Skkn hệ thống chiếu sáng năng lượng mặt trời tự động điều chỉnh hướng thu sáng

-2015) - Hệ thống chiếu sáng lượng mặt trời tự động điều chỉnh hướng thu sáng - Điện tử - 08/2014 Ngoài nước: Năng lượng mặt trời từ lâu nước phát triển ý đầu tư nghiên cứu ứng dụng vào thực tiễn Trong lĩnh vực chiếu sáng dùng lượng mặt trời có nhiều công ty sản xuất thiết bị phục vụ nhu cầu cho chiếu sáng gia đình công cộng Tuy nhiên, giá thành thiết bị so với thiết bị chiếu sáng thông thường thu nhập bình quân người Việt Nam tương đối cao Đây nguyên nhân cản trở phát triển lượng mặt trời Hiện nay, đa số đèn chiếu sáng lượng mặt trời thị trường Việt Nam có xuất xứ từ Trung Quốc Các sản phẩm nhà cung cấp bảo hành vòng năm Trong nước: Hiện nay, thị trường xuất số loại đèn sử dụng lượng mặt trời đèn đường chiếu sáng, đèn trang trí sân vườn,… Tuy nhiên, giá loại đèn tương đối cao Mặc khác, cách bố trí pin mặt trời loại đèn cố định hiệu suất thu lượng ánh sáng bị hạn chế tùy theo thời điểm ngày Dưới số sản phẩm đèn chiếu sáng công cộng sử dụng lượng mặt trời có thị trường Việt Nam - Xuất xứ: Trung Quốc - Thời gian sáng – 10 giờ/ngày, sử dụng – ngày mưa - Bảng lượng: 100W - Đèn LED 40W - Kích thước: cao từ – mét - Tuổi thọ trung bình: năm Hình Đèn chiếu sáng công cộng CP38 - Xuất xứ: Trung Quốc - Thời gian sáng – 10 giờ/ngày, sử dụng – ngày mưa - Bảng lượng: 100W - Đèn LED: 40W - Kích thước: cao từ – mét - Tuổi thọ trung bình: năm Hình Đèn trụ chiếu sáng công cộng CP37 Ngoài ra, thông tin chi tiết sản phẩm chiếu sáng lượng mặt trời tham khảo trang web như: http://www.cp-lights.com, http://www.chinatech.com.vn, http://www.vatgia.com, Đặc điểm chung loại đèn chiếu sáng công cộng độ linh hoạt cao, di chuyển dễ dàng; hoạt động độc lập, không cần dây cấp nguồn nên lắp đặt dễ dàng,… Tuy nhiên, nhược điểm chung thiết bị vốn đầu tư ban đầu lớn, giá thành cao nên dẫn đến chi phí thắp sáng/giờ cao so với đèn compact, phận thu lượng chế tạo cố định nên hiệu suất thu lượng thấp,… Trên sở tình hình phát triển thiết bị chiếu sáng lượng mặt trời nước số hạn chế giá thành cao hiệu suất thu quang thấp nên đề tài thực nhằm khắc phục nhược điểm Ngoài ra, hoàn cảnh nhân loại đối phó với tình biến đổi khí hậu việc tìm kiếm nguồn lượng mới, không gây ô nhiễm môi trường nhằm thay cho nguồn lượng hóa thạch ngày khan cần thiết Do vậy, mục tiêu đề tài tạo mộ ả ể đạt hiệu suất cao Đồng thời, t 6.1 Giải pháp gồm có nội dung sau: Nội dung 1: nghiên cứu chế tạo chuyển đổi lượng từ quang sang điện sử dụng pin lượng mặt trời Bộ điều khiển có chức điều khiển việc nạp điện từ pin lượng mặt trời vào bình Accquy Nội dung 2: Nghiên cứu chế tạo phận chiếu sáng có khả tiết kiệm điện cách sử dụng biến tần để điều khiển LED siêu sáng Nội dung 3: thiết kế, chế tạo điều khiển pin lượng tự điều chỉnh hướng thu sáng Trong đó, điểm đặc biệt thiết bị so với sản phẩm có thị trường pin lượng tự điều chỉnh hướng thu sáng theo vị trí di chuyển mặt trời Sơ đồ khối hệ thống trình bày Hình Pin lượng mặt trời Bộ điều hướng pin mặt trời MPPT Vi điều khiển Accquy Khối chiếu sáng Cảm biến hướng sáng Cảm biến ngày đêm Hình Sơ đồ khối hệ thống Điểm giải pháp so với sản phẩm có có thêm phận điều hướng pin mặt trời hệ thống cảm biến Cảm biến hướng sáng có nhiệm vụ theo dõi vị trí mặt trời để đảm bảo pin lượng hướng phía mặt trời Cảm biến ngày đêm có nhiệm vụ phân biệt ngày đêm để điều khiển việc tắt/mở đèn cách tự động Vi điều khiển có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ cảm biến để điều khiển hoạt động toàn hệ thống Nếu vị trí pin lượng mặt trời bị lệch, vi điều khiển nhận tín hiệu từ cảm biến hướng sáng thông báo cho điều hướng pin mặt trời để điều khiển vị trí pin hướng phía mặt trời Điều đảm bảo việc thu lượng đạt hiệu suất cao (Sơ đồ mạch hoạt động thực tế khối đính kèm phần phụ lục) 6.2 Sản phẩm có khả ứng dụng cao cạnh tranh với chi phí thấp Ngoài ra, khả ứng dụng cao nên sản phẩm dễ dàng xâm nhập vào thị trường đầu tư cách Sản phầm sử dụng làm mô hình giảng dạy, thực tập để đào tạo chuyên ngành Điện tử truyền thông, Điện – Điện tử, Đề tài có khả ứng dụng cao lĩnh vực chiếu sáng, kể chiếu sáng công cộng cho hộ gia đình Đặc biệt tình hình nguồn lượng hóa thạch ngày khan giá thành ngày cao thiết bị chiếu sáng sử dụng lượng lượng mặt trời – nguồn lượng vô tận cần thiết Thiết bị có khả ứng dụng rộng rãi nơi có nguồn ánh sáng lượng mặt trời đảm bảo, đặt biệt vùng nhiệt đới cận nhiệt đới 6.3 Kết nghiên cứu tạo sản phẩm chiếu sáng thông minh với chi phí thấp (15 triệu đồng) so với thiết bị tương tự thị trường (từ 20 triệu đồng trở lên không tự điều chỉnh hướng thu sáng) Người tiêu dùng có thêm lựa chọn hấp dẫn tình hình nguồn lượng khác liên tục tăng cao Đặc biệt sản phẩm sử dụng nguồn lượng ánh sáng mặt trời nên không gây ô nhiễm môi trường người sử dụng lo chi phí phát sinh sau sử dụng Đặc biệt, giá thành hệ thống thấp sản phẩm tương đương thị trường 6.4 Giải pháp có cải tiến so với sản phẩm loại thị trường hệ thống thu lượng tự xoay theo hướng di chuyển mặt trời để tăng hiệu suất thu lượng Do đặc điểm thu lượng cho hiệu suất cao bề mặt vuông góc với tia sáng nên sản phẩm có thị trường hiệu thu lượng chưa tối ưu Giải pháp đưa tạo cấu điều khiển để tự động hướng bề mặt pin lượng theo vị trí di chuyển mặt trời để đạt hiệu suất thu lượng cao Ngoài ra, hệ thống sử dụng đèn LED để chiếu sáng nhằm tiết kiệm lượng mà đạt hiệu chiếu sáng 6.5 Kết nghiên cứu tạo sản phẩm công nghệ lượng xanh Sản phẩm có khả ứng dụng rộng rãi Sự thành công đề tài góp phần thúc đẩy nghiên cứu khoa học lĩnh vực lượng thân thiện với môi trường Ngoài ra, việc sử dụng sản phẩm góp phần nâng cao ý thức bảo vệ môi trường người dân tình hình tác động biến đổi khí hậu ngày nặng nề Rạch Giá, 05 06 năm 2015 Nguyễn Đặng Phúc Nguyên PHỤ LỤC ẠCH CHỨC NĂNG Mạch cảm biến ngày đêm Mạch có nhiệm vụ phân biệt trời tối hay sáng để báo cho vi điều khiển bật tắt thiết bị chiếu sáng Bình thường có ánh sáng chiếu vào quang trở LDR6 điện áp chân B transistor Q6 mức thấp, transistor ngưng dẫn, điện áp chân E mức thấp Ngược lại, trời tối điện trở LDR6 tăng lên làm điện áp chân B Q6 tăng lên mức cao, transistor dẫn, điện áp chân E lên mức cao Tín hiệu ngõ chân E Q6 đưa qua cổng đảo 74HC14 để hiệu chỉnh mức logic trước đưa đến vi điều khiển Biến trở VR6 sử dụng để hiệu chỉnh độ nhạy mạch cảm biến 5V 5V R61 Q6 VR6 VDK 74HC14 R62 R63 LED LDR6 Hình Sơ đồ mạch cảm biến ngày đêm Bộ điều hướng pin mặt trời Đề tài sử dụng bám vị trí mặt trời trục theo hướng Đông – Tây Cơ cấu thiết kế hình 12 Cơ cấu sử dụng động DC 12V có khóa trục vít cho tốc độ khoảng 60 vòng/phút, tốc độ sau giảm khoảng 24 vòng/phút Hình Bộ điều hướng pin mặt trời Hình Bộ điều hướng nhìn ngang Một mạch đảo chiều động sử dụng để điều khiển pin mặt trời quay theo hướng Đông – Tây ngược lại Mạch sử dụng mosfet IRF9540 IRF540 mắc theo kiểu cầu H, sơ đồ nguyên lý trình bày hình 14 Tín hiệu điều khiển từ vi điều khiển đưa vào hai ngõ vào M1 M2 Mạch hoạt động theo nguyên tắc sau: + Nếu ngõ vào M1 = M2 = motor không quay mosfet IRF9540 hoạt động mosfet IRF540 không hoạt động + Nếu ngõ vào M1 = M2 = Q32 Q33 hoạt động Q31 Q34 ngưng, dòng điện qua motor theo chiều từ B sang A + Nếu ngõ vào M1 = M2 = Q31 Q34 hoạt động Q32 Q33 ngưng, dòng điện qua motor theo chiều từ A sang B + Nếu ngõ vào M1 = M2 = motor không quay tất mosfet IRF9540 không hoạt động 12V 12V R31 R32 10k 10k 5V D31 R34 R Q32 IRF9540N - B MOTOR DC U31 4n35 D33 U32 D34 4n35 Q34 IRF540N M1 Q33 IRF540N 4 A A + Q31 IRF9540N R33 R 5V D32 MG1 M2 Hình Mạch đảo chiều động DC Để giới hạn góc quay pin mặt trời hai cảm biến hồng ngoại sử dụng để xác định vị trí biên trái biên phải pin Các cảm biến bố trí hình 15 Cảm biến sử dụng loại cảm biến hồng ngoại E18-D80NK, điện áp hoạt động 5V, dòng tiêu thụ 15mA, khoảng cách phát điều chỉnh khoảng từ – 80 cm Hình Cảm biến vị trí biên biên mặt trời Biên trái b) Biên phải Hình Điểm tới hạn biên trái biên phải pin mặt trời Mạch cảm biến hướng sáng Quang trở sử dụng để cảm biến vị trí mặt trời cách so sánh cường độ ánh sáng mà quang trở nhận Hai quang trở bố trí song song hình 17 Bình thường góc tới tia sáng 00 lượng ánh sáng hai cảm biến nhận nhau, góc tới tia sáng khác 00 cường độ sáng chiếu vào cảm biến B nhỏ cảm biến A Độ khác biệt phụ thuộc vào độ lớn góc tới tia sáng A B Hình Bố trí cảm biến hướng sáng dùng quang trở Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến hướng sáng trình bày hình 18 Nguyên lý hoạt động mạch sau: + Khi cường độ sáng tới hai quang trở LDR1 LDR2 điện áp chân chân IC 741 nhau, điện áp ngõ chân IC 741 gần Vcc/2 Lúc transistor Q5 ngưng dẫn, tín hiệu ngõ đưa đến vi điều khiển mức + Khi cường độ sáng chiếu vào cảm biến LDR1 nhỏ LDR2 lúc điện trở LDR1 lớn điện trở LDR2 dẫn đến điện áp chân IC 741 nhỏ chân làm cho điện áp chân xuống mức thấp Lúc transistor Q5 dẫn, tín hiệu ngõ cấp cho vi điều khiển có mức logic 5V 5V 5V 5V LDR2 R 1k R52 1k LDR1 VR51 200k + VĐK R51 330 U5 74HC14 LM741 - Q5 A2383 VR52 200k Hình Mạch cảm biến hướng sáng 5V 12V J21 1 U3 VIN VOUT 5V 5V LM7805 LDR1 5V LDR2 C22 VR51 200k C21 220 220 + Q6 C1815 R52 1k 1 J22 CON3 12V 5V 5V 5V R61 22k R53 1k Power 12V 5V 5V R51 330 U5 P_Sig R62 500k LM741 5V_S Q5 A2383 Sun_Out VR6 220 R63 330 74HC14 74HC14 5V VR52 200k 5V D6 LDR6 C51 104 LED 31 5V 29 30 SW1 C14 10u P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 PSEN P3.3/INT1 ALE/PROG P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR RST P3.7/RD EA/VPP D32 Sen1 Sen2 D33 U32 5V_2 4n35 D34 4n35 Q33 IRF540N Q34 IRF540N J14 CON8 M_Right C31 104 5V 12V Relay AT89C51 R11 R34 R MOTOR DC U31 M_Lef t 10 11 12 13 14 15 16 17 Q32 IRF9540N R33 R 5V MG1 Q31 IRF9540N Lef t Right J13 LED_O/F3 MP_Sig Sun_In D31 5V - 21 22 23 24 25 26 27 28 10k P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7 P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15 R32 10k A 39 38 37 36 35 34 33 32 R31 + P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 12V J11 CON8 1 J12 C12 33 1 XTAL2 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 XTAL1 CON11 Y1 12MHz 18 5V C11 33 19 12V C62 104 40 5V U1 C61 100 D42 CON8 1k R43 LED_O/F Q8 C1815 LOAD RELAY SPDT 330 Hình 10 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển Lưu đồ chương trình Bắt đầu P2.4 = 1? Đúng Call DayTime Sai Call Delay Call NightTime Sai P2.4 = 1? Hình 11 Lưu đồ chương trình Bắt đầu Led = Left = P3.2 = 0? Sai Right = Đúng Right = Kết thúc Hình 12 Lưu đồ chương trình NightTime Bắt đầu Led = Right = Đúng P3.3 = 0? Left = Sai Đúng ROT = 1? Call Delay Sai Call Delay Left = ROT = 1? Left = Kết thúc Hình 13 Lưu đồ chương trình DayTime 10 thiết bị: - Công suất danh định pin mặt trời: 60W - Công suất bóng đèn LED: 30W - Accquy: 50Ah Hình 14 Mô hình thi công hoàn chỉnh 11 ... chỉnh hướng thu sáng theo vị trí di chuyển mặt trời Sơ đồ khối hệ thống trình bày Hình Pin lượng mặt trời Bộ điều hướng pin mặt trời MPPT Vi điều khiển Accquy Khối chiếu sáng Cảm biến hướng sáng. .. trí pin lượng mặt trời bị lệch, vi điều khiển nhận tín hiệu từ cảm biến hướng sáng thông báo cho điều hướng pin mặt trời để điều khiển vị trí pin hướng phía mặt trời Điều đảm bảo việc thu lượng. .. khối hệ thống Điểm giải pháp so với sản phẩm có có thêm phận điều hướng pin mặt trời hệ thống cảm biến Cảm biến hướng sáng có nhiệm vụ theo dõi vị trí mặt trời để đảm bảo pin lượng hướng phía mặt