thiết kế hệ thống điều hướng pin năng lượng mặt trời bằng plc s7 1200

Chương 1: TỔNG QUAN GVHD: Nguyßn Văn Trung 1.3 Nßi dung nghiên cāu 1.3.1 Đßi t°ÿng nghiên cāu Đề tài t¿p trung vào việc áp dụng PLC Siemens S7-1200 để điều khiển và theo dõi hệ thống, T

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU HƯỚNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI BẰNG PLC S7-1200

GVHD: TS NGUYỄN VĂN TRUNG SVTH: NGUYỄN HOÀNG CẦM

PHAN TRỌNG ĐỨC

S K L 0 1 3 0 7 9

đồ án

TR¯àNG Đ¾I HàC S¯ PH¾M KĨ THU¾T TP Hà CHÍ MINH

KHOA C¡ KHÍ ĐÞNG LĀC

-÷ö -

Đà ÁN TÞT NGHIâP Chuyên ngành: Nng l°ÿng tái t¿o

ĐÀ TÀI: THIËT KË Hâ THÞNG ĐIÀU H¯£NG PIN NNG L¯þNG M¾T

TRàI BÂNG PLC S7-1200

GVHD: TS NGUYàN VN TRUNG SVTH: Nguyán Hoàng Cầm - 20154024

Phan Tráng Đāc – 20154033

đồ án

đồ án

đồ án

đồ án

đồ án

đồ án

đồ án

đồ án

đồ án

LàI CÀM ¡N

Chúng em chân thành cÁm ¢n, quý thầy cô trong khoa C¢ Khí Động Lực trưáng Đ¿i học Sư Ph¿m Kỹ Thu¿t TP.HCM, quý thầy cô bộ Năng Lượng Tái T¿o, đã trang bị kiến thāc và giúp đỡ chúng em, giÁi quyết những khó khăn, hỗ trợ phư¢ng tiện thí nghiệm trong suốt quá trình tìm hiểu và nghiên cāu đề tài

Đặc biệt chúng em xin chân thành cÁm ¢n Thầy hưßng dẫn là TS Nguyễn Văn Trung đã t¿n tình giúp đỡ trong quá trình lựa chọn đề tài và hỗ trợ sinh viên trong quá trình thực hiện

Ngoài ra nhóm xin cÁm ¢n các b¿n bè đã có những ý kiến đóng góp bổ sung, giúp đỡ, cũng như động viên khích lệ nhóm trong quá trình thực hiện để Đồ án được hoàn thành tốt đẹp

Sau cùng nhóm xin cÁm ¢n các anh chị khoá đi trưßc Các anh chị cũng đã hưßng dẫn và gißi thiệu các tài liệu tham khÁo trong việc thực hiện nghiên cāu đề tài

Xin chúc quý thầy cô nhiều sāc khoẻ, thành công trong công việc, cuộc sống và tiếptục đào t¿o các sinh viên giỏi góp phần đóng góp cho nhà trưáng, đÃt nưßc Chúc các anh chị, cùng các b¿n trong khoá sāc khoẻ, học t¿p th¿t tốt để chuẩn bị kiến thāc vững vàng trong tư¢ng lai Chúng em xin chân thành cÁm ¢n.

Nhóm thāc hiãn đÁ tài

Phan Trọng Đāc Nguyễn Hoàng Cầm

đồ án

TÓM TÀT

Năng lượng tái t¿o đang dần chiếm lĩnh vị trí cÿa các nguồn năng lượng truyền thống Trong đó, năng lượng mặt trái được āng dụng rộng rãi nhÃt Vßi nhiều lợi ích và āng dụng nên đã có rÃt nhiều phư¢ng pháp để tối ưu hiệu suÃt thu năng lượng từ các hệ thống điện mặt trái Phư¢ng pháp tracking, điều hưßng tÃm pin mặt trái, đã được triển khai ã nhiều quốc gia phát triển, nhưng vẫn con h¿n chế Việt Nam Trong nghiên cāu này, nhóm đã t¿p trung vào việc phát triển và thử nghiệm một hệ thống solar tracking bằng phư¢ng pháp tracking thụ động, dựa trên dữ liệu về vị trí địa lý và thái gian

Qua việc tính toán chính xác vị trí cÿa mặt trái, nhóm đã tiến hành phát triển thu¿t toán cho hệ thống tracking Sau đó, các thử nghiệm thực tế đã được tiến hành để so sánh hiệu suÃt thu năng lượng giữa hệ thống tracking và hệ thống cố định dưßi nhiều điều kiện thái tiết khác nhau Kết quÁ cho thÃy rằng hệ thống tracking mang l¿i nhiều ưu điểm và điện áp trung bình thu được cao h¢n 8.5% so vßi hệ thống cố định

Vßi khÁ năng tối ưu hiệu suÃt, công nghệ tracking không chỉ giúp giÁm chi phí đầu tư mà con tiết kiệm nguyên v¿t liệu Đặc biệt, nó phÁn ánh tính linh ho¿t và tiềm năng lßn trong việc áp dụng t¿i Việt Nam Vßi sự phát triển cÿa công nghệ pin mặt trái, hiệu suÃt cÿa giÁi pháp này càng trã nên đáng kể và tiềm năng cÿa nó là không thể phÿ nh¿n

đồ án

1.3 Nội dung nghiên cāu 3

1.3.1 Đối tượng nghiên cāu 3

1.3.2 Mục tiêu nghiên cāu 3

2.4.3 Āng dụng trong hệ thống điều hưßng pin năng lượng mặt trái 12

2.5Các công thāc liên quan 14

Chư¢ng 3: Thiết kế, chế t¿o 18

3.3.1 S¢ đồ nối dây 28

3.3.2 Lưu đồ giÁi thu¿t 29

3.3.3 Thiết kế tÿ điện 29

3.4 L¿p trình PLC 31

3.4.1 Thu¿t toán tính toán vị trí cÿa mặt trái 32

3.4.2 Thu¿t toán cÃp xung động c¢ 34

3.4.3 Thu¿t toán điều khiển động c¢ 37

3.5 Thiết kế giao diện 39

3.5.1 Gißi thiệu về Win CC 39

3.5.2 Yêu cầu giám sát hệ thống 40

3.5.3 Thiết kế giao diện SCADA 40

Chư¢ng 4: Kết quÁ và thực nghiệm 43

Danh mÿc các chÿ vi¿t tÁt và ký hiãu

PLC: Programmable Logic Controller NLTT: Năng lượng tái t¿o

đồ án

Hình 3.4: Thanh xoay trục y cÿa hệ thống 19

Hình 3.5: Thanh xoay trục x cÿa hệ thống 20

Hình 3.6: Motor điều khiển trục quay cÿa hệ thống 20

Hình 3.15: Lưu đồ giÁi thu¿t 29

Hình 3.16: S¢ đồ bố trí bên trong tÿ điện 30

Hình 3.17: Thiết kế tÿ điện 30

Hình 3.19: Thu¿t toán cÃp xung động c¢ 1 34

đồ án

Hình 3.23: Thu¿t toán báo lỗi hệ thống 37

đồ án

Danh mÿc bÁng

BÁng 1: Thông số Siemens S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC 22

BÁng 2: Thông số động c¢ 23

BÁng 3: Thông số kỹ thu¿t Driver TP6600 25

BÁng 4: Chi tiết các biến trong khối hàm SPA 33

BÁng 5: chi tiết khối cÃp xung cÿa động c¢ trục Y 35

BÁng 6: chi tiết khối cÃp xung điều khiển động c¢ trục X 36

BÁng 7: Kết quÁ đo khÁo sát về năng lượng 46

đồ án

Chương 1: TỔNG QUAN GVHD: Nguyßn Văn Trung

Ch°¢ng 1: Tổng quan 1.1 Gißi thiãu

Trong những năm gần đây nhu cầu sử dụng năng lượng tăng cao cÿa các nưßc trên thế gißi và Việt Nam, làm Ánh hưãng không nhỏ đến nền kinh tế và xã hội Các nguồn năng lượng truyền thống đang bị khai thác quá māc và có xu hưßng c¿n kiệt dẫn tßi chi phí nguyên liệu ngày càng tăng Năng lượng tái t¿o, đặc biệt là nguồn năng lượng mặt trái là nguồn năng lượng vô h¿n mà nhiều quốc gia đang khai thác để thay thế các nguồn năng lượng truyền thống

Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đßi Có vĩ độ từ 8°27’-23°23’ BÁc, có tiềm năng rÃt lßn về năng lượng tái t¿o nói chung và năng lượng mặt trái nói riêng.Theo Quy ho¿ch điện VIII giai đo¿n 2021-2030, c¢ cÃu nguồn điện mặt trái 12.836 MW (8,5%, không bao gồm điện mặt trái mái nhà hiện hữu), gồm các nguồn điện mặt trái t¿p trung 10.236 MW, nguồn điện mặt trái tự sÁn, tự tiêu khoÁng 2.600 MW Nguồn điện mặt trái tự sÁn, tự tiêu được ưu tiên phát triển không gißi h¿n công suÃt Đến năm 2050, công suÃt và sÁn lượng điện mặt trái 168.594 -189.294 MW (33,0 - 34,4%) [2]

NLTT đang được chú trọng và phát triển m¿nh, nhiều dự án nhà máy điện NLMT lßn đã và đang được triển khai Việc nghiên cāu và āng dụng các giÁi pháp nâng cao năng suÃt các hệ thống điện mặt trái (ĐMT) nhằm mục đích tiết kiệm chi phí đầu tư và tài nguyên v¿t liệu, tài nguyên đÃt đai,… là một vÃn đề quan trọng và cÃp thiết

Có một số phư¢ng pháp để tăng năng suÃt các hệ thống ĐMT Một trong số đó là việc phÿ silic dioxit lên bề mặt pin, silic dioxit t¿o ra một lßp phÿ giống như một tÃm cách nhiệt, giúp giÁm nhiệt độ và kéo dài tuổi thọ cÿa pin khi ho¿t động ngoài trái Phư¢ng pháp này chỉ tăng hiệu suÃt một cách nhỏ, khoÁng 2 - 3% Một phư¢ng pháp khác là sử dụng v¿t liệu composite hybrid, giúp pin hÃp thụ các tia hồng ngo¿i và chuyển đổi chúng thành điện năng Phư¢ng pháp này có thể tăng hiệu suÃt lên đến 30%, tuy nhiên vẫn cần thêm nghiên cāu về độ an toàn và tuổi thọ cÿa v¿t liệu này

Hệ thống điều khiển pin mặt trái, phư¢ng pháp này giúp pin luôn tiếp nh¿n ánh sáng m¿nh nhÃt từ mặt trái và đ¿t công suÃt đỉnh Đây là giÁi pháp giúp thu được lượng điện tối đa trong ngày được āng dụng thành công t¿i nhiều n¢i trên thế gißi

đồ án

Chương 1: TỔNG QUAN GVHD: Nguyßn Văn Trung

Hiện nay, trên toàn thế gißi có nhiều dự án điện mặt trái sử dụng công nghệ điều hưßng pin mặt trái đã đi vào ho¿t động Một số dự án đáng chú ý bao gồm Dự án Solar Star t¿i California, Hoa Kỳ, vßi tổng công suÃt h¢n 570 MW, Dự án Longyangxia Dam Solar Park ã Trung Quốc, có tổng công suÃt khoÁng 850 MW Dự án Noor Solar Complex ã Maroc Dự án Mohammed bin Rashid Al Maktoum Solar Park ã Các Tiểu Vư¢ng quốc Arab Thống nhÃt Dự án Kamuthi Solar Power Project ã Ân Độ Những dự án này không chỉ giúp tăng cưáng hiệu suÃt sÁn xuÃt năng lượng mặt trái mà con đóng vai tro quan trọng trong việc thúc đẩy sự phát triển cÿa ngành công nghiệp năng lượng tái t¿o toàn cầu

Hiện t¿i, việc triển khai hệ thống điều hưßng pin mặt trái t¿i Việt Nam vẫn con nhiều h¿n chế, chưa được āng dụng vào các dự án lßn Để hiểu rõ và giúp phư¢ng pháp này phổ biến h¢n, chúng tôi đã xây dựng một mô hình có khÁ năng điều hưßng pin năng lượng mặt trái vßi bộ điều khiển chính là PLC S7-1200 CPU 1214 DC/DC/DC

1.2 Lý do chán đÁ tài

Phư¢ng pháp tracking, điều hưßng tÃm pin năng lượng mặt giúp tăng sÁn lượng điện Vßi cùng một diện tích lÁp đặt so vßi các hệ thống pin tĩnh, phư¢ng pháp này s攃̀ thu được lượng điện lßn h¢n từ đó giúp các dự án nhanh hoàn vốn và tối ưu hóa về điện tích khi thiết kế hệ thống Hệ thống solar tracking không chỉ giúp khÁc phục nhược điểm cÿa việc lÁp đặt pin mặt trái truyền thống mà con t¿o ra một nguồn năng lượng s¿ch và hiệu quÁ h¢n cho tư¢ng lai

Hệ thống này s攃̀ dùng PLC làm bộ điều khiển chính, đây là một trong những thiết bị điều khiển có độ tin cao Sự ổn định cÿa PLC này trong môi trưáng khÁc nghiệt cÿa các hệ thống năng lượng mặt trái là một điểm m¿nh lßn KhÁ năng tích hợp dễ dàng giữa PLC và các thiết bị linh ho¿t và hiệu quÁ Việc sử dụng PLC Siemens S7-1200 giúp t¿o ra các giÁi pháp tiêu chuẩn hóa và dễ dàng tích hợp vào các hệ thống, tối ưu hóa quá trình triển khai

đồ án

Chương 1: TỔNG QUAN GVHD: Nguyßn Văn Trung

1.3 Nßi dung nghiên cāu 1.3.1 Đßi t°ÿng nghiên cāu

Đề tài t¿p trung vào việc áp dụng PLC Siemens S7-1200 để điều khiển và theo dõi hệ thống, Thiết kế xây dựng mô hình điều hưßng pin năng lượng mặt trái, tìm hiểu phư¢ng thāc giao tiếp cÿa động c¢ để điều chỉnh vị trí cÿa tÃm pin NLMT Nghiên cāu về cách l¿p trình và cÃu hình PLC để điều khiển hệ thống điều hưßng pin năng lượng mặt trái

1.3.2 Mÿc tiêu nghiên cāu

Các mục tiêu cụ thể cÿa nghiên cāu này có thể bao gồm: Thu¿t toán điều khiển: Xây dựng thu¿t toán dựa trên vị trí địa lý cÿa hệ thống và thông tin về thái gian để dự đoán vị trí cÿa mặt trái trong ngày Điều này bao gồm việc sử dụng thông tin như vĩ độ, kinh độ, và thái gian để xác định vị trí cÿa mặt trái Thiết kế hệ thống tracking: Dựa trên các mô hình tính toán, phát triển hệ thống tracking solar thụ động có khÁ năng tự động điều chỉnh hưßng cÿa pin mặt trái để điều hưßng pin vị trí cÿa mặt trái trong ngày

Kiểm tra và đánh giá hiệu suÃt: Tiến hành các thử nghiệm và kiểm tra để đánh giá hiệu suÃt cÿa hệ thống tracking solar thụ động trong việc tăng cưáng hiệu suÃt thu sóng năng lượng mặt trái so vßi các hệ thống cố định

Bằng cách t¿p trung vào các mục tiêu này, nghiên cāu về solar tracking thụ động dựa trên vị trí địa lý và thái gian có thể mang l¿i các giÁi pháp hiệu quÁ và tiết kiệm chi phí cho việc tăng cưáng hiệu suÃt cÿa các hệ thống năng lượng mặt trái

1.4 Gißi h¿n đÁ tài

Đối vßi đề tài này, nhóm t¿p trung vào việc phát triển một phư¢ng pháp tự động điều chỉnh hưßng cÿa pin mặt trái mà không đoi hỏi sử dụng cÁm biến hoặc hệ thống điều khiển phāc t¿p Xây dựng một mô hình đ¢n giÁn nhÃt có thể, vßi mục đích học t¿p và thí nghiệm, nhưng vẫn đÁm bÁo hiệu suÃt và độ chính xác cần thiết để thu th¿p năng lượng mặt trái một cách hiệu quÁ

Nhóm không nghiên cāu các trưáng hợp rÿi ro trong thực thế như gió bão hay mÃt điện cÿa hệ thống Không đi sâu vào phần phân tích thị trưáng và khÁ năng thư¢ng m¿i

đồ án

Chương 1: TỔNG QUAN GVHD: Nguyßn Văn Trung

1.5 Mÿc tiêu đ¿t đ°ÿc

Hệ thống có thể ho¿t động chính xác, đáp āng linh ho¿t và nhanh chóng đối vßi các thay đổi cÿa vị trí cÿa mặt trái Thu¿t toán cần phÁi được thiết kế sao cho có khÁ năng dự đoán và điều chỉnh góc nghiêng cÿa tÃm pin mặt trái một cách chính xác và hiệu quÁ

Khi thực nghiệm hệ thống có thể giÁm thiểu tổn hao năng lượng do ánh sáng mặt trái không chiếu thẳng vào tÃm pin, giúp tăng hiệu suÃt thu năng lượng so vßi hệ thống cố định

đồ án

Chương 2: C¡ SỞ LÝ THUYẾT GVHD: Nguyßn Văn Trung

Ch°¢ng 2: C¢ sở lý thuy¿t 2.1 Hã thßng điãn m¿t trái cß đßnh

Hệ thống điện mặt trái cố định, hay con gọi là hệ thống điện mặt trái tĩnh, là một lo¿i hệ thống điện mặt trái mà các tÃm pin năng lượng mặt trái được cố định trên một vị trí nhÃt định, không thể điều chỉnh hoặc di chuyển theo chuyển động cÿa mặt trái

Hình 2.1: Hệ thống điện mặt trời cố định

Hệ thống điện mặt trái cố định thưáng có chi phí lÁp đặt thÃp và không có khÁ năng theo dõi vị trí mặt trái vì không có thiết bị điều chỉnh hưßng Điều này khiến chúng trã thành một lựa chọn thu hút cho các dự án có ngân sách h¿n chế Vì không có bộ ph¿n c¢ khí để điều chỉnh hưßng, hệ thống cố định thưáng ít gặp sự cố h¢n và yêu cầu ít bÁo trì h¢n so vßi các hệ thống có khÁ năng điều hưßng pin mặt trái Điều này làm giÁm chi phí bÁo trì, tăng tính ổn định cÿa hệ thống Hệ thống cố định không phụ thuộc vào c¢ khí ho¿t động để điều chỉnh hưßng, do đó chúng thưáng ổn định h¢n trong môi trưáng gió m¿nh hoặc thái tiết khÁc nghiệt Điều này làm cho chúng trã thành một lựa chọn phù hợp cho các khu vực có điều kiện thái tiết khÁc nghiệt T¿i những khu vực có ánh sáng mặt trái ổn định, hệ thống cố định có thể là lựa chọn

đồ án

Chương 2: C¡ SỞ LÝ THUYẾT GVHD: Nguyßn Văn Trung

tối ưu vì không cần phÁi điều hưßng pin năng lượng mặt trái Điều này làm giÁm chi phí cũng như đ¢n giÁn hóa quy trình lÁp đặt và bÁo trì

Mặc dù chi phí thÃp và dễ bÁo trì, hệ thống cố định thưáng có hiệu suÃt sÁn xuÃt điện thÃp h¢n so vßi hệ thống tracking vì không thể điều chỉnh hưßng theo di chuyển cÿa mặt trái Hiệu suÃt cÿa hệ thống phụ thuộc vào hưßng mà bÁng điện mặt trái được cài đặt Nếu hưßng này không phù hợp, hiệu suÃt có thể giÁm đi đáng kể Điều này có thể gây ra tổn thÃt hiệu suÃt lßn trong những vị trí mà ánh sáng mặt trái không đÿ m¿nh hoặc không ổn định KhÁ năng tối ưu hiệu suÃt sÁn xuÃt điện thÃp h¢n so vßi các hệ thống solar tracking Trong những khu vực có nhiều bóng cây hoặc cÃu trúc, hệ thống cố định có thể bị che phÿ mặt trái và gây giÁm hiệu suÃt sÁn xuÃt điện Điều này làm giÁm tính khÁ thi, hiệu quÁ cÿa hệ thống trong các môi trưáng này

Hệ thống điện mặt trái cố định có nhiều āng dụng Chúng được sử dụng trong công nghiệp, thư¢ng m¿i để cung cÃp điện â māc gia đình, hệ thống này làm giÁm chi phí điện, t¿o ra nguồn năng lượng s¿ch Trong nông nghiệp, sử dụng cho hệ thống tưßi tiêu và nhà kính Hệ thống điện mặt trái cố định cũng có thể là nguồn điện dự phong và được tích hợp vào các dự án có quy mô lßn như trang tr¿i mặt trái và cụm công nghiệp điện mặt trái

2.2 Ph°¢ng pháp tracking

Phư¢ng pháp điều hưßng pin năng lượng mặt trái, là kỹ thu¿t sử dụng để tối ưu hóa việc thu th¿p năng lượng mặt trái từ các tÃm pin quang điện Hệ thống solar tracking bao gồm các tÃm pin được gÁn trên các khung di động có thể được điều chỉnh được góc nghiêng và hưßng cÿa chúng theo chuyển động cÿa mặt trái trong suốt cÁ ngày

Các hệ thống solar tracking thưáng được chia thành hai lo¿i chính: một máy trục và hai máy trục Hệ thống này chỉ điều khiển pin mặt trái từ đông sang tây, trong khi hệ thống máy tính có khÁ năng điều chỉnh cÁ góc nghiêng theo chiều dọc, giúp tối ưu hóa việc thu năng lượng trong suốt cÁ ngày và theo mùa

đồ án

Chương 2: C¡ SỞ LÝ THUYẾT GVHD: Nguyßn Văn Trung

đi kèm vßi chi phí lÁp đặt, bÁo trì cao h¢n, đoi hỏi phÁi cân nhÁc kỹ lưỡng giữa lợi ích mang l¿i và chi phí đầu tư

2.2.1 Ph°¢ng pháp tracking 1 trÿc

Tracking một trục (Single-axis tracking) là phư¢ng pháp điều hưßng pin năng lượng mặt trái chỉ có một trục Các tÃm năng lượng mặt trái được lÁp đặt trên một trục duy nhÃt, cho phép chúng xoay từ hưßng Đông sang Tây hoặc Nam sang BÁc tùy theo cÃu trúc và cách v¿n hành cÿa từng hệ thống [8]

Hình 2.2: Mô phỏng hệ tracking 2 trục

Hệ thống một trục có chi phí đầu tư thÃp h¢n so vßi hệ thống hai trục, do cần ít c¢ cÃu c¢ khí h¢n Vì có ít c¢ cÃu di chuyển h¢n, hệ thống một trục thưáng dễ bÁo trì h¢n và ít đoi hỏi chi phí bÁo dưỡng Mặc dù không thể điều hưßng pin mặt trái ã mọi góc độ như hệ thống hai trục, nhưng hệ thống một trục vẫn cÁi thiện hiệu suÃt so vßi các hệ thống tĩnh bằng cách điều chỉnh góc độ cÿa các bÁng mặt trái

So vßi hệ thống hai trục, hệ thống một trục không thể điều chỉnh hưßng cÿa bÁng mặt trái theo cÁ hai trục x và y, do đó hiệu suÃt thu nh¿n năng lượng có thể h¿n chế h¢n, đặc biệt là vào các thái điểm và góc độ khác nhau trong ngày Hệ thống một trục chỉ có thể điều hưßng pin mặt trái theo một trục duy nhÃt, do đó có thể bỏ lỡ một phần cÿa năng lượng mặt trái do thay đổi độ nghiêng và hưßng cÿa ánh sáng Tuy ít phāc t¿p h¢n hệ thống hai trục, nhưng hệ thống một trục đối mặt vßi những vÃn đề liên quan tßi thái tiết, đặc biệt trong môi trưáng khÁc nghiệt như gió m¿nh hay tuyết

đồ án

Chương 2: C¡ SỞ LÝ THUYẾT GVHD: Nguyßn Văn Trung

So sánh vßi hệ thống cố định, hệ thống Solar Tracking trục đ¢n có nhiều ưu điểm vượt trội về hiệu quÁ, khÁ năng t¿o ra năng lượng Tuy nhiên, hệ thống Solar Tracking hai trục mang l¿i hiệu quÁ cao h¢n, nhưng đi kèm vßi chi phí đầu tư cao h¢n Do v¿y, việc lựa chọn lo¿i hệ thống nào phụ thuộc vào nhu cầu, ngân sách và điều kiện cụ thể cÿa mỗi dự án

2.2.2 Ph°¢ng pháp tracking 2 trÿc

Tracking hai trục (Dual-axis tracking) là phư¢ng pháp điều hưßng pin NLMT có 2 trục, cho phép tÃm năng lượng mặt trái xoay cÁ hai chiều đồng thái Phư¢ng pháp này cho phép các tÃm năng lượng mặt trái xoay không chỉ theo hành trình cÿa mặt trái qua ngày mà con theo góc nghiêng tối ưu hóa việc thu năng lượng mặt trái tÃt cÁ thái gian trong ngày và trong mùa.[7]

Hình 2.3: Mô phỏng hệ tracking 2 trục

Hệ thống Solar Tracking 2 trục được cÃu t¿o: C¢ cÃu điều khiển trục ngang (trục x) là c¢ cÃu cho phép bÁng mặt trái xoay theo hưßng Đông - Tây C¢ cÃu này bao gồm động c¢ và bánh răng, hoặc các hệ thống động c¢ servo, được kết nối vßi bÁng mặt trái và được điều khiển bãi các cÁm biến hoặc hệ thống solar C¢ cÃu điều khiển trục dọc (trục y) là c¢ cÃu cho phép bÁng mặt trái nghiêng theo hưßng Nam - BÁc C¢ cÃu này bao gồm các bộ ph¿n như thanh trượt, ổ trục, hoặc các c¢ cÃu khác để điều chỉnh độ nghiêng cÿa bÁng mặt trái

đồ án

Chương 2: C¡ SỞ LÝ THUYẾT GVHD: Nguyßn Văn Trung

CÃu trúc giá đỡ có thể d¿ng cố định hoặc di động, tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng và điều kiện địa hình

Hệ thống gồm các bộ ph¿n như động c¢, bộ truyền động và hệ thống điều khiển Động c¢ cung cÃp lực cần thiết để xoay tÃm pin theo hai trục, trong khi bộ truyền động truyền tÁi lực từ động c¢ đến các trục xoay Hệ thống điều khiển, gồm bộ điều khiển trung tâm, bộ cÁm biến và phần mềm điều khiển

Có chāc năng điều chỉnh góc nghiêng và hưßng cÿa tÃm pin mặt trái theo thái gian, tối ưu lượng ánh sáng thu được

TÃm pin mặt trái, lo¿i monocrystalline hoặc polycrystalline, được lÁp đặt trên giá đỡ và có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng mặt trái thành điện năng Số lượng và công suÃt cÿa tÃm pin phụ thuộc vào nhu cầu sử dụng, khÁ năng tài chính cÿa ngưái dùng Ngoài ra, hệ thống Solar Tracking 2 trục có thể bao gồm thêm các thành phần như hệ thống làm mát để giÁm nhiệt độ cho tÃm pin mặt trái, hệ thống chống sét để bÁo vệ hệ thống khỏi các hiện tượng sét đánh, và hệ thống giám sát để theo dõi và cÁnh báo khi có sự cố xÁy ra

Hệ thống 2 trục có khÁ năng điều chỉnh góc nghiêng cÿa tÃm pin mặt trái không chỉ theo hưßng Đông-Tây (trục x) mà con theo hưßng Nam-BÁc (trục y), nên có thể nh¿n được ánh sáng mặt trái từ nhiều góc độ khác nhau trong suốt ngày Tối ưu hóa việc thu nh¿n ánh sáng mặt trái và tăng hiệu suÃt năng lượng so vßi hệ thống chỉ điều hưßng một trục.Tăng hiệu quÁ trong các điều kiện khác nhau, hệ thống 2 trục ho¿t động tốt h¢n trong điều kiện thái tiết khÁc nghiệt như sư¢ng mù, mây mù, hoặc ánh sáng yếu, so vßi hệ thống chỉ điều hưßng một trục

Tuy nhiên, vßi nhiều cÃu t¿o chuyển động hệ thống tracking solar 2 trục có chi phí đầu tư cao h¢n h¢n và v¿t liệu xây dựng cao cÃp h¢n Đoi hỏi bÁo trì định kỳ và chi phí bÁo dưỡng cao h¢n, đặc biệt trong môi trưáng thái tiết khÁc nghiệt Do có nhiều c¢ cÃu di chuyển và phāc t¿p hóa h¢n, hệ thống 2 trục có thể phÁn āng ch¿m h¢n trong việc điều hưßng cÿa pin mặt trái so vßi hệ thống chỉ điều hưßng một trục

Hệ thống tracking solar 2 trục thưáng được āng dụng cho các dự án lßn, các công trình có công suÃt và chi phí đầu tư lßn Các hệ thống tracking solar di động được sử dụng trong các lĩnh vực quân sự hoặc cāu trợ khẩn cÃp, cung cÃp nguồn điện t¿m thái ã các khu vực khó tiếp c¿n hoặc trong các tình huống khẩn cÃp Các hệ thống tracking

đồ án

Chương 2: C¡ SỞ LÝ THUYẾT GVHD: Nguyßn Văn Trung

solar có thể được sử dụng trên các giàn khoan dầu khí hoặc các tàu biển để cung cÃp nguồn điện cho các hệ thống trên biển một cách hiệu quÁ

Cần lựa chọn hệ thống Solar Tracking 2 trục phù hợp vßi nhu cầu sử dụng, ngân sách và điều kiện địa hình So vßi các hệ thống Solar Tracking khác, hệ thống Solar Tracking 2 trục mang l¿i hiệu quÁ thu sáng cao nhÃt, nhưng vßi chi phí đầu tư và bÁo trì cao h¢n Do v¿y, việc lựa chọn lo¿i hệ thống nào phụ thuộc vào nhu cầu, ngân sách và điều kiện cụ thể cÿa mỗi dự án

Mỗi phư¢ng pháp tracking có ưu điểm, h¿n chế riêng, việc lựa chọn phư¢ng pháp phù hợp s攃̀ phụ thuộc vào yêu cầu cÿa dự án, điều kiện môi trưáng và ngân sách Tuy nhiên trong trong đề tài này nhóm chỉ thiết kế vßi mục đích học t¿p và nghiên cāu nên cần chọn một phư¢ng pháp có hiệu suÃt vượt trội h¢n Nhóm chọn phư¢ng pháp tracking 2 trục làm phư¢ng án thiết kế cho mô hình

2.3 Nguyên lý ho¿t đßng

Hệ thống tracking solar ho¿t động bằng cách sử dụng cÁm biến để theo dõi vị trí mặt trái Dựa trên thông tin từ cÁm biến, hệ thống điều khiển tính toán và quyết định góc nghiêng tối ưu cÿa tÃm pin mặt trái nh¿n được năng lượng cao nhÃt

Trong nghiên cāu này, nhóm t¿p trung thiết kế một hệ thống tracking solar thụ động dựa trên các dữ liệu thái gian, vị trí địa lí Hệ thống cÿa chúng tôi dựa trên các nguyên lý v¿t lý đ¢n giÁn và c¢ học để tự động thay đổi vị trí cÿa tÃm pin mặt trái theo chuyển động cÿa mặt trái trong suốt ngày

Nguyên lý ho¿t động gồm ba giai đo¿n, mỗi giai đo¿n đóng vai tro quan trọng trong quá trình theo dõi và điều chỉnh:

- Tính Toán Vị Trí Mặt Trái: Tính toán vị trí cÿa mặt trái trong thái gian thực Thông qua việc sử dụng các thông tin về địa lý, thái gian, cũng như các thông số về mặt trái như góc độ và độ cao trên bầu trái Dựa trên các dữ liệu này, hệ thống xác định được vị trí cÿa mặt trái t¿i mỗi khoÁnh khÁc

- Xác định vị trí trục xoay: Việc xác định vị trí trục xoay, tāc là trục mà các tÃm pin mặt trái được gÁn kết Thông qua các tính toán và định vị, hệ thống xác định được vị trí trục xoay cần điều chỉnh để theo kịp vßi di chuyển cÿa mặt trái

đồ án

Chương 2: C¡ SỞ LÝ THUYẾT GVHD: Nguyßn Văn Trung

có thể bao gồm việc điều chỉnh góc nghiêng cÿa trục xoay hoặc điều khiển động c¢ để điều chỉnh vị trí cÿa trục

Tổng cộng, hệ thống tracking solar thụ động này t¿n dụng các nguyên lý đ¢n giÁn về c¢ học để tự động thay đổi vị trí cÿa pin mặt trái một cách chính xác và hiệu quÁ, không cần sử dụng các thiết bị điều khiển phāc t¿p Điều này không chỉ làm giÁm chi phí mà con t¿o ra một giÁi pháp linh ho¿t và bền vững trong việc thu th¿p năng lượng mặt trái

PLC là một lo¿i vi xử lý thưáng được sử dụng trong āng dụng tự động hóa công nghiệp để thực hiện nhiệm vụ kiểm soát và giám sát trên các hệ thống v¿n hành tự động Nhiệm vụ chính cÿa PLC là thực hiện các chāc năng kiểm soát, điều khiển và giám sát trong quy trình sÁn xuÃt hoặc quy trình tự động khác PLC nh¿n dữ liệu từ các cÁm biến, thực hiện các yếu tố logic hoặc phép toán cần thiết, và sau đó cho ra các tín hiệu điều khiển để động c¢, van, b¢m và cÁm biến s攃̀ thực hiện nhiệm vụ điều khiển cho hệ thống to¿ độ

đồ án

Chương 2: C¡ SỞ LÝ THUYẾT GVHD: Nguyßn Văn Trung

2.4.2 Phần mÁm l¿p trình PLC

Đề tài này lÃy Siemens S7 1200 làm bộ điều khiển trung tâm nên phần dùng để t¿p trình là TIA Portal TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal) là một phần mềm tích hợp cÿa Siemens, được thiết kế để hỗ trợ quá trình l¿p trình, cÃu hình và v¿n hành các hệ thống tự động hóa công nghiệp cÿa họ Phần mềm này cung cÃp môi trưáng l¿p trình đồ họa và dễ sử dụng, cho phép ngưái dùng t¿o ra các chư¢ng trình điều khiển phāc t¿p cho PLC, HMI và các thiết bị tự động hóa khác cÿa Siemens

Một trong những điểm m¿nh cÿa TIA Portal là tính linh ho¿t trong l¿p trình, hỗ trợ nhiều ngôn ngữ l¿p trình như Ladder Diagram (LAD), Function Block Diagram (FBD), Structured Text (ST), và Sequential Function Chart (SFC) Điều này cho phép ngưái l¿p trình lựa chọn ngôn ngữ l¿p trình phù hợp vßi nhu cầu cÿa dự án

Bên c¿nh đó, TIA Portal cung cÃp các công cụ mô phỏng, giÁ l¿p m¿nh m攃̀, giúp ngưái l¿p trình kiểm tra và mô phỏng chư¢ng trình cÿa họ trưßc khi triển khai vào môi trưáng thực tế Điều này giúp giÁm thiểu rÿi ro, chi phí liên quan đến việc thử nghiệm và sửa chữa sau này.Vßi tính năng tích hợp dự án và hỗ trợ công nghệ cloud, TIA Portal cung cÃp một giÁi pháp toàn diện và hiệu quÁ, từ quá trình phát triển đến v¿n hành Điều này giúp nâng cao hiệu suÃt và linh ho¿t trong quá trình phát triển và v¿n hành các hệ thống tự động hóa

2.4.3 Āng dÿng trong hã thßng điÁu h°ßng pin nng l°ÿng m¿t trái

PLC đóng vai tro tối ưu hóa hiệu quÁ ho¿t động cÿa hệ thống điều khiển pin năng lượng mặt trái Dưßi đây là một số āng dụng cụ thể:

Điều khiển hệ thống điều hưßng 1 trục: PLC được sử dụng điều khiển động c¢ xoay, giúp điều chỉnh góc nghiêng cÿa tÃm pin mặt trái theo hưßng Đông - Tây trong ngày Thu th¿p dữ liệu chÿ động theo thái gian để xác định vị trí mặt trái và thay đổi góc nghiêng cÿa tÃm pin phù hợp, đÁm bÁo tối đa lượng ánh sáng mặt trái thu được

PLC có khÁ năng l¿p trình linh ho¿t, cho phép điều chỉnh các thu¿t toán điều khiển theo nhu cầu cụ thể cÿa từng hệ thống

Điều khiển hệ thống điều hưßng 2 trục: PLC được sử dụng điều khiển hai động c¢

đồ án

Chương 2: C¡ SỞ LÝ THUYẾT GVHD: Nguyßn Văn Trung

để xác định chính xác vị trí mặt trái và điều chỉnh phư¢ng hưßng và góc nghiêng cÿa tÃm pin một cách chính xác

PLC xử lý dữ liệu nhanh chóng, chính xác, đÁm bÁo hệ thống ho¿t động hiệu quÁ và ổn định

Giám sát và điều khiển hệ thống: PLC được sử dụng để thu th¿p dữ liệu từ các cÁm biến như cÁm biến nhiệt độ, cÁm biến gió, cÁm biến độ ẩm, v.v Dữ liệu thu th¿p được PLC xử lý và phân tích, sau đó hiển thị trên màn hình HMI hoặc truyền đến hệ thống giám sát trung tâm Ngưái dùng có thể theo dõi tình tr¿ng ho¿t động cÿa hệ thống điều hưßng pin năng lượng mặt trái từ xa, phát hiện và xử lý kịp thái các sự cố

Ví dụ về PLC Siemens được sử dụng trong hệ thống điều khiển pin năng lượng mặt trái:

- S7-1200: Dong PLC Siemens phổ biến vßi giá thành hợp lý, phù hợp cho các hệ thống điều hưßng pin năng lượng mặt trái quy mô nhỏ và vừa

- S7-300: Dong PLC Siemens cao cÃp vßi hiệu suÃt m¿nh m攃̀, phù hợp cho các hệ thống điều hưßng pin năng lượng mặt trái quy mô lßn

- S7-1500: Dong PLC Siemens mßi nhÃt vßi khÁ năng xử lý dữ liệu nhanh chóng và chính xác, phù hợp cho các hệ thống điều khiển pin năng lượng mặt trái đoi hỏi độ chính xác cao

đồ án

Chương 2: C¡ SỞ LÝ THUYẾT GVHD: Nguyßn Văn Trung

2.5Các công thāc liên quan

Các phư¢ng trình tính góc mặt trái.[5] - Góc lệch theo ngày thā N trong năm được tính: δ = 23.45sin [360365(284 + N)]

Chương 2: C¡ SỞ LÝ THUYẾT GVHD: Nguyßn Văn Trung

sin(³)=sin(L)sin(·)+ cos(L)cos(·)cos(h) sin(z) =cos(δ)sin(h)cos(α)

cos(HRA) ≤tan(latitude)tan(δ)Suy ra:

Zsun= 2�㔋 + |�㕧�㕠�㕢�㕛| sáng �㕧�㕠�㕢�㕛 = �㔋 2 �㕧�㕠�㕢�㕛 chiều Dựa vào giá trị cÿa ³ (góc phư¢ng vị) và z (góc cao độ), chúng ta cần thực hiện xử lý và chuyển đổi thành các giá trị để điều khiển chuyển động cÿa hai động c¢ tracking

Hưßng thay đổi cÿa Mặt Trái trong năm có sự chênh lệch lßn Trong mùa hè, ví dụ, hưßng di chuyển cÿa Mặt Trái thưáng lệch về phía BÁc nhiều h¢n Trong khi đó, vào các tháng cuối năm, hành trình cÿa Mặt Trái lệch hoàn toàn về phía Nam so vßi hưßng Đông - Tây Trong mùa xuân và thu,Mặt Trái di chuyển theo trục Đông - Tây đồ án

Chương 3: THIẾT KẾ, CHẾ T¾O GVHD:Nguyßn Văn Trung

Ch°¢ng 3: Thi¿t k¿, ch¿ t¿o 3.1 Thi¿t k¿ mô hình

Đây là một hình nhỏ không yêu cầu về sÁn lượng điện lßn, nên nhóm đã thiết kế hệ thống điều khiển tÃm pin có công suÃt chỉ 20Wvßi māc điện áp 9V và kích thưßc 30⨉40cm TÃm pin chỉ nặng 1.5kg thích hợp để các động c¢ có thể điều khiển và ho¿t động một cách dễ dàng

Hình 3.1: Tấm pin PV

Vßi đề tài này nhóm có thiết kế mô hình phần cāng qua phần mềm Solidworks để thu¿n lợi cho việc gia công phần cāng và tránh sai lệch về phần cāng:

đồ án