Đồ án chuyên ngành i thiết kế chế tạo mạch điều hướng tấm pin mặt trời theo hướng sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH I THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH ĐIỀU HƯỚNG TẤM PIN MẶT TRỜI THEO HƯỚNG SÁNG Giáo viên hướng dẫn: NGUYỄN THỊ NHUNG Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VIẾT DIỆP NGUYỄN ĐÌNH CƯỜNG QUÁCH HỒNG HƯNG Lớp: 112202.2 Hưng yên 2022 LỜI NÓI ĐẦU Trong sống ngày nay, nguồn điện thứ cần thiết vô quan trọng Vì nguồn điện quan trọng thiết bị tạo điện ngày đa dạng nhiều Mà thiết bị muốn nguồn điện thường gây hại cho môi trường, đồng thường nguồn tài nguyên hóa thạch dần cạn kiệt nguồn lượng tái tạo trở thành ưu tiên hàng đầu Và nguồn năng lượng mặt trời là loại lượng tái tạo tuyệt vời      Một thiết bị lượng măt trời dùng ánh sáng mặt trời (quang năng) chuyển hóa thành điện mà giới sử dụng khuyến khích người sử dụng pin lượng mặt trời Tuy nhiên, pin mặt trời ta cố định chúng vị trí cố định hiệu suất chúng thấp Vậy để nâng cao hiệu suất , phải làm sao? Vận dụng kiến thức học khảo sát thực tế, nhóm chúng em định chọn đề tài: “THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH ĐIỀU HƯỚNG TẤM PIN MẶT TRỜI THEO HƯỚNG SÁNG” Dưới hướng dẫn bảo nhiệt tình Cơ Nguyễn Thị Nhung, nhóm em hồn thành báo cáo thời gian giao Tuy nhiên vấn đề thời gian, kiến thức hạn chế, chúng em khơng thể tránh khỏi thiếu sót Vì chúng em mong nhận nhiều ý kiến đánh giá, góp ý q thầy để phát triền hoàn thiện đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn ! MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU chương 1: PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Mục đích yêu cầu đề tài .5 1.2 Cấu tạo nguyên lý Pin mặt trời 1.2.1 Cấu tạo 1.2.2 Nguyên lý hoạt động Pin mặt trời 1.3 Biện pháp sử dụng hiệu lượng mặt trời 1.4 Hệ thống điều hướng Pin mặt trời Việc sử dụng Pin mặt trời gắn mái nhà nhà nhằm thu lấy lượng mặt trời để sử dụng diễn phổ biến số nước giới : 12 1.4.1 Các hệ thống điều hướng 13 1.4.2 Hệ thống điều hướng xoay theo trục .14 1.2.3 Hệ thống điều khiển quay theo trục .14 chương 2: Tổng quan Linh kiện 16 2.1 Arduino UNO R3 16 2.1.1 Các chân lượng 17 2.1.2 Bộ nhớ 18 2.1.3 Các cổng vào/ra 19 2.1.4 Lập trình cho Arduino 20 2.2 PIN mặt trời (Pin lượng mặt trời 100Wp 18V) 20 2.3 Module LM2596 21 2.4 Động servo .22 2.5 Quang trở 5mm 23 chương 3: Thiết kế thi công 24 3.1 Thiết kế phần cứng 24 3.2 Lưu đồ thuật toán 25 3.3 Sơ đồ nguyên lý 26 3.3.1 Nguyên lý hoạt động 29 3.3.2 Chương trình điều khiển Arduino .30 3.3.3 Sơ đồ kết nối mạch in 32 Kết luận kiến nghị 34  Kết đạt 34  Mặt hạn chế hướng khắc phục 34  Kiến nghị .34 TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 Ts Phạm Ngọc Thắng, Ths Nguyễn Thành Long, Giáo trình Linh kiện mạch điện tử bản, Nhà xuất NXB Giáo Dục Việt Nam 36 Tác giả TS Vũ Hồng Sơn, Sách - Giáo Trình Lập Trình C Ứng Dụng, Nhà xuất NXB Giáo Dục Việt Nam, Ngày xuất 11-201 .36 CHƯƠNG 1: PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Mục đích yêu cầu đề tài  Mục đích: Tự động điều chỉnh thiết bị thu lượng Mặt Trời quay theo hướng Mặt Trời gồm hai mục đích: - Làm cho thiết thiết bị thu lượng Mặt Trời hướng phía Mặt Trời, phát huy tối đa khả thu nhận lượng - Lấy số liệu so sánh hiệu suất với trường hợp đặt thiết bị cần cố định hướng  Yêu cầu cảu đề tài: - Tìm hiểu thiết bị thu nhận lượng Mặt Trời - Thiết kế mạch điều khiển, mạch công suất, mạch điều khiển động servo - Viết chương trình điều khiển cho vi xử lí Arduino UNO R3 - Khảo nghiệm, lấy số liệu so sánh hiệu suất hai trường hợp pin đặt cố định sử dụng thiết bị tự động định hướng - Đánh giá hoạt động mơ hình 1.2 Cấu tạo ngun lý Pin mặt trời Năng lượng mặt trời nguồn lượng mà người biết sử dụng từ sớm, ứng dụng lượng mặt trời vào công nghệ sản xuất quy mơ rộng thực vào cuối kỷ 18 chủ yếu nước nhiều lượng mặt trời, vùng sa mạc Từ sau khủng hoảng lượng giới năm 1968 1973, lượng mặt trời đặc biệt quan tâm Các nước công nghiệp phát triển tiên phong việc nghiên cứu ứng dụng lượng mặt trời Các ứng dụng lượng mặt trời phổ biến bao gồm lĩnh vực chủ yếu sau: Pin mặt trời, Pin mặt trời phương pháp sản xuất điện trực tiếp từ lượng mặt trời qua thiết bị biến đổi quang điện Pin mặt trời có ưu điểm gọn nhẹ lắp đâu có ánh sáng mặt trời, đặc biệt lĩnh vực tàu vũ trụ ứng dụng lượng mặt trời dạng phát triển với tốc độ nhanh, nước phát triển Ngày người ứng dụng pin lượng mặt trời để chạy xe thay dần nguồn lượng truyền thống Tuy nhiên giá thành thiết bị pin mặt trời cao, trung bình khoảng 5USD/WP, nên nước phát triển pin mặt trời có khả cung cấp lượng điện sử dụng cho vùng sâu, xa nơi mà đường điện quốc gia chưa có Việt Nam, với hỗ trợ số tổ chức quốc tế thực thành công việc xây dựng trạm pin mặt trời có cơng suất khác phục vụ nhu cầu sinh hoạt văn hoá địa phương vùng sâu, vùng xa, đồng sông Cửu Long Tây Nguyên Tuy nhiên pin mặt trời cịn hàng xa xỉ nước nghèo 1.2.1 Cấu tạo Pin mặt trời( Pin quang điện) là thiết bị bán dẫn silic tinh khiết chứa lượng lớn diod p-n, thiết bị biến đổi trực tiếp lượng mặt trời thành điện Hình 1: Cấu tạo PIN mặt trời  Bộ điều khiển sạc: Là thiết bị thực chức điều tiết sạc cho ắc quy, bảo vệ cho ắc quy chống nạp tải xả sâu nhắm nâng cao tuổi thọ cho bình ắc quy giúp hệ thống pin mặt trời sử dụng hiệu lâu dài Bộ điều khiển cho biết tình trạng nạp điện pin mặt trời vào ắc quy giúp cho người sử dụng kiểm soát phụ tải Bộ điều khiển thực việc bảo vệ nạp điện (>13,8 V) điện thấp ( dvert || dvert > tol) { if (avt > avd) { servov = ++servov; delay(100); if (servov > servovLimitHigh) { servov = servovLimitHigh; } 30 } else if (avt < avd) { servov= servov; delay(100); if (servov < servovLimitLow) { servov = servovLimitLow; } } vertical.write(servov); } delay(dtime); } 3.3.3 Sơ đồ kết nối mạch in Hình 3.: Mơ linh kiện 31 Hình 4: Mạch in tồn mạch 32 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ  Kết đạt Sau khoảng thời gian nghiên cứu, giúp đỡ Thầy Đỗ Quang Huy, bọn em hồn thành mơ hình tề tài giao Về Lý thuyết, khái quát tiềm to lớn lượng mặt trời – cho vô tận, phương pháp khai thác sử dụng hiệu loại lượng Về khảo sát, tìm hiểu phương pháp thiết kế hệ thống điều hướng cho hệ thống giá đỡ pin, qua chọn lọc phương án tối ưu nhất, hoạt động bền bỉ nhất, dễ dàng lắp đặt điều khiển Về thực tế, mơ hình tự động điều hướng pin mặt trời hoạt động với cơng suất nhỏ Từ làm tiền đề chế tạo mơ hình lớn hơn, giúp làm giảm gánh nặng cho hệ thống lưới điện quốc gia Hệ thống tự động diều hướng pin mặt trời nhóm em thiết kế, thi cơng loại cỡ nhỏ, có ưu điểm kết cấu gọn nhẹ, dễ chế tạo, dễ thi công lắp đặt, giá thành đầu tư thấp, dải thu nhận ánh sáng tốt không địa điểm cố định mà nhiều địa điểm khác  Mặt hạn chế hướng khắc phục Hạn chế: Với khoảng thời gian ngắn kiến thức chun ngành cịn có hạn chế nên chắn mơ hình tự động điều hướng pin mặt trời khó tránh khỏi sai sót, tồn nhược điểm sau: Hoạt động chưa ổn định với nguồn sáng q mạnh từ nhiều phía Chưa có khả chống nước Khả chịu nhiệt độ cao thấp nên dễ gây tình trạng hỏng linh kiện, cần có biện pháp bảo vệ Hướng khắc phục: Cải tiến hệ thống cảm biến để hoạt động điều kiện có nhiều nguồn sáng nhiều phía Dung keo epoxy lên tồn bề mặt hệ thống để đảm bảo chống nước Cơ cấu chuyển động phải bơi trơn định kì  Kiến nghị 33 Từ ưu điểm mà hệ thống tự động điều hướng mang lại cách khắc phục nhược điểm nó, ta phát triển đề tài lên tầm cao mới: - Thiết kế hệ thống lớn hơn, đủ để đáp ứng cho hộ gia đình tách biệt với hệ thống điện quốc gia mà đảm bảo ổn định mà giá thành không cao - Sử dụng thêm thời gian thực để hỗ trợ cho hệ thống cảm biến - Sử dụng thêm module kiểm soát cơng suất có khả kết nối vạn vật IOT ( Internet Of things) để giúp người kiểm sốt tình trạng hoạt động khơng có nhà 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO Ts Phạm Ngọc Thắng, Ths Nguyễn Thành Long, Giáo trình Linh kiện mạch điện tử bản, Nhà xuất NXB Giáo Dục Việt Nam Tác giả TS Vũ Hồng Sơn, Sách - Giáo Trình Lập Trình C Ứng Dụng, Nhà xuất NXB Giáo Dục Việt Nam, Ngày xuất 11-201 Arduino.vn (n.d.) LM2596 Retrieved from https://bit.ly/2VWUQ9P Arduino Lập trình (n.d.) Đam mê điện tử Retrieved from https://bit.ly/2DFZ8eK Hội Liên Hiệp (n.d.) Điều Hướng PIN MT Retrieved from https://bit.ly/2XBNRU4 Phạm Quang Huy (12-2017) Lập Trình Iot Với Arduino Nhà Xuất Bản Thanh Niên Pin Mặt Trời (n.d.) Wikipedia Retrieved from https://vi.wikipedia.org Arduino UNO (n.d.) Cộng đồng Arduino Việt Retrieved from https://bit.ly/2OTmEJl Mạch Arduino UNO (n.d.) Gia Dung Nha Viet Retrieved from https://bit.ly/2ZsqTAu PIN Mặt Trời (n.d.) Năng Lượng Việt Retrieved from https://bit.ly/2PrG4p9 35