Trang 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂNKHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ------PHẠM VĂN MINHTHIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TẤM PINNĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỂ TỐI ƯU HOÁTHU NĂNG LƯỢNGKHOÁ LUẬN TỐT NGHỆP Trang 2
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay năng lượng điện có vai trò thiết yếu trong cuộc sống hàng ngày đáp ứng mọi mặt về kinh tế, văn hóa, xã hội Sự tiêu thụ điện năng tăng vọt theo từng năm. Nhằm đáp ứng được với sự tiêu thụ điện ngày càng tăng của các khu công nghiệp, hộ gia đình, mỗi đất nước cần có những chính sách khai thác, sử dụng, phân phối một cách hiệu quả các nguồn năng lượng. Đặc biệt đối với nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng mặt trời, năng lượng gió, mỗi quốc gia đều có những chế tài khuyến khích việc sử dụng các nguồn năng lượng sạch này, một phần giúp giảm tải cho điện lưới quốc gia và cũng đồng thời góp phần chung tay giải quyết các vấn đề toàn cầu như hiệu ứng nhà kính hay cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên Năng lượng mặt trời là một nguồn năng lượng tái tạo, sạch và vô tận Tuy nhiên, việc chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng hiệu quả vẫn là một thách thức lớn Hiện nay, hiệu suất chuyển đổi năng lượng của tấm pin năng lượng mặt trời chỉ đạt khoảng 15-20% Điều này có nghĩa là phần lớn năng lượng mặt trời không được tận dụng hiệu quả.
Việc khai thác năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng mặt trời ngày càng rộng cả về quy mô và chất lượng, từ các ứng dụng nhỏ trong truyền thông cho đến các hệ thống mặt trời nối lưới Với mong muốn khám phá, đào sâu nghiên cứu một hệ thống khai thác năng lượng mặt trời, chúng em đã cố gắng tìm hiểu lựa chọn những bước đi đầu tiên trong việc tiếp cận hệ thống khai thác năng lượng mặt trời Đề tài “Thiết kế hệ thống tấm pin năng lượng mặt trời để tối ưu hoá năng lượng” nhằm giải quyết vấn đề này Mục tiêu là tìm ra cách để tăng hiệu suất chuyển đổi năng lượng của tấm pin năng lượng mặt trời, giúp tận dụng tối đa năng lượng mặt trời, góp phần giảm thiểu sự phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch và bảo vệ môi trường Đây là một vấn đề cấp bách và có ý nghĩa thiết thực trong việc phát triển bền vững và bảo vệ môi trường.
Mục tiêu đề tài
Thiết kế hệ thống tấm pin năng lượng mặt trời nhằm giải quyết được các vấn đề tồn tại của hệ thống cũ, đồng thời phát triển hệ thống để nâng cao hiệu suất hơn nữa.
Hệ thống gồm có các chức năng:
• Điều khiển hệ thống bằng cảm biến ánh sáng.
• Điều khiển hệ thống bằng thực gian thực (NTB server).
• Điều khiển hệ thống bằng nút nhấn trên Blynk.
Xây dựng hệ thống giám sát từ xa thông qua app Blynk.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Tìm hiểu ngôn ngữ lập trình C++ cùng phần mềm lập trình vi điều khiển Arduino IDE.
Tìm hiểu phần mềm Blynk IoT 2.0.
Tìm hiểu về động cơ Servo và các cảm biến có trong hệ thống.
Tìm hiểu Node MCU ESP32.
Module cảm biến ánh sáng CDS - NVZ1.
Module công tắc hành trình PVX81218.
Module cảm biến điện áp DC.
Module cảm biến hồng ngoại FM52
LCD 16x2, I2C. Động cơ Servo MG 995.
Cách tiếp cận - Phương pháp thực hiện
Tiếp cận từ nhu cầu thực tiễn, nghiên cứu lý thuyết đặc thù về các hệ thống pin mặt trời hiện nay từ đó đưa ra các phương pháp để tối ưu hoá nhất.
Thu thập tài liệu trên mạng internet và các tài liệu đã học được trên lớp.
Khảo sát module, thiết bị, linh kiện có mặt trên thị trường.
Xây dựng mô hình tổng quan về module giao tiếp, mạch cảm biến, lập trình bằng ngôn ngữ C++, từ đó phát triển chi tiết các thuật toán cần sử dụng trong đề tài.
Nghiên cứu và tính toán để lựa chọn các phương pháp phù hợp và tối ưu nhất.
Cấu trúc báo cáo
Chương 1: Tổng quan về đề tài
Trình bày về những vấn đề như tính cấp thiết của đề tài, mục tiêu đề tài, đối tượng và phạm vi nghiên cứu, cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết và các linh kiện được sử dụng
Trình bày về các lý thuyết, ứng dụng liên quan đến đề tài pin năng lượng mặt trời, xây dựng ứng dụng trên nền tảng ESP32, Lý thuyết và cách sử dụng các linh kiện được sử dụng trong đề tài.
Chương 3: Thiết kế và thi công hệ thống
Trình bày về sơ đồ khối, sơ đồ thuật toán của hệ thống cũng như cách kết nối giữa các linh kện và vi điều khiển.
Chương 4: Kiểm thử và đánh giá hệ thống
Trình bày kết quả đo được sau khi hệ thống đã hoàn thiện từ đó ta có thể đánh giá được các ưu, nhược điểm của hệ thống.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC LINH KIỆN ĐƯỢC
Năng lượng mặt trời
2.1.1 Khái niệm năng lượng mặt trời:
Năng lượng mặt trời là năng lượng của các dòng bức xạ điện từ xuất phát từ mặt trời cộng với một phần nhỏ năng lượng từ các hạt nguyên tử khác phóng ra từ mặt trời Năng lượng điện từ cú bước súng từ 0,28 đến 3,0 àm Khoảng một nửa của bức xạ là ở phần súng ngắn (0,38…0,78 àm) nhỡn thấy được trong dải quang phổ điện từ; nửa cũn lại chủ yếu là ở phần gần hồng ngoại (0,78…3,0 àm), với một số ở phần cực tớm (0,28…0,38 àm) của quang phổ Quang phổ của ỏnh sỏng Mặt Trời mà ta thu được trên Trái Đất là quang phổ vạch hấp thụ.
2.1.2 Phân bổ bức xạ Mặt Trời, nhiệt độ ở thế giới và Việt Nam:
Năng lượng Mặt Trời thay đổi bởi vì sự chuyển động tương đối của Mặt Trời Sự thay đổi này còn phụ thuộc vào giờ trong ngày và các mùa trong năm Nhìn chung bức xạ Mặt Trời có nhiều vào buổi trưa hơn là lúc sáng sớm và chiều tối Vào giữa trưa, Mặt Trời ở vị trí cao nhất trên bầu trời và đường đi của tia nắng Mặt Trời xuyên qua bầu khí quyển của trái đất được rút ngắn Do đó, bức xạ Mặt Trời ít bị tán xạ hay hấp thụ dẫn đến bức xạ lên bề mặt trái đất sẽ càng nhiều Năng lượng Mặt Trời ở Việt Nam có sẵn quanh năm, khá ổn định và phân bố rộng rãi trên các vùng miền khác nhau của đất nước Đặc biệt, số ngày nắng trung bình trên các tỉnh của miền trung và miền nam là khoảng 300 ngày/năm.
Hình 2.1: Biểu đồ cường độ bức xạ mặt trời.
Bảng 2.1: Giá trị trung bình cường độ bức xạ mặt trời ngày trong năm và số giờ nắng của một số khu vực khác nhau ở Việt Nam.
2.1.3 Ứng dụng của năng lượng mặt trời:
Năng lượng Mặt Trời là một trong những nguồn năng lượng tái tạo quan trọng nhất đạt được nhiều sự quan tâm trong những năm gần đây Năng lượng Mặt Trời rất dồi dào; nó có trữ lượng lớn nhất so với các nguồn năng lượng khác Lượng năng lượng cung cấp cho trái đất trong một ngày của Mặt Trời đủ để cung cấp nhu cầu năng lượng của trái đất trong một năm Năng lượng Mặt Trời sạch và không có khí thải, vì sản xuất nó không gây ô nhiễm hoặc có các sản phẩm có hại cho thiên nhiên Việc chuyển đổi năng lượng Mặt Trời thành năng lượng điện có trong nhiều lĩnh vực ứng dụng Năng lượng Mặt Trời chuyển đổi năng lượng điện có thể được thực hiện theo hai cách: Quang điện năng lượng Mặt Trời và nhiệt năng năng lượng Mặt Trời Năng lượng Mặt Trời nhiệt tương tự như thế hệ điện AC thông thường bằng chạy tuabin hơi nước thay vì nhiên liệu hóa thạch Nhiệt chiết xuất từ tia Mặt Trời tập trung được sử dụng để sản xuất hơi nước và ngoài ra được lưu trữ trong các thùng cách nhiệt cho việc sử dụng trong quá trình gián đoạn của ánh nắng Mặt Trời Ban đêm, các tế bào sử dụng điện Mặt Trời làm bằng silicon hoặc một số loại vật liệu bán dẫn chuyển đổi năng lượng ánh sáng được hấp thụ từ ánh nắng Mặt Trời vào động cơ điện Để bù đắp cho quá trình gián đoạn trong thời gian đêm nên việc tạo ra pin lưu trữ điện là cần thiết Trong đồ án này chúng ta sẽ trình bày các hoạt động quang điện năng lượng Mặt Trời Cách quan trọng nhất để tăng hiệu suất của một bảng điều khiển năng lượng Mặt Trời là sử dụng phương pháp dò tìm đỉnh công suất tối ưu của một thiết bị điện tử công suất, từ đó làm tăng đáng kể hiệu quả của hệ thống Bằng cách sử dụng hệ thống hoạt động điều chỉnh đỉnh công suất và sản xuất sản lượng điện năng tối ưu của nó, phương pháp dò tìm đỉnh công suất đã tối ưu hóa hiệu quả sắp xếp, do đó làm giảm chi phí hệ thống tổng thể Ngoài ra chúng ta cố gắng để thiết kế các bộ dò tìm công suất đỉnh tối ưu bằng cách sử dụng các thuật toán của phương pháp dò tìm công suất đỉnh tối ưu là "Nhiễu loạn và Quan sát" và thực hiện nó bằng cách sử dụng một bộ chuyển đổi DC-DC Con người đã tìm thấy nhiều loại bộ chuyển đổi DC-DC Trong số đó, chúng ta đã lựa chọn chuyển đổi phù hợp nhất đó là chuyển đổi "Buck" cho thiết kế. Thế hệ hệ thống phát điện PV thường sử dụng một vi điều khiển dựa trên điều khiển sạc kết nối với pin và tải Một bộ điều khiển sạc được sử dụng để duy trì điện áp sạc thích hợp trên pin Khi điện áp đầu vào từ các mảng năng lượng Mặt Trời, bộ điều khiển phụ trách quy định sạc cho pin ngăn ngừa bất kỳ quá mức Vì những tính năng tốt, vững chắc và đáng tin cậy, điều khiển sạc PV là một thành phần quan trọng của bất kỳ hệ thống sạc pin PV để đạt được tối ưu hiệu quả hệ thống Trong khi đó, thiết kế vi điều khiển dựa trên có thể cung cấp điều khiển thông minh hơn và do đó làm tăng hiệu quả của hệ thống.
Pin Mặt Trời, cấu tạo nguyên lý hoạt động cơ bản
Pin năng lượng mặt trời (hay pin quang điện, tế bào quang điện), là thiết bị bán dẫn chứa lượng lớn các diod p-n, dưới sự hiện diện của mặt trời có khả năng tạo ra dòng điện sử dụng được.
Pin Mặt Trời ngày nay được sản xuất chủ yếu từ vật liệu tinh thể bán dẫn silicon(Si) có hóa trị 4 Để có vật liệu tinh thể bán dẫn tinh khiết loại n thì người ta pha vào tinh thể Si tạp chất là Photpho hóa trị 5 gọi là Donor, còn để tạo ra bán dẫn loại P thì người ta pha vào Si là Bo hóa trị 3 gọi là Acceptor Đối với pin Mặt Trời làm từ vật liệu tinh thể Si, khi quang tử có năng lượng lớn hơn 1,12 eV bị silicon hấp thụ sẽ tạo ra điện thế Năng lượng của quang tử E liên hệ với vận tốc c và bước sóng
Trong đó: h là hằng số Planck ¿ J.s) c là vận tốc (¿3∗10 8 m/s¿ là bước sóng
≤ 1.11 m mới tạo ra được điện áp Ngoài pin làm từ vật liệu tinh thể Si, người ta còn nghiên cứu chế tạo thử nghiệm từ các loại vật liệu khác có nhiều hứa hẹn như hệ bán dẫn hợp chất nhóm 3-5, như hợp chất đồng-cadimi sunfit (CuCdS), Galium-Arsent(GaAs),
Hiệu ứng pin quang điện
Là sự tương tác giữa ánh sáng và điện tử phân bố ở bề mặt của kim loại Khi chiếu một chùm sáng có một bước sóng đủ ngắn vào bề mặt của một số kim loại, ánh sáng sẽ kích thích dao động của các điện tử phân bố ở bề mặt của kim loại đó làm điện tử bật ra khỏi bề mặt kim loại Kim loại được đặt trong một trường điện thế thì những điện tử đó sẽ chuyển động ngược chiều với chiều trường điện thế và tạo ra dòng điện.
Khi các điện tử bị bật ra khỏi bề mặt của tấm kim loại, ta có hiệu ứng quang điện ngoài ( external photoelectric effect ) Các điện tử không thể phát ra nếu tần số của bức xạ nhỏ hơn tần số ngưỡng bởi điện tử không được cung cấp đủ năng lượng cần thiết để vượt ra khỏi rào thế ( gọi là công thoát ) Điện tử phát xạ ra dưới tác dụng của bức xạ điện từ được gọi là quang điện tử Trong nhiều vật liệu, hiệu ứng quang điện ngoài không xảy ra mà chỉ xảy ra hiện tượng quang điện trong (thường xảy ra với các chất bán dẫn).
Hình 2.2: Hiệu ứng quang điện.
Modun quang điện
Ngày nay, quang điện vẫn là nguồn năng lượng tương đối đắt tiền Vì vậy, điều quan trọng là phải sử đụng pin Mặt Trời đúng cách để đạt được công suất tối ưu Để đạt được điều này, các tấm pin phải được bố trí ở 1 vị trí cố định nghiêng về phía Nam để tối ưu hóa việc sản xuất năng lượng hàng ngày Sự định hướng tấm pin cố định cần được chọn cẩn thận để nhận được năng lượng cực đại theo mùa trong năm Khi cần có thể điều chỉnh hướng đặt pin theo định kỳ Cơ bản, các tấm pin có 1 điểm hoạt động tối ưu gọi là điểm công suất cực đại (MPP) Đó là điểm mà các tấm pin có thể phát công suất tối ưu từ ánh sáng Mặt Trời Mạch điện gồm dòng quang điện, I PH , điốt, điện trở dòng dò R SH và điện trở nối tiếp Rs, đặc tính I-V của pin mô tả bằng biểu thức (2.1)
Sơ đồ mạch tương đương của PV
Hình 2.3: sơ đồ mạch tương đương của PV
I S = dòng bão hòa (A) q = điện tích của electron, q=1,6x10-19 C k = nhiệt độ vận hành của pin (K)
A = hệ số lý tưởng phụ thuộc vào công nghệ chế tạo pin Đặc tính I-V tương ứng với bức xạ được mô tả như hình 2.6 và hình 2.7.
Hình 2.4: Đặc tính I-V với các bức xạ khác nhau
Hình 2.5: Đặc tính P-V với các bức xạ khác nhau
Điểm làm việc tối ưu của pin Mặt Trời
Về cơ bản, trên đường đặc tuyến PV của pin Mặt Trời tồn tại một điểm công suất cực đại ứng với dòng điện và điện áp tương ứng.
Hình 2.6: Điểm công suất cực đại
Tuy nhiên, điểm cực đại này không cố định, chúng luôn thay đổi theo điều kiện môi trường (Hình 2.8) Vì vậy, chúng ta cần điều khiển điện áp hoặc dòng điện để thu được công suất cực đại từ pin Mặt Trời Khi nhiệt độ và bức xạ thay đổi, sử dụng bộ tìm kiếm công suất cực đại.
Hệ thống điện năng lương Mặt Trời là gì ? Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống năng Mặt Trời
2.6.1 Hệ thống điện năng lương Mặt Trời là gì:
Hệ thống điện năng lượng mặt trời là một hệ thống chuyển hóa điện mặt trời thành điện sử dụng trong sinh hoạt, sản xuất, kinh doanh…
Hệ thống bao gồm rất nhiều thành phần, thiết bị điện mặt trời trong đó có những bộ phận sau:
Tấm pin năng lượng mặt trời
Bộ chuyển nguồn hòa lưới Inverter (nghịch lưu)
Tủ bảo vệ và phân phối AC/DC ( hay còn gọi tủ điện ATS)
Hệ thống Pin lưu trữ
Một số vật tư năng lượng mặt trời và phụ kiện
Hình 2.7: Mô hình hệ thống điện năng lương mặt trời
Có 3 loại hệ thống điện năng lượng mặt trời ở Việt Nam :
Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới ( có lưu trữ và không lưu trữ)
Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập
Hệ thống điện năng lượng mặt trời Hybird
- Không sử dụng bất cứ nguồn nhiên liệu hóa thạch nào Mặt Trời có thể xem là nguồn nhiên liệu miễn phí nên không chịu ảnh hưởng của giá cả như xăng dầu, than đá,…
- Năng lượng Mặt Trời là năng lượng sạch và tái tạo Không giống như than đá, xăng dầu, nó không gây ôi nhiễm môi trường xung quanh.
- Năng lượng Mặt Trời có thể xem là vô tận, cung cấp năng lượng bù đắp lượng năng lượng tiêu thụ thiết hụt.
- Hệ thống năng lượng Mặt Trời có tuổi thọ khá cao, công việc bảo trì- bảo dưỡng đơn giản với chi phí thấp.
- Chi phí đầu tư xây dựng và lắp đặt ban đầu khá lớn Đây là bất lợi chính cho việc phổ biến các hệ thống năng lượng Mặt Trời trời trong mọi lĩnh vực của đời sống.
- Hiệu quả của hệ thống phụ thuộc vào cường độ chiếu sáng của Mặt Trời Để đạt hiệu suất cao nhất, tấm pin Mặt Trời cần một vùng rộng lớn, độ chiếu rọi lớn, không bị che khuất hoặc ít bị che khuất
- Các tấm pin dễ bị ảnh hưởng bởi các đám mây gây ra hiện tượng che khuất.
TỔNG QUAN VỀ IOT
Internet vạn vật (IoT) là mạng kết nối các đồ vật và thiết bị thông qua cảm biến, phần mềm và các công nghệ khác, cho phép các đồ vật và thiết bị thu thập và trao đổi dữ liệu với nhau.
Internet vạn vật lan tỏa lợi ích của mạng internet tới mọi đồ vật được kết nối, chứ không chỉ dừng lại ở phạm vi một chiếc máy tính Khi một đồ vật được kết nối với internet, nó sẽ trở nên thông minh hơn nhờ khả năng gửi và/hoặc nhận thông tin và tự động hoạt động dựa trên các thông tin đó.
Các thiết bị IoT có thể là đồ vật được gắn thêm cảm biến để thu thập dữ liệu về môi trường xung quanh (giống như các giác quan), các máy tính/bộ điều khiển tiếp nhận dữ liệu và ra lệnh cho các thiết bị khác, hoặc cũng có thể là các đồ vật được tích hợp cả hai tính năng trên.
Tiềm năng ứng dụng của internet vạn vật (IoT) trải rộng trên mọi lĩnh vực Tuy nhiên, mọi hệ thống IoT hoàn chỉnh đều có đủ 4 bước: thu thập dữ liệu, chia sẻ dữ liệu, xử lý dữ liệu, và đưa ra quyết định.
Hình 2.8: Hình ảnh về IOT
Tác động của IoT rất đa dạng, trên tất cả các lĩnh vực kinh tế và đời sống: quản lý hạ tầng, y tế, xây dựng và tự động hóa, giao thông… Một số ứng dụng tiêu biểu và phổ biến của IoT có thể kể ra là:
- Thiết bị mang theo (wearables):
Theo dõi tình trạng sức khỏe của con người.
Kiểm soát và định vị trí của các em nhỏ, người già và cảnh báo khi có sự cố.
- Thành phố thông minh (smart city):
Quản lý và tối ưu nguồn năng lượng như năng lượng điện.
Quản lý và theo dõi chất lượng môi trường sống như không khí, nguồn nước.
Tối ưu và điều phối các bãi đậu xe.
Kiểm soát giao thông, tội phạm xảy ra trên đường phố thông qua hệ thống camera thông minh.
Dự báo dựa trên dữ liệu đã được thu thập.
- Nhà thông minh(smart home):
Tự động hóa và nâng cao trải nghiệm trong nhà.
- Quản lý đội xe (fleet management):
Quản lý vị trí, hành trình của xe.
Theo dõi hiệu suất xe (quãng đường đã đi, nhiên liệu sử dụng) từ đó tối ưu lợi nhuận kinh doanh.
- Nông nghiệp thông minh (smart farming):
Phát triển nghành nông nghiệp sạch trong nhà.
Hỗ trợ tưới tiêu tự động (smart irrigation system).
Theo dõi chất lượng môi trường như đất và nước, cảnh báo khi có sự cố để xử lý kịp thời, hạn chế thiệt hại (precise agriculture).
Quản lý danh mục tài sản, vị trí, trạng thái để hạn chế mất mát.
Theo dõi tình trạng hoạt động để bảo trì chủ động, giảm thiểu thiệt hại trong sản xuất kinh doanh (predictive maintenance).
Vì thế, Internet of Things đang là chìa khóa của thành công trong tương lai.
PHẦN MỀM BLYNK IOT 2.0 APP
2.8.1 Tổng quan phần mềm Blynk IoT 2.0 APP:
Là bản nâng cấp so với Blynk 0.1:
• Các button có thể thêm icon, hình ảnh vào để cá nhân hóa hoặc thể hiện trực quan hơn nút ấn đó cho thiết bị nào.
• Không cần thêm cầu kết nối data giữa các thiết bị khác nhau ở code nữa, chỉ cần chọn nó dùng data stream nào là được, ví dụ dùng 2 thiết bị muốn ấn bật tắt trên
1 thiết bị, nó sẽ đồng bộ hóa ngay vs thiết bị kia để hiển thị trạng thái của cả 2 là giống nhau
• Sử dụng số lượng Widget box tùy ý không bị giới hạn Energy như phiên bản trước Tuy nhiên Các Widget box phức tạp phải nâng cấp lên phiên bản trả phí mới sử dụng được.
• Bản free sẽ chỉ dùng được 2 thiết bị trên 1 ứng dụng.
Có ba thành phần chính trong nền tảng Blynk:
• Blynk App - cho phép tạo giao diện phần mềm giám sát của bạn bằng cách kéo thả các widget khác nhau mà nhà cung cấp đã thiết kế sẵn.
• Blynk Server - chịu trách nhiệm xử lý dữ liệu trung tâm giữa điện thoại, máy tính bảng và phần cứng Bạn có thể sử dụng Blynk Cloud của Blynk cung cấp hoặc tự tạo máy chủ Blynk riêng của bạn Vì đây là mã nguồn mở, nên bạn có thể dễ dàng integrate vào các thiết bị và thậm chí có thể sử dụng Raspberry Pi làm server của bạn.
• Library Blynk – support cho hầu hết tất cả các nền tảng phần cứng phổ biến - cho phép giao tiếp với máy chủ và xử lý tất cả các lệnh đến và đi.
Blynk cung cấp API & giao diện người dùng tương tự cho tất cả các thiết bị và phần cứng được hỗ trợ với các kết nối: Wifi, Bluetooth và BLE, Ethernet, USB (Serial), GSM, …
2.8.2 Thiết kế giao diện giám sát trên Blynk app:
Đầu tiên, để có thể gửi dữ liệu lên Blynk nhóm kết nối trạm chủ với module, kết nối Internet ESP8266
Tiếp theo, để có thể nhận dữ liệu trên Blynk chúng tôi thiết lập một tài khoản trên Blynk IoT 2.0.
Đây là công cụ mới của Blynk 2.0, giúp chúng ta có thể cấu hình được các Things ngay trên web, giúp quản lý Things dễ dàng hơn rất nhiều.
Truy cập: https://blynk.cloud và tiến hành Log In nếu đã có tài khoản hoặc Create new account nếu chưa có tài khoản.
Tiếp theo sẽ có email gửi về mail để tiến hành Create Password.
Tiếp theo đặt tên cho Profile.
Giao diện sau khi tạo profile Vậy là chúng ta đã đăng kí xong, tiếp tới cần tạo các template để sử dụng.
Tạo Template trên Blynk IoT 2.0:
Ấn chọn Template, chọn new Template để tạo Template.
Giao diện Blynk sau khi tạo template, chú ý copy thông tin FIRMWARE CONFIGURATION để đưa vào code.
Tiến hành tạo Datastreams (biến truyền dữ liệu giữa ESP và Blynk), chọn New Datastream, lựa chọn và cài đặt Virtual Pin.
Bước tiếp theo vào cài đặt mục Web Dashboard.
Lựa chọn Switch và tiến hành cài đặt datastream vào button đó.
Sau khi cài đặt xong tại đây ta Save lại.
Cài đặt trên điện thoại:
Tải ứng dụng Blynk IoT về điện thoại.
Tiến hành đăng nhập tài khoản đã tạo lúc trước.
Giao diện sau khi đăng nhập, chọn Add new device.
Sau đó tiến hành Connect to Wi-Fi.
Sau đó giao diện chuyển sang setup wifi và configuring device.
Sau đó ta có thể sửa đổi tên cho thiết bị.
Giao diện sao khi hoàn thành setup.
Lúc này bạn có thể điều khiển Led cả ở trên Web hoặc app.
Các linh kiện và thiết bị sử dụng trong hệ thống
2.9.1 Tổng quan về Arduino Uno R3:
2.9.1.1 Giới thiệu chung về Arduino Uno R3:
Arduino Uno R3 là một board phổ biến trong hệ thống phần cứng của Arduino, được thiết kế để dễ dàng sử dụng và lập trình cho những dự án điện tử
Arduino Uno R3 sử dụng vi điều khiển ATmega328P, một vi điều khiển AVR 8- bit với tần số hoạt động 16 MHz Có bộ nhớ Flash 32 KB, RAM 2 KB và EEPROM 1
KB, cung cấp đủ tài nguyên cho nhiều ứng dụng.
Chân kết nối có 14 chân và 6 chân analog để kết nối với các thiết bị và cảm biến khác nhau Các chân nối GPIO, PWM, UART, SPI và I2C tạo điều kiện cho việc kết nối với nhiều loại linh kiện điện tử.
Arduino Uno R3 có thể được nạp thông qua cổng USB hoặc nguồn cung cấp ngoại vi (7-12V) Hoạt động ở điện áp 5V, giúp nó tương thích với nhiều loại linh kiện và cảm biến Board có cổng USB, giúp kết nối với máy tính để nạp chương trình và giao tiếp với nó thông qua cổng COM ảo Được lập trình bằng IDE Arduino, một môi trường lập trình dễ sử dụng, hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình như C và C++ Arduino Uno R3 tương thích với nhiều shields, là các module mở rộng có thể gắn lên trên board để mở rộng khả năng của nó cho các ứng dụng cụ thể.
Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)
Tần số hoạt động 16 MHz
Dòng tiêu thụ khoảng 30mA Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC Điện áp vào giới hạn 6-20V DC
Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)
Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA
Dòng ra tối đa (5V) 500 mA
Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA
Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader
Hình 2.10: Thông số của Arduino uno r3.
2.9.1.2 Chức năng của các chân Arduino Uno R3:
Cáp USB: Đây là dây cáp thường được bán kèm theo board, dây cáp dùng để cắm vào máy tính để nạp chương trình cho board và dây đồng thời cũng lấy nguồn từ nguồn usb của máy tính để cho board hoạt động Ngoài ra cáp USB còn được dùng để truyền dữ liệu từ board Arduino lên máy tính Dây cáp có 2 đầu, đầu 1a được dùng để cắm vào cổng USB trên board Arduino, đầu 1b dùng để cắm vào cổng USB trên máy tính.
IC này được lập trình như một bộ chuyển đổi USB –to-Serial dùng để giao tiếp với máy tính thông qua giao thức Serial (dùng cổng COM).
Cổng nguồn ngoài nhằm sử dụng nguồn điện bên ngoài như pin, bình acquy hay các adapter cho board Arduino hoạt động Nguồn điện cấp vào cổng này là nguồn DC có hiệu điện thế từ 6V đến 20V, tuy nhiên hiệu điện thế tốt nhất mà nhà sản xuất khuyên dùng là từ 7 đến 12V.
Cổng USB trên board Arduino dùng để kết nối với cáp USB.
Nút reset được sử dụng để reset lại chương trình đang chạy Đôi khi chương trình chạy gặp lỗi, người dùng có thể reset lại chương trình.
ICSP là chữ viết tắt của In-Circuit Serial Programming Đây là các chân giao tiếp SPI của chip Atmega 16U2 Các chân này thường ít được sử trong các dự án về Arduino.
Chân xuất tín hiệu ra:
Có tất cả 14 chân xuất tín hiệu ra trong Arduino Uno, những chân có dấu ~ là những chân có thể băm xung (PWM), tức có thể điều khiển tốc độ động cơ hoặc độ sáng của đèn.
IC Atmega 328 là linh hồn của board mạch Arduino Uno, IC này được sử dụng trong việc thu thập dữ liệu từ cảm biến, xử lý dữ liệu, xuất tín hiệu ra, …
Các chân ICSP của ATmega 328 được sử dụng cho các giao tiếp SPI (Serial Peripheral Interface), một số ứng dụng của Arduino có sử dụng chân này, ví dụ như sử dụng module RFID RC522 với Arduino hay Ethernet Shield với Arduino.
Chân lấy tín hiệu Analog:
Các chân này lấy tín hiệu Analog (tín hiệu tương tự) từ cảm biến để IC Atmega 328 xử lý Có tất cả 6 chân lấy tín hiệu Analog, từ A0 đến A5.
Chân cấp nguồn cho cảm biến:
Các chân này dùng để cấp nguồn cho các thiết bị bên ngoài như role, cảm biến, RC servo,…trên khu vực này có sẵn các chân GND (chân nối đất, chân âm), chân 5V, chân 3.3V như được thể hiện ở hình 1.10 Nhờ những chân này mà người sử dụng không cần thiết bị biến đổi điện khi cấp nguồn cho cảm biến, relay, rc servo,…Ngoài ra trên khu vực này còn có chân Vin và chân reset, chân IOREF Tuy nhiên các chân này thường ít được sử dụng.
Các linh kiện khác trên board Arduino Uno;
Ngoài các linh kiện đã liệt kê bên trên, Arduino Uno còn 1 số linh kiện đáng chú ý khác Trên board có tất cả 4 đèn led, bao gồm 1 led nguồn (led ON nhằm cho biết board đã được cấp nguồn), 2 led Tx và Rx, 1 led L Các led Tx và Rx sẽ nhấp nháy khi có dữ liệu truyền từ board lên máy tính hoặc ngược lại thông qua cổng USB Led L được kết nối với chân số 13 Led này được gọi là led on board (tức led trên board), led này giúp người dùng có thể thực hành các bài đơn giản mà không cần dùng thêm led ngoài.
Hình 2.11: Sơ đồ chân Arduino uno R3.
2.9.2.1 Giới thiệu chung về ESP 32:
ESP 32 là một series các vi điều khiển trên một vi mạch, năng lượng thấp có hỗ trợ WiFi và dual-mode Bluetooth (tạm dịch: Bluetooth chế độ kép) Dòng ESP32 sử dụng bộ vi xử lý Tensilica Xtensa LX6 ở cả hai biến thể lõi kép và lõi đơn, và bao gồm các công tắc antenna tích hợp, RF balun, bộ khuếch đại công suất, bộ khuếch đại thu nhiễu thấp, bộ lọc và module quản lý năng lượng ESP32 được chế tạo và phát triển bởi Espressif Systems, một công ty Trung Quốc có trụ sở tại Thượng Hải, và được sản xuất bởi TSMC bằng cách sử dụng công nghệ 40 nm ESP32 là sản phẩm kế thừa từ vi điều khiển ESP 8266.
CPU Xtensa đơn nhân hoặc hai nhân 32-bit LX6, hoạt động ở tần số có thể chạy lên đến 240 MHz và thực hiện lên đến 600 DMIPS
Bộ nhớ 448 KB bộ nhớ ROM cho việc booting và các tính năng lõi
520 KB bộ nhớ SRAM trên chip cho dữ liệu và tập lệnh
Hệ thống xung nhịp CPU Clock, RTC Clock và Audio PLL Clock
Ngoại vi Cảm biến cảm ứng, cảm biến Hall, giao diện thẻ SD, Ethernet, SPI, UART,
Chế độ quản lý năng lượng
Hỗ trợ 5 chế độ hoạt động với mức tiêu thụ năng lượng khác nhau: Active, Modem-sleep, Light-sleep, Deep-sleep và Hibernation
Bộ ổn áp nội với điện áp rơi thấp (internal low-dropout regulator)
Individual power domain (tạm dịch: Miền nguồn riêng) cho RTC
Trở lại hoạt động từ ngắt GPIO, timer, đo ADC, ngắt với cảm ứng điện dung
Bluetooth: v4.2 BR/EDR và BLE (chia sẻ sóng vô tuyến với Wi- Fi)
Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật của ESP 32
Mạch phát triển (KIT) ESP32 là một dòng vi điều khiển mạnh mẽ, tiết kiệm năng lượng và giá rẻ, đi kèm với Wi-Fi tích hợp và Bluetooth hai chế độ Mạch phát triển ESP32, còn được gọi là ESP32 Dev board, được sản xuất bởi Espressif Systems Mạch này có thể hoạt động ở 240Mhz, có 520KB SRAM Nó tương thích với Arduino IDE, LUA, MicroPython,…
Một số thông tin chi tiết về Node MCU ESP32:
ESP WROOM-32 chip: Mạch ESP32 đi kèm với một mô-đun mạnh mẽ
WROOM-32 có khả năng như Wi-Fi 802.11b/g/n |BT 4.0|BLE.
Nút Boot: Nút này được sử dụng để tải các bản vẽ/sketch/program mới lên vi điều khiển ESP32 Trong quá trình tải lên, chúng ta phải GIỮ nút Boot.
Micro USB: Mạch được cung cấp năng lượng thông qua cổng Micro USB trên bo mạch Cổng này cũng có thể được sử dụng để kết nối bo mạch với máy tính để tải lên các chương trình.
Nút RESET: Nút này đơn giản chỉ được sử dụng để đặt lại bo mạch.
Cảm biến cảm ứng:ESP32 đi kèm với 10 cảm biến cảm ứng điện dung được kết nối với các chân GPIO.
Hình 2 12: Mạch phát triển ESP 32 Node MCU
2.9.2.3 Sơ đồ chân của mạch phát triển ESP 32:
Hình 2 13: Sơ đồ chân esp 32
*Mô tả các chân ESP32
Tổng kết chương
Ở chương này chúng ta đã tìm hiểu được về tổng quan về năng lượng mặt trời, công nghệ IoT, phần mềm Blynk IOT 2.0 cũng như là lý thuyết, nguyên lý hoạt động về các linh kiện được sử dụng trong đề tài Bên cạnh đó chúng ta cũng biết được về pin quang điện và hệ thống pin mặt trời để đạt được công suất tối ưu nhất.
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG
Sơ đồ khối của hệ thống
Hình 3 1: Sơ đồ khối của hệ thống
Hệ thống bao gồm các khối có chức năng như sau:
FM52 sensor: Có khả phát hiện ra tia hồng ngoại khi tấm pin mặt trời đi qua gửi tín hiệu về khối vi điều khiển ESP32
CDS-NVZ1 sensor: Có chức năng đọc giá trị ánh sáng môi trường gửi tín hiệu về khối vi điều khiển ESP32.
PVX81218 sensor: Có tác dụng giống như nút ấn bằng tay thay thế bằng va chạm của bộ phận cơ khí, làm cho quá trình chuyển động cơ khí thành tín hiệu điện gửi tín hiệu về khối vi điều khiển ESP32.
Voltage DC sensor: Có chức năng đó điện áp DC từ BATTERY gửi tín hiệu đo được về khối vi điều khiển Arduino Uno.
- Khối vi điều khiển ESP32:
Điều khiển hoạt động khối cảm biến và khối động cơ.
Có nhiệm vụ đọc giá trị từ các cảm biến và gửi dữ liệu đó lên phần mềm Blynk IoT 2.0.
- Khối vi điều khiển Arduino Uno R3:
Đọc dữ liệu từ cảm biến đo điện áp DC hiển thị trên màn hình LCD.
- Phần mềm Blynk IoT 2.0: Dữ liệu của ESP32 sẽ được gửi về Blynk để giám sát hệ thống.
Power supply 1: có chức năng cung cấp nguồn cho ESP32 và Arduino Uno.
Power supply 2: có chức năng cung cấp nguồn cho động cơ Servo.
- Khối động cơ: Servo là động cơ chính trong hệ thống điều khiển tấm pin mặt trời.
- Khối hiển thị: Hiển thị các giá trị như đo điện áp từ cảm biến đưa ra màn hình LCD thông qua vi điều khiển Arduino.
- Khối hệ thống điện năng lượng mặt:
Solar cell: có nhiệm vụ thu nhận và chuyển đổi năng lượng mặt trời thành dòng điện.
Solar battery charge controller: có chức năng điều chỉnh dòng điện từ pin mặt trời và sạc cho battery Nó cũng ngăn chặn dòng điện ngược từ battery vào pin mặt trời khi không có ánh sáng mặt trời.
Battery: là nơi lưu trữ năng lượng từ pin mặt trời.
Các kết nối chi tiết trong hệ thống
3.2.1 Kết nối Board ESP32 với cảm biến ánh sáng CDS-NVZ1:
Hình 3 2: Kết nối các chân ESP32 với CDS-NVZ1.
ESP32 Mô tả CDS-NVZ1
Bảng 3 1: Kết nối các chân ESP32 với CDS-NVZ1.
* Mô tả chân kết nối : Để kết nối cảm biến ánh sáng với ESP32, ta tiến hành kết nối chân nguồn củaESP32 (VCC 3.3V) với chân nguồn của cảm biến ánh sáng, chân GND của ESP32 với chân GND của cảm biến Tiếp theo ta nối chân tín hiệu Digital (D0) của 4 cảm biến ánh sáng với ESP32 lần lượt các chân G4, G5, G16, G17.
3.2.2 Kết nối Board ESP32 với Công tắc hành trình PVX81218 :
Hình 3 3: Kết nối các chân ESP32 với PVX81218.
Bảng 3 2: Kết các nối chân ESP32 với PVX81218.
* Mô tả chân kết nối : Để kết nối công tắc hành trình với ESP32, ta tiến hành kết nối chân nguồn củaESP32 (VCC 3.3V) với chân nguồn của công tắc hành trình, chân GND của ESP32 với chân GND của công tắc hành trình Tiếp theo ta nối chân tín hiệu (OUT) của 2 công tắc với ESP32 lần lượt các chân G19, G15.
3.2.3 Kết nối Board ESP32 với Cảm biến hồng ngoại FM52:
Hình 3 4: Kết nối chân ESP32 với FM52.
Bảng 3 3: Kết các nối chân ESP32 với FM52.
* Mô tả chân kết nối : Để kết nối cảm biến hồng ngoại với ESP32, ta tiến hành kết nối chân nguồn củaESP32 (VCC 3.3V) với chân nguồn của cảm biến , chân GND của ESP32 với chân
GND của cảm biến hồng ngoại Tiếp theo ta nối chân tín hiệu (OUT) của cảm biến với chân G21 của ESP32.
3.2.4 Kết nối Board ESP32 với Servo MG995:
Hình 3 5: Kết nối chân ESP32 với MG 995.
Bảng 3 4: Kết các nối chân ESP32 với Servo MG995.
* Mô tả chân kết nối : Để kết nối động cơ Servo với ESP32, ta tiến hành cấp nguồn 3.3V cho chân nguồn (VCC) của ESP32, cấp nguồn 5V cho động cơ Servo Chân GND của Servo được kết nối với GND ESP32 và cực âm của nguồn 5V Tiếp theo ta kết nối chân PWM của Servo với chân G13 của ESP32.
3.2.5 Kết nối Board Arduino Uno R3 với đo điện áp DC:
Hình 3 6: Kết nối chân Arduino với cảm biến đo điện áp DC.
Arduino Uno R3 Mô tả Cảm biến đo điện áp DC
Bảng 3 5: Kết các nối chân ESP32 với đo điện áp DC.
* Mô tả chân kết nối : Để kết nối Arduino với cảm biến, ta tiến hành kết nối chân nguồn 5V(VCC) của Arduino kết nối với chân (+) của cảm biến Chân GND của Arduino được kết nối với chân (-) Chân s (tín hiệu) của cảm biến được kết nối với chân A0 (analog) của Arduino Đầu vào của cảm biến không được lớn 25V DC.
3.2.6 Kết nối Arduino với màn hình LCD(LCD+Module I2C):
Thông thường, để sử dụng màn hình LCD, bạn sẽ phải mất rất nhiều chân trên Arduino để điều khiển Do vậy, để đơn giản hóa công việc, người ta đã tạo ra một loại mạch điều khiển màn hình LCD sử dụng giao tiếp I2C Nói một cách đơn giản, chúng ta chỉ tốn 2 dây để điều khiển màn hình, thay vì 8 dây như cách thông thường.
Hình 3 7: Kết nối chân Arduino với màn hình LCD(LCD+Module I2C).
Arduino Uno R3 Mô tả Module màn hình
Bảng 3 6: Kết các nối chân ESP32 với LCD.
* Mô tả chân kết nối : Để kết nối Arduino với Module màn hình LCD, ta tiến hành kết nối chân nguồn5V Arduino với chân nguồn LCD, chân GND Arduino với chân GND LCD, 2 chânSDA và SCL là 2 chân tín hiệu dùng cho giao tiếp I2C.
Xây dựng cơ sở dữ liệu trên Blynk IOT 2.0
Sau khi đã tạo tài khoản Thingspeak ta đăng nhập vào tài khoản ta bấm Sign In và nhập tài khoản như hình dưới đây.
Tiếp theo ta tạo một kênh riêng của mình bằng cách bấm vào Templates -> New
Template Sau đó ta kết nối phần cứng ESP 32 thông qua kiểu kết nối wifi.
Hình 3 9: Kết nối ESP32 với Wifi Để cơ sở dữ liệu được lưu trữ ta tiến hành thiết lập các dòng dữ liệu để dữ liệu có thể cập nhập đúng với dữ liệucủa nó Trong phần Datastreams ta tiến hành đặt tên cho các dữ liệu Sau đó bấm Save and apply để lưu dữ liệu.
Hình 3 10: Khỏi tạo các dòng dữ liệu.
Sau khi khởi tạo các dòng dữ liệu ta vào Web Dasboard tiến hành thiết lập giao diện các button trên web.
Hình 3 11:Giao diện trên Web.
Mỗi một tài khoản sẽ có mã API Keys riêng như là một địa chỉ để có thể ghi và đọc dữ liệu.
Hình 3 12:API Keys của Blynk.
Vậy là ta đã có một kênh để nhận, gửi và lưu trữ dữ liệu trên Blynk.
Hình 3 13: Giao diện trên APP.
Lưu đồ thuật toán của hệ thống
3.4.1 Lưu đồ thuật toán tổng quan:
Hình 3 14: Lưu đồ thuật toán.
* Giải thích lưu đồ thuật toán: Đầu tiên, hệ thống sẽ tiến hành kết nối WiFi để ESP32 được kết nối với internet. Nếu kết nối không thành công hệ thống sẽ tiến hành kết nối lại.
Sau khi đã kết nối WiFi, hệ thống sẽ tiến các kết nối input, output, tiến hành thiết lập xung PWM cho động cơ Servo, tiếp theo lấy thời gian thực từ Network Time Protocol(NTP) server.
Hệ thống sẽ đọc dữ liệu từ các chức năng điều khiển khác nhau Dựa trên các dữ liệu này hệ thống sẽ quyết định cách điều khiển động cơ servo
Dựa trên dữ liệu từ các cảm biến, hệ thống sẽ điều khiển động cơ servo để xoay đến một góc cụ thể Góc xoay của động cơ servo sẽ phụ thuộc vào dữ liệu từ các cảm biến.
Hệ thống sẽ gửi dữ liệu lên Blynk để có thể theo dõi trạng thái của hệ thống từ xa.
3.4.2 Lưu đồ thuật toán của từng chức năng trong hệ thống:
Hình 3 15: Lưu đồ thuật toán của từng chức năng.
Tổng kết chương
Ở chương này chúng ta tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của hệ thống và cách kết nối của các linh kiện có trong hệ thống Xây dựng được cở sở dữ liệu trên Blynk có thể quản lí từ xa thông qua APP, trình bày lưu đồ của thuật toán hệ thống Tiếp theo chúng ta qua chương 4 sẽ tiến hành kiểm thử đánh giá và hướng phát triển.
KIỂM THỬ, ĐÁNH GIÁ VÀ PHÁT TRIỂN
Kết quả kiểm thử
4.1.1 Kết quả đo của hệ thống:
Ngày Giờ Upv1 Ipv1 Uout1 Ppv1
Bảng 4.1: Kết quả đo khi tấm pin xoay theo hướng mặt trời.
Ngày Giờ Upv2 Ipv2 Uout2 Ppv2
Bảng 4.2: Kết quả đo khi tấm pin đặt cố định.
Hình 4.1: Biểu đồ công suất.
Ppv1: Công suất khi tấm pin xoay theo hướng mặt trời.
Ppv2: Công suất khi đặt tấm pin cố định.
* Nhận xét: Ở mỗi thời gian khác nhau thì sẽ thu được công suất khác nhau Công suất thu được Ppv2 bằng Ppv1 khi vào lúc giữa trưa mặt trời hướng vuông góc với tấm pin
(hay còn gọi là đứng bóng) Vào mọi khung giờ khác thì Ppv2 sẽ thấp Ppv1 vì tấm pin luôn xoay theo hướng mặt trời nên thu được công suất tối ưu hơn.
Đánh giá hệ thống
Sau quá trình thực hiện, dự án đã đạt được những kết quả sau:
Nghiên cứu lý thuyết về Arduino, ESP8266, cách cài đặt và sử dụng phần mềm Blynk Iot 2.0 Web App.
Thiết kế và thi công phần cứng, lập trình điều khiển trên vi điều khiển, xây dựng được cơ sở dữ liệu trên Blynk để điều khiển hệ thống từ xa.
Tiến hành đo đạc và kiểm thử chất lượng hoạt động và độ chính xác của các phương pháp.
Sử dụng các chức năng trong hệ thống để tối ưu hoá thu năng lượng.
Hệ thống tự động điều chỉnh hướng của tấm pin để hướng tới nguồn ánh sáng, tối ưu hóa hiệu suất chuyển đổi năng lượng.
Thiết kế hệ thống cho phép điều chỉnh hướng của tấm pin một cách linh hoạt và từ xa thông qua ứng dụng Blynk.
Hệ thống có nhiều chức năng nên có thể thích nghi với khí hậu thời tiết.
Các linh kiện trong hệ thống không có độ chính xác cao và độ bền để chịu được thời tiết ở bên ngoài.
Hệ thống cơ khí phức tạp để điều chỉnh được nhiều góc xoay theo hướng mặt trời.
Các chức năng trong hệ thống tối ưu được năng lượng thu được nhưng kết quả không được cao.
Kết luận và hướng phát triển
Tầm quan trọng của việc phát triển năng lượng tái tạo cũng được thúc đẩy bởi nhận thức của người dân về vấn đề môi trường Thực tế, có nguồn năng lượng khác thay thế hứa hẹn một tiềm năng cung cấp năng lượng rất lớn đó là năng lượng hạt nhân Nhưng việc sử dụng nguồn năng lượng này vẫn là vấn đề gây tranh cãi vì sự an toàn và ảnh hưởng đến môi trường sống Vì vậy, năng lượng tái tạo là sự lựa chọn tốt nhất, nguồn năng lượng xanh, nguồn năng lượng thân thiện với môi trường Đồng thời nhu cầu ngày càng tăng về năng lượng điện và các vấn đề môi trường như ô nhiễm và sự nóng lên toàn cầu, năng lượng Mặt Trời được coi như là sự lựa chọn công nghệ tạo ra năng lượng sạch Pin quang điện (pin Mặt Trời ) tiêu biểu cho thiết bị chuyển đổi cơ bản năng lượng Mặt Trời thành năng lượng điện.
Tuy nhiên, việc sử dụng rộng rãi của năng lượng Mặt Trời đặt ra một số thách thức như tăng hiệu quả của năng lượng Mặt Trời trong quá trình chuyển đổi, đảm bảo độ tin cậy trong quá trình chuyển đổi điện điện tử và đáp ứng yêu cầu kỹ thuật khi kết nối vào lưới Cường độ nắng ( bức xạ Mặt Trời ), nhiệt độ của tế bào quang điện và điện áp vận hành ảnh hưởng lớn đến đặc tính công suất và dòng điện ngõ ra của pin Mặt Trời Đồ án nghiên cứu hệ thống sử dụng các chức năng có trong hệ thống để thu được năng lượng Mặt Trời tối ưu nhất Với kết quả đạt được, có thể ứng dụng rộng rãi phương pháp đề xuất với mục tiêu tối ưu hoá hiệu suất pin Mặt Trời Giúp cho các nhà nghiên cứu có thêm tài liệu tham khảo trong việc tối ưu hoá việc thu năng lượng.
Do thời gian thực hiện còn hạn chế so với lượng kiến thức mà em phải tìm hiểu vì vậy không tránh khỏi việc có sai sót trong quá trình hoạt động của thiết bị Để sản phẩm hoàn thiện hơn, trong thời gian tới em sẽ phát triển đề tài hơn bằng cách đầu tư lựa chọn các loại cảm biến có thể phù hợp với khí hậu thời tiết Để tăng khả năng ứng dụng của hệ thống vào thực tế em nâng cấp hệ thống và thuật toán để có độ chính xác cao Thiết kế thêm nhiều góc xoay để có thể thu được năng lượng tốt ưu nhất, nâng cấp phần mềm quản lí chuyên nghiệp hơn.
Với những hướng phát triển nêu trên cùng với những ý tưởng và nhận xét khác của các thầy cô giáo, em sẽ cố gắng để phát triển dự án này hơn nữa, khắc phục những hạn chế còn tồn tại của dự án, để thiết bị có thể được đưa vào sử dụng như là hệ thống phổ biến.