Đang tải... (xem toàn văn)
Công Nghệ Thông Tin, it, phầm mềm, website, web, mobile app, trí tuệ nhân tạo, blockchain, AI, machine learning - Công Nghệ Thông Tin, it, phầm mềm, website, web, mobile app, trí tuệ nhân tạo, blockchain, AI, machine learning - Công nghệ thông tin TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM KHOA: LÝ-HÓA-SINH ---------- KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Tên đề tài: NGHIÊN CỨU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI - ỨNG DỤNG TRONG HỘ GIA ĐÌNH Sinh viên thực hiện NGUYỄN THỊ LÀI MSSV: 2116020125 CHUYÊN NGÀNH: SƯ PHẠM VẬT LÝ KHÓA 2016 - 2020 Cán bộ hướng dẫn ThS. NGÔ THỊ HỒNG NGA MSCB:…………. Quảng Nam, tháng 6 năm 2020 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến Ban Giám hiệu nhà trường , quý thầy cô khoa Lí-Hóa-Sinh trường Đại học Quảng Nam đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho tôi trong suốt thời gian học tập tại trường. Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô giáo ThS. Ngô Thị Hồng Nga người đã trực tiếp hướng dẫn, tận tình dạy dỗ, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành bài khóa luận này. Với vốn kiến thức được tiếp thu trong quá trình học tập không chỉ là nền tảng cho quá trình nghiên cứu khóa luận mà còn là hành trang quý báu để tôi bước vào đời một cách vững chắc và tự tin. Từ đáy lòng mình, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn vô hạn tới gia đình thân yêu của tôi, cản ơn bạn bè và các bạn sinh viên trong lớp sư phạm Vật lí K16 đã động viên, chia sẽ những khó khăn, thông cảm, hỗ trợ về tinh thần cũng như vật chất trong suốt thời gian tôi nghiên cứu và thực hiện khóa luận này. Mặc dù đã rất cố gắng nhưng khóa luận này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự đóng góp, chỉ bảo từ quý thầy cô để khóa luận được hoàn thiện hơn. Xin kính chúc quý thầy cô giáo trường Đại học Quảng Nam thật dồi dào sức khỏe để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình Quảng Nam, ngày tháng năm 2020 Tác giả khóa luận Nguyễn Thị Lài LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan khóa luận có tên đề tài “Nghiên cứu năng lượng mặt trời- ứng dụng trong hộ gia đình” là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn khoa học của ThS. Ngô Thị Hồng Nga. Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kì hình thức nào trước đây. Nếu phát hiện điều gì không đúng tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về nội dung khóa luận của mình. Quảng Nam, ngày tháng năm 2020 Người nghiên cứu khóa luận Nguyễn Thị Lài MỤC LỤC PHẦN 1: MỞ ĐẦU .........................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài .........................................................................................................1 2. Mục tiêu của đề tài ......................................................................................................2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..............................................................................2 4. Nhiệm vụ nghiên cứu ..................................................................................................2 5. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................................ 2 6. Cấu trúc tổng quan của đề tài ......................................................................................3 PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ...........................................................................4 CHƯƠNG 1. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ CẤU TẠO CỦA PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI. ......................................................................................................4 1.1. Cấu trúc của mặt trời ................................................................................................4 1.2. Bức xạ mặt trời .........................................................................................................6 1.3. Cơ sở lý thuyết pin năng lượng mặt trời...................................................................8 1.3.1. Cấu tạo của pin mặt trời ........................................................................................8 1.3.2. Hiệu ứng quang điện ..........................................................................................10 1.3.3. Thông số pin năng lượng mặt trời .......................................................................12 1.3.4. Đặc tính làm việc .................................................................................................13 1.3.5. Tấm năng lượng mặt trời .....................................................................................14 1.3.6. Cách ghép nối các tấm năng lượng mặt trời ........................................................15 1.3.6.1 Phương pháp ghép nối tiếp các tấm pin mođun mặt trời...................................15 1.3.6.2 Phương pháp ghép nối pin mặt trời song song ..................................................16 1.3.7. Công thức tính dàn pin năng lượng mặt trời .......................................................16 Kết luận chương 1 .........................................................................................................19 CHƯƠNG 2: CÁC THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG VÀ ỨNG DỤNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI. .......................................................................................20 2.1. Bộ điều khiển sạc năng lượng ................................................................................20 2.1.1. Giới thiệu .............................................................................................................20 2.1.2. Nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển sạc năng lượng .....................................20 2.1.3. Công thức tính số bộ điều khiển sạc ....................................................................20 2.2. Bộ hòa lưới Inveter .................................................................................................21 2.2.1. Giới thiệu .............................................................................................................21 2.2.2. Nguyên lý hoạt động của bộ hòa lưới điện mặt trời. ...........................................21 2.2.3. Công thức tính số bộ hòa lưới Inverter ................................................................21 2.3. Bộ lưu trữ năng lượng (ac - quy) ............................................................................21 2.3.1. Giới thiệu .............................................................................................................21 2.3.2. Các loại ac - quy ..................................................................................................22 2.3.2.1 Ac-quy chì – axit ...............................................................................................22 2.3.2.2. Ac-quy kiềm .....................................................................................................23 2.3.3. Nguyên lý hoạt động của acquy .........................................................................24 2.3.4. Các đặc tính của ac-quy .......................................................................................25 2.3.4.1. Dung lượng .......................................................................................................25 2.3.4.2. Điện áp ngưỡng thấp nhất ................................................................................26 2.3.4.3. Điện áp hở mạch ...............................................................................................26 2.3.5. Chế độ làm việc của ac-quy (xét acquy chì - axit) ..............................................26 2.3.5.1. Nạp ac-quy ........................................................................................................26 2.3.5.2. Ac-quy phóng ...................................................................................................26 2.3.6. Công thức tính ac-quy .........................................................................................27 2.4. Bộ điều phối năng lượng ........................................................................................27 2.4.1. Bộ điều khiển nạp – phóng điện ..........................................................................27 2.4.2. Bộ biến đổi DC- AC ............................................................................................28 2.4.3. Hộp nối và dây nối điện.......................................................................................29 2.5. Các ứng dụng ..........................................................................................................30 2.5.1. Bếp nấu dùng năng lượng mặt trời ......................................................................30 2.5.2. Hệ thống cung cấp nước nóng dùng năng lượng mặt trời ...................................32 2.5.3. Hệ thống sấy khô các sản phẩ m nông nghiệp .....................................................33 Kết luận chương 2 .........................................................................................................35 Chương 3: THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP MÔ HÌNH ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CHO HỘ GIA ĐÌNH .....................................................................................................36 3.1. Các thông số cần thiết để thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời ...........................36 3.1.1. Tính toán phụ tải ..................................................................................................36 3.1.2. Tính công suất bức xạ mặt trời tỉnh Quảng Nam - thành phố Đà Nẵng .............39 3.1.2.1. Phương công suất bức xạ mặt trời ....................................................................39 3.1.2.2. Tính công suất bức xạ ngày tỉnh Quảng Nam –thành phố Đà Nẵng ................40 3.1.3. Lựa chọn dây dẫn cho các thiết bị và ví trí lắp đặt tấm pin năng lượng ............44 3.1.3.1. Lựa chọn dây dẫn cho các thiết bị ....................................................................44 3.1.3.2. Vị trí lắp đặt tấm pin năng lượng .....................................................................44 3.2. Các bước thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời ............................................45 3.2.1. Sơ đồ khối hệ thống điện mặt trời .......................................................................45 3.2.2. Tính năng lượng điện mặt trời cần thiết
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM KHOA: LÝ-HÓA-SINH - - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Tên đề tài: NGHIÊN CỨU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI - ỨNG DỤNG TRONG HỘ GIA ĐÌNH Sinh viên thực hiện NGUYỄN THỊ LÀI MSSV: 2116020125 CHUYÊN NGÀNH: SƯ PHẠM VẬT LÝ KHÓA 2016 - 2020 Cán bộ hướng dẫn ThS NGÔ THỊ HỒNG NGA MSCB:………… Quảng Nam, tháng 6 năm 2020 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến Ban Giám hiệu nhà trường , quý thầy cô khoa Lí-Hóa-Sinh trường Đại học Quảng Nam đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho tôi trong suốt thời gian học tập tại trường Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô giáo ThS Ngô Thị Hồng Nga người đã trực tiếp hướng dẫn, tận tình dạy dỗ, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành bài khóa luận này Với vốn kiến thức được tiếp thu trong quá trình học tập không chỉ là nền tảng cho quá trình nghiên cứu khóa luận mà còn là hành trang quý báu để tôi bước vào đời một cách vững chắc và tự tin Từ đáy lòng mình, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn vô hạn tới gia đình thân yêu của tôi, cản ơn bạn bè và các bạn sinh viên trong lớp sư phạm Vật lí K16 đã động viên, chia sẽ những khó khăn, thông cảm, hỗ trợ về tinh thần cũng như vật chất trong suốt thời gian tôi nghiên cứu và thực hiện khóa luận này Mặc dù đã rất cố gắng nhưng khóa luận này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự đóng góp, chỉ bảo từ quý thầy cô để khóa luận được hoàn thiện hơn Xin kính chúc quý thầy cô giáo trường Đại học Quảng Nam thật dồi dào sức khỏe để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình! Quảng Nam, ngày tháng năm 2020 Tác giả khóa luận Nguyễn Thị Lài LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan khóa luận có tên đề tài “Nghiên cứu năng lượng mặt trời- ứng dụng trong hộ gia đình” là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn khoa học của ThS Ngô Thị Hồng Nga Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kì hình thức nào trước đây Nếu phát hiện điều gì không đúng tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về nội dung khóa luận của mình Quảng Nam, ngày tháng năm 2020 Người nghiên cứu khóa luận Nguyễn Thị Lài MỤC LỤC PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1 1 Lý do chọn đề tài 1 2 Mục tiêu của đề tài 2 3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2 4 Nhiệm vụ nghiên cứu 2 5 Phương pháp nghiên cứu 2 6 Cấu trúc tổng quan của đề tài 3 PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 4 CHƯƠNG 1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ CẤU TẠO CỦA PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI .4 1.1 Cấu trúc của mặt trời 4 1.2 Bức xạ mặt trời 6 1.3 Cơ sở lý thuyết pin năng lượng mặt trời 8 1.3.1 Cấu tạo của pin mặt trời 8 1.3.2 Hiệu ứng quang điện 10 1.3.3 Thông số pin năng lượng mặt trời .12 1.3.4 Đặc tính làm việc .13 1.3.5 Tấm năng lượng mặt trời .14 1.3.6 Cách ghép nối các tấm năng lượng mặt trời 15 1.3.6.1 Phương pháp ghép nối tiếp các tấm pin mođun mặt trời 15 1.3.6.2 Phương pháp ghép nối pin mặt trời song song 16 1.3.7 Công thức tính dàn pin năng lượng mặt trời .16 Kết luận chương 1 19 CHƯƠNG 2: CÁC THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG VÀ ỨNG DỤNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 20 2.1 Bộ điều khiển sạc năng lượng 20 2.1.1 Giới thiệu .20 2.1.2 Nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển sạc năng lượng 20 2.1.3 Công thức tính số bộ điều khiển sạc 20 2.2 Bộ hòa lưới Inveter .21 2.2.1 Giới thiệu .21 2.2.2 Nguyên lý hoạt động của bộ hòa lưới điện mặt trời .21 2.2.3 Công thức tính số bộ hòa lưới Inverter 21 2.3 Bộ lưu trữ năng lượng (ac - quy) 21 2.3.1 Giới thiệu .21 2.3.2 Các loại ac - quy 22 2.3.2.1 Ac-quy chì – axit .22 2.3.2.2 Ac-quy kiềm .23 2.3.3 Nguyên lý hoạt động của acquy 24 2.3.4 Các đặc tính của ac-quy .25 2.3.4.1 Dung lượng .25 2.3.4.2 Điện áp ngưỡng thấp nhất 26 2.3.4.3 Điện áp hở mạch .26 2.3.5 Chế độ làm việc của ac-quy (xét acquy chì - axit) 26 2.3.5.1 Nạp ac-quy 26 2.3.5.2 Ac-quy phóng 26 2.3.6 Công thức tính ac-quy 27 2.4 Bộ điều phối năng lượng 27 2.4.1 Bộ điều khiển nạp – phóng điện 27 2.4.2 Bộ biến đổi DC- AC 28 2.4.3 Hộp nối và dây nối điện .29 2.5 Các ứng dụng 30 2.5.1 Bếp nấu dùng năng lượng mặt trời 30 2.5.2 Hệ thống cung cấp nước nóng dùng năng lượng mặt trời 32 2.5.3 Hệ thống sấy khô các sản phẩm nông nghiệp .33 Kết luận chương 2 35 Chương 3: THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP MÔ HÌNH ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CHO HỘ GIA ĐÌNH 36 3.1 Các thông số cần thiết để thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời 36 3.1.1 Tính toán phụ tải 36 3.1.2 Tính công suất bức xạ mặt trời tỉnh Quảng Nam - thành phố Đà Nẵng .39 3.1.2.1 Phương công suất bức xạ mặt trời 39 3.1.2.2 Tính công suất bức xạ ngày tỉnh Quảng Nam –thành phố Đà Nẵng 40 3.1.3 Lựa chọn dây dẫn cho các thiết bị và ví trí lắp đặt tấm pin năng lượng 44 3.1.3.1 Lựa chọn dây dẫn cho các thiết bị 44 3.1.3.2 Vị trí lắp đặt tấm pin năng lượng .44 3.2 Các bước thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời 45 3.2.1 Sơ đồ khối hệ thống điện mặt trời .45 3.2.2 Tính năng lượng điện mặt trời cần thiết 𝑬𝒄ấ𝒑 45 3.2.3 Tính công suất của tấm pin mặt trời cần sử dụng 46 3.2.4 Tính toán dung lượng của ac-quy 47 3.2.5 Tính toán bộ hòa lưới inverter .47 3.3 Tính toán thiết bị sử dụng trong hệ thống điện mặt trời .48 3.3.1 Tính dàn pin năng lượng mặt trời 48 3.3.2 Số bình acquy 49 3.3.3 Số lượng bộ hòa lưới Inverter 50 3.3.4 Tính toán chọn lựa bộ điều khiển sạc 51 3.4 Nguyên lý hoạt động của toàn hệ thống điện mặt trời 52 3.5 Lắp ráp mô hình điện năng lượng mặt trời cho hộ gia đình 53 3.5.1 Danh sách các linh kiện trong hệ thống 53 3.5.2 Lắp ráp mô hình thực tế .55 Kết luận chương 3 56 PHẦN 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .57 1 Kết luận 57 2 Kiến nghị 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO .58 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Mặt trời 4 Hình 1.2 Cấu trúc của mặt trời 5 Hình 1.3 Thành phần tán xạ vùng khí quyển trái đất 7 Hình 1.4 Pin mặt trời đơn và đa tinh thể 9 Hình 1.5 Pin mặt trời dạng màng mỏng 9 Hình 1.6 Cấu tạo của pin mặt trời 10 Hình 1.7 Hệ 2 mức năng lượng 10 Hình 1.8 Các vùng năng lượng 11 Hình 1.9 Hiện tượng của hiệu ứng quang điện 12 Hình 1.10 Đường đặc tính U – I của pin mặt trời 13 Hình 1.11 Sự phu thuộc đặc VA pin mặt trời vào cường độ xạ Mặt trời 13 Hình 1.12 Sự phụ thuộc của đường đặc tính của pin mặt trời vào nhiệt độ của pin .14 Hình 1.13 Ghép nối tiếp tấm pin mặt trời 15 Hình 1.14 Ghép song song tấm pin mặt trời 16 Hình 2.1 Ac-quy chì-axit 22 Hình 2.2 Ac-quy kiềm 23 Hình 2.3 Bếp parabol dùng năng lượng mặt trời 31 Hình 2.4 Bếp hộp dùng năng lượng mặt trời 31 Hình 2.5 Máy nước nóng sử dụng năng lượng mặt trời .33 Hình 2.6 Năng lượng mặt trời trong sấy khô 34 Hình 3.1 Bức xạ trực xạ bề mặt ngang (a) nghiêng (b) 40 Hình 3.2 Sơ đồ khối hệ thống điện mặt trời 45 Hình 3.3 Tấm pin năng lượng mặt trời 330W Mono 48 Hình 3.4 Bình Ac-quy mã hiệu LFD230 của hãng Varta 49 Hình 3.5 Bộ hòa lưới Đức SMA sunny Tripower 15kw 50 Hình 3.6 Bộ điều khiển xạc năng lượng mặt trời 51 Hình 3.7 Hình ảnh mô hình điện năng lượng mặt trời khi chưa hoạt động 55 Hình 3.8 Hình ảnh mô hình điện năng lượng mặt trời khi hoạt động 55 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Hệ hấp thụ, phản xạ bức xạ mặt trời 8 Bảng 3.1 Thống kê các thiết bị và công suất phòng khách 36 Bảng 3.2 Thống kê các thiết bị và công suất của cả hai phòng ngủ 37 Bảng 3.3 Thống kê các thiết bị và công suất phòng ăn và bếp 38 Bảng 3.4 Thống kê các thiết bị và công suất WC và nhà tắm 38 Bảng 3.5 Tổng lượng bức xạ trung bình ngày năm 40 Bảng 3.6 Tổng giờ nắng trung bình năm 41 Bảng 3.7 Tổng xạ trực xạ trung bình tỉnh Quảng Nam – thành phố Đà Nẵng ; kWh/m2.ngày 42 Bảng 3.8 Danh sách các linh kiện trong hệ thống 53 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Kí hiệu, chữ viết tắt Ý nghĩa AC Xoay chiều DC Một chiều EVN Tập đoàn điện lực PVC (Polyvinyl Chloride) là chất cách điện dẻo NXB Nhà xuất bản PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1 Lý do chọn đề tài Hiện nay với sự phát triển mạnh mẽ của thế giới về mọi mặt, trong đó khoa học nói chung và ngành công nghệ kỹ thuật điện tử nói riêng đang trên đà phát triển vượt bậc, góp phần làm cho thế giới ngày càng hiện đại và văn minh hơn Nhu cầu sử dụng năng lượng trong tất cả các lĩnh vực ngày càng tăng Có thể nói rằng ngày nay không một quốc gia nào trên thế giới không sản xuất và tiêu thụ điện năng và trong tương lai thì nhu cầu của con người về nguồn năng lượng đặc biệt này sẽ tiếp tục được nâng cao Do đó năng lượng càng thể hiện rõ vai trò quan trọng và trở thành yếu tố không thể thiếu trong cuộc sống Tuy nhiên, trong khi nhu cầu sử dụng năng lượng đang ngày càng gia tăng thì các nguồn năng lượng truyền thống được khai thác sử dụng hàng ngày đang dần cạn kiệt và trở nên khan hiếm Một số nguồn năng lượng đang được sử dụng như nguồn nguyên liệu hoá thạch (dầu mỏ, than đá…) đang cho thấy những tác động xấu đến môi trường, gây ô nhiễm bầu khí quyển như gây hiệu ứng nhà kính, thủng tầng ozôn, là một trong những nguyên nhân làm trái đất ấm dần lên Các khí thải ra từ việc đốt các nguyên liệu này đã gây ra mưa axit, gây hại cho môi trường sống của con người Còn nguồn năng lượng thuỷ điện (vốn cũng được coi là một loại năng lượng sạch) thì cũng không đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ điện hiện nay trong khi tình trạng mức nước trong hồ chứa thường xuyên xuống dưới mực nước chết Ví dụ như đồng bằng sông Cửu Long thiếu nước ngọt thừa nước mặn, nhà máy thủy điện Thừa Thiên-Huế đứng trước nguy cơ ngừng hoạt động, con sông tại Quảng Nam khô hạn trong đợt nắng nóng tháng 6, tháng 7 năm 2019 Trước tình hình đó, vấn đề phải tìm được những nguồn năng lượng mới để đáp ứng nhu cầu sử dụng năng lượng đang lớn mạnh hàng ngày, thay thế những nguồn năng lượng có hại cho môi trường hoặc đang cạn kiệt đang trở nên cấp thiết, đòi hỏi nhiều sự quan tâm Những nguồn năng lượng mới đang được khai thác sử dụng như năng lượng hạt nhân, năng lượng địa nhiệt, năng lượng sóng biển, năng lượng gió và năng lượng mặt trời là một trong những hướng quan trọng trong kế hoạch phát triển năng lượng, không những đối với những nước phát triển mà ngay những nước đang phát triển Năng lượng mặt trời được coi là một nguồn năng lượng rẻ, vô tận, là một nguồn năng lượng sạch không gây hại cho môi trường đang thu hút sự quan tâm của rất nhiều nhà khoa học, nhà nghiên cứu và sẽ trở thành nguồn năng lượng tốt nhất trong tương 1