ÌM HIỂU VỀ ỨNG DỤNG CỦA NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN SẠC TỰ ĐỘNG

Tên đề tài: Tìm hiểu về ứng dụng của năng lượng mặt trời trong hệ thống sạc điện tự động... Nhóm nghiên cứu đề tài xin cam đoan đề tài: ”Ứng dụng năng lượng điện mặt trời trong hệ thống

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

MÃ SỐ: 10

Giảng viên hướng dẫn: TS Hồ Văn Cừu

Sinh viên tham gia: (nhóm 12)

Chương Đức Tuấn (nt) 3122510063 DKD1221

Trần Phúc Bảo 3122490004 DDE1221

Đỗ Trung Hiếu 3122510019 DKD1221

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 11, năm 2022

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 11, năm 2022

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC: Phương pháp nghiên cứu khoa học kỹ thuật.Mã số môn học: 850350

1 Tên đề tài: Tìm hiểu về ứng dụng của năng lượng mặt trời trong hệ thống sạc điện tự động.

Nhiệm vụ và nội dung

2 Đỗ Trung Hiếu 312251001

9

Tìm hiểu, trình bày thực trạng đáp ứng nhiệm vụ của hệ thống sạc

3 Hong Quang

Huy

312251002 4

Tham gia xây dựng lý do chọn đề tài, mục tiêu, phương pháp nghiên cứu

Tìm hiểu, trình bày phạm vi

sử dụng và mức độ phổ biến của điện mặt trời

6 Phạm Hữu Duy

Khánh

312251003 2

Tìm hiểu, trình bày tổng quan

về năng lượng mặt trời

7 Lê Tấn Lực 312251003

7

Tìm hiểu, trình bày ứng dụng của điện mặt trời trong hệ

Giảng viên bộ môn

TS Hồ Văn Cừu

KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Thời gian chấm đồ án: Ngày nộp đồ án: Ngày báo cáo:

Kết quả chấm điểm của Giảng viên:

TT Họ và tên SV Mã sinh viên Nhận xét Điểm Điểm thưởn

g

Điểm tổng

Mục lục

Lời cam đoan và lời cảm ơn………i

I Danh mục bảng và hình ảnh ……… ii

II Danh mục Kí hiệu và từ viết tắt………iii

MỞ ĐẦU……… 1

Chương 1: Tổng quan về năng lượng mặt trời 1.1 Tổng quan về năng lượng mặt trời……… 3

1.1.1 Năng lượng mặt trời là gì ? 3

1.1.2 Tổng quan về pin mặt trời 6

1.2 Phân loại hệ thống điện năng lượng mặt trời 7

1.2.1 So sánh về 2 loại tế bào quang điện 8

1.2.2 Các dạng điện mặt trời phổ biến 8

1.3 Ứng dụng của pin mặt trời trong sạc pin tự động……… 10

Chương 2: Hệ thống sạc tự động sử dụng tấm pin mặt trời 2.1 Cấu tạo đơn giản của một mạch sạc……… 11

2.2 Nguyên lý hoạt động……… 11

2.3 Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời (tối ưu)……… 12

2.4 Thực trạng đáp ứng nhiệm vụ của hệ thống sạc……… 13

2.5 Ưu điểm và nhược điểm của việc sử dụng điện mặt trời……… 14

Chương 3: Ứng dụng thực tế hệ thống điện mặt trời 3.1 Thời hạn sử dụng của tấm pin mặt trời về lâu dài 17

3.2 Phạm vi sử dụng và mức độ phổ biến của điện mặt trời 20

Kết luận……… 24

LỜI CAM ĐOAN

Nhóm thực hiện đề tài nghiên cứu chúng em cam đoan chỉ tham khảo và lấy số liệu nghiên cứu trung thực được trích dẫn nguồn và chú thích rõ ràng Nhóm nghiên cứu

đề tài xin cam đoan đề tài: ”Ứng dụng năng lượng điện mặt trời trong hệ thống điện sạc tự động” là một công trình nghiên cứu của Nhóm 12 do các thành viên của lớp DKD 1221 và lớp DDE 1221 thực hiện Đề tài là một sản phẩm mà nhóm đã nỗ lực nghiên cứu trong quá trình học tập tại trường Trong quá trình viết bài có sự tham khảo một số tài liệu có nguồn gốc rõ ràng,những phần sử dụng tài liệu tham khảo trong luận văn đã được nêu rõ trong phần tài liệu tham khảo, dưới sự hướng dẫn củathầy Hồ Văn Cừu - Trưởng khoa khoa Điện tử-Viễn thông ,Trường Đại Học Sài Gòn Nhóm xin cam đoan kết quả được trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực, nếu sai em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

LỜI CẢM ƠN

Nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành dến Thầy Hồ Văn Cừu-Trưởng khoaĐiện Tử-Viễn Thông đã hỗ trợ, khích lệ và truyền đạt những kiến thức quý báu giúpcho nhóm em có thể hoàn thiện được đề tài nghiên cứu lần này

Xin chân thành cảm ơn!

I Bảng và hình ảnh

Bảng 1 So sánh tấm pin mặt trời đơn tinh thể và đa tinh thể Hình 1 Mặt trời được chụp từ kính viễn vọng

Hình 2 Phơi khô thủy sản nhờ ánh nắng

Hình 3 Dùng chai chứa nước tạo thành bóng đèn

Hình 4 Hội tụ ánh sáng mặt trời để tạo ra sức nóng để đốt cháy Hình 5 Nguyên lý hoạt động của pin năng lương mặt trời

Hình 6.Thành phần cấu tạo của pin năng lượng mặt trời

Hình 7 Hai bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời

A ( Ampe) đơn vị đo cường độ dòng điện

AC ( Alternating current ) dòng điện xoay chiều

CdTe (cadmium telluride ) thành phần của tế bào pin mặt trời màng mỏng

CIGS ( gallium selenide indi ) thành phần của tế bào pin mặt trời màng mỏng

DC ( Direct current ) dòng điện một chiều

EVA ( ethylene vinyl

acetate )

một loại chất kết dính

ha đơn vị đo diện tích ( 1ha=10000m 2 )

Inverter biến tần chuyển đổi dòng điện một chiều DC thành

dòng điện xoay chiều AC

V ( volt ) đơn vị đo hiệu điện thế, suất điện động

Wp ( Watt peak ) đơn vị đo năng lượng điện (công suất) tối đa có thể

được cung cấp bởi một tấm pin năng lượng mặt trời trong điều kiện tối ưu về nhiệt độ và ánh nắng tiêu chuẩn.

II Kí hiệu và từ viết tắt

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài:

Một phần là do sự tò mò và đây là trách nhiệm học tập phải làm đối với môn Phương pháp nghiên cứu khoa học chuyên ngành kĩ thuật Đây là một đề tài tìm hiểu về các tấm pin năng lượng mặt trời hay còn gọi là pin quang điện được ứng dụng trong công nghệ sạc lưu trữ điện năng cho pin, ác-quy trong đời sống cũng như duy trì nguồn điện để sử dụng thay thế cho các nguồn năng lượng khác như: thủy điện, điện gió , nhiệt điện,…Từ đó cho thấy vai trò của việc ứng dụng các tấm pin năng lượng mặt trời

2 Mục tiêu đóng góp:

Giải đáp những thắc mắc và sự tò mò về năng lượng mặt trời nói chung và điện

mặt trời nói riêng, tạo ra sự thú vị, kích thích sự ham học hỏi của các bạn học sinh, sinh viên về những gì có thể mình chưa biết đến, làm tiền đề tham khảo cho các sinh viên khóa sau

3 Thực trạng nghiên cứu phát triển của điện mặt trời:

+Trên thế giới, hiện tại đã có một số dự án xây dựng điện mặt trời quy mô lớn

được thực hiện, trong số đó tại Trung Quốc đã xây dựng cơ sở điện mặt trời lớn nhất trong quốc gia của họ trên vùng sa mạc Tennger – vùng sa mạc lớn thứ tư củaTrung Quốc, một hệ thống điện mặt trời với công suất 8,22 triệu kWp được lắp

đặt, kết nối với điện lưới quốc gia, đáp ứng nhu cầu sử dụng điện của nhiều khu công nghiệp chung quanh và 1,2 triệu người dân của thành phố Trung Vệ thuộc

khu tự trị của Trung Quốc Vào ngày 19/7/2022 Trung Quốc cũng đã công bố dự án điện mặt trời sẽ được xây dựng trên sa mạc Tala ở huyện Công Hòa, tỉnh Thanh

Hải, Trung Quốc, dự án này được Tổ chức Kỷ lục thế giới-Guinness công nhận là

công trình điện mặt trời có công suất lắp đặt lớn nhất thế giới

+Trong nước, Nhà máy Điện mặt trời Đa Mi hay Điện mặt trời nổi Đa Mi là nhà máyđiện mặt trời xây dựng với các tấm pin mặt trời lắp đặt trên mặt nước hồ thủy điện

Đa Mi, trong vùng đất các xã La Ngâu huyện Tánh Linh và Đa Mi, La Dạ huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận, Việt Nam Điện mặt trời Đa Mi có công suất lắp máy 47,5 nghìn Wp, sản lượng điện hàng năm gần 70 tỷ Wph, khởi công năm 2017, hoàn thành phát điện giai đoạn 1 vào ngày 13/5/2019 và chính thức phát điện thương mại toàn nhà máy vào ngày 01/6/2019 Dự án có với tổng số 143940 tấm pin mặt trời loại đa tinh thể được lắp đặt trên diện tích 50 ha mặt hồ thủy điện Đa

Mi, và phần trên mặt đất khoảng gần 6,65 ha để xây dựng trạm biến áp, biến tần chuyển đổi dòng điện và đường dây tải điện

4 Nội dung thực hiện:

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan về năng lượng mặt trời

Chương 2: Hệ thống sạc tự động sử dụng tấm pin mặt trời

Chương 3: Ứng dụng thực tế hệ thống điện mặt trời

Kết luận

5 Phương pháp nghiên cứu: phân tích và tổng hợp lý thuyết

6 Giới hạn đề tài: đề tài được nghiên cứu dựa trên tổng hợp thông tin từ tài liệu

tham khảo: báo chí, internet và tài liệu lưu hành nội bộ

Chương 1: Tổng quan về năng lượng mặt trời

1.1 Tổng quan về năng lượng mặt trời

“Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng đầu tiên được con người sử dụng trước khi học cách tạo ra lửa Năng lượng mặt trời tạo nên nguồn năng lượng tái tạo trên địa cầu Con người cũng như tất cả các sinh vật trên trái đất sẽ chẳng thể tồn tại trong trường hợp không có mặt trời và nguồn năng lượng mặt trời”.

1.1.1 Năng lượng mặt trời là gì ?

Theo định nghĩa ta đã biết từ trước, năng lượng mặt trời chính là nguồn năng lượng sinh ra từ chính Mặt trời thông qua các quá trinh phản ứng bên trên bề mặt ngôi sao

Hình 1 Mặt trời được chụp từ kính viễn vọng

Mặt trời vốn chứa rất nhiều nguyên tố hydro Ở tâm Mặt trời dưới điều kiện nhiệt

độ cao (15 triệu°C) áp suất cao, các hạt nhân nguyên tử hydro tác dụng lẫn nhau kết hợp với nhân nguyên tử heli nên đồng thời phóng thích ra lượng ánh sáng và lượng nhiệt vô tận như thế

Cụ thể, trong Mặt trời các phản ứng nhiệt hạch của hydro biến thành heli, đó là nguồn năng lượng lớn nhất của Mặt trời Trên Mặt trời lượng hydro tham gia phản ứng nhiệt hạch này rất phong phú, tối thiểu có thể cung cấp cho Mặt trời tiếp tục chiếu sáng và phát nhiệt 5 tỉ năm nữa Nhưng lượng ánh sáng Mặt trời mà Trái đất nhận được chỉ bằng một nửa của toàn bộ 2 tỉ năng lượng bức xạ của Mặt trời Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo sạch, to lớn, vô tận, có ởkhắp nơi mà chúng ta có thể khai thác Nó mang đến cho con người nhiều giá trị vìthế nhiều năm gần đây các nước trên thế giới đang cùng nhau khai thác và đưanguồn năng lượng sạch này vào sử dụng Quá trình khai thác không gây ảnh hưởngtiêu cực nào đến môi trường mà ngược lại còn mang lại rất nhiều lợi ích khác.

Theo khảo nghiệm cho thấy, sức nóng của mặt trời có thể tiêu diệt số lượng lớn vi sinh vật và hạn chế môi trường phát triển của chúng trong thực phẩm, việc phơi nắng các loại đồ ăn từ xưa đã chứng minh được con người đã hiểu rõ về lợi ích của năng lượng mặt trời ngay từ rất lâu về trước

Chúng ta ngoài ra cũng sử dụng ánh sang cho nhiều mục đích khác nhau như sưởi

ấm, phát sáng, tận dụng quá trình hội tụ tia sáng để tạo nguồn nhiệt ,… Và cho đếnnay, thành công vang dội nhất của loài người có lẽ là việc tìm ra được cách khai thác năng lượng mặt trời gần như trực tiếp, đó là biến đổi chúng từ quang năng sang các dạng năng lượng khác, tiêu biểu nhất chính là chuyển hóa chúng thành điện năng

Pin năng lượng mặt trời chính là phát minh tiên tiến nhất có thể tạo ra nguồn điện sạch và an toàn nhất mà con người phát minh ra Nó bao gồm một hệ thống các chitiết được thiết kế để ứng dụng một hiện tượng nổi tiếng: Hiện tượng quang điện

Hình 3 Dùng chai chứa nước tạo thành đèn phát sáng bằng ánh nắng

Hình 4 Hội tụ ánh sáng mặt trời để tạo ra sức nóng để đốt cháy

(Khai thác năng lượng mặt trời đơn giản nhất bằng cách sử dụng thiết bị hội tụ ánhsang tạo ra nguồn nhiệt cao)

1.1.2 Tổng quan về pin mặt trời

- Pin năng lượng mặt trời chính là phát minh tiên tiến nhất có thể tạo ra nguồn điện sạch và an toàn nhất mà con người phát minh ra Nó bao gồm một hệ thống các chi tiết được thiết kế để ứng dụng một hiện tượng nổi tiếng: Hiện tượng quangđiện trong

Hình 5 Nguyên lý hoạt động của pin năng lương mặt trời

- Cấu tạo của tấm pin năng lượng mặt trời:

1 Khung bảo vệ

Khung pin mặt trời thường được làm bằng nhôm hoặc inox Có nhiệm vụ đảm bảo tính ổn định của tất cả các bộ phận cấu thành pin mặt trời Khung phản ánh độ cứng cáp và sức chịu đựng của toàn bộ tấm pin Nhiều nhà sản xuất còn gia cố thêm những thanh ngang để tăng độ chắc chắn

2 Lớp kính cường lực

Giúp bảo vệ các tế bào quang điện trước các tác nhân môi trường như mua giống bụi bẩn hoặc va đập mạnh Thông thường kính cường lực trên pin mặt trời có độ dày từ khoảng 3.3mm Đây là độ dày tiêu chuẩn vừa đủ để ngăn cản tác nhân xâu

và hấp thụ năng lượng mặt trời một cách tốt nhất

3 Lớp kết dính ( EVA )

Lớp kết dính sử dụng EVA làm chất kết dính được cấu thành bởi hai màng polymer trong suốt đặt giữa lớp kính cường lực phía và tấm nền Tăng độ vững chắc cho kếtcấu tổng thể cũng như bảo vệ các tế bào quang điện được cố định hay bám bẩn gây giảm hiệu suất EVA là vật liệu siêu bền có khả năng chịu đựng áp lực rất tốt từ môi trường

4 Lớp quang điện (solar cell )

Đóng vai trò chính trong cấu tạo Chúng là tập hợp các tế bào quang điện Có thể được làm bằng nhiều loại vật liệu khác nhau nhưng phổ biến nhất là silic Trên mỗi

tế bào quang điện, tinh thể silic loại N và loại P xếp chồng lên nhau

5 Lớp nền ( lớp mặt lưng )

Nền được làm từ nhiều vật liệu như nhựa PP, polymer, PVC, Màu sắc của tấm nền thường là màu trắng

2.6 Hộp dẫn điện sang biến tần (juntion box)

Bộ phận này chủ yếu dùng để chứa các đầu cắm,đường dây đấu nối giúp dẫn điện mặt trời sang các máy biến tần

1.2 Phân loại hệ thống điện mặt trời

1.2.1 So sánh tấm pin mặt trời đơn tinh thể và đa tinh thể

Bảng 1 So sánh tấm pin mặt trời đơn tinh thể và đa tinh thể

Loại tấm pin Tấm năng lượng mặt trời

Màu sắc Tấm pin mặt trời có màu đen Tấm pin mặt trời có màu xanh

lam

Hệ số nhiệt độ

Hệ số nhiệt độ thấp hơn,Giúp chúng tỏa nhiệt hiệu quả hơn

Hệ số nhiệt độ cao hơn,Làm cho chúng kém hiệu quả hơn trong nhiệt

Quá trình sản xuất Phức tạp và nghiêm ngặt

hơn

Đơn giản, không yêu cầu nghiêm ngặt

- Từ đó có thể thấy rằng tấm pin mặt trời đơn tinh tốt hơn đa tinh về mọi mặt

nhưng giá thành của chúng cũng đắt hơn và hiện nay trên thế giới kể cả Việt Nam,

đa số dự án và hệ thống điện mặt trời đều sử dụng nhiều tấm đa tinh thể kết hợp

Thành phần cấu tạo của của hệ thống điện gồm: tấm pin mặt trời, hệ thống ắc quychuyển đổi hoặc sử dụng pin lưu trữ, biến tấn chuyển đổi dòng điện

- Ưu điểm: Rất phù hợp cho những khu vực khó khăn về lưới điện, chưa có điện lưới quốc gia

- Nhược điểm:

+ Chi phí đầu tư ban đầu cao (chủ yếu ở ắc quy);

+ Chi phí bảo dưỡng (bảo dưỡng ắc quy) lớn, tuổi thọ của hệ thống ắc qui không cao, chỉ khoảng 2-5 năm tùy loại ắc quy;

+ Hiệu suất chuyển đổi điện thấp (chủ yếu do hệ thống ắc qui, giữa chu trình phóng

và chu trình nạp bị tiêu hao rất lớn)

1.2.2.2 Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới

Điện năng lượng mặt trời hòa lưới là hệ thống điện không sử dụng bộ ắc quy lưu trữ mà được đấu nối trực tiếp vào mạng lưới điện quốc gia Các tấm pin sẽ hấp thụánh sáng mặt trời tạo ra dòng điện một chiều DC Biến tần Inverter sẽ làm nhiệm

vụ chuyển dòng điện một chiều DC thành dòng điện xoay chiều AC

Dòng điện này sau khi rời khỏi biến tần sẽ ưu tiên cung cấp cho các thiết bị trước tiên Đến khi không có ánh sáng mặt trời, không thể tạo ra nguồn điện thì hệ thống

sẽ tự động chuyển sang dùng điện lưới cung cấp cho các phụ tải, các thiết bị Với lựa chọn này, gia đình bạn luôn chủ động về nguồn điện

- Ưu điểm

+ Chi phí đầu tư ban đầu thấp, không phải bỏ chi phí cho hệ thống ắc quy

+ Phi phí bảo dưỡng thấp

+ Hiệu quả chuyển đổi năng lượng rất cao

- Nhược điểm

+Về mặt chính sách, chưa được cho phép triển khai ở Việt Nam Do hệ thống phát điện trực tiếp vào lưới, có thể khiến quay ngược đồng hồ khi tải trong hộ gia đình thấp

+Hệ thống chỉ hoạt động được khi có điện lưới, nếu mất điện lưới hệ thống cũng ngừng hoạt động

Ở các nước khác, ví dụ như Thái Lan, các hộ gia đình được khuyến khích triển khai

hệ thống này, tiền điện cuối tháng sẽ được khấu trừ, đôi khi nhà nước còn phải trả ngược tiền phát điện cho các hộ gia đình

1.2.2.3 Hệ thống điện năng lượng mặt trời lai ghép

Hệ thống điện năng lượng mặt trời gia đình lai ghép là sự kết hợp giữa hệ thống điện hòa lưới và hệ thống điện mặt trời độc lập Đây được đánh giá là hệ thống điện phục vụ tốt nhất cho nhu cầu sử dụng của mọi hệ thống điện