hệ thống tối ưu hóa khả năng thu nhận ánh sáng pin năng lượng mặt trời

Mỗi hệ thống điện năng lượng mặt trời có thể hoạt động đến 20 Năm, tối đa chi phí đầu tư.. Không những thế thế Việc sử dụng hệ thống điện mặt trời còn góp phần bảo vệ môi trường không gâ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG CƠ KHÍ KHOA CƠ ĐIỆN TỬ -* -

Giáo viên hướng dẫn: TS Trương Công Tuấn Sinh viên thực hiện: Lê Anh Đức 20184388

Lê Hồng Dương 20184410Hàn Văn Hào 20184438

Hà Nội, 2/ 2022

BẢN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Giáo viên hướng dẫn: Ts Trương Công Tuấn

Sinh viên thực hiện : Lê Anh Đức, Lê Hồng Dương, Hàn Văn Hào

Lớp : Kĩ thuật lập trình 129407

1 Nội dung

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

2 Nhận xét của giáo viên hướng dẫn ………

………

………

………

………

………

……

Hà Nội, ngày……….tháng………năm

Giáo viên hướng dẫn ký tên

NỘI DUNG TRÌNH BÀY

I ĐẶT VẤN ĐỀ 4

1 TÌNH HÌNH THỰC TẾ 4

2 CHỌN GIẢI PHÁP 5

II TÍNH TOÁN & THIẾT KẾ 7

1 SƠ ĐỒ GIẢI THUẬT 7

2 LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ 8

A LỰA CHỌN THIẾT BỊ 8

B THIẾT KẾ CƠ KHÍ 8

3 LẬP TRÌNH THIẾT BỊ 9

A LẬP TRÌNH CHẾ ĐỘ TỰ ĐỘNG 9

B LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THỦ CÔNG 10

4 LẬP TRÌNH GIAO DIỆN 12

III HOÀN THIỆN SẢN PHẨM VÀ THỰC NGHIỆM 13

IV KẾT LUẬN 16

1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 16

2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 16

3 LỜI CẢM ƠN 17

V CODE 18

1 CODE GIAO DIỆN: 18

2 CODE VI ĐIỀU KHIỂN BẰNG UART 22

VI TÀI LIỆU THAM KHẢO 26

I ĐẶT VẤN ĐỀ

1 TÌNH HÌNH THỰC TẾ

Dựa theo bản đồ bức xạ mặt trời, Miền Trung và Miền Nam có tổng bức xạ là 5kW/h/m2/ ngày Tương đương từ 2000 – 2600 giờ nắng một năm Miền Bắc tầm 4kW/h/m2 tương đương với 1500 – 1700 giờ nắng mỗi năm Các tỉnh miền Bắc tuy thưa số giờ nắng nhưng vẫn cao hơn rất nhiều so với mặt bằng chung các nước Châu

Âu Đây là lợi ích đầu tiên khi khai thác điện năng lượng mặt trời Sử dụng điện mặt trời giúp tiết kiệm tối đa chi phí tiền điện cho các hộ gia đình, doanh nghiệp, các mô hình thương mại dịch vụ Không những vậy, người tiêu dùng còn có thể bán điện mặt trời tạo ra thu nhập tự động khi lắp song song với lưới điện Quốc gia Mỗi hệ thống điện năng lượng mặt trời có thể hoạt động đến 20 Năm, tối đa chi phí đầu tư bên cạnh

đó hệ thống tận dụng không gian chết là mái nhà của bạn để lắp đặt Không tốn sự vậnhành, chi phí bảo dưỡng thấp,lắp đặt, thay thế di chuyển dễ dàng Không những thế thế Việc sử dụng hệ thống điện mặt trời còn góp phần bảo vệ môi trường không gây tác động đến môi trường bên ngoài thiên nhiên giúp làm giảm áp lực lên mạng lưới điện quốc gia

Hiện nay có 3 loại mô hình hệ thống điện mặt trời phổ biến gồm hệ thống điện mặt trời độc lập (Off Grid), hệ thống điện mặt trời nối lưới (On Grid) và hệ thống điện mặt trời hòa lưới có lưu trữ (Hybrid)

Hệ

thống điện mặt trời hòa lưới (áp mái hay On grid solar system) là hệ thống được lựa chọn khá nhiều Lý giải cho điều này có một vài nguyên nhân cơ bản sau:

- Mức chi phí ban đầu ở mức vừa phải, không quá cao bởi không phải đầu tưcho ắc quy mà hiệu quả năng lượng đem đến lại vô cùng cao

- Hệ thống bền vững và có tuổi thọ lâu dài vận hành song song với lưới điện Mọi đột biến của tải hoặc điện áp trên đường dây, nguồn điện đểu sẽ không

tác động trực tiếp đến máy.

- Hệ thống hoạt động đồng thời với lưới điện nên hệ thống chỉ hoạt động khi điện lưới hoạt động Vẫn sẽ xảy ra trường hợp mất điện khi điện lưới mất điện để đảm bảo an toàn

- Chi phí bảo hành, bảo dưỡng thấp

- Có khả năng tăng thêm thu nhập nhờ vào việc bán điện dư thừa cho Công tyĐiện lực Việt Nam

- Hiện nay ở nhiều nước trên thế giới khuyến khích sử dụng hệ thống này vì

nó giúp giảm một phần chi phí điện hàng tháng Ở Việt Nam, Chính phủ đang khuyến khích phát triển và lắp đặt hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới Đồng thời cũng đưa ra nhiều chính sách khích lệ, tăng giá bán điện để giúp giảm thiểu chi phí thậm chí là kiếm thêm 1 phần thu nhập nhỏ đều hàng tháng

2 CHỌN GIẢI PHÁP

Tuy nhiên, hệ thống này có một vài điểm hạn chế Đối diện bài toán điện năng lượng mặt trời có tính ổn định thấp: Vào những ngày mưa gió, nhiều mây, ánh sáng mặt trời không

có Nên số giờ nắng giảm, không đồng đều, không thể chủ động, kiểm soát được nguồn năng

lượng Vì vậy, bọn em đã thực hiện đề tài: “HỆ THỐNG TỐI ƯU HÓA KHẢ NĂNG THU

NHẬN ÁNH SÁNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ” Hệ thống trình bày bao quát cả một

hệ thống pin mặt trời làm việc độc lập với đầy đủ các thành phần cần thiết trong hệ Sau đó

đồ án tập trung nghiên cứu sâu hơn vào nguồn điện pin mặt trời gồm pin mặt trời, phương pháp và thuật toán điều khiển để thấy rõ đặc tính làm việc, ưu nhược điểm, khả năng ứng dụng của các thuật toán điều khiển nhằm để hệ pin mặt trời được làm việc tối ưu nhất

Để nâng cao hiệu suất chuyển đổi của tấm pin thông qua việc điều khiển vị trí tấm pin luôn vuông góc với tia sáng mặt trời chiếu tới

Trong khuôn khổ đề tài này hệ thống quang điện cho quy mô gia đình sẽ được

chọn làm mô hình nghiên cứu thử nghiệm

Hình 1 Các loại mô hình 1 trục và 2 trục định hướng theo vị trí mặt trời

Các hệ thống có bộ định hướng có thể đạt công suất gần như tối đa suốt thời gianhoạt động vào những ngày nắng, quang mây trong khi hệ thống có mặt thu cố địnhchỉ đạt công suất tối đa trong một vài giờ trong giữa ngày

Hệ thống có bộ định hướng theo vị trí mặt trời sẽ nhận được nhiều năng lượnghơn so với hệ thống có mặt thu cố định Điều đó chỉ ra rằng các dàn pin có bộ địnhhướng sẽ cần công suất đặt nhỏ hơn so với các dàn pin lắp cố định mà vẫn sản racùng mức điện năng

Thị trường hiện nay, có hai loại hệ thống năng lượng mặt trời định hướng, hệ thống định hướng theo trục đơn, và hệ thống định hướng theo trục kép Hệ thống định hướng theo mộttrục duy nhất sẽ định hướng theo vị trí mặt trời từ Đông sang Tây trên một trục đặt theo hướng Bắc Nam Hệ thống trục kép định hướng Đông sang phía Tây và định hướng theo phía Bắc đến phía Nam

Theo nghiên cứu cho thấy hệ thống trục kép thu được nhiều năng lượng hơn hệ thống trụcđơn Vì vậy, đề tài lựa chọn phương án hệ thống định hướng vị trí mặt trời theo hai trục quay

II TÍNH TOÁN & THIẾT KẾ

1 SƠ ĐỒ GIẢI THUẬT

Hệ thống sử dụng các hệ thống điều khiển tự động nhờ vào cảm biến, vào cácchương trình, thuật toán… để có thể tự động xoay theo hướng ánh sáng và dòtìm điểm công suất cực đại Ta có lưu đồ tổng quan của toàn hệ thống như sau:

2 LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ

else k_SV1=2;

if((rx4+15)<rx3) k_SV2=0; else if((rx3+15)<rx4) k_SV2=1;

4 LẬP TRÌNH GIAO DIỆN

III HOÀN THIỆN SẢN PHẨM VÀ THỰC NGHIỆM

1 LẮP RÁP VÀ HOÀN THIỆN SẢN PHẨM

2 THỰC NGHIỆM:

Test khả năng hoạt động ở chế độ auto:

Test khả năng hoạt động ở chế độ thủ công :

Test giao diện điều khiển:

IV KẾT LUẬN

1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

Đề tài đã đạt mục tiêu, nghiên cứu các hệ thống tự động điều chỉnh góc quay

bề mặt thu năng lượng mặt trời theo vị trí của mặt trời để thu được nhiều nănglượng Thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh hệ thống tự động điều chỉnh góc quay bề mặtthu của thiết bị pin mặt trời hệ gia đình, có thiết bị đối chứng Mô hình đã hoạtđộng tốt và đúng với yêu cầu đặt ra từ đầu,có thể nâng cao hiệu suất panel mặttrời tại mọi thời điểm Mô hình có giá không quá đắt và có thể ứng dụng tạinhiều nơi, có thể làm nguồn cung cấp điện cho những hộ gia đình tại khu vựcchưa phát triển điện lưới, hoặc làm nguồn cung cấp dự phòng khi cúp điện.Tuy nhiên, đây mới chỉ là mô hình, độ bền sản phẩm cũng chưa cao, cầnđược đầu tư và phát triển thêm để có thể ứng dụng rộng rãi hơn

2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

- Ứng pin mặt trời vào mô hình có công suất lớn hơn trong đời sống

- Làm bộ nghịch lưu một pha để ứng dụng được nhiều hơn xài cho tải xoay chiều

- Thiết kế bộ khung xoay bằng inox bền bỉ hơn theo thời gian

- Tiếp tục phát triểnvà ứng dụng các giải thuật dò tìm điểm công suất cực đại đểnhanh chóng bám sát điểm cực đại và ổn định

-Ứng dụng vào mô hình năng lượng mặt trời lớn,từ đó có thể kết nối với lưới điện

3 LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy TS Trương Công Tuấn đã tận tình giảng dạy và

chỉ bảo trong suốt thời gian diễn ra môn học và giúp em hoàn thành tốt đề tài này.Tuy đã có nhiều cố gắng nhưng do kiến thức và thời gian nghiên cứu có hạn nên bài báocáo của chúng em không tránh khỏi những sai sót Do đó, một lần nữa nhóm em rất mongnhận được sự góp ý của Thầy để chúng em có điều kiện để phát triển đề tài và hoàn thiệnhơn kiến thức của mình

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

GraphPane myPane = zedGraphControl1.GraphPane;

myPane.Title.Text = "Đồ thị dữ liệu theo thời gian";

myPane.XAxis.Title.Text = "Thời gian ";

myPane.YAxis.Title.Text = "P(mW)";

RollingPointPairList list1 = new RollingPointPairList(60000);

LineItem duongline1 = myPane.AddCurve("P(mW)", list1, Color.Red, SymbolType.None);

private void serialPort1_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e) {

data += serialPort1.ReadExisting();

Invoke(new MethodInvoker(() => listBox1.Items.Add(data)));

Invoke(new MethodInvoker(() => draw(int.Parse(data))));

myPane.Title.Text = "Đồ thị dữ liệu theo thời gian";

myPane.XAxis.Title.Text = "Thời gian ";

myPane.YAxis.Title.Text = "P(mW)";

RollingPointPairList list1 = new RollingPointPairList(60000);

LineItem duongline1 = myPane.AddCurve("P(mW)", list1, Color.Red, SymbolType.None);

volatile uint16_t u=0, i=0;p=0;

volatile unsigned char k_SV1=2, k_SV2=2, t_dem=0, R_adc, n_lan=0;

volatile unsigned char PC_ctr=0, TB_PC=0, PC_Data;

void uart_char_tx(unsigned char chr){

/////////////////////// ADCSRA=(1<<ADEN)|

(1<<ADPS2)|(1<<ADPS0); ADMUX=(1<<REFS1)| (1<<REFS0);

else if((rx2+15)<rx3) k_SV1=1; else k_SV1=2;

if((rx4+15)<rx3) k_SV2=0; else if((rx3+15)<rx4) k_SV2=1; else k_SV2=2;

p=p%1000;

uart_char_tx(p/100+48); p=p%100;

// uart_char_tx('.'); uart_char_tx(p/10+48); p=0 ;i=0; u=0;

}

if(TB_PC==1){

if(PC_Data=='Y') PC_ctr=1; if(PC_Data=='N') PC_ctr=0;

ISR(USART_RXC_vect){

if(TB_PC==0) {PC_Data=UDR; TB_PC=1; }

}

VI TÀI LIỆU THAM KHẢO