THIẾT kế hệ THỐNG PIN mặt TRỜI CHO KTX đại học tôn đức THẮNG

TÊN ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI CHO KTX ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG TRANG PHẦN I: THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI: 1.1.1 GIỚI THIỆU VỀ THỰC TRẠNG TIÊU THỤ NĂNG LƯỢNG: Tổng tiêu thụ lượng người giới (tính tổng cộng tất loại lượng dầu hỏa, than đá, thủy điện, v.v.) khoảng 15 nghìn tỷ Watt Trong số 15 nghìn tỷ Watt công suất lượng mà người dùng, có đến 37% từ dầu hỏa, 25% than đá, 23% khí đốt (tổng cộng ba thứ đến 85%), nguồn lượng cạn kiệt nhanh chóng khơng phục hồi lại Với tốc độ khai thác tại, nguồn lượng hóa thạch gần hết kỷ 21 Tương lai lượng giới nằm nguồn này, mà phải nằm nguồn lượng tái tạo (renewable energy) 1.1.2 TIỀM NĂNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI: Theo nhà khoa học ước tính, cơng suất lượng mà mặt trời chiếu xuống trái đất vào khoảng 174 triệu tỷ Watt, trái đất hấp thụ nửa Nguồn dự trữ lượng mặt trời (có thể chuyển thành lượng hữu dụng) ước tính tương đương với công suất khoảng 86 triệu tỷ Watt Tổng tiêu thụ lượng người giới (tính tổng cộng tất loại lượng dầu hỏa, than đá, thủy điện, v.v.) khoảng 15 nghìn tỷ Watt, tức khoảng 1/5000 cơng suất dự trữ lượng mặt trời cho trái đất Nhưng tổng cộng dự trữ tất nguồn khác (trong chủ yếu gió) khoảng phần trăm nguồn dự trữ lượng mặt trời Bởi nói tương lai lượng giới lượng mặt trời 1.1.3 THỰC TRẠNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI: Hiện giới có nhiều hệ thống pin lượng mặt trời đưa vào hoạt động sản xuất điện Đây xu hướng tương lai, tồn giới khuyến khích sử dụng THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI VÀ MƠ HÌNH PIN MẶT TRỜI TRANG hình 1: biểu đồ dự báo tĩ lệ phát triển lượng giai đoạn 2010-2030 : đơn vị tĩ MWh Ngoài nhà nước đưa sách ưu đãi giá điên mặt trời:” Bên điện lực nhà nước có trách nhiệm mua lại toàn số điện từ dự án điện mặt trời sản xuất Giá mua thời điểm giao nhận điện 086đ/kWh Mức giá chưa bao gồm thuế giá trị gia tăng Mức giá bán điện điều chỉnh tỉ giá VND/USD Mức giá bán điện áp dụng cho hệ thống điện nối lưới có cơng suất pin mặt trời lớn 16% module lớn 15 %.” 1.1.4 TẠI SAO LỰA CHỌN MỘT HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI? Ở có sơ lí để xem xét để cài đặt hệ thống điện mặt trời:  Ở nơi khơng có sẵn nguồn điện khác, thường nơi chi phí lắp đặt cơng suất điện cao  Ở nơi nguồn công suất điện khác khơng đáng tin cậy ví dụ cúp điện vấn đề hệ thống mặt trời hoạt động phương án dự phòng hiệu chi phí  Khi hệ thống điện mặt trời lựa chọn an toàn tiện lợi ví dụ, việc cài đặt hệ thống chiếu sáng mặt trời điện áp thấp vườn cung cấp  Khi bạn trở nên đảm bảo tự cung cấp cho công suất điện bạn  Trong q trình lắp đặt, cơng suất mặt trời cung cấp cơng suất miễn phí mà khơng gây nguy hiểm hay ô nhiễm tới môi trường xung quanh THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI VÀ MƠ HÌNH PIN MẶT TRỜI TRANG CHƯƠNG 2: CẤU HÌNH HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI 2.1 HỆ THỐNG ĐỘC LẬP/ NGOÀI LƯỚI ĐIỆN: (STANDALONE) Trạm điện mặt trời độc lập kiểu hệ thống mặt trời thông dụng toàn cầu nhằm cung cấp điện cho nơi chưa có lưới điện kéo tới hay khơng có nguồn lượng khác.Pin mặt trời phát công suất, lượng chứa ac quy sau sử dụng theo yêu cầu Hệ thống điện độc lập thường nhỏ, công suất đỉnh không 1KW Hệ thống điện đơc lập muốn có kế hoạch hệ thống điện lớn quan trọng người thiết kế cần có kiến thức vững có kinh nghiệm việc thiết kế lắp đặt 2.1.1 Sơ đồ ngun lí: Hình : SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG ĐỘC LẬP Nguyên lí: Từ giàn pin mặt trời (solar cells), ánh sáng biến đổi thành điện năng, tạo dòng điện chiều (DC power) Dòng điện truyền đến điều khiển (charge controller) thiết bị có chức tự động điều hòa dòng điện từ pin mặt trời dòng điện nạp cho acquy (battery) chế độ tối ưu Khi acquy ( battery) đầy điều khiển (charge controller) ngưng sạc cho acquy sạc chế độ trì.khi acquy(battery) hết pin tự động chuyển sang chế độ sạc pin Thông qua đổi điện AC/DC (inverter) tạo dòng điện chuẩn 220v/50Hz để đưa vào sử dụng cho thiết bị gia đình 2.1.2 Ưu điểm: Hệ thống đơn giản, dễ thiết kế thường sử dụng khu vực thường xuyên bị cắt điện liên tục THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI VÀ MƠ HÌNH PIN MẶT TRỜI TRANG 2.1.3 Nhược điểm: Hệ thống khơng có lưới điện điện lực nên phụ thuộc nhiều vào cường độ sáng mặt trời Hệ thống cần tạo công suất lớn công suất phụ tải mà cung cấp để tích trữ xài vào ban đêm mà vào buổi tối panel không tạo đủ dòng điện để cung cấp phụ tải.mà yếu tố định photon ánh sáng mặt trời,cường độ ánh sáng tăng làm lượng photon tăng Để khắc phục việc phụ thuộc vào cường độ ánh sáng ta cần xác định vị trí lắp đặt có cường độ sáng cao, hướng dãy panel, điều chỉnh góc đặt dãy panel, tránh bóng râm Và quan trọng công suất hệ thống phải lớn cơng suất tải tiêu thụ để tích trữ cho việc sử dụng điện vào ban đêm 2.2 HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI VỚI LƯỚI ĐIỆN: Hệ thống thường sử dụng Châu Âu, phía nam nước Mỹ Canada , bắt đầu phát triển Việt Nam Do lợi ích rõ rệt giảm chi phí lắp đặt có thêm thu nhập bán lại điện cho điện lực Hệ thống thường sử dụng cho hệ thống lưới điện ổn định.đặc biệt có hiêụ cao nơi có khí hậu nóng, nhiều ánh nắng 2.2.1 Sơ đồ nguyên lí: THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI VÀ MƠ HÌNH PIN MẶT TRỜI TRANG Hình 3: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG MẶT TRỜI NỐI LƯỚI ĐIỆN Nguyên lí hoạt động: a)chuyển mạch SW tới vị trí OB Khi trời có nắng: solar panel hấp thụ xạ mặt trời để tạo dòng điện DC qua inverter để chuyển đổi dòng điện DC sang AC tần số, pha điện ápvới điện lưới.điện từ mặt trời hòa vào lưới qua số đồng hồ điện mặt trời W1.giúp giảm chi phí tiêu thụ điện từ lưới điện W0=W2-W1 Khi khơng có mặt trời: (vào buổi tối) solar panel không sản sinh điện để cung cấp cho phụ tải khơng đáng kể nên phụ tải sử dụng điện gần toàn từ lưới điện W2=W0 Khi điện lưới gặp cố điện, hệ thống GTSIA ngưng hoạt động đảm bảo an toàn cho lưới điện 2.2.2 Ưu điểm: Hệ thống nối với lưới điện, linh động sử dụng điện từ lưới điện hệ thống pin mặt trời ban ngày sử dụng kết hợp từ hệ thống, chiều tối chuyển sang sử dụng điện từ lưới điện giúp làm giảm chi phí phải trả cho điện lực Khơng sử dụng bình acquy: giảm lượng chi phí đáng để chi phí cho acquy thường lớn bảo dưỡng acquy Khai thác điện hiệu nhất: điện tạo từ hệ thống pin mặt trời đưa trực tiếp vào lưới điện tải tiêu thụ nên không bị tổn hao acquy gây nên Bền vững, lâu dài: máy vận hành song song với lưới điện nên hầu hết thay đổi đột ngột điện áp đường dây nguồn khong thả tác động trực tiếp vào máy Việc lắp đặt sử dụng đơn giản, chi phí bảo trì bảo dưỡng thấp gần không 2.2.3 Nhược điểm: Nếu điện lưới bị cắt panel mặt trời khơng thể hoạt động để đảm bảo an tồn cho lưới điện.vì hệ thống kết nối với nguồn điện sản xuất từ dãy panel mặt trời với lưới điện quốc gia, giống hệ thống máy phát nối với lưới điện.khi đưa điện lên lưới cần phải điều chỉnh điện áp, tần số pha với lưới điện 2.3 HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI VỚI LƯỚI ĐIỆN VÀ DỰ PHÒNG: Hệ thống điện mặt trời nối với lưới điện dự phòng gọi hệ thống tương tác lưới- kết hợp với hệ thống mặt trời nối với lưới điện dãy acquy Giống hệ thống điện mặt trời nối với lưới điện sử dụng điện từ hệ thống hệ thống có THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI VÀ MƠ HÌNH PIN MẶT TRỜI TRANG lượng phần điện dư thừa bán cho điện lực hệ thống có ưu điểm hệ thống lưới điện bị điện acquy cung cấp điện cho tải(cung cấp điện liên tục) 4.1.1 Sơ đồ ngun lí: Hình 4: Sơ đồ nguyên lý hệ thống mặt trời nối lưới điện dự phòng Ngun lí: THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI VÀ MƠ HÌNH PIN MẶT TRỜI TRANG Đây hệ thống tích hợp hai hệ thống nên: Hệ thống nối lưới: sản xuất điện từ panel pin mặt trời qua chuyển đổi inverter thành điện áp 220V AC/50Hz để hào lưới điện Hệ thống độc lập: lưu trữ điện từ hệ thống pin mặt trời vào acquy để phòng trường hợp lưới điện gặp cố điện.khi ay đầy điện chuyển lên lưới điện để bán cho điện lực Khi lưới điện điện hệ thống tự động lấy điện DC từ acquy chuyển qua inverter thành điện áp 220V AC/50Hz để cung cấp cho tải quan trọng 4.1.2 Ưu điểm: Hệ thống cung cấp điện liên tục lưới điện gặp cố đảm bảo cung cấp điện cho tải quan trọng(không phép điện) 4.1.3 Nhược điểm: Cấu tạo phức tạp, chi phí thiết kế, bảo dưỡng hệ thống cao có sử dụng acquy (chi phí acquy cao) Cần người thao tác lắp đặt có kinh nghiệm trình độ chun mơn cao việc thiết kế 2.1 HỆ THỐNG BỔ SUNG LƯỚI ĐIỆN: Hệ thống bổ sung lưới điện gọi hệ thống điện mặt trời gia dụng cỡ nhỏ.các panel điện tạo điện nạp điện cho acquy.năng lượng acquy qua chuyển đổi inverter để tạo điện áp AC cung cấp cho tải acquy hết, hệ thống chuyển sang dùng điện lưới.khi panel nạp vào acquy hệ thống tự chuyển sang điện lưới.khi panel điện mặt trời nạp vào acquy hệ thống tự chuyển sang điện mặt trời Nhược điểm: Không thể bán điện cho điện lực Cấu tạo phức tạp Ưu điểm: tương tự hệ thống nối lưới THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI VÀ MÔ HÌNH PIN MẶT TRỜI TRANG CHƯƠNG 3: CẤU TẠO HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI 3.1 PANEL MẶT TRỜI: Là phần cốt lõi hệ thống pin mặt trời.chức biến đổi quang hấp thụ từ mặt trời thành điện Pin mặt trời từ tinh thể silic có loại: - Pin mặt trời (PMT) đơn tinh thể Pin lượng mặt trời mono đơn tinh thể hay gọi Monocrystalline Chúng cắt từ thỏi silic hình ống, đơn tinh thể có mặt trống góc nối module Một tinh thể hay tinh thể đơn (module) sản xuất dựa q trình Czochralski Đó quy trình điều chế silic đơn tinh thể Silic nguyên liệu quan trọng việc chế tạo vi mạch bán dẫn Hình : Tấm pin mặt trời đơn tinh thể - PMT poly đa tinh thể hay gọi polycrystalline Loại Poly làm từ thỏi đúc – đúc từ silic nung chảy cẩn thận làm nguội làm rắn THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI VÀ MƠ HÌNH PIN MẶT TRỜI TRANG 10 Hình 6: Tấm pin mặt trời đa tinh thể - Pin lượng mặt trời dạng phim mỏng Là dải silic tạo từ miếng phim mỏng từ silic nóng chảy có cấu trúc đa tinh thể Loại thường có hiệu suất thấp  PMT Mono có ưu điểm mà chọn Mono mà khơng chọn loại - Pin khác:( đồ án chọn Pin mặt trời Mono) Về hiệu suất chuyển đổi quang thành điện tế bào quang điện dòng pin lượng mặt trời Poly crystalline, Monocrystalline, Thin film, Amorphous….thì pin lượng mặt trời mono có hiệu suất cao Về tuổi thọ pin: Pin lượng mặt trời mono có t̉i thọ khoảng 35 năm, cao nhiều lần so với pin lượng mặt trời Poly crystalline, Thin film, Amorphous Các tế bào mono làm từ silicon tinh khiết có t̉i thọ sử dụng lớn - Về hiệu sử dụng: poly suy giảm đến 80% sau năm sử dụng Tấm pin mono có hệ số suy giảm hiệu suất nhỏ cam kết bảo hành bảo hành 12 năm, đảm bảo công suất đầu đạt 90% Bảo hành 25 năm, đảm bảo công suất đầu đạt 80% THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI VÀ MƠ HÌNH PIN MẶT TRỜI TRANG 80 if((Doc-20)&&(Ngang-20)) { gocnghieng = 90 - pos1; gocngang = 90 - pos2; lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Goc nghieng: "); lcd.print(gocnghieng); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("Goc ngang: "); lcd.print(gocngang); lcd.display(); delay(1000); lcd.noDisplay(); lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("V=");lcd.print(vin);lcd.print("V"); lcd.setCursor(9,0); lcd.print("I=");lcd.print(ampe/1000);lcd.print("A"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("P=");lcd.print(power);lcd.print("W"); lcd.display(); delay(1000); } delay(900); }Chương trình cố định mơ hình: #include #include THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI VÀ MƠ HÌNH PIN MẶT TRỜI TRANG 81 LiquidCrystal lcd(2, 4, 5, 6, 7, 8); int analogInput = A4; int OutPin = A5; float vout = 0.0; float vin = 0.0; float R1 = 30000.0; // float R2 = 7500.0; // int value = 0; float ampe; float power; Servo servo1; Servo servo2; int pos1,m; int pos2,n; int gocnghieng; int gocphuongvi; void setup() { analogWrite(3,0); lcd.begin(16, 2); lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Hoang Khang"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("41401421"); lcd.display(); THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI VÀ MƠ HÌNH PIN MẶT TRỜI TRANG 82 pinMode(analogInput, INPUT); pinMode(OutPin,INPUT); servo1.attach(10); servo2.attach(11); pos1 = 0; pos2 = 90; m = 75; n = 90; for(pos2; pos2 >n; pos2 -=1) { servo2.write(pos2); delay(50); } delay(100); for (pos1; pos1 < m; pos1 += 1) { servo1.write(pos1); delay(50); } Serial.begin(9600); } void loop() { gocnghieng= 90 - pos1; gocphuongvi= pos2 - 90; Serial.print("Goc Nghieng: ");Serial.println(gocnghieng); Serial.print("Goc Phuong Vi: ");Serial.println(gocphuongvi); float inputA = 0; THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI VÀ MƠ HÌNH PIN MẶT TRỜI TRANG 83 for (int i = ; i