TIEULUAN_năng lượng mặt trời

MỤC LỤC Sơ đồ cấu trúc hệ thống chiếu sáng đèn LED sử dụng pin lượng mặt trời (PNLMT) Như ta biết nguồn lượng tái tạo thích hợp cho chiếu sáng dàn PNLMT Quá trình chiếu sáng sử dụng PNLMT mô tả theo sơ đồ hình hình sơ đồ nối dây cho đèn đường LED sử dụng PNLMT Trong dàn PNLMT nạp điện cho acquy vào ban ngày từ acquy điện cung cấp chiếu sáng cho đèn vào ban đêm Hình1:Sơ đồ khối hệ thống chiếu sáng đèn LED sử dụng lượng mặt trời Bộ đèn LED Dàn pin MT Vi điều khiển Acquy Hình 2: Sơ đồ nối dây cho đèn đường LED sử dụng PNLMT Công suất đèn lựa chọn tùy theo loại đèn sử dụng Với đèn đường LED PNLMT thường có công suất vài chục wat Tuy nhiên người ta sản xuất đèn đường led với công suất lớn Bộ vi điều khiển làm nhiệm vụ điều khiển bật tắt đèn theo thời gian điều khiển trình phóng nạp acquy, bảo vệ hệ thống Ưu điểm lớn hệ thống không cần nguồn điện lưới Phương án thích hợp cho chiếu sáng xa lộ nằm đô thị dàn pin mặt trời nói chung ảnh hưởng tới mỹ quan toàn tuyến đường Hình 2: Chiếu sáng đường LED sử dụng PNLMT Các giải pháp thực khối hệ thống Từ sơ đồ khối ta tổng hợp thành phần hệ thống TT Tên thành phần Ghi bảng sau: a Modul lượng mặt trời (Solar Module) b Khung lắp pin lượng mặt trời (Solar Panel Support Frame) c Acquy d Vỏ đựng bình acquy (Battery Box) e Đèn LED f Dây cáp vật liệu lắp đặt khác (Cable and other installation material) g Bộ điều khiển Bảng 1: Các thành phần hệ thống Ta cụ thể vào phần xem đặc điểm cách thức lựa chọn chúng a Modul lượng mặt trời Hình hình ảnh pin lượng mặt trời mặt trước mặt sau, thông số kích thước Hình Tấm pin lượng mặt trời Pin lượng mặt trời phần tử bán dẫn quang có chứa bề mặt số lượng lớn linh kiện cảm biến ánh sáng dạng diod p-n, dùng biến đổi lượng ánh sáng thành lượng điện Sự chuyển đổi gọi hiệu ứng quang điện Các Pin lượng mặt trời thiết kế modul thành phần, ghép lại với tạo thành lượng mặt trời có diện tích lớn, thường đặt tòa nhà nơi chúng có thể ánh sáng nhiều nhất, kết nối với chuyển đổi mạng lưới điện Các pin Mặt Trời lớn ngày lắp thêm phận tự động điều khiển để xoay theo hướng ánh sáng, giống xanh hướng ánh sáng mặt trời Công nghệ chế tạo pin mặt trời có hiệu dựa công nghệ màng mỏng Thế hệ PV thứ dựa Silic đơn tinh thể Thế hệ thứ hai năm 1970 với màng mỏng GaAs nhà vật lý Nga Zhore Alferov chế tạo Có ba loại công nghệ màng mỏng có triển vọng là: Silic vô định hình (a-Si), Hợp chất CIS, Hợp chất CeTd Hiệu suất chuyển đổi lượng chúng vào khoảng 10% đạt tới 13-15% tương lai gần Thế hệ thứ ba liên quan đến công nghệ nano hi vọng đạt hiệu suất biến đổi lượng 36% vào năm tới Về giá thành công nghệ Silic đơn tinh thể cao nhất, vô định hình rẻ Hiện giá thành vào khoảng 7USD /W Đức, Hoa Kỳ, Tây Ban Nha Nhật Bản nước chế tạo dàn pin PV hàng đầu Để tạo điều kiện phát triển dàn PV Trung Quốc khuyến khích USD/W cho hãng sản xuất dàn pin mặt trời Tới cuối năm 2009 tổng công suất dàn pin mặt trời giới vượt 21 GW Tháng 12-2008 hệ thống dàn pin mặt trời cấp điện cho đèn đường Oregon Department Hoa Kỳ dài 108 km Đặc tính kỹ thuật số dàn pin mặt trời theo công nghệ màng mỏng cho bảng sau đây: Công ty Vật liệu Hiệu suất Công Kích cỡ (%) suất (cm2) (W) Solar Cells CdTe 9,1 63,1 6728 Solarex e-Si 7,6 56,0 7117 ARCO solar CIS 11,1 10,4 938 Siemens Solar CIS 10,2 39,3 3859 Matsushita CdTe 8,7 10,4 1200 Golden CdTe 9,2 31,3 3366 Ins Photon b Khung lắp pin lượng mặt trời Cấu trúc khung làm kim loại kẽm cứng thiết kế hỗ trợ đến modul với góc nghiêng vị trí cho tôt Hướng khung thiết lập theo vĩ độ để tối ưu hóa trình tạo lượng mặt trời Vật liệu làm nhôm kẽm để có khả chống ăn mòn khí hậu đồng thời lại dễ vận chuyển Nó thiết kế chịu tốc độ gió lên đến 180 Km/h Việc lắp đặt đơn giản dễ dàng để lắp ráp đòi hỏi kỹ kỹ thuật mức độ thấp Hình 4: Khung lắp pin lượng mặt trời c Acquy Acquy lưu trữ lượng điện pin lượng mặt trời tạo cung cấp cho đèn LED Acquy có nhiều loại, thông thường người ta sử dụng loại acquy miễn bảo dưỡng (MF - Maintainence Free) Miễn bảo dưỡng có nghĩa người dùng không cần phải can thiệp cách châm nước dòng sản phẩm khác Đối với loại này, nạp (charge) khí thoát dòng sản phẩm châm nước Hình Acquy Việc tính dung lượng acquy tùy theo thời gian sử dụng dài hay ngắn tính theo biểu thức sau: Dung lượng accu(Ah)= P (công suất tiêu thụ - watt) x T (thời gian hoạt động - h) /0.7 (hệ số sử dụng) x U (điện áp ắc quy- volt) Giả sử ta sử dụng loại đèn LED có điện áp DC 24V công suất cần dùng để hoạt động 5h 1KW thì: Dung lượng accu cần phải có = 1000 x 5/0.7x 24 = 297.61 Ah (tương đương với accu 12V/150Ah) Bảng thông số kỹ thuật acquy loại 6-FMJ-100 Bảng 3: Thông số kỹ thuật acquy loại 6-FMJ-100 Hình Vỏ đựng bình acquy d Đèn LED Trước LED chủ yếu dùng làm đèn hiệu chiếu sáng trang trí công suất nhỏ Muốn tạo nên màu trắng phải phối hợp LED màu RGB Bước ngoặt công nghệ đèn LED việc sản xuất LED màu trắng siêu sáng đời năm 1993 Nakamura công ty Nichia Nhật Bản sáng chế Bằng việc phủ phốt lên chip LED màu blue tạo nên LED màu trắng tăng công suất chip LED lên vài W Đã xuất kiện đèn pha LED có quang thông tới 11.000 lm gồm nhiều chip LED siêu sáng tổ hợp lại Hình đèn đường LED hình chiếu sáng đường phố dùng LED cấp điện dàn pin mặt trời Từ xuất kiểu đèn chiếu sáng, chip LED bố trí thành mảng So với đèn phóng điện HID đèn LED có ưu điểm: - Hiệu suất lượng cao (khoảng 100 lm/W) đèn có khí tốt - Màu sắc trung thực (CRI>75) - Không phát thải chất độc hại (không sử dụng thuỷ ngân, khí trơ ) - Tuổi thọ cao gấp lần đèn có khí (50.000h) Hiện giá thành đèn LED siêu sáng cao gấp đôi đèn có khí Theo thời gian chắn giá giảm Tuy nhiên lợi ích tiết kiệm điện đèn LED mang lại hoàn vốn nhanh Theo dự án thay chiếu sáng đường Trung tâm Bắc Kinh đèn LED siêu sáng thời gian thu hồi vốn khoảng năm Hình Bộ đèn đường LED Ví dụ thông số đèn LED dùng cho đường phố JB920 40W 12V Model: JB920 Công suất: 40W Hiệu suất:> 90% Điện áp: AC 85V 265V) DC 12V Hiệu phát sáng: 80lm/watt Ban đầu sáng Flux: 3200lm (40W) Tần số: 50 60Hz Hiệu Góc chiếu sáng: 65 Degrees Chỉ số hoàn màu: Ra = 80 Nhiệt độ màu: 2700K 7000K Tuổi thọ:> 50000 h Hình Đèn LED JB920 40W 12V Cấp bảo vệ: IP 65 Trọng lượng (kg): 9.7kg f Cáp Chức cáp kết nối tất phận hệ thống lại với Nhiệt độ làm việc loại cáp -20 ~ +500C Cáp cho hệ thống bao gồm: - PV mô-đun để điều khiển - Điều khiển acquy - Điều khiển đèn Hình Cáp g Bộ điều khiển Bộ điều khiển với vi xử lý điều khiển tất trình làm việc hệ thống Nhưng nói chung quy r aba nhiệm vụ sau đây: Điều khiển pin lượng mặt trời Đặc tính I(V) PNLMT cường độ sáng nhiệt độ thay đổi: Hình 10 Đặc tính I(V) PNLMT Hình 11 Quỹ đạo điểm công suất cực đại (MPPT – Maximal Power Point Tracking) PNLMT Phương pháp mà điều khiển PNLMT làm cho pin lượng mặt trời phải làm việc điểm có công suất cực đại giúp cho pin mặt trời hấp thụ tối đa lượng, phương pháp gọi phương pháp MPPT Có phương pháp MPPT sau: • Phương pháp điện áp hở mạch (OCVM - Open Circuit Voltage Method) Voc: VMPPT = k1.VOC, với k1 = 0.71 – 0.78 Hình 12 Nhược điểm: - Độ xác - Đáp ứng chậm • Phương pháp dòng ngắn mạch (SCCM - Short Circuit Current Method) ISC IMPPT = k2.ISC, với k2 = 0.78 – 0.92 Nhược điểm: - Độ xác không cao - Hiệu suất thấp • Phương pháp nhiễu loạn giám sát (P&O –Perturb and Observe method): Là phương pháp so sánh, xem xét tăng giảm điện áp theo chu kỳ để tìm điểm làm việc có công suất lớn Khi điểm làm việc có công suất lớn xác định đường cong đặc tính biến thiên điện áp điện dao động xung quanh (điểm MPP) điểm làm việc có công suất lớn Hình 13 Ưu điểm: - Độ xác cao - Thuật toán đơn giản, dễ thực Nhược điểm: - Hệ làm việc dao động quanh MPP • Phương pháp tăng độ truyền dẫn (INC –Incremental Conductance method): Nội dung phương pháp: Theo đặc tính P(v), MPP đạo hàm P theo v = Giám sát (đo lường) giá trị V I Tại MPP ta có: Hình 14 Ưu điểm: - Làm việc MPP Nhược điểm: - Không xác ánh sáng thay đổi nhanh • Phương pháp đại: - Điều khiển logic mờ(Fuzzy Logic) - Điều khiển mạng nơron (Neural Network) Ưu điểm: - Độ xác cao - Hiệu suất cao Nhược điểm: - Thực phức tạp - Chi phí lớn Tổng hợp lại ta bảng so sánh phương pháp điều khiển MPPT Bảng Điều khiển đèn LED Bảng ví dụ thông số điều khiển đèn LED STT Thông số Điện áp đầu vào Dòng điện lớn LED Điện áp đầu Độ điều chỉnh dòng điện Dòng điện dư LED Hiệu suất Đặc điểm ~ 12VDC 0,3A 28~35V (dùng với 10 LED nối tiếp) ±5% 0,36 Ap-p 93% Bảng Bộ điều khiển kiểm soát dãy đèn LED với độ sáng điều chỉnh dòng điện Ví dụ: biến đổi tăng áp sử dụng điều khiển 10 đèn LED nối tiếp với dòng điều chỉnh mức 350mA Với loại này, dòng điện dãy đèn điều chỉnh cách thêm biến trở nối tiếp với đèn LED sử dụng điện áp đặt để phản hồi lại điều khiển PMW Sơ đồ điều khiển đèn LED có cấu trúc hình đây: Bộ điều khiển thiết kế đặc biệt cho ứng dụng đèn LED thực với15: điện hồiđổi giảm 0,26V Vớidòng điệnđiện áp phảnđèn hồiLED giảm làm giảm Hình Sơáp đồphản biến tăngcòn áp điều chỉnh tổn hao lượng biến trở hệ đèn LED cải thiện hiệu suất Một điện trở nối tiếp với công tắc đóng mở MOSFET (Q13) cho cảm biến dòng điều khiển chế độ dòng điện dễ dàng làm nhiệm vụ ổn định vòng khép kín Điều khiển nạp acquy Hệ thống đèn LED bao gồm mạch điều khiển đèn LED đóng cắt tín hiệu điều khiển cung cấp đến MOSFET nối nối tiếp với ácquy Ở chế độ ngắt, hệ thống đèn cách ly khử dòng điện rò phóng vào ácquy Việc cung cấp tín hiệu điều khiển cung cấp nguồn cho đèn dựa đầu vào rời rạc điện áp Ác quy hệ thống đèn lượng mặt trời PV, việc kết nối tải mô tả bảng 6: T T Chức Kết nối tải (LED on) Kết nối PV sạc ác quy Bulk Bộ sạc ác quy loại nhỏ Điều kiện tích cực Vacquy >12,5V & VPV < 5V (VPV - VAcquy) >3,4V VAcquy 14,4V Điều kiện không tích cực VAcquy 10V (VPV - VAcquy) 14,4V VAcquy < 14,4V Nhận xét Ngắt công tắc cung cấp tải Có nguồn cung cấp, sạc điện cho ác quy Ngắt công tắc, sạc sạc ác quy loại nhỏ Bảo vệ điện áp thấp ác quy VAcquy < 5V VAcquy > 5V Cảm biến nhiệt độ ác quy Nhiệt điện trở Nhiệt điện trở 17V VBộ sạc < 15,4V Ngắt công tắc Ngắt công tắc, tránh nạp vượt mức Ngắt sạc ác quy loại nhỏ Bảng Hình 16 Bộ sạc nguồn acquy Việc kết nối tải, ác quy cần đảm bảo trạng thái sạc với điện áp đủ điện áp đầu hệ đèn pin PV phải mức thấp, tức điều kiện trời tối Và không kết nối tải (LED on) ác quy chế độ sạc PV 3 Kết luận Xu hướng sử dụng LED chiếu sáng công cộng tỏ ưu so với nguồn sáng khác Với phát triển công nghệ LED vài năm tới LED hoàn toàn thay đèn phóng điện chất khí Phối hợp LED dàn pin mặt trời xu hướng phát triển tất yếu chiếu sáng đô thị công cộng tiết kiệm hiệu Riêng chiếu sáng cảnh quan lễ hội LED lựa chọn hàng đầu từ Các nhà chế tạo đèn Việt Nam công ty chiếu sáng đô thị phải nhanh chóng nắm bắt công nghệ Tài liệu tham khảo Bài giảng: Cấu trúc điển hình thiết bị điều khiển máy điện – Thầy Nguyễn Thế Công Solar Techpro LED street lights http://vi.wikipedia.org/ [...]... thống đèn cách ly và khử các dòng điện rò có thể phóng vào ácquy Việc cung cấp tín hiệu điều khiển cung cấp nguồn cho đèn dựa trên đầu vào rời rạc như điện áp của Ác quy hoặc của hệ thống đèn năng lượng mặt trời PV, việc kết nối tải được mô tả như bảng 6: T T Chức năng 1 Kết nối tải (LED on) 2 Kết nối PV và bộ sạc ác quy Bulk 3 Bộ sạc ác quy loại nhỏ Điều kiện tích cực Vacquy >12,5V & VPV < 5V (VPV -... mức thấp, tức là khi trong điều kiện trời tối Và không được kết nối giữa tải (LED on) khi ác quy đang ở chế độ sạc bởi PV 3 Kết luận Xu hướng sử dụng LED trong chiếu sáng công cộng đang tỏ ra ưu thế so với các nguồn sáng khác Với sự phát triển của công nghệ LED trong vài năm tới LED sẽ hoàn toàn thay thế các đèn phóng điện chất khí Phối hợp LED và dàn pin mặt trời là xu hướng phát triển tất yếu trong... trên thiết kế đặc biệt cho ứng dụng đèn LED được thực hiện với15: điện hồiđổi giảm 0,26V Vớidòng điệnđiện áp của phảnđèn hồiLED giảm làm giảm Hình Sơáp đồphản bộ biến tăngcòn áp điều chỉnh tổn hao năng lượng tại biến trở của hệ đèn LED và cải thiện được hiệu suất Một điện trở nối tiếp với công tắc đóng mở MOSFET (Q13) cho cảm biến dòng đối với điều khiển chế độ dòng điện nó dễ dàng làm nhiệm vụ ổn định ... a Modul lượng mặt trời Hình hình ảnh pin lượng mặt trời mặt trước mặt sau, thông số kích thước Hình Tấm pin lượng mặt trời Pin lượng mặt trời phần tử bán dẫn quang có chứa bề mặt số lượng lớn... p-n, dùng biến đổi lượng ánh sáng thành lượng điện Sự chuyển đổi gọi hiệu ứng quang điện Các Pin lượng mặt trời thiết kế modul thành phần, ghép lại với tạo thành lượng mặt trời có diện tích lớn,... để lắp ráp đòi hỏi kỹ kỹ thuật mức độ thấp Hình 4: Khung lắp pin lượng mặt trời c Acquy Acquy lưu trữ lượng điện pin lượng mặt trời tạo cung cấp cho đèn LED Acquy có nhiều loại, thông thường người