Phạm Minh Mận, nhóm em quyết định thực hiện đề tài “Mô phỏng và thực nghiệm mô hình máy phát điện sử dụng năng lượng mặt trời ” với mong muốn khi đề tài được ứng dụng trong thực tế sẽ tạ
Trang 1ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
Mã sinh viên: 1711504210202 1711504210252 Lớp: 17OTO2
Trang 2TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
Mã sinh viên: 1711504210202 1711504210252 Lớp: 17OTO2
Đà Nẵng, tháng 6 /2021
Trang 5Tên đề tài: Mô phỏng và thực nghiệm mô hình máy phát điện sử dụng năng lượng mặttrời
Sinh viên thực hiện: Hà Phan Tuấn Anh , MSV: 1711504210202
Phạm Đức Anh Tuấn, MSV: 1711504210252Lớp: 17OTO2
Ngày nay, khi nguồn nguyên liệu hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt, con ngườibắt đầu tìm kiếm các nguồn năng lượng mới xanh và sạch hơn, không gây ô nhiễmmôi trường Nổi lên như là câu trả lời hay nhất cho vấn đề này, năng lượng mặt trờiđang là xu hướng sử dụng năng lượng hiện nay cùng với năng lượng gió Để sử dụngnguồn năng lượng này, chúng ta cần một dụng cụ để thu, lưu trữ, và cấp năng lượngcho phụ tải Từ đó là nền tảng để xác định rõ việc đầu tư sản xuất của các doanhnghiệp Đó là lí do nhóm em thực hiện đề tài: “ Mô phỏng và thực nghiệm mô hìnhmáy phát điện sử dụng năng lượng mặt trời”
Từ khi nhận đề tài đến khi bắt tay vào thực hiện đồ án, nhóm em đã tìm hiểu vàxác định được quá trình hoàn thành đồ án một cách tốt nhất Từ việc chuẩn bị vật liệu ,thiết bị cho mô hình của đồ án như tấm pin năng lượng mặt trời, bộ sạc năng lượngmặt trời, inverter, thép, dây điện,… cho tới việc xác định đề cương, nhiệm vụ, báo cáothuyết minh đồ án Sử dụng các thiết bị hỗ trợ cho việc làm mô hình như máy khoancầm tay, máy cắt, máy hàn, và các phần mềm hỗ trợ quá trình làm thuyết minh,thuyết trình như word, excel, powerpoint, auto cad, … Quá trình làm mô hình đồ ánđược xen kẽ với quá trình làm thuyết minh đồ án Tuy gặp đôi chút khó khăn nhưngnhóm em vẫn hoàn thành mô hình đồ án để chuyển qua quá trình đo dạt, thực nghiệmhiệu quả của mô hình Quá trình đo đạt, thực nghiệm sử dụng các thiết bị đo đạt vềnăng lượng như thiết bị hiển thị năng lượng, đồng hồ đo vạn năng Sau khi thựcnghiệm, nhóm em tập trung vào báo cáo để hoàn thành đồ án
Với mục tiêu tìm hiểu về năng lượng mặt trời và nghiên cứu cơ chế hoạt độngcủa máy phát điện năng lượng mặt trời, chúng em đã hoàn thành đồ án Kết quả đạtđược đã giải quyết được các vấn đề đặt ra Từ đó, có thể tuyên truyền cho mọi người
về năng lượng mặt trời và năng lượng sạch Cao hơn có thể phát triển năng lượng sạchtại Việt Nam nhiều hơn nữa
Sau khi hoàn thành đồ án, nhóm em đã ôn luyện được các kỹ năng đã học trongquá trình học như làm việc trên máy tính bằng các phần mềm hỗ trợ, sử dụng thànhthạo các thiết bị cơ khí như khoan, cắt, hàn, Và cũng tiếp thu được các kiến thức vềnăng lượng mặt trời, máy phát điện, …
Trang 7Cùng với quá trình công nghệ hóa, hiện đại hóa của đất nước, nền kinh tế nước
ta càng ngày càng phát triển Sự phát triển của nền kinh tế kéo theo nhu cầu phát triểnnăng lượng cho phát triển kinh tế, xã hội ngày càng tăng mạnh Năng lượng đang trởthành vấn đề bức thiết của toàn cầu Khi nguồn nhiên liệu hóa thạch càng ngày càngcạn kiệt, đồng thời tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên nghiêm trọng.Nhu cầu tìm ra loại năng lượng mới, xanh sạch và có thể tái tạo được,…thay thế nguồnnăng lượng hóa thạch truyền thống là bài toán đặt ra từ lâu đối với các quốc gia pháttriển như Anh, Mỹ, Pháp và các quốc gia đang phát triển như Việt Nam …Việc mởcửa hội nhập của nền kinh tế, Việt Nam cũng gặp phải những khó khăn và trở ngạichung khi thiếu hụt về năng lượng, trong khi các nguồn năng lượng truyền thống dầnkhông đủ đáp ứng Mặt khác,Việt Nam là một quốc gia nhiệt đới gió mùa, có phần đấtliền trải dài từ kinh tuyến 102°8′ Đông đến 109°27′ Đông và từ vĩ tuyến 8°27′ Bắc đến23°23′ Bắc, cách đường xích đạo không xa nên cường độ ánh sáng mặt trời nhận đượcrất dồi dào.Với ưu thế về vị trí địa lý này, nguồn năng lượng từ mặt trời đáp ứng đượccác yêu cầu trên và Việt Nam hoàn toàn có thể sử dụng nguồn năng lượng mặt trời đầytiềm năng này Những năm gần đây, khai thác và tận dụng nguồn năng lượng mặt trờiđang được nhà nước quan tâm
Xuất phát từ nhu cầu thực tế và được sự hướng dẫn của thầy ThS Phạm Minh
Mận, nhóm em quyết định thực hiện đề tài “Mô phỏng và thực nghiệm mô hình máy phát điện sử dụng năng lượng mặt trời ” với mong muốn khi đề tài được ứng dụng
trong thực tế sẽ tạo ra những thiết bị hữu ích cỡ nhỏ phát điện trong các gia đình Vàlàm cơ sở để tạo nên những trạm điện mặt trời trong tương lai
Cuối cùng, mười lăm tuần thực hiện đồ án tốt nghiệp là cơ hội cuối cùng chonhóm em tổng hợp và hệ thống hóa lại những kiến thức đã học, đồng thời kết hợp vớithực tế để nâng cao kiến thức chuyên môn trên ghế nhà trường
Bên cạnh sự cố gắng và nỗ lực của bản thân, nhóm em còn có sự động viên củabạn bè, sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của giảng viên hướng dẫn, sự hỗ trợ nhiệttình của các thầy trong xưởng oto trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật- ĐHĐN Nhóm emxin cảm ơn
Nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy ThS Phạm Minh Mận, giảngviên ngành công nghệ kỹ thuật oto, khoa cơ khí, trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật –ĐHĐN là giảng viên hướng dẫn tụi em trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp
Trang 8Chúng tôi xin cam đoan rằng đồ án tốt nghiệp “Mô phỏng và thực nghiệm mô hình máy phát điện sử dụng năng lượng mặt trời ” là công trình nghiên cứu của nhóm
đồ Những phần có sử dụng tài liệu tham khảo có trong đồ án đã được liệt kê và nêu
rõ ra tại phần tài liệu tham khảo Đồng thời những số liệu hay kết quả trình bày trong
đồ án đều mang tính chất trung thực, không sao chép, đạo nhái
Nếu như sai chúng tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm và chịu tất cả các kỷ luật của bộmôn cũng như nhà trường đề ra
Sinh viên thực hiện {Chữ ký, họ và tên sinh viên 1} {Chữ ký, họ và tên sinh viên 2}
Trang 9LỜI NÓI ĐẦU I CAM ĐOAN II MỤC LỤC II DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ IV DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT V
MỞ ĐẦU 1
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY PHÁT ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 2
1.1 Giới thiệu về máy phát điện năng lượng mặt trời 2
1.2 Cơ chế của máy phát điện năng lượng mặt trời 2
1.3 Các ưu nhược điểm của máy phát điện năng lượng mặt trời 3
1.3.1 Ưu điểm: 3
1.3.2 Nhược điểm: 3
1.4 Hệ thống điện năng lượng mặt trời được cải tiến và ứng dụng rộng rãi như thế nào: 4 1.5 Cấu tạo máy phát điện năng lượng mặt trời 5
1.5.1 Pin năng lượng mặt trời 5
1.5.2 Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời 7
1.5.3 Thiết bị lưu trữ điện 8
1.5.4 Bộ Inventer 11
1.6 Nguyên lý hoạt động của hệ thống điện năng lượng mặt trời 12
Chương 2: THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH MÁY PHÁT ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 13 2.1 Tìm hiểu mô hình máy phát điện năng lượng mặt trời 13
2.1.1 Tấm pin năng lượng mặt trời monocrystalline mini 50W 13
2.1.2 Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời GV-YJSS-20A 15
2.1.3 Inverter kích điện IPS-500W 16
2.1.4 Bộ lưu trữ điện 17
2.1.5 Các chi tiết khác 20
2.2 Sơ đồ lắp ráp máy phát điện năng lượng mặt trời 21
2.3 Nguyên lý hoạt động 21
2.4 Quy trình thực nghiệm mô hình máy phát điện năng lượng mặt trời 22
2.4.1 Chuẩn bị 22
2.4.2 Quy trình lắp ráp mô hình 22
2.4.3 Thực nghiệm 23
Trang 103.1 Các thông số cần thiết để thiết kế hệ thống điện mặt trời 24
3.1.1 Yêu cầu và các đặt trưng của phụ tải 24
3.1.2 Vị trí lắp đặt 24
3.2 Thiết kế hệ thống điện mặt trời 24
3.2.1 Sơ đồ khối 24
3.2.2 Tính toán hệ thống nguồn điện pin mặt trời 25
Chương 4: KHẢO SÁT XE TẢI NHỎ VÀ VIỆC ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI PHỤ TRỢ TRÊN XE TẢI NHỎ 29
4.1 Giới thiệu về xe tải cỡ nhỏ 29
4.1.1 Xe bán hàng lưu động Kenbo 800KG 29
4.1.2 Đặc tính kỹ thuật xe bán hàng lưu động KENBO 800Kg 30
4.1.3 Thông số kỹ thuật xe bán hàng lưu động KENBO 800KG 32
4.1.4 Công dụng và ưu điểm của xe bán hàng lưu động KENBO 800Kg 33
4.2 Mô phỏng tổng thể về hệ thống cấp năng lượng cho xe tải nhỏ 34
4.2.1 Động cơ và các thông số của nó 34
4.2.2 Các hệ thống cần cung cấp điện 39
4.3 Hình vẽ minh họa 40
4.4 Nguyên lí hoạt động của xe 41
4.5 Một số ứng dụng năng lượng mặt trời để phát điện cấp cho xe tải làm dịch vụ ban đêm 42 KẾT LUẬN 44
TÀI LIỆU THAM KHẢO 45
Trang 11
Bảng 1-1: Bảng so sánh pin momo và poly 7
Bảng 1-2: So sánh pin lithium và ắc quy 11
Bảng 2-1: Thông số kỹ thuật tấm pin năng lượng mặt trời 13
Bảng 2-2: Thông số kỹ thuật bộ điều khiển sạc pin mặt trời 15
Bảng 2-3: Thông số kỹ thuật bộ Inverter kích điện IPS-500W 16
Bảng 2-4: Thông số kỹ thuật của ắc quy 18
Bảng 2-5: Thông số pin Lithium 19
Bảng 4-1: Thông số kỹ thuật của xe Kenbo 32
Bảng 4-2: Thông số kỹ thuật hệ thống cấp năng lượng 35
Bảng 4-3: Thông số kỹ thuật tấm pin năng lượng mặt trời 36
Bảng 4-4: Thông số kỹ thuật 37
Bảng 4-5: Thông số kỹ thuật 38
Bảng 4-6: Thông số kỹ thuật 39
Hình 1.1:Máy phát điện năng lượng mặt trời 2
Hình 1.2:Giá máy phát điện năng lượng mặt trời 4
Hình 1.3: Hệ thống điện năng lượng mặt trời 5
Hình 1.4: Pin mặt trời momo 6
Hình 1.5: Pin mặt trời poly 6
Hình 1.6: Bộ sạc điều khiển 8
Hình 1.7: Pin Lithium 10
Hình 1.8: Bộ Inventer 11
Hình 2.1: Tấm pin năng lượng mặt trời 13
Hình 2.2: Bộ điều khiển sạc pin mặt trời 15
Hình 2.3: Inverter kích điện IPS-500W 16
Hình 2.4: Ắc quy 17
Hình 2.5: Pin Lithium 19
Hình 2.6: Sơ đồ lắp ráp máy phát điện 21
Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống điện mặt trời 25
Hình 4.1: Xe Bán Hàng Lưu Động – Xe Kenbo 800kg 29
Hình 4.2: Xe Bán Hàng Lưu Động – Xe Kenbo 800kg 30
Hình 4.3: Động cơ 4 kỳ, 4 xi lanh thẳng hàng 31
Hình 4.4: Xe trang bị hộp số sàn 5 tiến 1 lùi 31
Hình 4.5: Lốp và mâm của xe 32
Hình 4.6: Tấm pin năng lượng mặt trời 35
Hình 4.7: Bộ inverter hòa lưới 37
Hình 4.8: Bộ sạc năng lượng mặt trời 38
Hình 4.9: Ắc quy 39
Hình 4.10: Sơ đồ lắp ráp hệ thống trên xe 40
Hình 4.11: Sơ đồ láp ráp trên xe 41
Hình 4.12: Xe bán kem – trà sữa lưu động Toki 42
Hình 4.13: Xe bia cộng âm nhạc 43
Hình 4.14: Checkin bên xe bán hàng lưu động 43
Trang 12KÝ HIỆU:
- P: Công suất của thiết bị (W)
- t: Thời gian hoạt động của thiết bị trong 1 ngày(h)
- E ng: Tổng công suất tiêu thụ trong 1 ngày(Wh/ngày)
- E PV: Công suất của tấm pin(Wh/ngày)
- Ah: Ampe giờ, điện lượng do dòng điện một chiều cường độ 1 A tải đi trongmột giờ
CHỮ VIẾT TẮT:
- VDC: hiệu điện thế của dòng điện 1 chiều điện áp thấp 12V hoặc 24V chuyển
ra điện áp 220V
- DC: Direct Current, là dòng điện một chiều
- PWM: Pulse Width Modulation, là điều khiển độ rộng xung
- MPPT: Maximum Power Point Tracker, là theo dõi điểm công suất tối đa
Trang 13MỞ ĐẦU
Để tận dụng tốt nguồn năng lượng mặt trời giúp bảo vệ môi trường và cung cấp
điện cho vùng sâu vùng xa, đề tài “Mô phỏng và thực nghiệm mô hình máy phát điện sử dụng năng lượng mặt trời “ được nghiên cứu Với mục tiêu là tìm hiểu, mô
phỏng, thực nghiệm và khảo sát máy phát điện sử dụng năng lượng mặt trời mini Đềtài thực hiện trên mô hình máy phát điện sử dụng năng lượng mặt trời loại mini vàkhảo sát lắp đặt, ứng dụng trên xe tải nhỏ ( xe bán hàng lưu động Kenbo 800Kg)
Sử dụng các kiến thức đã học và sự hướng dẫn của giảng viên hướng dẫn, đề tàiđược nghiên cứu theo một đường lối hợp lí nhất Như cấu trúc của đồ án, đề tài bắt đầu
từ việc tìm hiểu về máy phát điện sử dụng năng lượng mặt trời mini: cấu tạo, nguyên líhoạt động Sau khi hiểu rõ về máy phát điện, nhóm em tiến hành thực nghiệm mô hìnhbằng cách chế tạo tạo mô hình và tiến hành đo đạc Tiếp tục là tính toán, thiết kế mộtmáy phát điện năng lượng sử dụng năng lượng mặt trời dựa trên một yêu cầu về thiết
bị tiêu thụ điện cụ thể Cuối cùng, ta ứng dụng nó trên xe tải nhỏ
Trang 14Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY PHÁT ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT
TRỜI
1.1 Giới thiệu về máy phát điện năng lượng mặt trời
Máy phát điện năng lượng mặt trời là loại thiết bị có thể phát ra nguồn điện nhờnăng lượng ánh sáng mặt trời Ở nhiều nơi máy phát điện năng lượng mặt trời chỉ các
bộ kích điện hoặc bộ hòa lưới Tuy nhiên ở một số nơi lại chỉ cả hệ thống điện mặt trờibao gồm pin năng lượng mặt trời, hệ thống acquy lưu điện và bộ hòa lưới
Nhìn chung thì đây là một thiết bị chuyển đổi năng lượng mặt trời để cung cấpđiện năng Chúng có thể là các thiết bị nhỏ cung cấp điện một chiều 12VDC hoặcnhững thiết bị lớn hơn giúp cung cấp điện áp 1 pha hoặc 3 pha cho các thiết bị sử dụngđiện khác
Hình 1.1:Máy phát điện năng lượng mặt trời
1.2 Cơ chế của máy phát điện năng lượng mặt trời
Hệ thống của máy phát điện mặt trời sẽ lấy điện từ pin năng lượng mặt trời Thiết
bị này sẽ giúp chuyển đổi từ quang năng sang điện năng một chiều Các tấm pin nănglượng mặt trời có thể mắc song song hoặc nối tiếp để tạo nên hệ thống cung cấp điệnlớn nhằm cung cấp cho các thiết bị lưu trữ vào bộ kích điện khác
Khi lắp máy phát điện có năng lượng mặt trời chúng ta nên chọn những nơi cóthể lấy được nhiều ánh sáng mặt trời nhất có thể Không nên lắp tại các khu vựckhông có ánh nắng hoặc nhiều cây cối để máy đạt được năng suất hoạt động caonhất
Ngoài ra trong quá trình sử dụng chúng ta nên kiểm tra thường xuyên bộ kíchđiện Đây là thành phần quan trọng trong hệ thống vận hành của hệ thống
Trang 151.3 Các ưu nhược điểm của máy phát điện năng lượng mặt trời
Máy phát điện năng lượng mặt trời sở hữu nhiều điểm nổi trội hơn so với các loạimáy phát điện khác Chúng ta có thể tìm hiểu một số thông tin về ưu nhược điểm củachúng dưới đây
1.3.1 Ưu điểm:
Góp phần bảo vệ môi trường:
- Nguồn nhiên liệu trong tự nhiên hiện nay đang bị suy giảm trầm trọng đểcung cấp cho các ngành công nghiệp sản xuất Vì vậy các hành động sửdụng nguồn năng lượng thay thế đang rất được khuyến khích
- Điện mặt trời thực chất là nguồn năng lượng tái tạo Vì vậy chúng khônggiống với các loại nhiên liệu hóa thạch như khí đốt, than, dầu mỏ, và cácloại nguyên liệu hóa thạch thường không thể phục hồi Tuy nhiên tận dụngnguồn năng lượng mặt trời sẽ góp phần giúp bảo vệ sự đa dạng nguồnnguyên liệu trong thiên nhiên và góp phần giảm thiểu chất thải ra môitrường
Mang lại hiệu quả cao và các chi phí phát sinh thấp:
- Ngoài ra công suất hoạt động tương đối lớn, các loại máy phát điện nănglượng mặt trời cho gia đình có thể lên đến 2000W nên sẽ mang lại hiệu quảcung cấp điện rất tốt Khi sử dụng, các gia đình có thể tiết kiệm được mộtkhoản tiền trong việc bảo dưỡng Chúng còn được các nhà sản xuất bảohành trong khoảng thời gian lên đến 25 năm
Máy phát điện năng lượng mặt trời không gây tiếng ồn:
- Khác với các loại máy phát điện khác, máy phát điện có năng lượng mặt trờikhông sử dụng đến các loại động cơ Vì vậy trong quá trình hoạt động sẽkhông tạo ra các tiếng ồn khó chịu Bạn vẫn có thể làm việc dưới điều kiệnhoàn toàn yên tĩnh và thoải mái
- Nhờ những ưu điểm nổi bật trên mà máy phát điện chạy bằng năng lượngmặt trời rất được ưa chuộng Tuy nhiên để mua được sản phẩm chất lượngthì bạn cần tìm đến những địa chỉ uy tín như Vinafarm Tại đây bạn sẽ đượcmua các sản phẩm chất lượng tốt với giá cả hợp lý
1.3.2 Nhược điểm:
Không có tính ổn định:
- Điều đầu tiên dễ nhận thấy nhất đó chính là tính ổn định của máy phátđiện năng lượng mặt trời Vì máy sử dụng năng lượng từ mặt trời nên vàoban đêm hoặc những ngày không có ánh nắng thì hiệu suất của máy giảm
đi Cho nên không thể dùng máy phát điện để làm nguồn điện chính tronggia đình
Chi phí cao:
- Ngoài máy phát điện ra, thì còn có những tài nguyên như là pin mặt trời,
ắc quy lưu trữ điện đi kèm Do vậy, việc đầu tư lắp đặt ban đầu củamáy phát điện năng lượng mặt trời rất tốn kém, chưa kể đến chi phí sửa
Trang 16chữa hỏng hóc của những vật dụng này cũng tương đối cao hơn so vớimáy phát điện chạy xăng hoặc dầu.
Hình 1.2:Giá máy phát điện năng lượng mặt trời
- Đặc biệt, với những nơi đón nắng yếu hoặc nhà quá thấp thì bạn cũng
phải mất một khoản chi phí để bỏ ra nâng cấp để đảm hiệu suất của máyphát điện
1.4 Hệ thống điện năng lượng mặt trời được cải tiến và ứng dụng rộng rãi như thế nào:
Trước đây chỉ những nhà máy điện mặt trời lớn nhất thế giới mới có thể sản xuất
ra điện mặt trời, sau đó hệ thống này được ứng dụng rộng rãi hơn Hệ thống phát điệnnăng lượng mặt trời thường được lắp đặt cho những công trình quy mô lớn, thuộc vềnhà nước, hoặc những tổ chức lớn Tuy nhiên hiện nay vì có nhiều tiện ích và đã đượccải tiến nên loại máy này có thể được lắp đặt tại các gia đình
Trang 17Hình 1.3: Hệ thống điện năng lượng mặt trời
Để thuận tiện cho các gia đình sử dụng điện năng lượng mặt trời quy mô nhỏ,không quá tốn kém lại tiện lợi, máy phát điện năng lượng mặt trời mini đã ra đời vớicấu tạo và quy mô đơn giản hơn, nhưng vẫn hoạt động hiệu quả
Hệ thống phát điện năng lượng mặt trời mini dành cho các hộ gia định tiện dụng,giải quyết vấn đề chi phí điện quá cao hàng tháng, lại đặc biệt an toàn, đề phòng đượcnhững tai nạn do điện giật gây ra, thích hợp sử dụng trong nhà có người già và trẻ nhỏ.Nhờ đã được đơn giản hóa hệ thống và cải thiện sao cho dùng tại gia đình hợp lý nênchi phí mua và lắp đặt cũng không cao
1.5 Cấu tạo máy phát điện năng lượng mặt trời
1.5.1 Pin năng lượng mặt trời
Pin năng lượng mặt trời hay còn được gọi là pin mặt trời hoặc pin quang điện cótên tiếng Anh là Solar panel là thiết bị dùng để chuyển đổi ánh sáng thành dòng điệnmột chiều DC Tuỳ thuộc cấu hình hệ thống mà điện áp đầu ra sẽ có điện áp từ 12Vcho đến 100V Pin mặt trời hiện tại thường có 2 loại được dùng phổ biến là pin mặttrời mono và pin mặt trời poly
a) Giới thiệu chung
Pin mặt trời momo:
- Tấm pin momo là sản phẩm công nghệ sử dụng nguyên liệu chính là silicđơn tinh thể vô cùng tinh khiết, quý giá
- Trong quá trình này, hạt tinh thể silicon được đặt trong một thùng siliconnóng chảy Sau đó các hạt này sẽ chậm rãi rút lại, hình thành cấu trúc tinhthể rắn được gọi là phôi
- Từ phôi hình trụ, người ta sử dụng chiếc cưa tròn cắt thành các tấm bán dẫnsilic Các tấm bán dẫn silic được gọi là “monocrystalline”, để chỉ ra rằngsilicon được sử dụng là silicon đơn tinh thể
Trang 18- Vì các tế bào chứa đơn tinh thể nên các electron tạo ra dòng điện có nhiềuchỗ để di chuyển hơn Do đó, các tấm pin năng lượng mặt trời đơn tinh thể
có hiệu quả hơn loại đa tinh thể
- Bốn mặt ống được cắt thành các tấm mỏng hình chữ nhật đứng màuđen, xếp liền nhau tạo thành khoảng trống màu trắng hình thoi, tối ưu hóahiệu suất và giảm chi phí thành phần
Hình 1.4: Pin mặt trời momo
b) Pin mặt trời poly:
- Tấm pin Poly được tạo nên từ silicon đa tinh thể đơn, làm nóng chảy và đổvào khuôn hình vuông rồi làm nguội
- Sau đó sẽ được cắt thành những mảnh silicon vuông màu xanh đậm hoànhảo, được xếp khít với nhau tạo thành một mảng lớn nguyên vẹn
Hình 1.5: Pin mặt trời poly
Trang 19c) Điểm chung của pin mặt trời poly và momo
Cả hai loại Mono và Poly đều có cùng chức năng quan trọng trong hệ thống nănglượng mặt trời PV tổng thể: hấp thu năng lượng từ ánh sáng mặt trời rồi chuyển hóathành năng lượng điện cung cấp cho hệ thống
Cả hai loại Mono và Poly đều được làm bằng chất liệu silicon cao cấp, có độ bềntốt và có tuổi thọ khá dài
Cả hai đều có thể là lựa chọn tốt cho ngôi nhà của bạn, nhưng có sự khác biệtchính giữa hai loại công nghệ mà bạn nên tìm hiểu, trước khi đưa ra quyết định muasản phẩm
Bảng 1-1: Bảng so sánh pin momo và poly
Giá thành Giá khá cao (vì sử dụng loại
Silicon cao cấp, tinh khiết) Quá trình sản xuất đơn giản vàít tốn kémHiệu suất Hiệu quả hơn 16-20% Kém hơn, từ 13-16%
Hệ số suy
giảm hiệu suất Chỉ ở mức 30-40% Lên đến 50%
Màu sắc Có màu đen, giữa các tế bào có
có khả năng giãn nở và chịunhiệt tốt hơn
1.5.2 Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời
Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời (solar charge controller) là thành phần
trung gian vô cùng quan trọng trong hệ thống điện mặt trời Chúng điều tiết, giám sát
quá trình sạc và xả pin, ắc quy, giúp tăng hiệu suất sử dụng điện, tối ưu hóa chúng.Ngoài ra, bộ thiết bị này còn có các chức năng khác như chống quá tải, chống ngượcmạch, tự động ngắt xả pin để tấm pin và ắc quy bền hơn, tuổi thọ lâu hơn
Phận loại: Nếu bạn muốn sử dụng năng lượng mặt trời hoàn toàn ngoài lưới, cóhai loại điều khiển sạc pin để xem xét: Bộ điều khiển độ rộng xung (PWM) và bộ điều
khiển theo dõi điểm tối đa (MPPT).
Điều khiển sạc công nghệ PWM:
- Điều khiển sạc PWM về cơ bản nó giống như switch chuyển đổi kết nối hệthống giàn pin năng lượng mặt trời vào tổ hợp ắc quy
- PWM sử dụng các mạch điện tử transitor đóng cắt liên tục với tần số cao để
ổn áp sạc cho ắc quy, phương pháp này có nhược điểm lớn là làm hao phí
Trang 20khoảng trên dưới 20% lượng điện sạc từ hệ thống giàn pin năng lượng mặttrời.
Điều khiển sạc công nghệ MPPT:
- Công nghệ điều khiển sạc theo dõi điểm tối đa MPPT sẽ giúp ta thu đượcnhiều năng lượng hơn từ hệ thống giàn pin năng lượng mặt trời Hiệu quảcủa phương pháp này vượt trội hơn khoảng từ 10% đến 40% khi các tấm pin
có nhiệt độ thấp khoảng dưới 45ºC, hoặc rất cao khi nhiệt độ trên 75ºC, hoặckhi cường độ bức xạ ánh sáng từ mặt trời thấp
ắc quy, ắc quy lưu điện, ắc quy tích điện
Cấu tạo cơ bản của một bình ắc quy lưu trữ điện gồm các bộ phận:
- Bên trong ắc quy thường được chia thành các ngăn nhỏ, mỗi ngăn gồm cácbản cực âm và bản cực dương Bản cực âm và bản cực dương có tấm chắnngăn cách, giữa 2 bản cực được điền đầy bằng chất điện phân và được nốivới nhau bằng thanh nối
- Bên ngoài ắc quy được bao bọc bằng vỏ bọc, phía trên có các cọc bình dùng
để nối ắc quy với tải ngoài hoặc nối các ắc quy với nhau Ngoài ra, với các
ắc quy hở, phía trên bình sẽ có thêm nút thông hơi để giúp thoát khí trongbình ra môi trường ngoài
Nguyên lý hoạt động của ắc quy diễn ra theo 2 quá trình dựa trên các phản ứng hóahọc tại cực dương và cực âm của bình:
- Khi có dòng điện nạp vào bình ắc quy: Xảy ra quá trình nạp điện
- Khi có thiết bị tiêu thụ điện nối vào bình ắc quy: Xảy ra quá trình phóngđiện
Ắc quy có những loại nào
Các loại ắc quy trên thị trường hiện nay vô cùng đa dạng, phong phú và thườngđược phân loại dựa vào một số căn cứ phổ biến như sau:
Phân loại dựa trên loại chất điện phân của bình ắc quy:
- Ắc quy kiềm: Là loại ắc quy dùng kiềm làm chất điện phân.
- Ắc quy axit (ắc quy axit-chì): Là loại ắc quy dùng axit làm chất điện phân,
được chia thành các loại nhỏ hơn như sau:
Trang 21+ Ắc quy axit hở khí: Khí bên trong bình ắc quy có thể thoát ra ngoài được,gồm ắc quy hở khí dạng ngập nước phải bảo dưỡng và ắc quy hở khí khôngphải bảo dưỡng.
+ Ắc quy axit kín khí: Khí bên trong bình ắc quy không thể thoát ra ngoài,gồm ắc quy khô tấm hút AGM và ắc quy khô gel
Phân loại dựa trên mục đích sử dụng của bình ắc quy:
- Ắc quy khởi động: Là loại ắc quy được dùng để đề nổ khởi động động cơ
của các loại ô tô, xe máy, máy phát điện, máy nổ
- Ắc quy viễn thông (ắc quy tải): Là loại ắc quy được dùng để duy trì cấp điện
trong thời gian dài cho bộ lưu điện UPS, các loại xe điện (xe đạp điện, xemáy điện, xe nâng điện ) và các loại thiết bị điện khác
Đặc điểm của ắc quy
Các thông số kỹ thuật cơ bản trên bình acquy gồm:
- Điện áp ắc quy (đo bằng đơn vị V): Là hiệu điện thế chênh lệch giữa 2 đầucực dương và cực âm của bình ắc quy
- Dung lượng ắc quy (đo bằng đơn vị Ah): Là tích giữa dòng điện phóng và
thời gian phóng điện của ắc quy
Ngoài ra, tùy vào mục đích sử dụng mà người dùng có thể quan tâm thêm tới cácthông số khác như dòng khởi động nguội CCA, dòng khởi động nóng HCA, dunglượng RC
Nhờ đặc tính có thể sạc lại để tái sử dụng nhiều lần trước khi thay thế nên so vớipin (không thể sạc lại) thì ắc quy được đánh giá cao về khả năng tiết kiệm chi phí vàgiảm thiểu tác động tới môi trường Theo thời gian, ắc quy ngày càng được cải tiến vềchất lượng, công nghệ, được đa dạng hóa về thông số kỹ thuật để đáp ứng các yêu cầu
sử dụng ngày càng cao và phong phú của người dùng
Ứng dụng của ắc quy trong đời sống
Bình ắc quy lưu điện được có ứng dụng rộng rãi trong đời sống và sản xuất, tiêubiểu có thể kể đến:
- Dùng để khởi động cho các loại phương tiện giao thông (ô tô, xe máy, tàuthuyền ), động cơ, máy móc (máy phát điện )
- Cấp điện cho các loại xe điện (xe đạp điện, xe máy điện, xe lăn điện, xenâng điện ), máy móc, thiết bị điện (quạt tích điện, máy phun thuốc trừ sâuchạy điện )
- Là bộ phận lưu điện cho bộ lưu điện UPS, máy kích điện, hệ thống điện mặttrời để cấp điện cho các thiết bị điện
Nói một cách khác, pin Lithium được kì vọng sẽ thay thế cho ắc quy chì - thườngđược sử dụng trong ô tô, xe máy và các loại xe điện trước đây Nó không chỉ mang lạihiệu suất hoạt động cao, mà còn hứa hẹn về việc đảm bảo môi trường sạch (vì hạn chế
Trang 22thải ra kim loại nặng), cũng như nâng cao việc sử dụng an toàn (vì tránh dùng dungdịch điện ly chứa axit).
Hình 1.7: Pin Lithium
Cấu tạo pin Lithium
Loại pin này sử dụng điện cực - được làm từ các hợp chất có cấu trúc tinh thể dạnglớp Khi pin đang trong trạng thái sạc và xả, thì các ion Li sẽ xâm nhập, điền đầykhoảng trống giữa các lớp này Chính vì thế mà phản ứng hóa học xảy ra và cung cấpnăng lượng cho thiết bị hoạt động
- Trong quá trình sạc, các ion Li chuyển động từ cực dương sang cực âm
- Trong quá trình xả (gọi là quá trình sử dụng), các ion Li chuyển động từ cực
âm sang cực dương
Cực dương được làm bằng hợp chất ô xít kim loại chuyển tiếp và Li (như LiMnO2,LiCoO2,… còn cực âm được làm bằng graphite Ngoài ra, dung dịch điện ly của pin(nghĩa là môi trường cho phép các ion Li chuyển dịch từ điện cực này sang điện cựckia) phải có độ dẫn ion tốt cũng là chất cách điện tốt
Độ bền của pin Lithium
Pin Lithium mang lại hiệu suất hoạt động trên 90%, cho tốc độ sạc nhanh và giảmtải cho bộ phận nạp điện của thiết bị điện khi sử dụng Độ bền của pin Lithium có thểkéo dài đến 4 - 5 năm,
Trang 23c) So sánh pin Lithium với ắc quy chì
Bảng 1-2: So sánh pin lithium và ắc quy
Mật độ năng
lượng sạc - xả
20 Wh/kg, chịu được dòng xả lớndạng xung (trong thời gian ngắn)
và chịu tải cao
Chậm, 6 - 8 tiếng
Nếu bị xả quá 50% mà khôngđược sạc đầy, thì ắn quy dễ bịhỏng sau 1 - 2 tháng sử dụng.Nếu bị xả tới tận đáy sẽ xuấthiện PbSO4 gây hỏng bản cực vàchết
Khối lượng Nhẹ, khoảng 3 - 4 kg Khá nặng, 12 - 15 kg
Nhiều, vì được cấu tạo bởi chì vàaxit
1.5.4 Bộ Inventer
Các thiết bị này đóng vai trò chuyển đổi nguồn điện 1 chiều từ hệ thống acquylưu trữ hoặc pin năng lượng mặt trời thành nguồn điện xoay chiều 220V cung cấp chophụ tải Ở đây có 2 dạng thiết bị đảm nhận phần việc này, tuỳ theo yêu cầu thực tế màquý khách hàng có thể chọn inverter hoặc bộ hoà lưới
Hình 1.8: Bộ Inventer
Bộ inverter hay còn được gọi là bộ kích điện 220V lấy nguồn điện một chiều từ
hệ thống pin mặt trời hoặc hệ thống acquy lưu trữ chuyển đổi lên nguồn điện xoay
Trang 24chiều cấp cho phụ tải phía sau, tuỳ vào nhu cầu phụ tải mà bộ inverter này sẽ có cáccông suất phát khác nhau để quý khách hàng lựa chọn áp dụng vào hệ thống Hệ thốngđiện năng lượng mặt trời sử dụng bộ inverter này có 1 nhược điểm là việc chuyển đổigiữa điện lưới quốc gia và hệ thống điện mặt trời cấp cho phụ tải sẽ phải chuyển đổibằng tay và một nhược điểm khác nữa là nếu phụ tải có nhu cầu cao hơn công suấtphát của bộ inverter thì bộ inverter sẽ tự động ngắt để bảo vệ quá tải, nhưng bù lại thiết
bị loại này có giá thành rẻ và phù hợp với những nơi không có điện lưới quốc giá
1.6 Nguyên lý hoạt động của hệ thống điện năng lượng mặt trời
Ánh sáng mặt trời được biến đổi thành điện năng nhờ hệ thống pin mặt trời –solar cells, tạo nên dòng điện một chiều – DC Power Dòng điện này được dẫn đến bộđiều khiển xạc NLMT – solar charge controller Đây là thiết bị điện tử có chức năng tựđộng điều hòa dòng điện từ pin mặt trời và dòng điện nạp cho ắc quy
Nếu điện trong các ắc quy tích trữ đủ lớn, hệ thống sẽ được thêm vào bộ kích điện– Inverter để biến đổi dòng điện 1 chiều thành dòng điện xoay chiều 220V Đây làdòng điện có thể sử dụng cho các thiết bị điện gia đình như đèn, tivi, máy tính, quạt,máy giặt, …
Trang 25Chương 1: THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH MÁY PHÁT ĐIỆN NĂNG
LƯỢNG MẶT TRỜI
1.1 Tìm hiểu mô hình máy phát điện năng lượng mặt trời
monocrystalline mini 50W
Bảng 2-3: Thông số kỹ thuật tấm pin năng lượng mặt trời
Chủng loại Pin (cell) Pin Silic đơn tinh thể (monocrystalline)
Cấu tạo tấm pin mặt
trời Kính-EVA-Cell-EVA-TPT & Khung nhôm
Chất lượng sản phẩm IEC 61215, IEC 61730, TUV
Trang 26 Đặc điểm tấm pin mặt trời:
pin
- Nhỏ gọn, dễ dàng cài đặt hay mang theo.Có uu điểm và nhược điểm tấm pinnăng lượng mặt trời
Ưu điểm:
- Sử dụng nguồn năng lượng tái tạo
- Giảm hóa đơn tiền điện
- Phụ thuộc vào thời tiết
- Lưu trữ điện mặt trời tốn kém
- Sử dụng nhiều không gian, đặt biệt là diện tích bề mặt đất
- Chất thải do phế liệu tấm pin đang là vấn đề nan giải cần được giải quyếttrong tương lai
1.1.2 Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời GV-YJSS-20A
Trang 27Bảng 2-4: Thông số kỹ thuật bộ điều khiển sạc pin mặt trời
Điện áp pin 12/24V tự động điều chỉnh
Đầu vào tối đa Hệ thống 12 – 25V / hệ thống 24 – 50V
Điện áp phao Mặc định 13.7V (có thể điều chỉnh 12.7 – 15V)
- Tự động nhận bình acquy, công nghệ sạc PWM 3 giai đoạn, tự động ngắtkhi sạc đầy bình, tích hợp hệ thống chống điện xả ngược từ acquy ra pin mặttrời khi về đêm giúp bảo vệ panel an toàn
- Màn hình LCD hiển thị lớn, hiển thị đầy đủ các thông số nguồn điện, dòngsạc, tình trạng bình acquy, nhiệt độ… Bộ sạc năng lượng mặt trời còn tíchhợp ngõ ra nguồn 12V cho bóng đèn, quạt và các thiết bị sử dụng điện 12V,ngoài ra còn có thêm 2 cổng USB 5V/2A sạc thiết bị di động
- Sạc còn cho biết tình trạng nạp điện của tấm pin vào ắc-quy giúp kiểm soátđược các phụ tải
- Bộ điều khiển sạc này áp dụng các kỹ thuật số hiện đại và hoạt động hoàntoàn tự động, sử dụng dễ dàng
Trang 28- Chế độ sạc pin PWM có thể giúp tăng tuổi thọ của pin và có nhiều chứcnăng khác nhau độc đáo.
- Tích hợp bảo vệ quá dòng, ngắn mạch, hở mạch, phân cực ngược
- Bảo vệ dòng ngược mosfet kép, sản xuất nhiệt thấp, tăng tuổi thọ của bộ sạc
1.1.3 Inverter kích điện IPS-500W
Bảng 2-5: Thông số kỹ thuật bộ Inverter kích điện IPS-500W
Ips-500w
Công suất chuẩn (w) 500w
Công suất tối đa (w) 1000w
Bảo vệ quá nóngTiêu chuẩn Tuân thủ ce, fcc, cnas, rohsgb 4943.1-2011,47 cfr fcc phần
15 subpart b, ansi c63.4: 2014, en60695-1, en55032, en61000-3-2
Trang 29- Điều phối điện vào ắc quy khi sử dụng hệ thống năng lượng mặt trời hoàlưới.
- Chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) từ quá trình sản xuất của các tấm pinsang dòng điện xoay chiều (AC) để tương thích với các thiết bị gia dụng
- Thiết bị hoạt động cực kỳ mượt mà, êm ái và được tản nhiệt tốt nhờ thiết kế các khe rãnh và quạt gió hỗ trợ
- Bộ kích điện IPS-500W có các chức năng bảo vệ cần thiết để ngăn chặn các vấn đề như điện áp quá tải, điện áp ngắn mạch, kích điện khi hiệu điện thế quá thấp
- Quá trình vận hành của máy không gây ra tiếng ồn, không thải bất cứ khí gì gây ô nhiễm môi trường, cực kỳ an toàn cho người dùng
- Chuyển đổi dòng điện tương thích với tất cả các loại thiết bị điện gia dụng
và văn phòng, hoạt động ổn định ngay cả trong môi trường thời tiết khắc nghiệt
- Hiệu năng hoạt động lên đến 90% thích hợp cho các hệ thống như: năng lượng mặt trời, tuabin sức gió,…Nhược điểm: Việc sử dụng bộ kích điện này có hạn chế đó là chỉ đáp ứng được nhu cầu tối thiểu Ví dụ như chỉ dùngcho thắp sáng, quạt điện, các thiết bị có công suất nhỏ Không thể dùng cho điều hòa, bếp từ nấu nướng,
1.1.4 Bộ lưu trữ điện
a) Ắc quy 12V 70Ah
Hình 2.12: Ắc quy
Trang 30- Bình có mức độ tự phóng điện thấp, do đó khả năng chống cháy nổ khá tốt.
- Vỏ bình được làm từ chất liệu nhựa cao cấp ABS, đều đạt các tiêu chuẩnquốc tế về an toàn và thân thiện với môi trường
- Bên trong gồm có các điện cực và bản cực được gắn chặt với nhau, chúngđược làm bằng hợp kim lưới chì
- Pin axit-chì kín 12V70AH tuy có kích thước nhỏ gọn nhưng khả năng tíchđiện với dụng lượng khá lớn, mức hao hụt điện thấp và ít đòi hỏi việc chúng
ta phải bảo trì thường xuyên
- Ở nhiệt độ bảo quản 25 độ C, ắc quy điện hoạt động tốt, ổn định, hiệu quảcũng như duy trì được tuổi thọ lâu dài
Ưu điểm:
- Có dòng điện khỏe.
- Giá thành rẻ.
- Có thể tháo ra sử dụng cho các công cụ điện khác khi thắp sáng.
- Yếu dần rồi mới hết điện và để lâu vẩn có thể hồi điện.