Nghiên cứu khoa học ĐHBK HN thiết kế, chế tạo hệ thống tối ưu hóa hiệu suất pin mặt trời

Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS Đặng Thái Việt Tóm tắt cơng trình sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014 Mã số:… THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG TỐI ƯU HÓA HIỆU SUẤT PIN MẶT TRỜI Sinh viên : Đoàn Thanh Sơn Phạm Văn Trưởng GVHD : TS Đặng Thái Việt Khoa/Viện : Cơ khí CĐT1 CĐT1 - K54 K54 TÓM TẮT NỘI DUNG Nhân loại đứng trước nguy thiếu hụt lượng ô nhiễm môi trường cách nghiêm trọng.Vấn đề tìm nguồn lượng mới, nguồn lượng tái tạo nguồn lượng xanh giới quan tâm.Cùng với lượng gió, thủy triều, lượng mặt trời nguồn lượng cho thấy nhiều hi vọng tương lai Muốn thu lượng mặt trời truyền xa hơn, cần pin mặt trời để chuyển lượng mặt trời từ dạng quang sang điện Pin lượng mặt trời đạt hiệu suất lớn ánh sáng mặt trời vng góc với mặt phẳng pin Tuy nhiên, hệ thống pin mặt trời thường lắp cố định nên làm giảm hiệu suất thu lượng pin Để trì hiệu suất pin mức cao cần hệ thống điều chỉnh pin ln hướng phía mặt trời Mục đích đề tài tự động hóa q trình điều khiển định hướng pin mặt trời kể bị mây che ánh sáng Đồng thời, thay đổi chế độ điều khiển tự động thành chế độ điều khiển tay cách linh hoạt phục vụ trình bảo dưỡng sửa chữa TÀI LIỆU THAM KHẢO Solar Tracking System: More Efficient Use of Solar Panels (J Rizk and Y Chaiko) Thiết kế, chế tạo hệ điều khiển định hướng pin mặt trời (Đinh Hồng Bộ, Nguyễn Nhật Dương,Nguyễn Hồng Long,Đỗ Văn Sơn) Tống Văn On, Hoàng Đức Hải; Họ vi điều khiển 8051; Nhà xuất Lao động- Xã hội; Xuất năm 2009 Huỳnh Đắc Thắng; Kỹ thuật số thực hành; NXB KH-KT; Hà Nội 2006 SV: Đoàn Thanh Sơn – Phạm Văn Trưởng – CĐT1 – K54 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS Đặng Thái Việt LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, nguồn cung cấp điện chủ yếu Việt Nam thủy điện nhiệt điện Tuy nhiên, thủy điện gây cân sinh thái nhiệt điện tiêu tốn lượng khoáng sản mà nước ta ngày cạn kiệt Không vậy,nhiệt điện cịn gây nhiễm mơi trường nghiêm trọng.Qua đây, ta thấy tầm quan trọng nguồn lượng thay - lượng xanh, đặc biệt lượng mặt trời Với ưu điểm sẵn có, dồi dào, nguồn lượng sạch, thân thiện với môi trường, lượng mặt trời giải pháp thay cho nguồn lượng khác ngày cạn kiệt Trái Đất Ở Việt Nam, thiên nhiên ưu đãi cho nước ta lượng xạ mặt trời thuộc loại cao giới (vào khoảng 4.5 – KWh/m2) Do đó, thật uổng phí bỏ qua nguồn lượng tự nhiên Mong muốn đưa lượng mặt trời sử dụng phổ biến phát triển Việt Nam, đem kiến thức học áp dụng vào thực tế sản xuất đời sống Vì vậy, nhóm sinh viên chúng em thực đề tài: “Thiết kế, chế tạo hệ thống tối ưu hóa hiệu suất pin mặt trời” Nghiên cứu, chế tạo ứng dụng công nghệ xác định vùng cực đại lượng mặt trời nhằm nâng cao hiệu suất phát điện hệ thống pin điện mặt trời Đề tài sản phẩm có tính thực tế cao, nghiên cứu, chế tạo dựa kiến thức học, kế thừa phát triển kết cơng trình nghiên cứu trước đây.Đó cịn kết hợp khí - điện tử - tin học để đem đến sản phẩm hồn thiện có tính ứng dụng cao, phù hợp với điều kiện Việt Nam Do thời gian, kinh phí có hạn kinh nghiệm thực tế chưa nhiều nên sản phẩm chúng em khơng thể tránh khỏi thiếu xót hạn chế, chúng em mong nhận góp ý, bảo thầy giáo, cô giáo bạn Chúng em xin trân thành cảm ơn Thầy – TS Đặng Thái Việt, thầy cô môn Máy Ma sát tận tình hướng dẫn, giúp đỡ chúng em hoàn thành tốt đề tài nghiên cứu này, chúng em xin trân thành cảm ơn ban lãnh đạo môn tạo điều kiện làm việc trang thiết bị cần thiết giúp đỡ chúng em suốt thời gian qua Hà nội, ngày tháng năm 2014 Nhóm sinh viên thực SV: Đoàn Thanh Sơn – Phạm Văn Trưởng – CĐT1 – K54 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS Đặng Thái Việt PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI Đặt vấn đề: Nhân loại đứng trước nguy thiếu hụt lượng ô nhiễm mơi trường cách nghiêm trọng.Vấn đề tìm nguồn lượng mới, nguồn lượng tái tạo nguồn lượng xanh giới quan tâm.Cùng với lượng gió, thủy triều, lượng mặt trời nguồn lượng cho thấy nhiều hi vọng tương lai Muốn thu lượng mặt trời truyền xa hơn, cần pin mặt trời để chuyển lượng mặt trời từ dạng quang sang điện Pin lượng mặt trời đạt hiệu suất lớn ánh sáng mặt trời vng góc với mặt phẳng pin Tuy nhiên, hệ thống pin mặt trời thường lắp cố định nên làm giảm hiệu suất thu lượng pin Để trì hiệu suất pin mức cao cần hệ thống điều chỉnh pin ln hướng phía mặt trời Mục tiêu đề tài: - Giải vấn đề hệ thống cũ, đồng thời phát triển hệ thống để nâng cao hiệu suất nữa:  Điều khiển pin ln chuyển động hướng vng góc với tia sáng mặt trời, làm tăng hiệu suất chuyển đổi lượng quang – điện  Có khả chuyển chế độ làm việc phù hợp với điều kiện thời tiết  Nâng cao độ xác hệ thống việc sử dụng sensor xác định phương hướng - Thiết kế, chế tạo, mơ hồn chỉnh hệ thống điều khiển định hướng pin mặt trời Phạm vi nghiên cứu: Với mục tiêu thiết kế chế tạo hệ định hướng pin mặt trời điều kiện thời gian, kinh phí có hạn, đề tài giới hạn phạm vi sau: Mơ hình hóa hệ thống định hướng pin mặt trời để phát triển, áp dụng rộng rãi vào thực tiễn Sử dụng hệ thống sensor nhận biết phương hướng SV: Đoàn Thanh Sơn – Phạm Văn Trưởng – CĐT1 – K54 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS Đặng Thái Việt Dùng chip vi điều khiển để giám sát, xử lý, đưa tín hiệu điều khiển hệ thống Động dẫn động khí động chiều có sử dụng đĩa encoder SV: Đoàn Thanh Sơn – Phạm Văn Trưởng – CĐT1 – K54 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS Đặng Thái Việt PHẦN II: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Giới thiệu chung đề tài 1.1 Nội dung đề tài Đề tài gồm phần: Thiết kế chế tạo khí Thiết kế chế tạo phần cứng điện tử Thiết kế phần mềm 1.2 Tổng quan sơ đồ hệ thống SV: Đoàn Thanh Sơn – Phạm Văn Trưởng – CĐT1 – K54 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS Đặng Thái Việt 1.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống Hệ thống có chế độ hoạt động: Chế độ bám: Khi hệ thống chế độ bám, pin di chuyển tự động đến vị trí thẳng góc với mặt trời nhờ hai động hai trục từ tín hiệu sensor đưa Chế độ tự động: Khi mặt trời bị mây che, vào ngày mưa … cường độ sáng xuống mức thấp, sensor khơng nhận đủ độ sáng cần thiết để xác định hướng di chuyển cần thiết, hệ thống chuyển sang chế độ tự động Mạch xử lý trung tâm nhận tín hiệu thời gian thực ngày, tại, so sánh với giá trị góc quay lưu sẵn chip để điều khiển hệ thống xoay đến vị trí thích hợp, đảm bảo cho hệ thống hoạt động tốt điều kiện xấu Chế độ thủ công: Ở chế độ này, hệ thống đươc vận hành thủ công nhờ nút điều khiển ứng với hướng Đông – Tây Nam – Bắc Người vận hành xoay pin theo hướng vng góc với ánh sáng mặt trời chiếu xuống Chế độ sử dụng hệ thống gặp lỗi, hư hỏng hay bảo dưỡng mà đảm bảo yêu cầu đề Mạch cịn có hệ thống đèn led báo chế độ, hướng di chuyển tại, ngày, theo thời gian thực … giúp người vận hành kiểm sốt hệ thống cách tốt SV: Đồn Thanh Sơn – Phạm Văn Trưởng – CĐT1 – K54 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS Đặng Thái Việt Thiết kế, chế tạo khí 2.1.Nhiệm vụ, yêu cầu hệ thống khí: Nhiệm vụ: Cơ cấu khí bao gồm chi tiết nâng đỡ, điều chỉnh pin chuyển động hướng theo mặt trời Yêu cầu: - Kết cấu đơn giản Đạt độ cứng vững Tỉ số truyền lớn Chuyển động đạt độ xác cao 2.2 Thiết kế, chế tạo kết cấu khí: Trước thiết kế, cần phải lựa chọn phương pháp để điều khiển pin hướng theo mặt trời Có phương pháp khả thi cho việc điều khiển chuyển động Phương pháp thứ nghiêng pin theo trục để đạt vị trí yêu cầu (hình 2.1a ), phương pháp thứ hai đồng thời xoay nghiêng pin theo trục đạt kết tương tự (hình 2.1b) Hình 2.1: Chuyển động quay theo trục tọa độ Sau tìm hiểu kĩ phương pháp, chúng em thấy phương pháp thứ xoay nghiêng theo trục phức tạp Từ đó, nhóm xây dựng hệ thống khí theo phương pháp Chuyển động quay quanh trục thông qua việc truyền động cặp bánh trụ cặp bánh vít - trục vít SV: Đồn Thanh Sơn – Phạm Văn Trưởng – CĐT1 – K54 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS Đặng Thái Việt Truyền động bánh có ưu điểm bật: - Kích thước nhỏ, khả tải lớn Tỷ số truyền không thay đổi Hiệu suất cao, đạt 0,97 0,99 - Tuổi thọ cao, làm việc tin cậy Tuy nhiên truyền động bánh có nhược điểm sau: - Chế tạo tương đối phức tạp - Địi hỏi độ xác cao - Có nhiều tiếng ồn vận tốc lớn Truyền động trục vít – bánh vít có ưu điểm sau: - Tỉ số truyền lớn1 - Làm việc êm, không ồn Nhược điểm truyền trục vít – bánh vít: - Giá thành đắt Ổ lăn sử dụng để đỡ hai trục chuyển động, loại ổ lăn dùng loại ổ bi đỡ dãy So với ổ trượt, ổ lăn có ưu điểm: - Hệ số ma sát nhỏ - Chăm sóc bơi trơn đơn giản, tốn vật liệu bơi trơn, dùng mỡ bơi trơn - Kích thước chiều rộng ổ lăn nhỏ chiều rộng ổ trượt có đường kính ngõng trục - Mức độ tiêu chuẩn hóa tính lắp lẫn cao, thay thuận tiện, giá thành thấp sản xuất hàng loạt Tuy nhiên ổ lăn có số nhược điểm: - Lắp ghép tương đối khó khăn - Kích thước hướng kính lớn - Lực quán tính tác dụng lên lăn lớn làm việc với vận tốc cao SV: Đoàn Thanh Sơn – Phạm Văn Trưởng – CĐT1 – K54 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS Đặng Thái Việt Do trục có lắp ghép với chi tiết máy khác ổ lăn, bánh nên ta chọn trục loại trục bậc, có kết cấu phức tạp trục trơn đảm bảo điều kiện lắp ghép SV: Đoàn Thanh Sơn – Phạm Văn Trưởng – CĐT1 – K54 GVHD: TS Đặng Thái Việt Báo cáo nghiên cứu khoa học 2.3 Tính toán tỉ số truyền Khâu 1: Tỉ số truyền khâu tích tỉ số truyền cặp bánh thẳng trục vít – bánh vít: 85 85 70 ukhâu1  u1.u2 u3     2258 14 16 Khâu 2: Tỉ số truyền khâu tích tỉ số truyền cặp bánh thẳng trục vít – bánh vít: 85 ukhâu  u1.u2    0.076 16 70 2.4.Thiết kế trục 2.4.1.Chọn vật liệu thiết kế trục Chọn vật liệu thép C45, thường hóa, có: - Giới hạn bền: b  600 MPa - Giới hạn chảy: ch  360 MPa - Ứng suất xoắn cho phép: []  15  30 MPa SV: Đoàn Thanh Sơn – Phạm Văn Trưởng – CĐT1 – K54 10 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS Đặng Thái Việt } if(down==0) { date ; } } if(f_set==4) { if(up==0) { month++; } if(down==0) { month ; } } fix_time(); //kiem tra tran so delay(200); } if(mode==0) { f_mode++; SV: Đoàn Thanh Sơn – Phạm Văn Trưởng – CĐT1 – K54 53 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS Đặng Thái Việt if(f_mode==3) { f_mode=0; } } } /******* tinh toan gia tri hang chuc, don vi ********/ void tinh(void) { a[0] = hour/10; a[1] = hour%10; a[2] = min/10; a[3] = min%10; a[4] = date/10; a[5] = date%10; a[6] = month/10; a[7] = month%10; } /******* lay du lieu gio, phut, giay ghi tu DS1307 ********/ void get_ds1307(void) { char old_sec; hour=DS1307_get(0x02); SV: Đoàn Thanh Sơn – Phạm Văn Trưởng – CĐT1 – K54 54 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS Đặng Thái Việt min=DS1307_get(0x01); sec=DS1307_get(0x00); date=DS1307_get(0x04); month=DS1307_get(0x05); if(sec != old_sec) { tinh(); old_sec = sec; } } /******* Ham Chinh ********/ void main() { hour=0; min=0; sec=0; date=1; month=1; year=14; f_set=0; f_mode=0; //khoi tao gia tri ban dau cho DS1307 SV: Đoàn Thanh Sơn – Phạm Văn Trưởng – CĐT1 – K54 55 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS Đặng Thái Việt DS1307_Write(0x00,sec); DS1307_Write(0x01,min); DS1307_Write(0x02,hour); DS1307_Write(0x04,date); DS1307_Write(0x05,month); DS1307_Write(0x06,year); while(1) { //quet phim keypad(); //lay du lieu thoi gian thuc get_ds1307(); tinh(); d_1=1; SCK=0; SCK=1; //nap du lieu cot LATCH=0; LATCH=1; //xuat ma cot //hien thi gio, phut, ngay, thang for(n=0;n