Hệ thống năng lượng mặt trời cung cấp điện cho máy bơm nước nông nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CUNG CẤP ĐIỆN CHO MÁY BƠM NƯỚC NÔNG NGHIỆP Ngành: Kỹ thuật điện, điện tử Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN HÙNG Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Phạm Lê Thế Anh 1711020084 17DDCA1 Nguyễn Minh Hiếu 1711020125 17DDCA1 Dương Cao Thế 1711020200 17DDCA1 Tp.HCM, ngày … tháng … năm 2021 VIỆN KỸ THUẬT HUTECH PHIẾU ĐĂNG KÝ ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN/KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Hệ: ………………………… (CQ, LT, B2, VLVH) Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên đăng ký đề tài (sĩ số nhóm…3…): (1) Phạm Lê Thế Anh MSSV: 1711020084…………… Lớp: 17DDCA1 Điện thoại: 0935553366………… Email: phamletheanhpy@gmail.com (2) Nguyễn Minh Hiếu MSSV: 1711020125…………… Lớp: 17DDCA1 Điện thoại: 0828498260………… Email: nguyenminhhieu991999@gmail.com (3) Dương Cao Thế MSSV: 1711020200…………… Lớp: 17DDCA1 Điện thoại: 0967376790………… Email: duongcaothe135@gmail.com Ngành : Kỹ thuật điện tử Chuyên ngành : Kỹ thuật điện – Điện tử Tên đề tài đăng ký: Hệ thống Năng lượng mặt trời cung cấp điện cho máy bơm nước nông nghiệp Sinh viên hiểu rõ yêu cầu đề tài cam kết thực đề tài theo tiến độ hoàn thành thời hạn TP HCM, ngày 12 tháng 04 năm 2021 Giảng viên hướng dẫn Sinh viên đăng ký (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) Viện Kỹ thuật Hutech PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Mỗi sinh viên phiếu, GVHD ghi rõ tên đề tài nhiệm vụ sinh viên GVHD chuyển cho SV để nộp VP Viện.) Sinh viên thực đề tài Họ tên : PHẠM LÊ THẾ ANH… MSSV: 1711020084…Lớp: 17DDCA1 Điện thoại : 0935553366 Email: phamletheanhpy@gmail.com Ngành : Kỹ thuật điện, điện tử Tên đề tài: Hệ thống Năng lượng mặt trời cung cấp điện cho máy bơm nước nông nghiệp Nhiệm vụ thực đề tài: + Tìm hiểu tổng quan Pin NLMT + Tìm hiểu hệ thống điều hướng Pin NLMT + Tìm hiểu phần mềm Arduino + Viết báo cáo TP HCM, ngày 12 tháng 05 năm 2021 Sinh viên thực Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) Phạm Lê Thế Anh Viện Kỹ thuật Hutech PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Mỗi sinh viên phiếu, GVHD ghi rõ tên đề tài nhiệm vụ sinh viên GVHD chuyển cho SV để nộp VP Viện.) Sinh viên thực đề tài Họ tên : NGUYỄN MINH HIẾU MSSV: 1711020125.Lớp: 17DDCA1 Điện thoại : 0828498260…Email: nguyenminhhieu991999@gmail.com Ngành : Kỹ thuật điện, điện tử Tên đề tài: Hệ thống Năng lượng mặt trời cung cấp điện cho máy bơm nước nông nghiệp Nhiệm vụ thực đề tài: + Tính tốn lựa chọn chọn thiết bị + Thiết kế sơ đồ nguyên lý + Thiết kế sơ đồ hệ thống + Viết báo cáo TP HCM, ngày 12 tháng 05 năm 2021 Sinh viên thực Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) Viện Kỹ thuật Hutech PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Mỗi sinh viên phiếu, GVHD ghi rõ tên đề tài nhiệm vụ sinh viên GVHD chuyển cho SV để nộp VP Viện.) Sinh viên thực đề tài Họ tên : DƯƠNG CAO THẾ MSSV: 1711020200 Lớp: 17DDCA1 Điện thoại : 0967376790…….Email: duongcaothe135@gmail.com Ngành : Kỹ thuật điện, điện tử Tên đề tài: Hệ thống Năng lượng mặt trời cung cấp điện cho máy bơm nước nông nghiệp Nhiệm vụ thực đề tài: Thực mô Autocad, Lắp ráp mơ hình, Thực nghiệm mơ hình TP HCM, ngày 12 tháng 05 năm 2021 Sinh viên thực Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu, đồ án tốt nghiệp em bạn nhóm nghiên cứu hướng dẫn khoa học PGS TS NGUYỄN HÙNG, giảng viên Viện kỹ thuật Trường Đại học Công nghệ TP.HCM PGS TSKH Ngô Đăng Lưu, Giám đốc Công Ty Anh Minh Global Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chưa công bố hình thức trước Những số liệu bảng, hình ảnh phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá tác giả thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần danh mục tài liệu tham khảo Ngoài ra, đồ án tốt nghiệp sử dụng số nhận xét, đánh số liệu tác giả khác, quan tổ chức khác có trích dẫn thích nguồn gốc Nếu phát có gian lận tơi xin hồn toàn chịu trách nhiệm nội dung đồ án tốt nghiệp Người hướng dẫn, Viện kỹ thuật Trường đại học Công nghệ TP.HCM không liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền gây q trình thực (nếu có) TPHCM, ngày tháng năm 2021 Phạm Thế Anh Nguyễn Minh Hiếu Dương Cao Thế LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, nhóm chúng em xin cảm ơn Quý thầy cô ngành Kỹ thuật Điện – Điện tử tận tình truyền đạt kiến thức giúp đỡ chúng em suốt trình học tập trường Đặc biệt, chúng em xin ghi nhớ nhiệt tình PGS.TS Nguyễn Hùng PGS.TSKH Ngô Đăng Lưu, người trực tiếp hướng dẫn giúp chúng em hoàn thành đề tài Sau cùng, chúng em xin cảm ơn người bạn đóng góp ý kiến hỗ trợ thơng tin để hồn thành đề tài MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Đối tượng nghiên cứu đề tài 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Nội dung nghiên cứu CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 2.1 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG BỨC XẠ MẶT TRỜI 2.2 PHÂN BỐ BỨC XẠ MẶT TRỜI TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM .9 2.2.1 Phân bố xạ mặt trời giới 2.2.2 Phân bố xạ mặt trời Việt Nam 10 2.3 MỘT SỐ NHÀ MÁY NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VIỆT NAM 12 CHƯƠNG 3: 18 PIN MẶT TRỜI VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU HƯỚNG PIN MẶT TRỜI 18 3.1 PIN MẶT TRỜI 18 3.1.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động thông số pin mặt trời 18 3.2 HỆ THỐNG ĐIỀU HƯỚNG PIN MẶT TRỜI .35 3.2.1 Nguyên tắc điều hướng 35 3.2.2 Các hệ thống điều hướng pin mặt trời 37 CHƯƠNG 4: 40 QUY TRÌNH THIẾT KẾ 40 4.1 TỔNG QUAN VỀ CÁC THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG MƠ HÌNH 40 4.2 CỞ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 41 4.3 HỆ THỐNG CƠ KHÍ TRỤC ĐỠ, TRỤC QUAY 44 4.3.1 Thiết kế ban đầu 44 4.3.2 Tiến hành thi công 46 4.3 TẤM PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 47 i 4.4 NGUỒN ĐIỆN ẮC QUY .48 4.5 ĐỘNG CƠ SERVO 49 4.6 QUANG TRỞ 54 4.7 VI XỬ LÝ ADUINO 60 4.8 MẠCH ĐIỀU KHIỂN 64 4.9 MẠCH CẢM BIẾN HƯỚNG ÁNH SÁNG 67 4.10 MẠCH NẠP 68 4.11 MẠCH GIẢM ÁP 70 4.12 NÚT NHẤN 71 4.13 MÀN HÌNH LCD .72 CHƯƠNG 73 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG DỰ ÁN BƠM NƯỚC TỪ PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 73 5.1 XÂY DỰNG DỰ ÁN BƠM NƯỚC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 73 5.1.1 Thiết kế dự án bơm nước sử dụng lượng mặt trời 73 5.1.1.1 u cầu mơ hình 75 5.1.1.2 Sơ đồ nguyên lý mạch tăng áp điều khiển 78 5.1.3 Nguồn lưu trữ lượng aquy 84 5.1.4 Sơ đồ điện hệ thống 87 5.2 TÍNH TỐN CÔNG SUẤT MÁY BƠM 87 5.3 TÍNH TỐN CHỌN CƠNG SUẤT PIN MẶT TRỜI 89 5.4 CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN 91 5.5 LƯU ĐỒ THUẬT TỐN CHƯƠNG TRÌNH .92 5.6: LẬP CHƯƠNG TRÌNH CHO VI XỬ LÝ ARDUINO NANO CH340 95 5.7 Thực nghiệm mơ hình, hướng phát triển 97 5.7.1 THỰC NGHIỆM VỚI ĐIỀU KIỆN BAN NGÀY .97 5.7.2 THỰC NGHIỆM VỚI ĐIỀU KIỆN BAN ĐÊM 100 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN 102 6.1 ĐỀ XUẤT HƯỚNG PHÁT TRIỂN 102 ii 6.2 Nhận xét 103 6.3 Kết luận 104 DANH MỤC TÀI LIỆU KHAM KHẢO PHỤ LỤC iii TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] http://globalsolaratlas.info [2] Báo cáo "Năng lượng tái tạo Việt Nam năm 2018" StoxPlus [3] Gilbert M Master ,“Renewable and efficent electric power systems”, 2002 [4] Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems, ISE with support of PSE Conferences & Consulting GmbH Freiburg, PHOTOVOLTAICS REPORT ,14 March 2019 [5] Bài báo National Electrical Code (NEC) Section 690.8 [6] Guide to design and installation of electricity according to IEC standards 2013 [7] Trần Cơng Binh, giáo trình mơn “Năng lượng tái tạo” [8] Nguyễn Hồng Kim Liên, giáo trình mơn “An tồn điện” [9] Hồ Phạm Huy Ánh, Kỹ thuật hệ thống lượng tái tạo, NXB Đại học Quốc Gia TP.HCM,2013 [10] https://www.evn.com.vn/userfile/User/phantrang/files/2017/4/QD11_2017TTg_Cochedienmattroi_signed.pdf - Quyết định khuyến khích lắp điện mặt trời mái nhà phủ [11] http://nangluongvietnam.vn/news/vn/nhan-dinh-phan-bien-kien-nghi/phan- bien-kien nghi/dia-to-cua-buc-xa-va-chinh-sach-gia-dien-mat-troi-o-viet-nam.html [12] https://www.ise.fraunhofer.de/content/dam/ise/de/documents/publications/ studies/Photovoltaics-Report.pdf [13] Báo cáo viện lượng tái tạo Việt Nam 2018 [14] Quy hoạch điện VII điều chỉnh [15] Bản vẽ thi công nhà xưởng Long An , công ty TNHH Anh Minh Global [16] Cẩm nang thiết kế, phịng thiết kế, cơng ty TNHH Anh Minh Global [17] https://www.lsp-international.com/lightning-and-surge-protection-for-rooftop photovoltaic-systems/ [18] LIGHTNING PROTECTION GUIDE 3rd updated Edition [19] https://files.sma.de/downloads/STP50-US-40-IA-en_es-11.pdf 106 [20] Rezvani, A., Gandomkar, M., Izadbakhsh, M., & Ahmadi, A (2015) Environmental/ economic scheduling of a micro-grid with renewable energy resources Journal of Cleaner Production, 87, 216-226 [21] T C Mallick, M Saifuddin, B Barua and K M Rahman (2014) “A design & implementation of a single axis solar tracker with diffuse reflector” IEEE 9th International Forum on Strategic Technology (IFOST) Cox’s Bazar, Bangladesh, October 21-23 [22] Polo, J., Bernardos, A., Navarro, A A., Fernandez-Peruchena, C M., Ramírez, L., Guisado, M V., & Martínez, S (2015) Solar resources and power potential mapping in Vietnam using satellite-derived and GIS-based information Energy Conversion and Management, 98, 348-358 [23] Lokhande, Mayank Kumar (2014) "Automatic solar tracking system" International Journal of Core Engineering and Management 1.7 (2014): 122-133 [24] Guiha Li, Runsheng Tanf, Hao Zhong (2011) “Optical Performance of Horizontal Single-Axis Tracked Solar Panels” Solar Energy Research Institute Yunnan Normal University, China [25] Rizk J and Chaiko Y (2008) “Solar Tracking System: More Efficient Use of Solar Panels” World Academy of Science, Engineering and Technology [26] Imam Abadi, Adi Soeprijanto, Ali Musyafa (2015) “Design of Single Axis Tracking System at Photovoltaic Panel Using Fuzzy Logic Controller” Department of Engineering Physics and Electrical Engineering, Sepuluh Nopember Institute of Technology, Surabaya [27] Ashwin R, JoshuaraI Immanuel K, Lalith Sharavn C, Ravi Prasad P.S, Varun A.K (2014) “Design and Fabrication of Single Axis Solar Tracking System” Journal of Mechanical and Production Engineering [28] Anusha, K., and S Chandra Mohan Reddy (2013) "Design and development of real time clock based efficient solar tracking system" International Journal of Engineering Research and Applications 3.1 (2013): 1219-1223 107 [29] Hussian S Akbar, Muayyad N Fathallah, Ozlim O Raoof (2017) “Efficient Single Axis Tracker Design for Photovoltaic System Applications” Physics Department, College of Science, Kirkuk University and Electronic Department, Kirkuk Technical College [30] Fathabadi, H (2016) Novel high accurate sensorless dual-axis solar tracking system controlled by maximum power point tracking unit of photovoltaic systems Applied Energy, 173, 448-459 [31] Wang, J M., & Lu, C L (2013) Design and implementation of a sun tracker with a dual-axis single motor for an optical sensor-based photovoltaic system Sensors, 13(3), 3157-3168 [32] Jovanovic, V M., Ayala, O., Seek, M., & Marsillac, S (2016, March) Single axis solar tracker actuator location analysis In SoutheastCon 2016 (pp 1-5) IEEE [33] Reca-Cardeña, J., & López-Luque, R (2018) Design Principles of Photovoltaic Irrigation Systems In Advances in Renewable [34] Solar Tracking Hardware and Software by Gerro J Prinsloo [35] Design and Implementation of a Sun Tracker with a Dual-Axis Single Motor “Jing-Min Wang and Chia-Liang Lu’’ [36] Sensors and Transducers Second Edition ’’D.Patranabis” [37] Atmel ATmega48A/PA/88A/PA/168A/PA/328/P-datasheet [38] Utilisation of Electrical Power Author, Er R K Rajput [6] Arduino Programming Book Author, Brian W Evans 108 PHỤ LỤC  Code Arduino cho Hệ thống điều hướng Code chi tiết lập trình cho Arduino: #include // Khai báo thư viện sử dụng cho LCD #include // Khai báo thư viện sử dụng cho dộng servo #define Servo1 // khai báo thiết bị, động servo - kết nối chân D2 #define Servo2 // khai báo thiết bị, động servo - kết nối chân D3 #define VR1 A1 // khai báo thiết bị, biến trở LDR1 - kết nối chân A1 #define VR2 A2 // khai báo thiết bị, biến trở LDR2 - kết nối chân A2 #define VR3 A3 // khai báo thiết bị, biến trở LDR3 - kết nối chân A3 #define VR4 A4 // khai báo thiết bị, biến trở LDR4 - kết nối chân A4 Servo myservo[2]; LiquidCrystal lcd(A0, 13, 12, 11, 10, 9); // khai báo thư viện hiển thị, kết nối LCD int btRight = 4; // int btRight = có ý nghĩa nút nhấn BOT kết nối chân D4 int btBot = 5; // int btBot = có ý nghĩa nút nhấn BOT kết nối chân D5 int btMid = 6; // nút nhấn btMid nút mode, thay đổi chế độ int btLeft = 7; // int btLeft = có ý nghĩa nút nhấn BOT kết nối chân D7 int btTop = 8; // int btTop = có ý nghĩa nút nhấn BOT kết nối chân D8 byte Mode = 1; int Goc1 = 30, Goc2 = 90; // khai báo Goc1, Goc2 góc ban đầu int A = 20, B = 20; // Khai báo số, trog A, B giá trị giới han unsigned long previousMillis = 0; const long interval = 2000; void SetLCD() // Khai báo hiển thị LCD { lcd.setCursor(12,0); // vị trí đặt trỏ hiển thị lên LCD lcd.print(Goc1); // xuất góc thứ lcd.setCursor(12,1); // vị trí đặt trỏ hiển thị lên LCD 109 lcd.print(Goc2); // xuất góc thứ } void WriteServo(byte ser, int gochientai, bool up) { if(up==1){ for(int i=1;itd)&&(Goc1>30)) { WriteServo(0,Goc1,0); } else if((td>A)&&(Goc2pt)&&(Goc2B)&&(Goc2>5)) { WriteServo(1,Goc2,0); } } 112 } else {if(digitalRead(btRight)==0) { delay(20); if((digitalRead(btRight)==0)&&(Goc25)) { WriteServo(1,Goc2,0); while(digitalRead(btLeft)==0); } } if(digitalRead(btUp)==0) { delay(20); if(digitalRead(btUp)==0)&&(Goc130)) { WriteServo(0,Goc1,0); while(digitalRead(btDown)==0); } } } 113 }// kết thúc chương trình Code bật tắt máy bơm nước - Tự bơm nước - Sử dụng module relay siêu âm //1 Mach Arduino Nano //1 Cam bien khoang cach (HC-SR04) //1 Man hinh lcd 16X2 (su dung i2c lcd) //1 Relay (5 V) #include #include #include #define BACKLIGHT_PIN 13 const int chipSelect = 4; #define trigPin // Chan triger cua cam bien gan vao pin so cua arduino #define echoPin // chan echo cua cam bien gan vao pin so cua arduino #define re1 // pin for relay //#define re2 #define lenght 16.0 // chieu dai 16 cot cua man hinh double percent = 100.0; unsigned char b; unsigned int peace; int i = 0; uint8_t bar0[8] = { 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0 }; uint8_t bar1[8] = { 114 0x10, 0x10, 0x10, 0x10, 0x10, 0x10, 0x10, 0x10 }; uint8_t bar2[8] = { 0x18, 0x18, 0x18, 0x18, 0x18, 0x18, 0x18, 0x18 }; uint8_t bar3[8] = { 0x1C, 0x1C, 0x1C, 0x1C, 0x1C, 0x1C, 0x1C, 0x1C }; uint8_t bar4[8] = { 0x1E, 0x1E, 0x1E, 0x1E, 0x1E, 0x1E, 0x1E, 0x1E }; uint8_t bar5[8] = { 0x1F, 0x1F, 0x1F, 0x1F, 0x1F, 0x1F, 0x1F, 0x1F }; LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); // thiet lap man hinh dia chi LCD 0x20 cho 16 ki tu va hien thi dong tren man hinh int secs = 0; int secs2 = 0; int mins = -1; int hrs = 0; boolean isAM = true; int milliDivSecs = 1000; int milliDivMins = 60000; int milliDivHrs = 360000; 115 unsigned long prevmillis = 0; int interval = 1000; void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(trigPin, OUTPUT); pinMode(echoPin, INPUT); pinMode(re1, OUTPUT); pinMode(13, OUTPUT); while(!Serial); Serial.println("Khoi tao hoan tat"); lcd.init(); // khoi tao man hinh LCD lcd.backlight(); lcd.createChar(0, bar0); lcd.createChar(1, bar1); lcd.createChar(2, bar2); lcd.createChar(3, bar3); lcd.createChar(4, bar4); lcd.createChar(5, bar5); } void loop() { { Serial.print(hrs); 116 Serial.print(" : "); Serial.print(mins); Serial.print(" : "); Serial.print(secs); Serial.print(" , "); } unsigned long currmillis = millis(); long duration, distance; digitalWrite(trigPin, LOW); delayMicroseconds(2); digitalWrite(trigPin, HIGH); delayMicroseconds(10); digitalWrite(trigPin, LOW); duration = pulseIn(echoPin, HIGH); distance = (duration / 2) / 29.1; // thiet lap muc nuoc su dung xuong 30 cm thi tu dong bat relay if (distance >= 30) { digitalWrite (re1, HIGH); digitalWrite (13 , HIGH); Serial.print(" ON "); lcd.setCursor(14, 0); lcd.print("ON"); } // thiet lap muc nuoc len den 10 cm thi tu dong tat relay if (distance < 10) { 117 digitalWrite (re1, LOW); digitalWrite (13, LOW); Serial.print(" OF "); lcd.setCursor(14, 0); lcd.print("OF"); } lcd.setCursor(0, 0); lcd.print(distance); Serial.print(distance); Serial.print(" CM , "); percent = ((30 - distance) / 30.) * 100.; Serial.print(percent); Serial.println(" %"); lcd.print(" CM-"); lcd.print(percent); lcd.print("%"); lcd.setCursor(0, 1); double a = lenght / 100.*percent; if (a >= 1) { for (int i = 1; i < a; i++) { lcd.write(5); b = i; } a = a - b; 118 } peace = a * 5; switch (peace) { case 0: break; case 1: lcd.write(0); break; case 2: lcd.write(1); break; case 3: lcd.write(2); break; case 4: lcd.write(3); break; case 5: lcd.write(4); break; case 6: lcd.write(5); break; } for (int i = 0; i < (lenght - b); i++) { lcd.print(" "); 119 } delay (1000); if(secs == 0) { mins = mins + 1; updateMin(); } secs = (millis() / milliDivSecs) % 60; } void updateMin() { if(mins > 59) { hrs = hrs + 1; updateHrs(); if(hrs == 11 && mins > 59) { } mins = 0; } } void updateHrs() { if(hrs > 12) { hrs = 1; } } 120