sơ đồ khối (The Block Diagram) 54 4.2.3 Biểu tượng ô vuông đầu nối 56 4.3 Những cơng cụ lập trình LabVIEW 56 4.3.1 Tools Palette 56 4.3.2 Bảng điều khiển (Controls Palette) 58 4.3.3 Bảng hàm chức (Function palette) .60 4.4 Giới thiệu Labview 8.5 68 4.4.1 Nền tảng kiểm tra đo lường tự động 68 4.4.2 LabVIEW 8.5 .70 4.5 Giới thiệu Card PCI-1710 71 4.5.1 Khái quát chung 71 4.5.2 Bảng mơ tả tín hiệu kết nối vào / : 73 4.6 Sử dụng phần mềm Labview phiên 8.5 đo xạ lượng Mặt Trời tác động lên hệ thống 77 4.6.1 Front Panel – Giao diện 77 4.6.2 Block Diagram – Sơ đồ khối 78 6.6 Đo sức gió 81 6.6.1 Năng lượng gió .81 6.6.2 Thiết kế máy đo sức gió .82 6.7 Đo độ ẩm khơng khí() 83 PHẦN KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ .83 5.1 Kết luận .83 5.2 Kiến nghị .84 TÀI LIỆU THAM KHẢO .85 MỞ ĐẦU Nhân loại sống kỷ thứ 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 Bên cạnh phát triển mạnh mẽ nhân loại phải đối mặt với nhiều nguy phát triển mang lại hiệu ứng nhà kính, nhiễm mơi trường, thiên tai, địch hoạ Theo ước tính Liên Hợp Quốc vòng trăm năm qua nhân loại sử dụng khoảng 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 địi hỏi quốc gia phải có biện pháp tích cực để sử dụng lượng hợp lý nhất? 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 vô thiết dồi dào, sẵn có đặc biệt khơng gây ô nhiễm môi trường nguồn lượng Đối với lượng Mặt Trời nói riêng nhân loại nghiên cứu ứng dụng từ năm 40 kỷ trước để chế tạo Pin Mặt Trời cung cấp lượng cho vệ tinh nhân tạo Tuy nhiên phải đến năm 70, sau khủng hoảng dầu lửa giới việc nghiên cứu, phát triển ứng dụng Pin lượng Mặt Trời quan tâm thực phát triển mạnh mẽ từ đến Ở nước phát triển Đức, Mỹ, Nhật Bản việc sử dụng lượng Mặt Trời thay cho nguồn lượng khác trở nên phổ biến nhận nhiều ủng hộ Còn với nước nghèo phát triển việc nghiên cứu, sử dụng nguồn lượng đạt kết ban đầu, chi phí ban đầu “HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MỚI” lớn để thay đổi thói quen sinh hoạt người dân cịn phụ thuộc vào nhiều yếu tố Riêng Việt Nam, hoạt động nghiên cứu, ứng dụng sử dụng nguồn lượng lượng tái tạo nói chung lượng Mặt Trời nói riêng năm gần triển khai mạnh mẽ Tuy nhiên chưa sâu rộng dừng quy mô dự án giành cho người nghèo phủ tổ chức nước ngồi tài trợ, đại đa số người dân khơng muốn sử dụng nguồn lượng chưa nhận thức ích lợi giá thành chi phí ban đầu cao thu nhập bình quân người dân lại mức thấp? Vì việc nghiên cứu, triển khai cho sinh viên tiếp cận hệ thống ứng dụng nguồn lượng việc cần sớm thực Mục đích nghiên cứu đồ án: Đồ án hoàn thành nhằm thoả mãn ba mục đích chính: Một thiết kế thành cơng hệ thống điều khiển bám cho Module pin lượng Mặt Trời Hai thiết kế thành công hệ thống đo lường xạ lượng Mặt Trời, sức gió, độ ẩm sử dụng công cụ đo lường ảo Labview Ba tìm hiểu hệ thống nguồn lượng Mặt Trời, ích lợi mà hệ thống mang lại Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Đối tượng đề tài phong phú có nhiều mảng: Hệ thống nguồn lượng điện Mặt Trời( Bao gồm lượng xạ Mặt Trời, Pin Mặt Trời, Bộ tích trữ lượng, biến đổi điện áp ) hai hệ thống điều khiển bám cho pin Mặt Trời, ba phần mềm Labview card PCI-1710 để thơng qua thiết kế hệ thống đo thông lượng xạ lượng Mặt Trời, đo sức gió Ý nghĩa thực tế đồ án: “Hệ thống điều khiển bám cho module pin lượng Mặt Trời ” hệ thống có khả tự động điều chỉnh tạo chuyển động tương đối Pin Mặt Trời so với Mặt Trời, từ cho điện áp đầu pin thời điểm ngày tương đương nhau, nghĩa hiệu suất tạo điện áp hệ thống pin cao Bên cạnh việc thiết kế đo đạc thành cơng lượng xạ Mặt Trời tác động lên hệ thống, đo độ ẩm, đo sức gió cơng cụ hữu hiệu để khảo sát thực địa lắp đặt hệ thống pin lượng Mặt Trời lấy kết để dự báo thời tiết Nội dung đồ án: Để thoả mãn mục tiêu nêu trên, đồ án trình bày phần Phần 1: Năng lượng Mặt Trời Phần 2: Pin lượng Mặt Trời hệ thống nguồn pin lượng Mặt Trời Phần 3: Thiết kế hệ thống điều khiển bám cho modul pin lượng Mặt Trời Phần 4: Tìm hiểu Labview, card PCI-1710, ứng dụng cơng cụ đo lường ảo labview đo xạ lượng Mặt Trời, đo sức gió, đo độ ẩm Phần 5: Kết luận – Khuyến nghị PHẦN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1.1 Cấu trúc nguồn lượng Mặt Trời Năng lượng Mặt Trời 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… Năng lượng mặt trời nói vơ tận Tuy nhiên để khai thác, sử dụng nguồn lượng cần phải biết đặc trưng tính chất nó, đặc biệt tới bề mặt Trái Đất 1.1.1 Cấu trúc Mặt Trời Có thể xem mặt trời cầu khí cách đất 1,495.10 km Từ Trái Đất nhìn mặt trời góc mở 31’59 từ tính bán kính Mặt Trời R=1,4.106km, tức 109 lần đường kính Trái Đất thể tích Mặt Trời lớn thể tích Trái Đất khoảng 130.104 lần Từ định luật Vạn Vật Hấp Dẫn người ta tính khối lượng mặt trời 1,989.1027 tấn, lớn khối lượng Trái Đất 33.1014 lần Mật độ trung bình mặt trời 1,4 g/cm 3, lớn khối lượng riêng nước khoảng 50% Tuy nhiên mật độ lớp vỏ khác Mặt Trời khác nhau, phần lõi bị nén với áp suất cao nên mật độ lên đến 160g/cm3 xa phía ngồi mật độ giảm giảm nhanh Một cách khái qt chia mặt trời thành hai phần phần phía phần khí bên ngồi: + Phần khí bên ngồi lại chia thành ba miền khác Quang cầu, Sắc cầu Nhật miện + Phần bên chia thành ba lớp tầng đối lưu, tầng trung gian lõi Mặt Trời Từ mặt đất nhìn lên, ta có cảm giác Mặt Trời cầu lửa ổn định Thực khối khí khổng lồ, bên ln ln có vận động mạnh mẽ khơng ngừng, phản ứng nhiệt hạch vơ lớn, ẩn đám đen, biến đổi quầng sáng bùng phát dội khu vực xung quanh đám đen chứng vận động không ngừng lịng Mặt Trời Ngồi ra, kính thiên văn quan sát cấu trúc hạt, vật thể hình kim, tượng khói, phát xung sáng ln thay đổi dội Về mặt vật chất Mặt Trời chứa đến 78,4% khí hydro(H 2), Heli(He) chiếm 19,8%, nguyên tố khác chiếm 1,8 % Năng lượng mặt trời xạ khổng lồ, dây phát 3,865.1026J tương đương với lượng đốt cháy hết 1,32.1016 than đá tiêu chuẩn Tuy bề mặt Trái Đất nhận lượng nhỏ khoảng 17,57.10 16J tương đương 6.106 than đá 1.1.2 Năng lượng Mặt Trời Năng lượng Mặt Trời sử dụng Trái Đất nhiều dạng khác hình thức khác Thực tế nay, sử dụng lượng Mặt Trời để cấp nhiệt điện: + Năng lượng mặt trời dạng nhiệt: Sinh nhiệt, giữ nhiệt + Năng lượng mặt trời dạng điện: Tạo Điện Năng lượng Mặt Trời xác định sản phẩm phản ứng nhiệt hạt nhân Theo thuyết tương đối Einstein qua phản ứng nhiệt hạch, khối lượng chuyển thành lượng Nhiệt độ mặt Mặt Trời khoảng 6000K(độ Kenvin), cịn bên nhiệt độ lên đến hàng triệu độ áp suất bên Mặt Trời lớn 340.108 MPa Do nhiệt độ áp suất bên Mặt Trời cao nên vật chất nhanh chóng bị ion hố chuyển động với lượng lớn, chúng va chạm vào gây hàng loạt phản ứng hạt nhân Người ta xác định nguồn lượng Mặt Trời chủ yếu hai loại phản ứng hạt nhân gây ra; phản ứng tuần hồn hạt nhân Cacbon Nitơ(C-N) phản ứng hạt nhân proton-proton Mặt trời Nguồn lượng vô tận mà thiên nhiên ban tặng cho người, hữu khắp nơi Trái Đất người bạn thân thiết môi trường Vượt tất dạng lượng khác, lượng mặt trời chọn nguồn lượng tốt cho tương lai 10