Đèn sân vườn sử dụng năng lượng mặt trời

LỜI MỞ ĐẦU Điện ngày đóng vai trò quan trọng đời sống người Chính ưu điểm vượt trội so với nguồn lượng khác (như: dễ chuyển thành dạng lượng khác, dễ truyền tải xa, hiệu suất cao) mà ngày điện sử dụng rộng rãi lĩnh vực từ công nghiệp, dịch vụ, phục vụ đời sống sinh hoạt ngày gia đình Có thể nói ngày khơng quốc gia giới không sản xuất tiêu thụ điện năng, tương lai nhu cầu người nguồn lượng đặc biệt tiếp tục cao Hiện nay, đất nước ta đường cơng nghiệp hóa- đại hóa nên nhu cầu sử dụng điện tất lĩnh vực ngày tăng Vì lượng điện có vai trò quan trọng phát triển kinh tế ổn định trị xã hội.Với tính ưu việt điện sử dụng rộng rãi, thiếu sinh hoạt sản xuất xây dựng nhà máy, khu cơng nghiệp hay tòa nhà cao tầng vấn đề xây dựng hệ thống điện để cung cấp điện cho tải tiêu thụ thiếu Ngày nguồn lượng sơ cấp có nguy bị suy kiệt, người ngày có nhu cầu sử dụng điện cao nên việc khai thác tài nguyên sơ cấp nhiều để cung cấp đủ lượng điện cho người sử dụng Mà quy trình chuyển nguồn lượng sơ cấp sang điện thương gây nhiễm mơi trường Do lượng Mặt trời nguồn lượng sử dụng tương lai Trên sở hướng dẫn thầy Nguyễn Bá Thành thực thiết kế đèn sân vườn cảm biến ánh sáng sử dụng lượng mặt trời Mục Lục Mục lục Hình Mục lục Bảng Chương 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Năng lượng mặt trời nguồn lượng phát hay cung cấp bới nguồn xác định nguồn mặt trời Và ánh sáng mặt trời mang lại cho người sống cần thiết nhất, nguồn lượng vô hạn, vô tận sử dụng lâu dài biết cách khai thác sử dụng Nói cách khác nguồn lượng mặt trời hấp thụ vào pin nang luong mặt trời cơng ty nước ngồi sản xuất chuyển hóa thành nhiều dạng lượng cụ thể như: quang năng, nhiệt Khác với nguồn lượng khác cần đến nguyên liệu gió, nước, than … sử dụng để chuyển hóa thành điện thơng qua nhà mày thủy điện, nhiệt điện, nhiên nguồn nguyên liệu có hạn Năng lượng mặt trời nguồn lượng vô hạn nguồn lượng tái tạo Đây nguồn lượng lâu dài, hữu ích cho người tương lai Mặt khác sản phẩm, vật dụng gia đình, cơng ty bạn sử dụng hệ thống pin lượng mặt trời góp phần giảm tải việc tải điện cho nước, giảm bớt đợt cách điện luân phiên, định kỳ nhà máy điện Rất dễ lắp đặt, sử dụng khơng chiếm nhiều diện tích, đơn giản bạn cần lắp đặt pin mặt trời nhà kèm theo thiết bị điều khiển hệ thống Việc bảo dưỡng pin xảy ra, sử dụng không gây ồn Đặc biệt, nguồn lượng xanh, thân thiện với môi trường Không thải cacbon hay loại khí gây hại cho mơi trường người q trình tạo điện Và coi nguồn lượng tốt thiên nhiên ban tặng cho người Một điểm đáng ý khác giá than, khí thiên nhiên dầu mỏ nhiên liệu hóa thạch khác có xu hướng tăng liên tục lượng mặt trời hồn tồn miễn phí Một điểm đáng ý khác giá than, khí thiên nhiên dầu mỏ nhiên liệu hóa thạch khác có xu hướng tăng liên tục lượng mặt trời hồn tồn miễn phí Năng lượng mặt trời sử dụng để làm bóng đèn điện sáng, làm nóng nước để vận hành thiết bị điện khác có nhà ở, văn phòng bạn Tóm lại, lợi ích, ưu điểm mà nguồn lượng mặt trời mang lại cho người vơ hữu ích cần thiết cho sống chúng ta…Và nguồn lượng nói tốt Thiết kế đèn tự động thắp sáng trời tối đặt sân vườn không cần dây điện Không tốn tiền điện, đèn tự nạp điện pin lựơng mặt trời, có mắt cảm ứng tự động bật trời tối Đèn thông minh, tiết kiệm điện an toàn tuyệt đối cho người sử dụng 1.2 Khảo sát đề tài liên quan Tên đề tài Đèn cảm biến ánh sáng tự động bật đèn trời tối Tác giả Vũ Đức Toàn (ĐHSPKT Tp.HCM ) Nội dung đề tài Thời gian Đèn cảm biến tự sáng 6/9/2016 trời tối tắt trời sáng dùng nguồn 220V Đèn bật tắt tự động tự sạc Ninh Văn Thạch Đèn cảm biến ánh sáng 13/6/2016 sử dụng pin mặt trời Đèn tự động thắp sáng trời tối ( Cao Đẳng nghề Số Bộ Quốc Phòng ) Huỳnh Minh Phú Đèn cảm biến ánh sáng 23/10/2014 sử dụng pin ác quy nguồn thắp sáng Đèn sân vườn thắp Nguyễn Văn Bền sáng ( ĐH Tiền Giang ) lượng mặt trời Đèn cẳm biến ánh sáng 11/9/2016 sử dụng Pin mặt trời thắp sáng sử dụng sân vườn 1.3 Phương pháp nghiên cứu - Đọc phân tích tài liệu - Mơ hình, mơ 1.4 Nội dung đề tài Chương 1: GIỚI THIỆU Chương 2: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PSIM Chương 3: KHAI THÁC NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Chương 4: THIẾT KẾ ĐÈN SÂN VƯỜN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Chương 5: THI CÔNG Chương 2: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PSIM 2.1 Giới thiệu chung PSIM phần mềm mạch hãng Powersim Inc Một nhà sản xuất thiết bị dạy học tiếng viết đưa thị trường Đây phần mềm không mạnh học tập, giảng dạy mà tài liệu cho kỹ sư nghiên cứu, phân tích, khai thác mạch điện tử công suất, mạch điều khiển tương tự số, hệ truyền động xoay chiều (AC), chiều (DC) Phần mềm Psim bao gồm • • PSIM simulator: trình mơ mạch ngun lý (cho kết có *.txt) SIMVIEW: trình vẽ dạng sóng kết mơ phỏng, phân tích sóng Thơng thường PSIM Sẽ gồm có mạch động lực mạch điều khiển Mạch động lực bao gồm van bán dẫn công suất, phần tử RLC, máy biến áp lực cuộn cảm san bằng.Mạch điều khiển biểu diễn sơ đồ khối, bao gồm phần tử miền S, miền Z, phần tử logic (ví dụ cổng logic,flip-flop) phần tử phi tuyến (ví dụ chia) Các phần tử cảm biến đo giá trị điện áp, dòng điện mạch lực để đưa tín hiệu đo mạch điều khiển Sau mạch điều khiển cho tín hiệu đến điều khiển chuyển mạch để điều khiển q trình đóng cắt van bán dẫn mạch lực Giao diện Psim Hình 1: Giao diện Psim 2.2 Giới thiệu Tool Renewable Energy Công cụ cung cấp loạt mơ hình hệ thống pin mặt trời, lượng gió Tất thiết kế phép mơ phân tích cách nhanh chóng xác Trong Renewable Energy có: Solar Module (Physical model), Solar Module (Functional model) Wind Turbine 2.2.1 Mô lượng mặt trời Thông số solar module (Functional model) Open Circuit Voltage Voc Voltage measured when the solar cell terminals are open circuit, in V Điện áp hở mạch Short Circuit Current Isc Được đo hai đầu pin để hở (V) Current measured when the solar cell terminals are short circuit, in A Dòng ngắn mạch Maximum Power Voltage Vm Dòng cực đại pin ngắn mạch (A) Solar cell terminal voltage when the output power is at the maximum, in V Điện áp tối đa Vm Maximum Power Current Im Điện áp tối đa đầu (V) Solar cell terminal current when the output Dòng điện cực đại Im power is at the maximum, in A Dòng điện tối đa đầu (A) Hình 2: Thơng số solar module (Functional model) Thông số solar module (physical model) Number of Cells Ns Number of cells Ns of the solar module A solar module consists of Ns solar cells in series Số lượng pin Ns Standard Light Số lượng pin có môdun Light intensity S0 under the standard test conditions, in Intensity S0 W/m2 The value is normally 1000 W/m2 in manufacturer datasheet Cường độ ánh sáng Cường độ ánh sáng S0 theo điều kiện kiểm tra chuẩn, chuẩn S0 tính W / m2 Giá trị thơng thường 1000 W / m2 bảng liệu nhà sản xuất Ref Temperature Tref Temperature Tref under the standard test conditions, in oC Nhiệt độ Nhiệt độ chuẩn theo điều kiện kiểm tra tiêu chuẩn, Series Resistance Rs (Oc) Series resistance Rs of each solar cell, in Ohm Dòng kháng Rs Điện kháng Rs pin mặt trời, (Ohm) Shunt Resistance Rsh The shunt resistance Rsh of each solar cell, in Ohm Điện trở suất Rsh Short Circuit Current Điện trở suất pin mặt trời (Ohm) Short circuit current Isc0 of each solar cell at the reference Isc0 temperature Tref, in A Dòng ngắn mạch Isc0 Dòng ngắn mạch pin mặt trời nhiệt độ chuẩn Tref, (A) Saturation Current Is0 Diode saturation current Is0 of each solar cell at the reference temperature Tref, in A Dòng điện bão hòa Is0 Diode bão hòa Is0 tế bào lượng mặt Band Energy Eg trời nhiệt độ tham chiếu Tref, (A) Band energy of each solar cell, in eV It is around 1.12 for crystalline silicon, and around 1.75 for amorphous silicon Dãy lượng Năng lượng tế bào lượng mặt trời, eV Nó khoảng 1,12 cho silic tinh thể, khoảng 1,75 cho silic Ideality Factor A vơ định hình Ideality factor A of each solar cell, also called emission coefficient It is around for crystalline silicon, and is less than for amorphous silicon Yếu tố lý tưởng Một yếu tố lý tưởng A tế bào lượng mặt trời, gọi hệ số phát thải Nó khoảng silic tinh Temperature thể, nhỏ silicon vơ định hình Temperature coefficient Ct, in A/C or A/K Coefficient Ct Hệ số nhiệt độ Ct Coefficient Ks Hệ số nhiệt độ Ct, A / C A / K Coefficient Ks that defines how the light intensity affects the solar cell temperature Hệ số Ks Xác định cường độ ánh sáng tác động đến nhiệt độ pin mặt trời Cơng thức tính Solar module 10 Hình 11: Minh họa kỹ thuật thiết kế kiểu nhà “ sưởi ấm ” tự nhiên tận dụng xạ từ ánh sáng Mặt Trời Hình 12: Dạng thu nhiệt Mặt Trời kiểu Pháp ( trái )và Trạm thử nghiệm Nhiệt điện mặt trời quốc gia Sandia 30 Hình 13: Nhà máy lượng mặt trời máng nhiệt 31 Hình 14: Sơ đồ hoạt động nhà máy nhiệt điện Mặt Trời Một dạng thiết bị thu nhiệt Mặt Trời thứ hai hệ thống hình dĩa (rất giống dạng dĩa thâu tín hiệu vệ tinh viễn thơng ) Hệ thống sử dụng dĩa phản chiếu hình parabol để hội tụ ánh sáng vào tâm thu tiêu điểm dĩa Dung dịch đun truyền vào dĩa thu để hấp thu nhiệt Nhiệt cho dung dịch đung dãn nở làm đẩy piston từ quay turbin Phương pháp cho phép tập trung ánh sáng từ 100 đến 2000 lần 32 Hình 15: Dạng thu nhiệt Mặt Trời dạng trũng Chương 4: THIẾT KẾ ĐÈN SÂN VƯỜN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 4.1 Sơ đồ khối Pin mặt trời Nạp acquy Acquy Led DC 4.2 Tính tốn phụ tải 4.2.1 Tính tốn Pin Mặt Trời (PV modul ) B1: Tính tổng lượng tiêu thụ điện (watt-hour) tất thiết bị mà hệ thống solar phải cung cấp ngày Cộng tất lại có tổng số Watthour tồn tải sử dụng ngày B2: Tính số Watt-hour pin mặt trời phải cung cấp cho toàn tải ngày Do tổn hao hệ thống, số Watt-hour pin mặt trời cung cấp phải cao tổng số Watt-hour toàn tải Thực nghiệm cho thấy cao khoảng 1,3 lần Số Watt-hour pin mặt trời (PV modules) = 1.3 x tổng số Watt-hour toàn tải sử dụng B3: Tính tốn kích cở pin mặt trời cần sử dụng Để tính tốn kích cỡ pin mặt trời cần sử dụng, ta tính Wattpeak (Wp) cần có pin mặt trời Lượng Wp mà pin mặt trời tạo lại tùy thuộc vào khí hậu vùng giới Cùng pin mặt trời 33 đặt nơi mức độ hấp thu lượng khác với đặt nơi khác Để thiết kế xác, người ta phải đo đạc khảo sát độ hấp thụ xạ mặt trời vùng tháng năm đưa hệ số trung bình gọi “panel generation factor”, tạm dịch hệ số hấp thu xạ pin mặt trời Hệ số “panel generation factor” tích số hiệu suất hấp thu (collection efficiency) độ xạ lượng mặt trời (solar radiation), đơn vị tính (kWh/m2/ngày) 4.2.2 Tính toán Ắc quy ( Battery ) Battery dùng cho hệ thống điện lượng mặt trời loại deep-cycle Loại cho phép xả đến mức bình thấp cho phép nạp đầy nhanh Nó có khả nạp xả nhiều lần (rất nhiều cycle) mà không bị hỏng bên trong, bền, tuổi thọ cao Trước tiên ta tính dung lượng hệ bình ac-quy cho toàn hệ thống Dung lượng battery cần dùng cho hệ solar dung lượng battery đủ cung cấp điện cho ngày dự phòng (autonomy day) pin lượng mặt trời không sản sinh điện Ta tính dung lượng battery sau: – Hiệu suất battery khoảng 85% chia số Wh tải tiêu thụ với 0.85 ta có Wh battery – Với mức xả sâu (Deep of Discharge DOD) 0.6, ta chia số Wh battery cho 0.6 có dung lượng battery 34 Kết cho ta dung lượng battery tối thiểu cho hệ solar khơng có dự phòng Khi hệ solar có số ngày dự phòng (autonomy day) ta phải nhân dung lượng battery cho số autonomy-day để có số lượng battery cần cho hệ thống Khi có điện V dung lượng Ah bình acquy, ta lựa chọn acquy tính tốn cách ghép chúng lại với cho tối ưu , phải để ý đến tính dự phòng tồn hệ thống Thí dụ hệ ac-quy 12V/1000AH ghép dãy 12V/200AH song song có độ an tồn cao dãy 12V/1000AH, vài ac-quy bị hỏng ta dãy khác làm việc tốt thời gian chờ sửa chữa  Vùng phía Nam: Ở vùng này, quanh năm dồi nắng Trong tháng 1, 3, thường có nắng từ 7h sáng đến 17h Cường độ xạ trung bình thường lớn 3,489 kWh/m2/ngày Đặc biệt khu vực Nha Trang, cường độ xạ lớn 5,815 kWh/m2/ngày thời gian tháng/năm Miền Nam, từ Đà Nẵng trở vào, lượng mặt trời tốt phân bố tương đối điều hòa suốt năm Trừ ngày có mưa rào, nói 90% số ngày năm sử dụng lượng mặt trời cho sinh hoạt Số nắng trung bình năm khoảng 2000 đến 2600 Đây khu vực ứng dụng lượng mặt trời hiệu Dưới bảng số liệu lượng xạ mặt trời vùng miền nước ta Bảng : Số liệu xạ mặt trời VN Vùng Giờ nắng Cường độ BXMT Ứng dụng năm 35 (kWh/m2, ngày) Đơng Bắc 1600 – 1750 3,3 – 4,1 Trung bình Tây Bắc 1750 – 1800 4,1 – 4,9 Trung bình Bắc Trung Bộ 1700 – 2000 4,6 – 5,2 Tốt 2000 – 2600 4,9 – 5,7 Rất tốt Nam Bộ 2200 – 2500 4,3 – 4,9 Rất tốt Trung bình nước 1700 – 2500 4,6 Tốt Tây Nguyên Nam Trung Bộ Qua bảng cho ta thấy nước ta có lượng xạ mặt trời tốt, đặc biệt khu vực phía Nam, khu vực phía bắc lượng xạ mặt trời nhận Lượng xạ mặt trời vùng miền khác phụ thuộc vào tháng khác Dưới bảng số liệu lượng xạ trung bình tháng địa phương Tóm lại, Việt Nam nước có tiềm NLMT, trải dài từ vĩ độ 8’’ Bắc đến 23’’ Bắc, nằm khu vực có cường độ xạ mặt trời tương đối cao, với trị số tổng xạ lớn từ 100 – 175 kcal/cm2.năm, việc sử dụng NLMT nước ta đem lại hiệu kinh tế lớn 36  Thực tế Sử dụng đèn led 5050 Số lượng led/m: 72/m SMD5050 Màu sắc : Trắng / Vàng ấm Điện áp: 12V.DC Công suất : 18W/m (lý thuyết) - Tiêu thụ : ~10-14W/m Thông số kỹ thuật pin mặt trời MONO 10W Công suất pin NL mặt trời Điện áp hở mạch Dòng ngắn mạch Điện áp danh định Dòng danh định P max Voc Isc Vmp Imp 10 W 21.6V 0.46 A 18 V 0.55 A Số watt-hour sử dụng ngày đèn là: 5.4*10=54 ( Wh ) Số Watt-hour pin mặt trời (PV modules) = 1.3 x 54 = 70.2 ( Wh ) Mức hấp thu lượng mặt trời tạiđịa điểm nước Việt Nam ta kWh/m2/ngày, ta lấy tổng số Watt-hour pin mặt trời chia cho ta có tổng số Wp pin mặt trời Watt-peak pin mặt trời là: 70.2/ = 14.04 Wp 37 Mỗi PV mà ta sử dụng có thơng số Wp nó, lấy tổng số Wp cần có pin mặt trời chia cho thông số Wp ta có số lượng pin mặt trời cần dùng Sử dụng solar panel 10 wp số lượng panel cần phải có là: Như sử dụng ẮC QUY HABACO HBC1272(12V-7.2AH) Thơng Số Kỹ Thuật Mã sản phẩm Điện áp Dung lượng Dài Rộng Cao Tổng cao 61042 12 60 258 171 201 224 Volt Ah mm mm mm mm 38 4.3 Sơ đồ nguyên lý Hình 1: Mạch sạc Acquy Hình 2: Mạch cảm biến ánh sáng 4.4 Chỉ tiêu kỹ thuật chiếu sáng công viên, - Độ rọi ngang trung bình cơng viên, vuờn hoa khơng nhỏ trị số quy định bảng sau : 39 Bảng 2: Các số quang học tiêu chuẩn chiếu sáng công viên, vườn hoa En(tb) (lux) Công Vườn viên hoa - Cổng vào 20 Khơng - Cổng vào phụ 10 Khơng - Đường trục 10 - Đường nhánh, đường dạo có nhiều xanh - Sân tổ chức hoạt động trời 10 10 - Cổng vào 10 Khơng - Cổng vào phụ Khơng - Đường trục - Đường nhánh, đường dạo có nhiều xanh - Sân tổ chức hoạt động trời 7 - Cổng vào Khơng - Cổng vào phụ Khơng - Đường trục - Đường nhánh, đường dạo có nhiều xanh - Sân tổ chức hoạt động trời 5 TT Đối tượng chiếu sáng Công viên, vườn hoa khu vực trung tâm đô thị lớn, có lượng người qua lại cao, khả xảy tội phạm hình mức cao Cơng viên, vườn hoa khu vực ngoại thành đô thị lớn, lưu lượng người qua lại trung bình, khả xảy tội phạm hình mức trung bình Cơng viên, vườn hoa khu vực đô thị nhỏ, lưu lượng người qua lại thấp, khả xảy tội phạm hình mức thấp Tỉ số giá trị độ rọi ngang lớn độ rọi ngang trung bình đối tượng chiếu sáng khơng vượt 3:1 độ rọi trung bình tiêu chuẩn 40 lux ; 5:1 độ rọi trung bình tiêu chuẩn từ lux đến lux ; 10:1 độ rọi trung bình tiêu chuẩn lux 41 Chương 5: THI CÔNG 5.1 Linh kiện cần có:  Mạch nạp acquy Tụ 10uf 50v Tip41 C1815 Rờ le 12v 5v Diode zener 1n4742A loại 12V Diode 1n4007 [ lấy đèn compac ] Biến trở 10k x3 điện trở 1k ohm [ 1000 ohm ] Điện trở 100 ohm Led khác màu để làm đèn báo  Mạch cảm biến ánh sáng Tụ 1uf 50v Ic 555 đế cắm Rờ le 12v Quang trở Biến trở cúc áo 10k Đèn led Led nhôm 5050  Pin Mặt trời  Acquy 12v 5.2 Thực Sử dụng Led nhơm 5050 làm đèn chiếu sáng 42 Hình 1: Led nhơm 5050 Hồn thành mạch nạp acquy Hình 2: Mạch nạp ac quy Hoàn thành mạch cảm biến ánh sáng Hình 3: Mạch cảm biến ánh sáng Hồn thành sản phẩm Hình 4: Đèn sân vườn cảm biến ánh sáng dùng lượng Mặt trời Tài liệu kham khảo Hướng dẫn làm mạch nạp acquy 12v 100aH trở xuống Ninh Văn Thạch ( ngày 17 tháng năm 2017 ) Hướng dẫn mạch cảm biến anh sáng Vũ Đức Toàn( ngày tháng năm 2017 ) 43 Các tiêu chiếu sáng sân vườn Công TY TNHH Chiếu Sáng Đô Thị Miền Nam Ebook Năng lượng mặt trời - Lý thuyết ứng dụng PGS.TS Nguyễn Bốn, TS Hoàng Dương Hùng Báo cáo ĐAMH1 – Năng nượng Mặt Trời SV Nguyễn Quang Giới ( tháng năm 2014 ) Trang web http://luanvan.net.vn/luan-van/do-an-he-thong-dien-nangluong-mat-troi-45219/ Trang web http://www.pinmattroi.com 44 ... nóng lượng mặt trời, nấu ăn lượng mặt trời, trình nhiệt độ cao nhiệt cho công nghiệp purposes Để thu lượng mặt trời, cách phổ biến sử dụng lượng mặt trời Công nghệ lượng mặt trời mô tả rộng rãi lượng. .. lượng mặt trời thụ động lượng mặt trời chủ động tùy thuộc vào cách chúng nắm bắt, chuyển đổi phân phối lượng mặt trời Kỹ thuật lượng mặt trời hoạt động bao gồm việc sử dụng quang điện lượng mặt trời. .. THIỆU Chương 2: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PSIM Chương 3: KHAI THÁC NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Chương 4: THIẾT KẾ ĐÈN SÂN VƯỜN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Chương 5: THI CÔNG Chương 2: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PSIM