Nghiên cứu thiết kế chế tạo mô hình và lập trình điều khiên các tấm Pin xoay theo hướng mặt trời, lấy điện năng một cách tối ưu nhất. Gồm các mục đích chính sau: Nâng cao hiệu suất sử dụng các tấm Pin. Có khả năng tự động nhận biết và xoay theo hướng di chuyển của mặt trời một cách linh hoạt, chính xác, phát huy tối đa khả năng thu nhận năng lượng. Thay thế sức lao động của con người, giảm chi phí sản xuất, năng cao năng suất lao động, bảo vệ môi trường và có khả năng đáp ứng nhu cầu về điện trong tương lai. Tạo ra điện năng ứng dụng trong sinh hoạt.
Chương Mở Đầu 1.1 Đặt vấn đề: Ngày bối cảnh nhu cầu sử dụng lượng ngày tăng mà nguồn lượng hóa thạch ngày bị cạn kiệt giá thành tăng cao Do yêu cầu cấp thiết đặt phải tìm nguồn lượng có khả đáp ứng nhu cầu tăng lượng cho người tương lai bền vững Một ưu tiên hàng đầu lượng mặt trời nguồn lượng gần vô tận Năng lượng mặt trời cung cấp cho ta nguồn nhiệt năng, quang khổng lồ vô bất tận, từ nguồn nhiệt quang người biết sử dụng chuyển đổi thành nguồn lượng khác, ứng dụng vào mục đích khác Trong chuyển hóa từ quang sang điện bước tiến vô quan trọng, mang lại cho loài người nguồn lượng vơ tận cho tương lai Ngồi việc sử dụng nguồn lượng góp phần khơng nhỏ cho việc bảo vệ mơi trường, góp phần to lớn cho việc bảo vệ hành tinh xanh Ngày nay, lượng mặt trời nhiều Quốc gia ứng dụng đạt nhiều thành công Tuy nhiên, Việt Nam việc sử dụng nguồn lượng nhiều hạn chế, phần giá thành cao hệ thống thụ động không linh hoạt nên hiệu suất chưa cao Để khắc phục điều đó, muốn tăng hiệu suất phải cần nâng cao q trình tự động hóa điều khiển thu nhận lượng mặt trời 1.2 Mục đích đề tài: Nghiên cứu thiết kế chế tạo mơ hình lập trình điều khiên Pin xoay theo hướng mặt trời, lấy điện cách tối ưu Gồm mục đích sau: Nâng cao hiệu suất sử dụng Pin Có khả tự động nhận biết xoay theo hướng di chuyển mặt trời cách linh hoạt, xác, phát huy tối đa khả thu nhận lượng Thay sức lao động người, giảm chi phí sản xuất, cao suất lao động, bảo vệ mơi trường có khả đáp ứng nhu cầu điện tương lai 1.3 Tạo điện ứng dụng sinh hoạt Yêu cầu đề tài: Tìm hiểu trình chuyển đổi từ quang sang điện Pin mặt trời Thiết kế, chế tạo mơ hình Thiết kế mạch điều khiển, mạch công suất ứng dụng cho điều khiển mơ hình Viết lưu đồ giải thuật, chương trình điều khiển cho vi xử lý AT89S52 Khảo nghiệm, đánh giá hoạt động mơ hình khả ứng dụng thực tế 1.4 Giới hạn đề tài Do hạn chế thời gian chi phí nên đề tài giới hạn phần sau: - Sử dụng pin có cơng suất thấp loại 17 – 24 V, 20 W, cường độ A - Sử dụng vi điều khiển AT89S52 - Cảm biến: Sử dụng quang trở Chương Tổng Quan 2.1 Tình hình sử dụng điện từ lượng mặt trời thới giới Hiện nay, nguồn lượng mà người tiêu dùng 41,76% dầu mỏ, 24,72% than, 21,16% gas, 6,25% lượng nguyên tử, 6,11% thuỷ điện, nguồn lượng khác mặt trời, gió, sinh học, địa nhiệt, thuỷ triều chưa 1% nhu cầu lượng nhân loại Trong đó, nguồn lượng truyền thống: dầu khí, gas, than đá ngày cạn kiệt, giá bất ổn, lượng nguyên tử ngày có cơng nghệ an tồn hơn, song khơng phải khơng có rủi ro, lại phải lo đến "các kho chứa chất thải hạt nhân" Do đó, nhiệm vụ đặt cho nhà quản lý, nhà khoa học giới phải tìm kiếm nguồn lượng có tính khả thi cao bền vững để thay nguồn lượng truyền thống bị cạn kiệt dần Nhiều Nước bắt đầu chuyển sang nghiên cứu sử dụng nguồn lượng : Gió, Thủy Triều, Mặt Trời,… nhằm giảm bớt phụ thuộc người vào nguồn lượng truyền thống Trong nguồn lượng vơ tận có khả ứng dụng nhiều lượng mặt trời Nguồn lượng mặt trời người sử dụng cách hàng chục năm, với ứng dụng : phơi, sấy, sưởi ấm,…đối với quốc gia nghèo tài nguyên nguồn lượng vô phong phú, vấn đề đặt phải biết cách sử dụng chuyển hóa thành dạng lượng khác để đáp ứng nhu cầu khác đời sống sản xuất Tiêu biểu Quốc gia Nhật Bản, Nước nghèo tài nguyên, để đảm bảo nhu cầu lượng cho sinh hoạt sản xuất Nhật không ngần ngại chi hàng tỉ đôla cho nghành quang điện Ngày nay, Năng lượng mặt trời người sử dụng cách có hiệu Ngồi việc sử dụng nhiệt người khả ứng dụng quang chuyển hóa thành điện sử dụng đời sống, đồng thời góp phần tạo nguồn lượng bảo vệ môi trường Hiện nhiều nước từ bỏ dần lượng hạt nhân chuyển sang điện (năng lượng mặt trời), Ở Nhật Bản, riêng năm 2000 tăng lượng điện mặt trời lên tới 128 MW (gấp lần trước đó); Philipines điện mặt trời đảm bảo nhu cầu sinh hoạt cho 400.000 dân, 250.000 nhà lắp đặt pin mặt trời Sri Lanka Từ năm 90 Đức, Thuỵ Sỹ có hàng ngàn tồ nhà lắp đặt pin thu lượng mặt trời theo chương trình hỗ trợ tài Chính phủ, Kenya, từ 1993 số nhà sử dụng lượng điện mặt trời nhiều số nhà hệ thống điện quốc gia cung cấp, Khối EU có 25 triệu m2 thu lượng mặt trời dùng để phát điện đun nước nóng…Ngồi ứng dụng khoa học tạo lượng cho vệ tinh tàu vũ trụ thông qua Pin mặt trời Sillicon,… Nhờ sách khuyến khích đầu tư khai thác lượng mặt trời, giá thành kWh điện mặt trời - 23 cent, so với 20 năm trước người sử dụng phải tốn 2,5 USD Theo dự tính đến năm 2020, điện lượng mặt trời Mỹ đảm bảo 15% lượng tiêu thụ nước Nhiều tập đoàn lớn đầu tư vào lĩnh vực Shap Corporation Nhật Bản chiếm 27% thị trường sản xuất pin mặt trời giới 2.2 Hiện trạng nguồn lượng mặt trời Nước ta Vị trí địa lý ưu cho Việt Nam nguồn lượng tái tạo vô lớn, đặc biệt lượng mặt trời Trải dài từ vĩ độ 23023’ Bắc đến 8027’ Bắc, Việt Nam nằm khu vực có cường độ xạ mặt trời tương đối cao Trong đó, nhiều phải kể đến thành phố Hồ Chí Minh, tiếp đến vùng Tây Bắc (Lai Châu, Sơn La, Lào Cai) vùng Bắc Trung Bộ (Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh)… Hằng năm vùng phía Bắc Việt Nam có khoảng 1400-2000 nắng vùng miền Trung số vùng miền Nam có từ 2000-3000 nắng Riêng miền Nam theo kết đo đạt Trương trình khoa hoc công nghệ ICC-01 phối hợp với đài thủy văn TP.HCM tổng số nắng trung bình 6,5h/ngày Tuy nhiên có chênh lệch lớn địa phương Cần Thơ 6,9h/ngày, Đà Lạt 6,1h/ngày Theo kết khảo sát tổng cường độ xạ trung bình ngày tháng 12 đạt 4kW/m2/ngày Nếu tính trung bình giá trị tổng xạ toàn lãnh thổ đạt khoảng 69,8 – 122,2kW/m2/năm, độ giao động thay đổi tùy theo vị trí địa lý vùng Bảng thống kê tổng xạ trung bình theo vị trí địa lý Tổng xạ trung bình Vùng lãnh thổ ( kW/m2/năm ) Từ vĩ độ 17N Bắc (Trừ vùng Tây Bắc) 69,80 – 87,25 Tây Bắc, Phía Tây dãy Hoàng Liên Sơn 87,25 – 104,70 Từ vĩ độ 17N xuống 14N 87,25 – 104,70 Nam Trung Bộ Tây Nguyên 104,70 – 122,15 Nam Bộ 90,07 – 104,7 Bảng 2.1 Bảng thống kê tổng xạ trung bình theo vị trí địa lý Bảng thống kê tổng số nắng năm vùng Vùng lãnh thổ Tổng số nắng năm Miền núi cực Bắc < 1500 Tây Bắc khu cũ trở < 1759 Trung Nam Bộ 1750 – 2000 Trung Nam Bộ Nam Bộ 2000 – 2500 Bảng 2.2 Bảng thống kê tổng số nắng năm vùng Tình hình sử dụng điện mặt trời Việt Nam Tại Việt Nam, theo nhà khoa học, phát triển tốt điện mặt trời góp phần đẩy nhanh Chương trình điện khí hóa nơng thơn (Dự kiến đến năm 2020, cung cấp điện cho tồn 100% hộ dân nơng thơn, miền núi, hải đảo…) Từ năm 1990, nhiều thơn xóm ngoại thành chưa có lưới điện quốc gia, Phân viện Vật lý TP Hồ Chí Minh triển khai sản phẩm từ điện mặt trời Tại số huyện như: Bình Chánh, Cần Giờ, Củ Chi, điện mặt trời sử dụng nhiều số nhà văn hố, bệnh viện… Đặc biệt, cơng trình điện mặt trời đảo Thiềng Liềng, xã Cán Gáo, huyện Cần Giờ cung cấp điện cho 50% số hộ dân sống đảo Năm 1995, 180 nhà dân số cơng trình cơng cộng bn Chăm, xã Eahsol, huyện Eahleo tỉnh Đắk Lắk sử dụng điện mặt trời Gần đây, dự án phát điện ghép pin mặt trời thuỷ điện nhỏ, công suất 125 kW lắp đặt xã Trang, huyện Mang Yang, tỉnh Gia Lai, dự án phát điện lai ghép pin mặt trời động gió với cơng suất kW đặt làng Kongu 2, huyện Đăk Hà, tỉnh Kon Tum, Viện Năng lượng (EVN) thực hiện, góp phần cung cấp điện cho khu vực đồng bào dân tộc thiểu số Từ thành công Dự án này, Viện Năng lượng (EVN) Trung tâm Năng lượng (Trường Đại học Bách khoa Hà Nội) tiếp tục triển khai ứng dụng giàn pin mặt trời nhằm cung cấp điện cho số hộ gia đình trạm biên phòng đảo Cơ Tơ (Quảng Ninh), đồng thời thực Dự án “Ứng dụng thí điểm điện mặt trời cho vùng sâu, vùng xa” xã Ái Quốc, tỉnh Lạng Sơn Dự án hoàn thành vào tháng 11/2002 2.3 Một số ứng dụng điện mặt trời Thế giới Việt Nam 2.3.1 Thế giới: Hiện thới giới lượng mặt trời ứng dụng vào nhiều lĩnh vực đạt nhiều kết khả quan, đáng kể việc sử dụng điện từ lượng mặt trời, sau số ứng dụng thành cơng bật như: Hình 2.1 Trạm điện mặt trời Archimede đảo Sicily, miền nam nước Ý (Cơng suất 5MW) Hình 2.2 Máy bay Solar Impulse sử dụng lượng mặt trời thới giới Hình 2.3 Máy lạnh tơ dùng lượng mặt trời (Hệ thống i-Cool) Hình 2.4 Một ứng dụng lượng mặt trời dàn khoan biển 2.3.2 Việt Nam Ở Việt Nam việc sử dụng điện mặt trời mẻ nhiều hạn chế có chuyển biến tích cực rõ nét Hiện có nhiều cơng ty Việt Nam bắt đầu sản xuất pin quang điện Nhà nước ta bắt đầu ứng dụng nguồn lượng vào đời sống như: Hình 2.5 Đèn đường sử dụng lượng mặt trời Mỹ Tho tỉnh Tiền Giang Hình 2.6 Hệ Pin mặt trời 500W cho trạm xá Yên Lâp, Phú Thọ Các ưu điểm việc sử dụng điện từ lượng mặt trời 10 Chương Kết Luận Và Kiến Nghị 5.1 Kết luận Sau thời gian, tích cực thực đề tài nhóm chúng em đạt yêu cầu đặt ra: nghiên cứu thiết kế chế tạo mơ hình lập trình tự động điều chỉnh Pin xoay theo hướng mặt trời, lấy điện cách tối ưu nhất, cụ thể sau: Đã tìm hiểu trình chuyển đổi quang sang điện Pin mặt - trời Phần điện tử: Đã tra cứu tìm hiểu số linh kiện cần thiết sử dụng đề tài Đã thiết xong mạch điều khiển cho mô hình Phần khí: Đã thiết kế xong phần khung mơ hình Phần cấu chấp hành: Đã lựa chọn truyền bu lông đai ốc điều khiển trình nâng hạ Pin Phần mềm: tìm hiểu lựa chọn phương pháp điều khiển, ngơn ngữ viết chương trình Đưa lưu đồ giải thuật viết chương trình điều khiển ngơn ngữ Assemble cho vi điều khiển AT89S52 thực tốt yêu cầu đề tài 5.2 Kiến nghị Dựa sở lý thuyết xác định thực nghiệm, chúng em rút số đề nghị để phát triển hệ thống sau: Có thể áp dụng mơ hình vào thực tế để nâng cao hiệu suất sử dụng pin Phát triển thêm khớp xoay 360o cho phần đế để mơ hình hoạt động linh hoạt Điều khiển giao tiếp với máy tính cho mơ hình 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Văn Hùng , 2008 Bài giảng Cơ điện tử Ứng Dụng ĐH Nông Lâm TP.HCM Vương Thành Tiên – Trương Quang Trường, 2008 Giáo trình Ngun lí máy ĐH Nông Lâm TP.HCM Nguyễn Như Anh, 2008 Kĩ thuật số Nhà xuất đại học quốc gia TP HCM Chuyên đề VI ĐIỀU KHIỂN HỌ MSC-51, Vương Khánh Hưng, nhà xuất Hồng Đức Nguyễn Viết Nguyên Giáo trình Linh kiện điện tử ứng dụng Nhà xuất giáo dục Nguồn Internet - Diễn đàn “dientuvietnam.net” - Diễn đàn “spkt.net” - Diễn đàn “lab3i.net” - Thiết bị đo xạ mặt trời www.raydec.com 62 PHỤ LỤC: Chương trình điều khiển RS BIT P1.0 RW BIT P1.1 E BIT P1.2 SW1 BIT P1.4 SW2 BIT P1.5 ALE BIT P2.3 START BIT P2.4 EOC BIT P2.5 ;================================= ORG 000H JMP MAIN ORG 00BH JMP NGAT_T0 ;================================= MAIN: JB SW1,KIEM_TRA LCALL DUNGYEN KIEM_TRA: 63 JB SW2,TD QUAY_VE: CLR P1.7 SETB P1.6 LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY JB SW1, QUAY_VE JMP TD ;================================= TD: K0: LCALL CDOI_ADC LCALL KHOITAO_LCD MOV A,#80H LCALL GHIMA_DK LCALL DELAY_LCD MOV DPTR,#530H MOV A,#0 MOVC A,@A+DPTR 64 K1: LCALL GHIMA_KT LCALL DELAY_LCD INC DPTR CJNE A,#99H,K0 MOV A,#0C0H LCALL GHIMA_DK LCALL DELAY_LCD MOV DPTR,#630H MOV A,#0 MOVC A,@A+DPTR LCALL GHIMA_KT LCALL DELAY_LCD INC DPTR CJNE A,#99H,K1 MOV TMOD,#01H MOV TH0,#0FFH MOV TL0,#0FFH CLR TF0 SETB TR0 65 MOV IE,#82H LCALL BCD_ASCII LCALL HIENTHI LCALL SOSANH JNB SW2, QUAY_VE JMP TD ;================================ CDOI_ADC: MOV R1,#30H MOV P2,#21H X00: SETB ALE CLR ALE SETB START JB EOC,$ CLR START MOV 70H,#100 DJNZ 70H,$ MOV @R1,P3 INC R1 INC P2 66 CJNE R1,#32H,X00 RET ;============================= KHOITAO_LCD: MOV A,#38H LCALL GHIMA_DK LCALL DELAY41 MOV A,#38H LCALL GHIMA_DK LCALL DELAY41 MOV A,#0CH LCALL GHIMA_DK LCALL DELAY41 MOV A,#01H LCALL GHIMA_DK LCALL DELAY41 RET 67 ;============================= NGAT_T0: MOV A,30H MOV B,#10 DIV AB MOV 10H,B MOV B,#10 DIV AB MOV 11H,B MOV 12H,A MOV A,31H MOV B,#10 DIV AB MOV 13H,B MOV B,#10 DIV AB MOV 14H,B MOV 15H,A 68 RETI ;============================= BCD_ASCII: MOV DPTR,#500H MOV A,10H MOVC A,@A+DPTR MOV 20H,A MOV A,11H MOVC A,@A+DPTR MOV 21H,A MOV A,12H MOVC A,@A+DPTR MOV 22H,A MOV DPTR,#600H MOV A,13H MOVC A,@A+DPTR MOV 23H,A MOV A,14H 69 MOVC A,@A+DPTR MOV 24H,A MOV A,15H MOVC A,@A+DPTR MOV 25H,A RET ;============================= HIENTHI: MOV A,#8DH LCALL GHIMA_DK LCALL DELAY_LCD MOV R0,#22H MOV A,@R0 LCALL GHIMA_KT LCALL DELAY_LCD DEC R0 CJNE R0,#1FH,HT1 HT1: 70 MOV A,#0CDH LCALL GHIMA_DK LCALL DELAY_LCD MOV R0,#25H MOV A,@R0 LCALL GHIMA_KT LCALL DELAY_LCD DEC R0 CJNE R0,#22H,HT2 HT2: RET ;================================ SOSANH: MOV A,30H CLR C SUBB A,31H JC COMUON CJNE A,#20,QUAYTRAI JMP DUNGYEN 71 ;================================ QUAYTRAI: JC DUNGYEN CLR P1.6 SETB P1.7 LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY RET JMP TD COMUON: CJNE A,#20,QUAYPHAI JMP DUNGYEN ;================================ QUAYPHAI: JC DUNGYEN CLR P1.7 SETB P1.6 LCALL DELAY 72 LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY RET JMP TD ;=============================== DUNGYEN: SETB P1.6 SETB P1.7 LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY RET JMP TD ;============================= GHIMA_DK: MOV P0,A CLR RS CLR RW SETB E 73 CLR E RET ;============================= GHIMA_KT: MOV P0,A SETB RS CLR RW SETB E CLR E RET ;============================= DELAY41: MOV DEL: MOV 70H,#50 71H,#0FFH DJNZ 71H,$ DJNZ 70H,DEL RET ;============================= DELAY: MOV R7,#0FFH DEL1: 74 MOV R6,#0FFH DJNZ R6,$ DJNZ R7,DEL1 RET ;============================= DELAY_LCD: MOV 7FH,#50 DJNZ 7FH,$ RET ;============================= ORG 500H DB '0123456789' ORG 530H DB 'QUANG TRO 1: ',99H ORG 600H DB '0123456789' ORG 630H DB 'QUANG TRO 2: ',99H END 75 ... chì Đồng hồ VOM Thiết bị “Daystar meter” dùng để đo xạ mặt trời Các dụng cụ hỗ trợ khác… 13 3.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động pin mặt trời 3.2.1 Cấu tạo: Pin mặt trời (hay pin quang điện) hệ... nhu cầu điện tương lai 1.3 Tạo điện ứng dụng sinh hoạt Yêu cầu đề tài: Tìm hiểu trình chuyển đổi từ quang sang điện Pin mặt trời Thiết kế, chế tạo mơ hình Thiết kế mạch điều khiển, mạch công... thời góp phần tạo nguồn lượng bảo vệ môi trường Hiện nhiều nước từ bỏ dần lượng hạt nhân chuyển sang điện (năng lượng mặt trời) , Ở Nhật Bản, riêng năm 2000 tăng lượng điện mặt trời lên tới 128