đồ án sử dụng năng lượng mặt trời ứng dụng pin năng lượng mặt trời

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A GVHD: VŨ HOÀNG HẢI 1 NHÓM SVTH LỜI CẢM ƠN Kính thưa quý thầy cô! Chúng em xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám Hiệu và các thầy cô trong trường, đặc biệt là thầy cô trong khoa Điện Trường Đại Học Công Nghiệp TPHCM, đã tận tình chỉ dạy, truyền đạt kiến thức cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập vừa qua. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy VŨ HOÀNG HẢI đã dành nhiều thời gian công sức, quan tâm theo dõi, tận tình hướng dẫn, động viên và nhắc nhở chúng em hoàn thành tốt đồ án này. Qua đây , chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và người thân đã động viên, giúp đỡ chúng em rất nhiều trong quá trình học tập. Nhóm Sinh Viên Thực Hiện TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A GVHD: VŨ HOÀNG HẢI 2 NHÓM SVTH NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A GVHD: VŨ HOÀNG HẢI 3 NHÓM SVTH NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A GVHD: VŨ HOÀNG HẢI 4 NHÓM SVTH MỤC LỤC Lời cảm ơn 1 Nhận xét của giáo viên hướng dẫn 2 Nhận xét của giáo viên phản biện 3 Mục lục 4 Danh mục các bảng, sơ đồ & hình ảnh 7 Mở đầu 9 1. Lý do chọn đề tài 9 2. Mục đích. 10 3. Đối tượng nghiên cứu. 10 4. Pham vi nghiên cứu 12 Chương 1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động . 13 1.1. Giới thiệu về pin mặt trời. 12 1.1.1. Đặc tính làm việc của pin mặt trời 13 1.1.2. Ưng dụng. 17 1.1.3. Tấm năng lượng mặt trời 17 1.1.4. Cách ghép nối các tấm năng lượng mặt trời. 18 a. Phương pháp ghép nối tiếp các tấm môdun mặt trời. 19 b. Ghép song song các tấm môdun mặt trời. 20 c. Hiện tượng điểm nóng. 21 1.1.5. Giới thiệu pin mặt trời pv-te130mf5n 22 1.2. Nguyên lý hoạt động và chức năng của bộ điều khiển sạc. 26 1.2.1. Sơ lược về bộ điều khiển sạc 26 1.2.2. Bộ điều khiển sạc sunlight SL- 10 27 1.3. Bộ lưu trữ năng lượng(ac-quy) 30 1.3.1. Các loại ac-quy. 31 1.3.2. Các đặc tính của ac-quy 32 1.3.3. Chế độ làm việc của ac-quy 32 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A GVHD: VŨ HOÀNG HẢI 5 NHÓM SVTH 1.3.4. Các chế độ của bộ nạp ac-quy 33 1.3.5 Các sự cố cần bảo vệ ac-quy 36 1.3.6. Các tiêu chí lựa chọn ac-quy 37 1.3.7. Giới thiệu về ac-quy Ritar RA 12-150DG. 38 1.4. Nguyên lý hoạt động của đèn LED chiếu sáng 40 1.4.1 Tính chất của đèn LED chiếu sáng. 40 1.4.2 Giới thiệu đèn chiếu sáng dùng LED SP-90 41 1.4.3. Các loại bóng đèn đường NLMT 45 Chương 2. Phương pháp thiết kế hệ thống điện NLMT 49 2.1. Nội dung thiết kế 49 2.1.1. Tính tổng lượng tiêt thụ điện của hệ thống phải cung cấp 49 2.1.2. Tính số watt-hour các tấm pin mặt trời pải cung cấp 49 2.1.3. Tính toán kích cỡ tấm pin mặt trời cần sử dụng 49 2.1.4. Tính toán bộ inverter. 50 2.1.5. Tính toán battery 50 2.1.6. Thiết kế solar charge controller 51 2.2 Tính toán hệ thống chiếu sáng đèn đường dùng NLMT. 52 2.2.1. Thông số khí tượng 52 2.2.2. Tính toán thiết bị sử dụng 52 2.2.2.1. Pin năng lượng mặt trời. 52 2.2.2.2. Ăc quy 53 2.2.2.3. Bộ đièu khiển đèn đường sunlight 54 2.3. Một số hình ảnh chiếu sáng đèn đường NLMT. 55 Chương 3. Lắp đặt và bảo trì hệ thống 57 3.1. Sơ đồ nguyên lý lắp đặt một cột đèn chiếu sáng: 57 3.1.1. Quy trình lắp đặt trụ đèn 58 3.1.2. Lắp đặt hộp đèn SP-90 vào giá đèn 60 3.1.3. Lắp đặt giá đèn cùng với đèn vào cột 63 3.1.4. Cách luồn dây điện 64 3.1.5. Lắp đặt bộ điều khiển sạc 65 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A GVHD: VŨ HOÀNG HẢI 6 NHÓM SVTH 3.1.6. Lắp đặt ac-quy RA12v 150dg và kết nối điện cho bộ điều khiển 67 3.1.7. Hướng dẫn chi tiết kết nối điện cho bộ điều khiển sạc 71 3.2. Bảo trì,thay thế, sửa chữa hệ thống 73 3.2.1. Cột đèn, vỉ đỡ pin, giá đỡ đèn 73 3.2.2. Đường cáp điện 74 3.2.3. Tấm pin mặt trời PV-TE130MF5N. 74 3.2.4. Bộ điều khiển sạc SL-10 75 3.2.5. Những vấn đề có thể xảy ra với SL-10 và cách khắc phục. 75 3.2.5.1. Ac-quy không sạc 75 3.2.5.2. Điện áp Ac-quy quá cao 76 3.2.5.3. Tải không hoạt động bình thường 77 3.2.6. Đèn LED SP-90 77 3.2.7. Ac-quy RA12V 150DG 77 Kết luận và đề xuất hướng phát triển 78 Tài liệu tham khảo 79 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A GVHD: VŨ HOÀNG HẢI 7 NHÓM SVTH DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ & HÌNH ẢNH Hình 1.Sơ đồ nguyên lý một hệ thống năng lượng mặt trời 10 Hình 1.1.Cấu tạo của pin mặt trời 13 Hình 1.2.Đường đặc tính làm việc cùa pin mặt trời 14 Hình 1.3. Sơ đồ tương đương của pin mặt trời 14 Hình 1.4. Sự phụ thuộc đăc trưng của pin mặt trời 15 Hình 1.5. Sự phụ thuộc của pin mặt trời vào nhiệt độ của pin. 16 Hình 1.6.Đường đặc tính tải và đặc tính của pin mặt trời 16 Hình 1.7.Ghép nối tiếp 2 môdun mặt trời. 18 Hình 1.8. Ghép song song 2 môdun mặt trời 19 Hình 1.9. Đốt bảo vệ môdun và dàn pin mặt trời 21 Hình 1.10. Sơ đồ khối pin mặt trời PV- TEMF5N 22 Bảng 1.11. Vĩ độ và góc đặt cùa mo6dun và mặt đất 24 Bảng 1.12. Thông số kỹ thuật của PV–TE130MF5N 24 Hình 1.13. Kích thước của tấm pin PV–TE130MF5N 26 Hình 1.14. Bộ điều khiển sạc và bộ điều khiển sạc đa năng. 26 Hình 1.15. Chu kỳ sạc của bộ điều khiển sạc . 27 Hình 1.16. Chế độ vận hành của bộ điều khiển sạc. 28 Hình 1.17. Sơ đồ nguyên lý bộ điều khiển sạc. 29 Bảng 1.18. Thông số kỹ thuật của SL-10 30 Hình 1.19.Các chế độ nạp của acquy. 34 Hình 1.20. Sơ đồ chuyển trạng thái lôgic quá trình nạp ắc quy tự động 36 Hình 1.21.Sơ đồ khối của ac-quy Ritar RA 12-150DG. 38 Hình 1.22. Thông số kỹ thuật của RA 12-150DG. 38 Hình 1.23. Tuổi thọ ac-quy phụ thuộc vào nhiệt độ hoạt động của ac-quy. 39 Hình 1.24. Các loại đèn LED. 41 Hình 1.25. Đèn LED SP-90 42 Hình 1.26. Độ sáng và diện tích chiếu sáng của đèn LED SP-90 43 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A GVHD: VŨ HOÀNG HẢI 8 NHÓM SVTH Hình 1.27. Thông số kỹ thuật của đèn LED SP-90. 44 Hình 1.28. So sánh đèn sử dụng LED với đèn Natri cao áp . 45 Hình 2.1.Bức xạ và nhiệt độ trung bình trong năm . 53 Hình 2.2. Một số hình ảnh của hệ thống điện NLMT 56 Hình 3.1. Bản vẽ hoàn chỉnh cột đèn 59 Hình 3.2. Bản vẽ trụ đèn 60 Hình 3.3. Bạc lót trụ đèn 60 Hình 3.4. Quá trình chuẩn bị đèn phía dưới trước khi đưa lên gắn trên trụ đèn. 62 Hình 3.5. Định vị thanh giữ của giá đèn vào hộp đèn 63 Hình 3.6. Cố định thanh giữ của giá đèn vào hộp đèn 63 Hình 3.7. Các bước kết nối dây cáp điện vào đèn và đóng hộp đèn. 66 Hình 3.8. Lắp đặt giá đỡ cùng với đèn vào cột đèn 67 Hình 3.9. Hai đoạn dây nối Bộ điều khiển – Ac-quy và CB 68 Hình 3.10. Bắt vít giữ Bộ điều khiển vào bát giữ trên tủ điện . 69 Hình 3.11. Bắt vít giữ CB đã chuẩn bị trước đó vào bát giữ. 69 Hình 3.12. Bình Ắc Quy 70 Hình 3.13. Kết nối 2 đoạn dây “Bộ điều khiển – Ac-quy 70 Hình 3.14. Bắt chặt 2 đầu còn lại của cáp nối “Bộ điều khiển – Ac-quy” 71 Hình 3.15. Đấu 2 đầu dây còn lại của cáp Tấm pin vào bộ điều khiển 71 Hình 3.16. Đấu dây kết nối CB – Bộ điều khiển 72 Hình 3.17. Đấu dây kết nối cáp đèn váo CB 72 Hình 3.18. Bộ điều khiển đã kết thúc việc đấu nối dây 73 Hình 3.19. Đóng tủ điện và vặn ốc để chốt cửa tủ . 73 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A GVHD: VŨ HOÀNG HẢI 9 NHÓM SVTH MỞ ĐẦU Việc sử dụng nguồn năng lượng sạch thay thế nguồn năng lượng dầu mỏ đang cạn kiệt được xem là lời giải tối ưu cho bài toán thiếu hụt về năng lượng cũng như nạn ô nhiễm môi trường trên thế giới. Hệ thống đèn chiếu sáng bằng LED dùng năng lượng mặt trời là một trong những ứng dụng có ý nghĩa, áp dụng các kỹ thuật tiên tiến hiện đại nhằm tiết kiệm năng lượng, chi phí, cũng như góp phần vào việc tạo được hình ảnh một Việt Nam xanh. 1. Lý do chọn đề tài Ngày nay với tình hình dân số và nền công nghiệp phát triển không ngừng, năng lượng càng thể hiện rõ vai trò quan trọng và trở thành yếu tố không thể thiếu trong cuộc sống. Tuy nhiên trong khi nhu cầu sử dụng năng lượng đang ngày càng gia tăng thì các nguồn năng lượng truyền thống được khai thác sử dụng hàng ngày đang dần cạn kiệt và trở nên khan hiếm. Một số nguồn năng lượng đang được sử dụng như nguồn nguyên liệu hoá thạch (dầu mỏ, than đá…) đang cho thấy những tác động xấu đến môi trường, gây ô nhiễm bầu khí quyển như gây hiệu ứng nhà kính, thủng tầng ozôn, là một trong những nguyên nhân làm trái đất ấm dần lên. Các khí thải ra từ việc đốt các nguyên liệu này đã gây ra mưa axit, gây hại cho môi trường sống của con người. Còn nguồn năng lượng thuỷ điện (vốn cũng được coi là một loại năng lượng sạch) thì cũng không đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ điện hiện nay trong khi tình trạng mức nước trong hồ chứa thường xuyên xuống dưới mực nước chết. Trước tình hình đó, vấn đề phải tìm được những nguồn năng lượng mới để đáp ứng nhu cầu sử dụng năng lượng đang lớn mạnh hàng ngày, thay thế những nguồn năng lượng có hại cho môi trường hoặc đang cạn kiệt đang trở nên cấp thiết, đòi hỏi nhiều sự quan tâm. So với những nguồn năng lượng mới đang được khai thác sử dụng như năng lượng gió, năng lượng hạt nhân… Năng lượng mặt trời được coi là một nguồn năng lượng rẻ, vô tận, là một nguồn năng lượng sạch không gây hại cho môi trường đang thu hút sự quan tâm của rất nhiều nhà khoa học, nhà nghiên cứu và sẽ trở thành nguồn năng lượng tốt nhất trong tương lai. Hệ thống quang điện sử dụng năng lượng mặt trời TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A GVHD: VŨ HOÀNG HẢI 10 NHÓM SVTH (Hệ pin mặt trời) có nhiều ưu điểm như không cần nguyên liệu, không gây ô nhiễm môi trường, ít phải bảo dưỡng, không gây tiếng ồn… Hiện nay năng lượng mặt trời đã được khai thác và đưa vào ứng dụng trong cuộc sống cũng như trong công nghiệp dưới nhiều dạng và hình thức khác nhau, thông thường để cấp nhiệt và điện. 2. Mục đích Một hệ pin mặt trời làm việc độc lập bao gồm: hệ thống hấp thụ ánh sáng là các tấm pin mặt trời nối ghép lại với nhau; Hệ thống điều tiết và lưu trữ năng lượng là các thiết bị điều tiết sạc, bình ắc quy. Mỗi một thành phần trong hệ pin mặt trời mang những nhiệm vụ cụ thể riêng biệt mang tính quyết định đến khả năng làm việc hiệu quả của hệ quang điện đó. ắc quy giúp dự trữ điện năng để duy trì hoạt động cho cả hệ thống vào ban đêm hay khi thời tiết âm u, nhiều mây mưa, lúc cường độ bức xạ ánh sáng yếu không đủ phát ra điện năng. 3. Đối tượng nghiên cứu Hệ thống đèn chiếu sáng dùng năng lượng mặt trời gồm:  Hệ thống hấp thụ: các tấm pin mặt trời nối ghép lại  Điều tiết và lưu trữ năng lượng: bộ điều khiển sạc và ac-quy  Hệ thống tiêu thụ: hệ thống đèn LED chiếu sáng sử dụng nguồn điện một chiều. Ngoài ra, đối với hệ thống có tải sử dụng nguồn điện xoay chiều, hệ thống có thêm Bộ chuyển đổi điện (inverter), chuyển điện một chiều thành xoay chiều. Ngoài ra, đối với hệ thống có tải sử dụng nguồn điện xoay chiều, hệ thống có thêm Bộ chuyển đổi điện (inverter), chuyển điện một chiều thành xoay chiều. [...]... ngôi nhà có gắn những tấm năng lượng mặt trời trên nóc đã trở thành phổ biến và có xu hướng tăng dần trong tương lai 1.1.3 Tấm năng lượng mặt trời Tấm năng lượng mặt trời được tạo thành từ nhiều pin mặt trời có thể gồm 36 đến 72 pin mặt trời mắc nối tiếp với nhau Qua những tấm pin mặt trời, năng lượng mặt trời được chuyển hoá thành điện năng Mỗi pin mặt trời cung cấp một lượng nhỏ GVHD: VŨ HOÀNG HẢI... ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A 4 Phạm vi nghiên cứu Đồ án trình bày bao quát cả 1 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 hệ thống chiếu sáng đèn đường dùng năng lượng mặt trời nhằm sử dụng điện năng lượng mặt trời như một nguồn năng lượng tại chỗ thay thế cho các dạng năng lượng truyền thống không... THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG 1.1 Giới thiệu về pin mặt trời Pin mặt trời còn gọi là pin quang điện là thiết bị ứng dụng hiệu ứng quang điện trong bán dẫn (thường gọi là hiệu ứng quang điện trong – quang dẫn) để tạo ra dòng điện một chiều từ ánh sáng mặt trời Loại pin mặt trời thông dụng nhất hiện nay là loại sử dụng Silic tinh thể Tinh thể Silic tinh khiết là chất bán dẫn điện rất kém vì các điện tử bị giam... HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A Hình 1:Sơ đồ nguyên lý một hệ thống năng lượng mặt trời A: Tấm pin mặt trời: Tấm pin mặt trời có chức năng hấp thụ quang năng từ mặt trời, chuyển đổi thành năng lượng điện Tấm gồm tập hợp các tế bào quang điện, được nối ghép lại tạo công suất khác nhau tùy vào mục đích sử dụng Việc tính toán, lựa chọn công suất của hệ thống được tính toán dựa trên các yếu tố... năng lượng mặt trời có thể ghép nối tiếp hoặc song song với nhau để tạo thành một dàn pin mặt trời Để đạt được hiệu năng tốt nhất, những tấm năng lượng phải luôn được phơi nắng và hướng trực tiếp đến mặt trời Hiệu suất thu được điện năng từ pin mặt trời ở các vùng miền vào các giờ trong ngày là khác nhau, do bức xạ mặt trời trên bề mặt trái đất không đồng đều nhau Hiệu suất của pin mặt trời phụ thuộc... và tải 1.1.2 Ứng dụng của pin mặt trời Pin mặt trời đã được ứng dụng ở nhiều nơi trên thế giới Chúng đặc biệt thích hợp cho các vùng lưới điện không đến được Pin mặt trời được sử dụng nhiều trong sản xuất cũng như trong đời sống Một ứng dụng đơn giản của pin mặt trời trong cuộc sống hàng ngày như đồng hồ, máy tính … Ngoài ra pin mặt trời còn được ứng dụng trong các thiết bị vận chuyển như ô tô, máy... HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A năng lượng, nhưng nhiều pin được đặt trải dài trên một diện tích lớn tạo nên nguồn năng lượng lớn hơn đủ để các thiết bị điện sử dụng Mỗi tấm pin mặt trời có công suất khác nhau như: 30Wp, 40Wp, 45Wp, 50Wp, 75Wp, 100Wp, 125Wp, 150Wp Điện áp của các tấm pin thường là 12VDC Công suất và điện áp của hệ thống tuỳ thuộc vào cách ghép nối các tấm pin lại với nhau Nhiều tấm năng lượng mặt. .. của pin mặt trời Trên hình vẽ 1.6 đường OA và OB là những đường đặc tính tải Nếu tải được mắc trực tiếp với dãy pin mặt trời thì tải có đường đặc tính là OA Khi đó, pin làm việc ở điểm A1 và phát công suất P1 Công suất lớn nhất do phơi nắng thu được là P2 Để có thể thu được công suất P2, cần có một bộ điều chỉnh công suất để liên kết giữa dãy pin mặt trời và tải 1.1.2 Ứng dụng của pin mặt trời Pin mặt. .. năm Ánh sáng mặt trời Module pin mặt trời Góc nghiêng Mặt ngang Bảng 1.11.Vĩ độ và góc đặt của module và mặt đất Vị trí vĩ độ Góc đặt cố định đề nghị 0º 15º 15 º 15º 25º Cùng góc với vĩ độ 25º 30º Góc vĩ độ + 5 º 30º 35º Góc vĩ độ + 10 º 35º 40º Góc vĩ độ + 15 º 40º + Góc vĩ độ + 20 º g Lắp đặt tấm pin PV–TE130MF5N Khoảng cách nhỏ nhất giữa module pin mặt trời và bề mặt bệ quanh module pin mặt trời. .. lên về năng lượng cho quốc gia, mà còn góp phần phát triển kinh tế và đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia Đồ án gồm nội dung tổng quan như sau: Mở đầu Chương 1: Cấu tạo nguyên lý hoạt động các thành phần trong hệ thống Chương 2: Phương pháp thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời Chương 3: Lắp đặt và bảo trì hệ thống chiếu sáng đèn đường dùng năng lượng măt trời Trong quá trình thực hiện đồ án , chúng . SVTH Hình 1:Sơ đồ nguyên lý một hệ thống năng lượng mặt trời A: Tấm pin mặt trời: Tấm pin mặt trời có chức năng hấp thụ quang năng từ mặt trời, chuyển đổi thành năng lượng điện. Tấm gồm. những nguồn năng lượng mới đang được khai thác sử dụng như năng lượng gió, năng lượng hạt nhân… Năng lượng mặt trời được coi là một nguồn năng lượng rẻ, vô tận, là một nguồn năng lượng sạch. đó đồ án tập trung nghiên cứu sâu hơn vào hệ thống chiếu sáng đèn đường dùng năng lượng mặt trời nhằm sử dụng điện năng lượng mặt trời như một nguồn năng lượng tại chỗ thay thế cho các dạng năng