Đang tải... (xem toàn văn)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒNKHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
TÊN ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ ỨNG DỤNG CỦA NĂNG LƯỢNGMẶT TRỜI TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN SẠC TỰ ĐỘNG
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 DDE1221Đỗ Trung Hiếu 3122510019 DKD1221
Trang 2Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 11, năm 2022
Trang 3TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒNKHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
TÊN ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ ỨNG DỤNG CỦA NĂNG LƯỢNGMẶT TRỜI TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN SẠC TỰ ĐỘNG
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 DDE1221Đỗ Trung Hiếu 3122510019 DKD1221
Trang 4Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 11, năm 2022
Trang 5TRƯỜNG 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: 8503501 Tên đề tài: Tìm hiểu về ứng dụng của năng lượng mặt trời trong hệ thống sạc điện tự động.
Tìm hiểu, trình bày ưu-nhược điểm khi sử dụng điện mặt
Tham gia xây dựng lý do chọn đề tài, mục tiêu, phươngpháp nghiên cứu
4Du Kim Hưng 3122510026
Tìm hiểu, trình bày bộ điều khiển sạc tối ưu
Tìm hiểu, trình bày tổng quanvề năng lượng mặt trời
Trang 6Giảng viên bộ môn TS Hồ Văn Cừu
Trang 7KẾT 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:
TTHọ và tên SV Mã sinh viên Nhận xétĐiểm Điểm thưởn
Trang 8Chương 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 trời2.1 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
Trang 9LỜI 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 của thầy 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 khoa Điện Tử-Viễn Thông đã hỗ trợ, khích lệ và truyền đạt những kiến thức quý báu giúp cho nhóm em có thể hoàn thiện được đề tài nghiên cứu lần này.
Xin chân thành cảm ơn!
Trang 10I Bảng và hình ảnh
Bảng 1 So sánh tấm pin mặt trời đơn tinh thể và đa tinh thểHình 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 cháyHình 5 Nguyên lý hoạt động của pin năng lương mặt trời
Hình 6.Thành phần cấu tạo của pin năng lượng mặt trờiHình 7 Hai bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời
Trang 11A ( 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=10000m2 )
Inverter biến tần chuyển đổi dòng điện một chiều DC thành dòng điện xoay chiều AC
phương pháp điều chỉnh, thay đổi điện áp tải ra bằng việc thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông
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
Trang 12MỞ ĐẦU1 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 của Trung 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.
Trang 13+Trong nước, Nhà máy Điện mặt trời Đa Mi hay Điện mặt trời nổi Đa Mi là nhà máy điện 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.
Trang 14Chương 1: Tổng quan về năng lượng mặt trời1.1 Tổng quan về năng lượng mặt trời
“Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng đầu tiên được con người sử dụng trướckhi 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.
Trang 15Cụ 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 ở
khắp nơi mà chúng ta có thể khai thác Nó mang đến cho con người nhiều giá trị vì thế nhiều năm gần đây các nước trên thế giới đang cùng nhau khai thác và đưa nguồn năng lượng sạch này vào sử dụng Quá trình khai thác không gây ảnh hưởng tiêu 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.
Trang 16Chúng 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 đến nay, 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 chi tiết 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
Trang 17(Khai thác năng lượng mặt trời đơn giản nhất bằng cách sử dụng thiết bị hội tụ ánh sang 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 quang điện trong.
Hình 5 Nguyên lý hoạt động của pin năng lương mặt trời
- Cấu tạo của tấm pin năng lượng mặt trời:
Trang 181 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 kết cấu 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
Trang 19Bảng 1 So sánh tấm pin mặt trời đơn tinh thể và đa tinh thể
Loại tấm pin Tấm năng lượng mặt trời
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
Trang 20Thành phần cấu tạo của của hệ thống điện gồm: tấm pin mặt trời, hệ thống ắc quy chuyển 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 thụ ánh 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
Trang 21- 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.
- Ưu điểm: +Ít tốn kém
+Chủ động về nguồn điện sử dụng Nó có thể lưu trữ điện năng dùng dự phòng khi điện lưới mất vừa có thể bán lượng điện dư thừa cho điện lưới quốc gia.
Các hệ thống Điện mặt trời lai ghép điển hình thường dựa trên những thành phần