THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN MẶT TRỜI CHO HỘ GIA ĐÌNH VỚI PHỤ TẢI MÁY THU HÌNH, MÁY TÍNH, QUẠT, ĐÈN CHIẾU SÁNG BẰNG LED

i LỜI CẢM ƠN Dưới áp lực tốc độ phát triển kinh tế xã hội gia tăng dân số nhanh, nhu cầu lượng người ngày tăng lên Mỗi năm, nhu cầu điện Việt Nam tăng khoảng 15%, nguồn lượng hố thạch giảm nhanh chóng cạn kiệt dần tương lai Do vậy, phát triển lượng tái tạo đặc biệt lượng mặt trời trở thành xu cho tương lai Tuy nguồn lượng từ mặt trời vơ tận, khơng phải tận dụng để biến thành nguồn lượng điện phục vụ cho sống ngày, gia đình có kinh tế khó khăn nói riêng người dân nói chung, việc áp dụng điện mặt trời phục vụ cho sống ngày hộ gia đình điều cần thiết Với tư cách sinh viên trường ĐH Nha Trang, tiếp cận với công nghệ, kiến thức sản phẩm tiên tiến nhân loại, xin thực đề tài “THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN MẶT TRỜI CHO HỘ GIA ĐÌNH VỚI PHỤ TẢI: MÁY THU HÌNH, MÁY TÍNH, QUẠT, ĐÈN CHIẾU SÁNG BẰNG LED”, nhằm đưa lý thuyết, công nghệ vào thực tiễn để đến gần với người dân, tìm kiếm hội để phát huy học được, tìm hiểu Trong trình thực đề tài: “THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN MẶT TRỜI CHO HỘ GIA ĐÌNH VỚI PHỤ TẢI: MÁY THU HÌNH, MÁY TÍNH, QUẠT, ĐÈN CHIẾU SÁNG BẰNG LED” muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Trần Tiến Phức gợi ý, khơi nguồn cảm hứng ý tưởng để tơi thực thành công đề tài Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy, Cô môn giảng dạy, cung cấp cho tơi nhiều kiến thức suốt q trình học tập trường Đại học Nha Trang, kiến thức mà nhận giảng đường Đại học hành trang giúp vững bước tương lai Do vốn kiến thức Tơi cịn hạn chế nên chắn đồ án khơng tránh khỏi nhiều thiếu sót Tơi mong bảo, góp ý Thầy cô bạn Nha Trang, ngày 19 tháng 12 năm 2013 Sinh viên Nguyễn Quang Hải SVTH: Nguyễn Quang Hải 52 Điện – Điện tử ii MỤC LỤC 1.LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CỦA NHÂN LOẠI 1.CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA PIN MẶT TRỜI ỨNG DỤNG PIN MẶT TRỜI 3.2.Các bước thiết kế hệ thống điện mặt trời 1.2.Số liệu giá trị UV, IV, US, IN từ điều khiển sạc mặt trời (controlsolar panel) đo đạc sau lắp đặt xong hệ thống điện mặt trời 1.3.Kết luận 2.1.Sơ đồ nguyên lý nguồn cung cấp 2.2.Các thành phần mạch 2.4.Kết luận CHƯƠNG CÁC BỘ PHẬN VÀ CHỨC NĂNG CỦA MÁY CUNG CẤP ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TỰ THIẾT KẾ (AUTO SOLAR POWER) 1.SƠ ĐỒ KHỐI MÁY AUTO SOLAR POWER 2.BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM 2.1.Sơ đồ nguyên lý điều khiển trung tâm 2.2.Chức điều khiển trung tâm 2.3.Hình ảnh thực tế điều khiển trung tâm 3.BỘ PHÂN ÁP CHO ADC CỦA ATMEGA16 3.1.Sơ đồ nguyên lý 3.2.Chức mạch phân áp 3.3.Hình ảnh thực tế phân áp 4.KHỐI THI HÀNH SẠC VÀ NGẮT 4.1.Sơ đồ nguyên lý khối thi hành sạc ngắt 4.2.Chức khối thi hành sạc ngắt 4.3.Hình ảnh thực tế khối thi hành sạc ngắt 5.LCD HIỂN THỊ ĐIỆN ÁP 6.KHỐI CUNG CẤP NGUỒN DC 6.1.Sơ đồ nguyên lý SVTH: Nguyễn Quang Hải 52 Điện – Điện tử iii 6.2.Chức cung cấp điện áp DC 6.3.Hình ảnh thực tế cung cấp điện áp DC 7.BỘ NGHỊCH LƯU DC-AC 220V/50HZ (INVERTER) 7.1.Sơ đồ nguyên lý nghịch lưu DC-AC 220V/50Hz (Inverter) 7.2.Chức nghịch lưu DC-AC 220V/50Hz (Inverter) 7.3.Hình ảnh thực tế nghịch lưu DC-AC 220V/50Hz (Inverter) 8.CHỨC NĂNG CỦA MÁY CUNG CẤP ĐIỆN MẶT TRỜI (AUTO SOLAR POWER) 9.TỔNG QUAN KẾT CẤU BÊN NGOÀI CỦA MÁY CUNG CẤP ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI (AUTO SOLAR POWER) SVTH: Nguyễn Quang Hải 52 Điện – Điện tử iv DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Edmond Becquerel…………………………………………………… Hình 1.2: Chiếc máy nước chạy lượng mặt trời………………… … Hình 1.3: Thiết kế sử dụng gương tạo nguồn lượng mặt trời……… .7 Hình 1.4: Mẫu thiết kế pin mặt trời đầu tiên………………………………………… Hình 1.5: Jonh Ericson…………………………………………… …………… .8 Hình 1.6: Cơng viên sử dụng quang điện…………………………………………… 13 Hình 1.7: Tấm pin mặt trời tập trung…………………………………………………13 Hình 1.8: Hệ thống dàn xoay trục………………………………………………… 14 Hình 1.9: Hệ thống dàn xoay trục……………………………………………….… 14 Hình 1.10: Dự báo cơng suất lắp đặt điện mặt trời tồn cầu đến năm 2016……… 15 Hình 1.11: Cơng suất lắp đặt điện mặt trời dự đốn đến năm 2016 ……………… 16 Hình 1.12: Cơng suất điện mặt trời lắp đặt nước EU……………… 17 Hình 1.13: Mơ hình điện mặt trời Bn Chăn (Đăk Lăk)…………………………19 Hình 2.1: Hệ thống điện mặt trời nhà máy Intel Việt Nam……………………… 26 Hình 2.2: Pin mặt trời nối lưới trình diễn tai trụ sở Bộ Cơng Thương…………… 27 Hình 2.3:Dự án điện mặt trời-diesel thơn Bãi Hương, Cù Lao Chàm,Quảng Nam………………………………………………………………………………… 27 Hình 2.4: Dự án pin mặt trời trung tâm y tế Tam Kỳ (Quảng Nam)………………28 Hình 2.5: Dự án xã Thượng Trạch, Bố Trạch, Quảng Bình……………………….28 Hình 2.6: Dàn pin cơng suất Kwp đảo Hịn Chuối, Cà Mau…………………….29 Hình 2.7: Trường Tiểu học cấp Minh Châu, Quan Lạn Trạm y tế Minh Châu….29 Hình 2.8: Những pin lượng mặt trời nhà đảo Trường Sa Đơng… 30 Hình 2.9: Những pin lượng mặt trời nhà máy sản xuất……… 30 Hình 3.1: Quá trình tạo module……………………………………………………….32 Hình 3.2: Cấu tạo module…………………………………………………………… 32 Hình 3.3: Pin mặt trời…………………………………………………………………32 Hình 3.4: Hệ mức lượng………………………………………………………33 Hình 3.5: Các vùng lượng…………………………………………………….…34 Hình 3.6: Nguyên lý hoạt động pin mặt trời…………………………………… 35 Hình 3.7: Quan hệ η (Eg)…………………………………………………………… 36 Hình 4.1: Hệ thống pin mặt trời………………………………………………………39 SVTH: Nguyễn Quang Hải 52 Điện – Điện tử v Hình 4.2: Góc nghiêng β pin mặt trời………………………………………… 42 Hình 4.3: Sơ đồ khối hệ thống điện mặt trời………………………………… 43 Hình 4.4: Acquy axit………………………………………………………………….47 Hình 5.1: Bộ inverter DC – AC máy cung cấp điện 220V cho Laptop, quạt loa sử dụng …………………………………………………………… 52 Hình 5.2: Quạt chạy lấy điện từ máy cung cấp điện mặt trời .52 Hình 5.3: Sử dụng Radio lấy điện từ hệ thống điện mặt trời … 53 Hình 5.4: Chiếu sáng băng LED lấy nguồn DC từ máy điện mặt trời… ………… 53 Hình 5.5 Sơ đồ mạch nguồn xung cho led sử dụng IC 555………… …………… 55 Hình 5.6: So sánh hiệu suất hệ thống pin mặt trời gắn cố định hệ thống pin mặt trời điều khiển……… …………………… 58 Hình 6.1: Sơ đồ khối máy Auto Solar Power 60 Hình 6.2: Sơ đồ nguyên lý điều khiển trung tâm 60 Hình 6.3: Hình ảnh thực tế điều khiển trung tâm 61 Hình 6.4: Sơ đồ nguyên lý phân áp 61 Hình 6.5: Hình ảnh thực tế phân áp 62 Hình 6.6: Sơ đồ nguyên lý khối thi hành sạc ngắt 62 Hình 6.7: Hình ảnh thực tế khối thi hành sạc ngắt 63 Hình 6.8: Thơng tin hiển thị LCD 63 Hình 6.9: Sơ đồ nguyên lý cung cấp mức điện áp DC cho tải 64 Hình 6.10: Hình ảnh thực tế cung cấp mức điện áp DC cho tải 65 Hình 6.11: Sơ đồ nguyên lý inverter DC-AC 65 Hình 6.12: Hình ảnh thực tế inverter DC-AC 66 Hình 6.13: Hình ảnh phía trước nắp máy 67 Hình 6.14: Hình ảnh nơi cấp nguồn DC máy .68 Hình 6.15: Hình ảnh nơi cấp nguồn AC máy .68 Hình 6.16: nút điều khiển tay máy (sạc ngắt nóng) 68 Hình 6.17: Mặt sau máy kết nối với PIN ACU 68 Hình 6.18: Máy Auto Solar Power thiết bị gia đình 68 SVTH: Nguyễn Quang Hải 52 Điện – Điện tử vi DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Giá trị trung bình cường độ xạ mặt trời ngày năm số nắng số khu vực khác Việt Nam………………………………………… 25 Bảng 2.2: Số nắng xạ mặt trời khu vực miền Nam………………… 26 Bảng 2.3: Điều tra lượng mặt trời vùng Tây Bắc……………………………26 Bảng 4.1: Quan hệ cường độ dòng điện tiết diện dây dẫn………………… 51 Bảng 5.1 Bảng giá trị U, I hệ thống điện mặt trời đo sau hoàn tất lắp đặt…………………………………………………………………………………… 53 Bảng 5.2: Thông số led 1W………………………………………………………… 54 Bảng 5.3: Độ rọi led (5W) sàn nhà (đơn vị đo lx)………………………… 56 Bảng 5.4: Độ rọi bóng đèn huỳnh quang sàn nhà (đơn vị đo lx)…………….57 Bảng 5.5: Giá trị U, I pin theo hướng……………………………………58 SVTH: Nguyễn Quang Hải 52 Điện – Điện tử MỞ ĐẦU  GIỚI THIỆU CHUNG Nhu cầu lượng người thời đại khoa học kỹ thuật phát triển ngày tăng Trong nguồn nhiên liệu dự trữ than đã, dầu mỏ, khí thiên nhiên thuỷ điện có hạn, khiến cho nhận loại đứng trước nguy thiếu hụt lượng Vấn đề tìm kiếm khai thác nguồn lượng lượng hạt nhân, lượng địa nhiệt, lượng gió lượng mặt trời… hướng quan trọng kế hoạch phát triển lượng Việc nghiên cứu sử dụng lượng mặt trời ngày quan tâm, tình trạng thiếu hụt lượng vấn đề cấp bách môi trường Năng lượng mặt trời xem dạng lượng ưu việt tương lai, nguồn lượng sẵn có siêu miễn phí Do lượng mặt trời ngày sử dụng rộng rãi giới Ở Việt Nam lượng mặt trời dần thức giấc đem lại nhiều hiệu cao kinh tế Điện mặt trời ứng dụng nhiều lĩnh vực khác Tuy nhiên, chi phí đầu tư để sử dụng điện mặt trời cao hộ gia đình thiết kế dành cho phát triển kinh tế nhiều phục vụ cho sống ngày Ý thức lợi ích to lớn khơng kinh tế môi trường điện mặt trời, nhà nước ta khuyến khích phát triển nguồn lượng để phục vụ cho sống; nhằm giảm bớt gánh nặng điện từ nguồn lượng khác, đặc biệt điện thủy điện  TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Không phải điện đưa vào sản xuất phát triển kinh tế, đem lại lợi ích, mà đưa vào phục vụ sống ngày hộ gia đình, đặc biệt gia đình vùng sâu vùng xa có ý nghĩa mang lại hiệu kinh tế Hiện việc mang ánh sáng điện đến nhà thực Tuy nhiên, việc phân phối truyền tải điện đến nhà, người buộc nhà nước phải bỏ số tiền lớn để đầu tư cho mạng điện phân phối, lượng điện tổn thất hàng năm trình truyền tải 10% SVTH: Nguyễn Quang Hải 52 Điện – Điện tử Mặc khác, năm vào mùa khơ hộ gia đình thường xun bị điện, cạn kiệt nguồn nước từ hồ thủy điện, dẫn đến thiếu hụt điện lượng điện sản xuất buộc phải ưu tiên cho phát triển sản xuất Một vấn nạn là, việc dự trữ nước từ đập thủy điện nhằm đảm bảo trì điện vào mùa khơ làm khơng đất đai quanh khu vực thủy điện bị thối hóa, người dân khơng sản xuất được, mùa mưa ạc xả đập làm hủy hoại mùa Một thực tế giá điện hàng năm liên tục tăng, dân số đông, nhu cầu điên ngày tăng cao khơng sản xuất mà cịn phục vụ sống ngày gia đình, phục vụ cho vui chơi giải trí, phục vụ cho “thú vui công nghệ” Nghị số 24-NQ/TW, ngày 3/6/2013, Hội nghị lần thứ 7, Ban Chấp hành Trung ương Đảng khóa XI tầm quan trọng việc chủ động ứng phó với biến đổi khí hậu, tăng cường quản lý tài nguyên bảo vệ môi trường, tận dụng nguồn lượng thay dần nguồn lượng hóa thạch Vì vậy, cần phải tìm nguồn lượng vừa phục vụ cho phát triển, vừa đảm bảo cho mơi trường, nguồn lượng tái tạo Điển hình lượng mặt trời Từ lâu, công nghệ sử dụng lượng mặt trời ứng dụng nhiều nơi, nhiều lĩnh vực Giờ đến phục vụ cho hộ gia đình, nhà người, với chi phí khơng q lớn  NHIỆM VỤ VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG THỰC TẾ CỦA ĐỀ TÀI • Nhiệm vụ Đề cấu hình tối ưu thực thiết kế máy cung cấp điện mặt trời cho hộ gia đình sử dụng phụ tải chiếu sáng, thông tin liên lạc, giải trí thiết bị cơng nghệ TV, điện thoại, quạt, laptop, LED chiếu sáng • Phạm vi áp dụng thực tế đề tài Đề tài thực phục vụ cho sinh hoạt hàng ngày hộ gia đình cá nhân  ỨNG DỤNG NHU CẦU THỰC TẾ CỦA ĐỀ TÀI Thiết kế máy cung cấp điện mặt trời cho hộ gia đình với mục đích giúp giảm thiết hụt điện cho nhà nước, gia đình, tiết kiệm lượng, nhiên liệu, tận SVTH: Nguyễn Quang Hải 52 Điện – Điện tử dụng tối đa nguồn lượng vơ tận có sẵn góp phần bảo vệ mơi trường Đề tài nghiên cứu áp dụng hộ gia đình  PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Tìm hiểu lượng mặt trời, điện mặt trời, cách thiết kế, tính toán hệ thống điện mặt trời - Khảo sát thực tế lấy thông tin như: công suất tiêu thụ sử dụng số thiết bị điện mà hộ gia đình dùng hàng ngày (TV, đèn chiếu sáng, LED chiếu sáng, laptop, quạt, số thiết bị dùng nguồn DC khác như: điện thoại, radio, máy ảnh, ) - Thông qua số liệu thu thập tính tốn thiết kế đưa cấu hình hệ thống điện mặt trời tối ưu đáp ứng đủ tổng công suất sử dụng thiết bị hộ gia đình - Đánh giá kết đạt SVTH: Nguyễn Quang Hải 52 Điện – Điện tử TỔNG QUAN Việt Nam với lợi nước nằm giải phân bố ánh nắng mặt trời nhiều năm đồ xạ giới, lượng mặt trời Việt Nam có sẵn quanh năm, ổn định phân bố rộng rãi vùng miền Đặc biệt, số ngày nắng trung bình tỉnh miền Trung miền Nam khoảng 300 ngày/năm Với lợi nhiều nghiên cứu ứng dụng điện mặt trời triển khai từ năm 1990 như: - Dự án điện khí hố nơng thơn Fondem France – Solarlab Viet Nam, 1997 - 2005 - Chương trình RET châu Á 1997 -2005, tài trợ Sida (Thụy Điển), 1997 – 2005 - Dự án nối lưới điện khí hố nơng thôn thực Solar với cộng tác Bộ Khoa học công nghệ Việt Nam Atersa Tây Ban Nha, 2006 – 2009 - Dự án điện mặt trời với công suất 100 Kwp (tài trở Nedo – Japan) Gia Lai - Dự án điện mặt trời với công suất 154 Kwp khuôn viên Trung tâm Hội nghị quốc gia, Hà Nội - Ngồi dự án quy mơ lớn việc sử dụng pin mặt trời làm nguồn sạc cho thiết bị dân dụng công nghệ đời lâu, cụ thể như: đèn học, máy tình cầm tay, đèn chiếu sáng đường, loại đèn màu trang trí, xe điện, robot, Tuy nhiên, hạn chế chủ yếu việc áp dụng pin mặt trời giá thành dàn pin cao hiệu suất hệ thống giảm vào ngày khơng có nắng vấn đề cần giải tính tốn cấu hình hệ thống phù hợp đáp ứng đủ cơng suất cho ngày trời khơng có nắng SVTH: Nguyễn Quang Hải 52 Điện – Điện tử 62 điều khiển trung tâm địn sạc hay ngắt sạc Tất nguồn nuôi cho khối cấp từ thi hành điều khiển tải BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM 2.1 Sơ đồ nguyên lý điều khiển trung tâm Hình 6.2 Sơ đồ nguyên lý điều khiển trung tâm 2.2 Chức điều khiển trung tâm Bộ điều khiển trung tâm đóng vai trị não để điều khiển hoạt động máy cung cấp điện lượng mặt trời (Auto Solar Power) làm nhiệm vụ: đọc hiển thị điện áp ACU PIN hình LCD, điều khiển sạc ngắt ACU cách tự động để bảo vệ ACU; điều khiển tải, định tải phép sử dụng nguồn ACU phép sử dụng nguồn từ PIN trực tiếp Bộ điều khiển trung tâm gồm: Chip Atmega16 (U1) chạy chương trình người thiết kế viết, Led D2 báo chương trình hoạt động, nguồn lấy từ 7805 (U2), linh kiện phụ trợ khác SVTH: Nguyễn Quang Hải 52 Điện – Điện tử 63 2.3 Hình ảnh thực tế điều khiển trung tâm Hình 6.3 Hình ảnh thực tế điều khiển trung tâm BỘ PHÂN ÁP CHO ADC CỦA ATMEGA16 3.1 Sơ đồ nguyên lý Hình 6.4 Sơ đồ nguyên lý phân áp SVTH: Nguyễn Quang Hải 52 Điện – Điện tử 64 3.2 Chức mạch phân áp Trong thực tế phân áp có bộ, để phân áp cho ACU, để phân áp cho PIN Lý lại có phân áp điện áp vào ADC chip Atmega16 tối đa 5V, mà điện áp của ACU Pin ngưỡng 5V Mạch phân áp có chức tương tự biến áp hay biến dòng hạ điện áp cao xuống điện áp mong muốn để đo được, tỉ lệ phân áp sử dụng 1:4, nghĩa ta có đươc 5V vào ADC chip đầu vào 20V Bộ phân áp bao gồm biến trở (RV1) dùng để chỉnh tỉ lệ phân áp, R4 kết hợp với RV1 để phân áp, R3 điện trở nền, tụ C2 lọc nhiễu, Jack3 nơi điện áp vào ACU PIN, J2 đầu đưa vào ADC chip 3.3 Hình ảnh thực tế phân áp Hình 6.5 Hình ảnh thực tế phân áp KHỐI THI HÀNH SẠC VÀ NGẮT 4.1 Sơ đồ nguyên lý khối thi hành sạc ngắt Hình 6.6 Sơ đồ nguyên lý khối thi hành sạc ngắt SVTH: Nguyễn Quang Hải 52 Điện – Điện tử 65 4.2 Chức khối thi hành sạc ngắt Khối có nhiện vụ giống cơng tắc hay van để đóng mở dịng nạp từ PIN vào ACU Nó bao gồm: Mosfet IRF540N đảm nhiệm làm van, IRF540N làm việc song song để đảm bảo dòng nạp lớn nhất, nhằm khai thác tối đa cơng suất PIN (có thể chuyển tải 60A), Jack1 đầu vào từ PIN, Jack2 kết nối vào ACU linh kiện phụ trợ khác q trình kích nạp 4.3 Hình ảnh thực tế khối thi hành sạc ngắt Hình 6.7 Hình ảnh thực tế khối thi hành sạc ngắt LCD HIỂN THỊ ĐIỆN ÁP Hình 6.8 Thơng tin hiển thị LCD SVTH: Nguyễn Quang Hải 52 Điện – Điện tử 66 Trên LCD hiển thị tình trạng ACU sạc hay ngắt; sạc có dịng chữ “Charging (V)”, đầy có dịng chữ “ACU FULL ! ” Ở bên thông tin điện áp ACU PIN: A: 11.92 điện áp ACU, S:16.04 điện áp PIN (Solar), đơn vị V dược ký hiệu hang KHỐI CUNG CẤP NGUỒN DC 6.1 Sơ đồ nguyên lý Hình 6.9 Sơ đồ nguyên lý cung cấp mức điện áp DC cho tải 6.2 Chức cung cấp điện áp DC Bộ cung cấp điện áp DC đảm nhiệm vai trò cho mức điện áp DC 12V/9V/6V/5V nhiều loại tải DC sử dụng trực tiếp (LED, radio, motor DC, ) với mức dòng tối đa 8A cho mức điện áp Trên Hình 7.8 có mức điện áp 9V/6V/5V, mức điện áp 12 V sử dụng trực tiếp từ ACU SVTH: Nguyễn Quang Hải 52 Điện – Điện tử 67 Trên hình 7.8 gồm có IC ổn áp 7805 (U1) cho điện áp 5V, 7806 (U2) cho điện áp 6V, 7809 (U3) cho điện áp 9V; transistor Q1, Q2, Q3 (B688) làm nhiệm vụ kéo dòng 8A; linh kiện tụ dùng để lọc nguồn, điện trở để phân áp 6.3 Hình ảnh thực tế cung cấp điện áp DC BỘ NGHỊCH LƯU DC-AC 220V/50HZ (INVERTER) Hình 6.10 Hình ảnh thực tế cung cấp mức điện áp DC cho tải SVTH: Nguyễn Quang Hải 52 Điện – Điện tử 68 7.1 Sơ đồ nguyên lý nghich lưu DC-AC 220V/50Hz (Inverter) Hình 6.11 Sơ đồ nguyên lý inverter DC-AC 7.2 Chức nghich lưu DC-AC 220V/50Hz (Inverter) Bộ nghịch lưu DC-AC 220V/50Hz (Inverter) làm nhiệm vụ chuyển đổi điện áp DC 12V từ ACU PIN thành điện áp AC 220V/50Hz để cung cấp cho phụ tải dung nguồn điện xoay chiều laptop, TV, quạt, đèn compact, Công suất đáp ứng tối đa nghịch lưu 500W, đủ để đáp ứng cách tương đối nhu cầu sinh hoạt hộ gia đình, ta mở rộng cơng suất cung cấp inverter lên cách dễ dàng Trên hình 7.10 thành phần : IC CD4047 (U8) tạo mức xung vuông 12V 50Hz, điện áp cung cấp cho IC 12VDC; phía sau LM324 (U2A: U2B: thực tế tích hợp làm gồm LM324 bên IC) kéo áp cho transistor cơng suất phía sau; cặp transistor Q1 Q4 2N3055, Q2 Q3 2SC1061 mắc Darlington để kéo dòng tối thiểu lên 3A kích cho cặp sị 2N3055 phía sau với tổng cơng suất 500W Sau đưa thẳng vào biến áp (0-12-24) đầu ta có điện áp AC 220V/50Hz Một điều cần lưu ý là: phía trước ta có cơng suất 500W SVTH: Nguyễn Quang Hải 52 Điện – Điện tử 69 điện áp AC có đủ cơng suất hay khơng cịn phụ thuộc vào biến áp, cách tốt tự quấn hay nhờ người có kình nghiệm quấn cho biến áp với phía sơ cấp cao áp dây đồng lõi lớn (tùy yêu cầu dòng ra) để đủ công suất cho tải AC ta mong muốn 7.3 Hình ảnh thực tế nghich lưu DC-AC 220V/50Hz (Inverter) Hình 6.12 Hình ảnh thực tế inverter DC-AC SVTH: Nguyễn Quang Hải 52 Điện – Điện tử 70 CHỨC NĂNG CỦA MÁY CUNG CẤP ĐIỆN MẶT TRỜI (AUTO SOLAR POWER) Máy cung cấp điện mặt trời (Auto Solar Power) đảm nhiệm chức sau: Thứ nhất, sạc ngắt ACU tự động: bình ắc – quy giảm xuống điện áp Min (11V) máy tự động đóng cơng tắc để nạp cho ACU, điên áp ACU đầy đến mức điện áp Max (14,2V) ngắt ACU khỏi PIN nạp Thứ 2, hiển thị điên áp: hình LCD gồm dịng thơng tin, dịng thứ trạng thái nạp (Charging (V)) hay không nạp (ACU FULL! ), dong thứ thông tin điện áp A: điện áp ACU, S: điện áp PIN (SOLAR) Thứ 3, điều khiển tải: đinh lúc tải sử dụng điên áp từ ACU lúc nên sử dụng điện áp PIN; ngắt tải ACU cạn mà khơng có nguồn nạp (vào ban đêm không đủ ánh sáng mặt trời Thứ 4, cung cấp điện áp: DC 12V/9V/6V/5V, AC 220V/50Hz Ngồi máy cịn trang bị lập trình để tự động giải số vấn đề như: giả sử ACU nạp chưa đầy (đến 11,9V) điện áp PIN xuống 5V không đủ điện áp sạc (do thời tiết), máy tự động sạc lại có đủ điện áp từ PIN, điều kiện để sạc ACU ACU cạn 11V.Và vấn đề ta sạc ACU chưa đầy, ta không muốn sạc hay chưa cạn điện ACU mà ta lại muốn sạc, máy đảm nhiệm vấn đề việc trang bị nút sạc nóng ngắt nóng (hay sạc tay ngắt tay) TỔNG QUAN KẾT CẤU BÊN NGOÀI CỦA MÁY CUNG CẤP ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI (AUTO SOLAR POWER) Hình 6.13 Hình ảnh phía trước nắp máy SVTH: Nguyễn Quang Hải 52 Điện – Điện tải Hình 7.12 Hình ảnh nơi lấy nguồn DC chotử với đèn Hìnhnguồn Hìnhhiệu hoạt động AC cho tải 7.13 báo ảnh nơi cấp nguồn 71 Hình 6.14 Hình ảnh nơi cấp nguồn DC máy Hình 6.16 nút điều khiển tay máy (sạc ngắt nóng) Hình 6.15 Hình ảnh nơi cấp nguồn AC máy Hình 6.17 Mặt sau máy kết nối với PIN ACU Hình 6.18 Máy Auto Solar Power thiết bị gia đình SVTH: Nguyễn Quang Hải 52 Điện – Điện tử Nút ngắt sạc tay Nút sạc tay 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Hoàng Dương Hùng, Năng lượng mặt trời lý thuyết ứng dụng, Nxb Đại học Bách Khoa Đà Nẵng [2] http://www.khoahoc.com.vn/congnghemoi/phat-minh/35554_Mat-troi-Nguon- nang-luong-cua-tuong-lai-Phan-1.aspx [3] http://www.ihr.org.vn/detail/tiem-nang-nang-luong-mat-troi-va-ung-dung-cong- nghe-dien-mat-troi-tai-cac-tinh-tay-bac.html [4] http://www.petrotimes.vn/nang-luong-xanh/2012/03/viet-nam-co-tiem-nang-vo- han-ve-nang-luong-mat-troi [5] http://www.vietnamep.com/energy/index.php?/y-mnh-sn-xut-in-mt-tri-ti-vit- nam.vietnamep [6] http://www.nangluongmattroi.com/ung-dung/177-ung-dung-nang-luong-mat- troi-tai-viet-nam.html [7] http://en.wikipedia.org/wiki/555_timer_IC [8] http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/I/R/F/5/IRF540.shtml SVTH: Nguyễn Quang Hải 52 Điện – Điện tử 73 PHỤ LỤC Hệ thống đinh hướng pin mặt trời: Như thường thấy, pin măt trời lắp đặt cố định vào đế, hiệu suất lớn ánh sáng mặt trời vng góc với mặt phẳng pin (12h) Ngoài thời điểm ra, hiệu suất pin mặt trời giảm Vấn đề đặt ra: Làm để hiệu suất pin tối đa Để nâng cao hiệu suất pin cần có hệ thống điều khiển để xác định hướng chiếu ánh sáng mặt trời, từ điều khiển cho mặt phẳng pin hướng phía vng góc với ánh sáng Hình so sánh hiệu suất hệ thống pin mặt trời gắn cố định hệ thống pin mặt trời điều khiển: Rõ ràng thời gian đạt hiệu suất đỉnh pin có điều khiển kéo dài ra.Ta thấy rằng, điện hệ thống pin có điều khiển tạo vòng 24h (P S), sau trừ phần lượng để nuôi hệ thống (P C) cịn lại lược có ích (P total) Rõ ràng, P_total pin mặt trời có điều khiển lớn nhiều so với P total pin mặt trời cố định Hệ thống điều khiển nói chung gồm phần: - sensor (loại LDR phổ biến) - xử lý - động khung khí Bộ xử lý lại chia làm loại: SVTH: Nguyễn Quang Hải 52 Điện – Điện tử 74 - loại dùng vi điều khiển ADC - loại dùng op - am (mạch so sánh) linh kiện phụ trợ Ở nói đến phần sensor mạch xử lý dùng vi điều khiển để điều khiển động Nguyên lý hoạt động sau: Điều khiển pin ln hướng theo mặt trời (vng góc với ánh nắng) cần trục tự (quay không gian) trục tự điều khiển động (tối thiểu) sensor ánh sáng kèm sensor bố trí mặt pin song song với pin Khi hoạt động, điều khiển liên tục đọc cường độ ánh sáng sensor đưa thông qua ADC Nếu giá trị ADC đọc nhỏ giá trị ngưỡng có nghĩa trời có mây Nếu giá trị ADC đọc nhỏ (gần=0) có nghĩa trời tối Việc xác định ngưỡng trời tối, trời có mây trời nắng xác định thực nghiệm Có giá trị ta điều khiển chế độ làm việc cho định hướng hoạt động tối ưu Hai giá trị cường độ ánh sáng sensor đưa ta lưu vào biến Giả sử cường độ ánh sáng sensor bên trái lớn cường độ ánh sáng sensor bên phải, định hướng điều khiển pin quay phía trái, q trình quay, liên tục đọc giá trị ADC sensor đưa so sánh chúng nhau, lúc dừng động hiểu: mặt trời sensor Tương tự giá trị ADC sensor phải lớn SVTH: Nguyễn Quang Hải 52 Điện – Điện tử 75 Ta quan sát hình sau: State A State C trạng thái cần điều khiển State B trạng thái ổn định, mặt trời giữa, lúc pin mặt trời có hiệu suất cao Ta cho dừng động Chú ý: hệ thống hoạt động thực tế (khơng phải phịng thí nghiệm) phải sau khoảng thời gian (5 phút chẳng hạn) ta điều khiển lần Vì diều khiển liên tục, động tiêu thụ hết lượng chứa bình acquy pin mặt trời Điều khiển pin theo mùa (xuân, hạ, thu, đông) vấn đề Chúng ta biết, với mùa khác nhau, thời định, mặt trời có góc chiếu khác Lật lại vấn đề bên trên, giả sử ban đêm, lý có nguồn sáng chiếu vào pin mặt trời ta làm nào? Cho pin hoạt động hay khơng hoạt động? Thơng thường, ta gắn thêm linh kiện để nâng cao tính xác linh động cho điều khiển Linh kiện RTC (Real Time Clock) Tức là, việc xác định trời nắng, trời râm, trời tối Nó biết đêm hay ngày Như trường hợp ban đêm mà có nguồn sáng khác chiếu vào chẳng hạn, ta kiểm tra biến thời gian xem đêm hay ngày, ban đêm hệ thống khơng hoạt động Ngồi RTC cịn cho ta biết tháng mấy, mùa để điều khiển góc nghiêng theo hướng mặt trời (nếu hệ thống ta điều khiển trục tự do) SVTH: Nguyễn Quang Hải 52 Điện – Điện tử 76 SVTH: Nguyễn Quang Hải 52 Điện – Điện tử ... Điện – Điện tử 39 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁY CUNG CẤP ĐIỆN MẶT TRỜI CHO HỘ GIA ĐÌNH VỚI PHỤ TẢI: MÁY THU HÌNH, MÁY TÍNH, QUẠT, ĐÈN CHIẾU SÁNG BẰNG LED VỊ TRÍ ĐỊA LÍ Khí hậu Nha Trang tương đối... (Inverter) 8.CHỨC NĂNG CỦA MÁY CUNG CẤP ĐIỆN MẶT TRỜI (AUTO SOLAR POWER) 9.TỔNG QUAN KẾT CẤU BÊN NGOÀI CỦA MÁY CUNG CẤP ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI (AUTO SOLAR POWER) ... ưu thực thiết kế máy cung cấp điện mặt trời cho hộ gia đình sử dụng phụ tải chiếu sáng, thơng tin liên lạc, giải trí thiết bị cơng nghệ TV, điện thoại, quạt, laptop, LED chiếu sáng • Phạm vi áp