đồ án năng lượng mặt trời

Điện mặt trời nghĩa là phát điện dựa trên động cơ nhiệt và pin quang điện. Sử dụng năng lượng mặt trời chỉ bị giới hạn bởi sự khéo léo của con người. Một phần danh sách các ứng dụng năng lượng mặt trời sưởi ấm không gian và làm mát thông qua kiến trúc năng lượng mặt trời, qua chưng cất nước uống và khử trùng, chiếu sáng bằng ánh sáng ban ngày, nước nóng năng lượng mặt trời, nấu ăn năng lượng mặt trời, và quá trình nhiệt độ cao nhiệt cho công nghiệp purposes. Để thu năng lượng mặt trời, cách phổ biến nhất là sử dụng tấm năng lượng mặt trời.

ĐỒ ÁN MÔN HỌC Đề tài :Thực hành biến đổi lượng mặt trời thành nguồn lượng có điện áp 220VAC tần số 50Hz MÔN HỌC: ĐỒ ÁN ĐIỆN- ĐIỆN TỬ 1 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 không 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 công 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 công nghiệp hay tòa nhà cao tầng vấn đề xây dựng hệ thống điện để cung cấp điện cho tải tiêu thụ thiếu Hệ thống điện ngày phức tạp, đòi hỏi việc thiết kế cung cấp có nhiệm vụ đề phương án cung cấp điện hợp lí tối ưu Một phương án cung cấp điện tối ưu giảm chi phí đầu tư xây dựng hệ thống điện giảm tổn thất điện vận hành đơn giản thuận tiện việc bảo trì sửa chữa 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 ô nhiễm môi trường Nên yêu cầu cấp thiết tìm kiếm nguồn lượng sử dụng tương lai, ứng dụng nguồn lượng thiết kế cung cấp điện cho người Trên sở hướng dẫn thầy giáo ThS.NCS Lê Minh Thành thực thiết kế cung cấp điện cho mơ hình có ứng dụng lượng mặt trời Lời nhận xét giáo viên hướng dẫn Ý thức thực hiện: Nội dung thực : Hình thức trình bày :  Tổ chức báo cáo trước hội đồng  Tổ chức châm thuyết minh Vĩnh Long Ngày 13 Tháng 12 Năm 2019 Giáo Viên Hướng Dẫn MỤC LỤC Lời mở đầu Lời nhận xét giáo viên hướng dẫn Mục lục Chương giới thiệu hệ thống cung cấp lượng mặt trời 1.1 Hệ thống cung cấp điện 1.2 Giới thiệu hệ thống lượng mặt trời Chương cấu hình hệ thống điện mặt trời độc lập 2.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 2.2 Ưu nhược điểm hệ thống điện lượng mặt trời Chương phận hệ thống điện mặt trời 3.1 Tấm Pin lượng mặt trời 35W Poly 3.2 Acquy 15 3.3 Bộ Điều Khiển 17 3.4 Inveretr 22 Chương cách ghép nối pin lượng mặt trời 23 4.1 thiết bị lắp ráp hệ thống lượng măt trời 23 4.2 Sơ đồ mạch để lắp ráp thiết bị 25 4.3 Tính tốn số lượng W tạo sử dụng 25 4.4 Thực hành đo kiểm thực tế: 27 4.5 Ưu điểm 27 Lời cảm ơn 29 CHƯƠNG GIỚI THIỆU HỆ THỐNG CUNG CẤP VÀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1.1 Hệ thống cung cấp điện Hệ thống lượng tập hợp nhà máy điện, lưới điện lưới nhiệt nối với liên tục q trình sản xuất, chúng có liên hệ mật thiết với Hệ thống điện hệ thống lượng khơng có lưới nhiệt Hay nói cách khác, hệ thống điện hệ thống bao gồm khâu sản xuất, truyền tải, phân phối cung cấp điện đến hộ tiêu thụ Điện dạng lượng phổ biến quan trọng sống,điện sản xuất từ nhà máy truyền tải cung cấp cho hộ tiêu thụ Trong việc truyền tải tới hộ tiêu thụ việc thiết kế cung cấp điện khâu quan trọng Với thời đại nay,nền kinh tế nước ta phát triền mạnh mẽ theo hội nhập giới,đời sống xã hội người dân nâng cao nên tiện nghi sống đòi hỏi mức tiêu thụ điện tăng cao, việc thiết kế cung cấp điện khơng thể thiếu xu Việc thiết kế cung cấp điện cần phải đáp ứng yêu cầu sau:  Độ tin cậy cấp điện: mức độ tin cậy cung cấp điện phụ thuộc vào yêu cầu phụ tải với cơng trình quan trọng cấp quốc gia phải đảm bảo liên tục câp điện mức cao nhất, đối tượng nhà máy, xí nghiệp, tòa nhà cao tầng…tốt dùng máy phát điện dự phòng điện dùng máy phát  Chất lượng điện: đánh giá qua hai tiêu chí tần số điện áp, điện áp trung hạ cho phép khoảng ±5% thiết kế dảm nhiệm, tiêu tần số quan điện lực quốc gia điều hành  An tồn điện: cơng trình cấp điện phải có tính an tồn cao cho người vận hành, người sử dụng thiết bị cho tồn cơng trình  Kinh tế: trình thiết kế ta phải đưa nhiều phương án chọn lọc phương án có hiệu kinh tế cao 1.2 Giới thiệu hệ thống lượng mặt trời Trong thái dương hệ mặt trời có nguồn lượng lớn Nó khối vật chất khổng lồ với hoạt động hạt nhân xảy liên tục Mặt trời cung cấp trực tiếp hoạt gián tiếp, cho loài người dạng sống trái đất Mặt trời định khí hậu thời tiết khơng có mặt trời trái đất vùng đất chết đóng băng vĩnh cửu Điện lượng măt trời ý tưởng tuyệt vời Lấy lượng từ mặt trời chuyển thành điện cung cấp cho trang thiết bị mong ước chúng ta, khơng hóa đơn tiền điện, khơng phụ thuộc vào cơng ty điện lực bạn có nguồn lượng tái tạo, xanh bảo vệ môi trường Tạo lượng mặt trời nhờ vào ánh sáng mặt trời chiếu vào panel pin mặt trời tạo nguồn điện chiều DC qua biến tần chỉnh thành nguồn điện xoay chiều AC cung cấp cho thiết bị điện Panel mặt trời tạo điện hiệu ứng quang điện lớp bán dẫn, lớp thiếu electron Khi electron bị photon kích thích lám cho chúng chuyển từ lớp bán dẫn sang bán dẫn kia, nên tạo điện tích Các panel thường Si cắt thành mỏng xếp kết hợp vừa song song nối tiếp Nối tiếp tăng hiệu suất pin, mắc song song tăng áp cung cấp cho phụ tải Nguồn lượng mặt trời ngày thường ứng dụng ích giá thành cao Nên ứng ụng nơi chưa có điện lưới kéo tới cung cấp cho vài phòng, hay ứng dụng làm bình nước nóng, thiết bị bán hang tự động CHƯƠNG CẤU HÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI ĐỘC LẬP 2.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động: 2.1.1 Một hệ thống điện lượng mặt trời theo mơ hình độc lập bao gồm phần sau: Các pin lượng mặt trời ( Solar Panels PV ) Hệ thống lưu trữ ( Ắc Quy ) Bộ điều khiển sạc Bộ chuyển đổi điện áp DC – AC ( Inverter ) Trạm điện mặt trời độc lập kiểu hệ thống điện mặt trời thơng dụng phạm vi tồn cầu Mục đích cung cấp điện cho nơi chưa có lưới điện kéo tới hay khơng có nguồn lượng khác 1kw Hệ thống điện độc lập muốn có kế hoạch hệ thống điện lớn quan trọng người thiết kế cần có kiến thức kinh nghiệm thiết kế nguồn lượng mặt trời, nên cần bắt đầu với thiết kế nhỏ đơn giản 2.1.2 Sơ đồ nguyên lý: 2.1.3 Nguyên lý hoạt động: Từ giàn (solar cells), ánh sáng biến đổi thành điện năng, tạo dòng điện chiều (DC Power) Dòng điện dẫn tới điều khiển (charge controller) thiết bị có chức 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 hoạt sạc chế độ trì Khi acquy (Battery) cạn tự động vào chế độ nạp lại Thông qua đổi điện DC/AC (Inverter) tạo dòng điện xoay chiều chuẩn 220V/50Hz để chạy thiết bị gia đình đèn chiếu sáng, quạt, tivi, máy tính, tủ lạnh, máy bơm 2.2 Ưu nhược điểm hệ thống điện lượng mặt trời 2.2.1 Ưu điểm: Hệ thống đơn giản, dễ thiết kề thường dùng khu vực chưa có lưới điện nơi thường xuyên bị cắt điện liên tục 2.2.2 Nhược điểm: Hệ thống khơng có lưới điện điện áp dự phòng nên phụ thuộc nhiều vào cường độ chiếu sáng mặt trời hệ thống điện mặt trời khác Hệ thống phải cung cấp điện công suất phụ tải mà cung cấp để có điện dự trữ xài vào ban đêm tạo điện Mà yếu tố định photon ánh nắng mặt trời, photon tăng cường độ chiếu sáng tăng Để khắc phục phụ thuộc ta cần tính tốn kỹ lưỡng thiết kế lượng mặt trời hệ thống Như địa điểm lắp đặt dãy pannel mặt trời, hướng dãy pannel, điểu chỉnh góc đặt dãy pannel, dự đốn tránh bóng che Cơng suất dãy pannel cung cấp phải lớn công suất phụ tải hệ thống, để điện dư đưa vào bình acquy để có điện sử dụng vào ban đêm CHƯƠNG CÁC BỘ PHẬN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI Pin lượng mặt trời 35W Poly (CPP35W Poly) có chức hấp thu ánh nắng từ mặt trời Chuyển đổi quang tạo thành điện năng, cho dòng điện chiều 12V (DC) Trong trường hợp pin mặt trời có cơng suất 35W nên ta cần phải thông qua mạch điều khiển sạc để nạp lượng vào bình ắc quy 12V Từ bình acquy sử dụng thiết bị điện điện chiều 12V DC đèn, quạt, tivi,… Nếu sử dụng thiết bị điện 220V AC phải qua kích điện 12V DC – 220V AC 3.1 Tấm Pin lượng mặt trời 35W Poly Tấm Pin lượng mặt trời 35W Poly (35W Poly) có cấu tạo bao gồm thành phần liệt kê cụ thể sau:  + Kiếng cường chuyên dùng cho pin lượng mặt trời 12V  + Tế bào cell lượng mặt trời poly đa tinh thể: màu xanh / đen  + Chì hàn: chì loại nhỏ để hàn nối cell với chì loại lớn để đường line  + Miếng keo EVA *  + Tấm TPT lót màu trắng / đen / xanh biển  + Khung nhôm thiết kế chắn xi bạc  + Hộp điện juntion box  + Đi od bảo vệ  + Dây điện chuyên dùng cho pin lượng mặt trời mini  Cấu tạo pin lượng mặt trời dựa nguyên lý hiệu ứng “ quang điện ” hiệu ứng quang điện tạo dòng điện cách chuyển đổi lượng mặt trời dạng ánh sáng nhìn thấy được, tia cực tím (UV) xạ hồng ngoại (IR) thành dòng điện trực tiếp – Các tế bào quang điện (PV) thiết bị bán dẫn làm từ silicon có độ tinh khiết cao (Si) pha tạp với tạp chất đặc biệt, cho chúng nhiều “electron” “lỗ” cấu trúc mạng chúng – Các tế bào lượng mặt trời quang điện tạo dòng điện DC biến đổi tỷ lệ thuận với kích thước chúng lượng xạ mặt trời rơi silicon chúng không lưu trữ lượng, chúng coi dạng pin tạo điện áp đầu cố định khoảng 0,5 volt đến 0,6 volt tùy thuộc vào chất liệu cấu tạo lên pin lượng mặt trời – Các tế bào quang điện ( pv ) thực chất thiết bị bán dẫn silic, chúng bao gồm lớp loại P ( dương ) lớp N ( âm ) ghép nối với để tạo thành “Liên kết p/n” – Khi lớp bán dẫn p n tiếp xúc nhau, chênh lệch mật độ hạt dẫn nên điện tử ( electron ) khuếch tán từ bán dẫn n sang p, lỗ trống khuếch tán ngược lại từ bán dẫn p sang n Sự khuếch tán làm cho phần bán dẫn n sát lớp tiếp xúc tích điện dương, phần bán dẫn p đối diện tích điện âm Trong miền tiếp xúc lúc hình thành điện trường Utx hướng từ bán dẫn lớp n sang lớp p “ Utx ngăn cản khuếch tán tiếp tục hạt dẫn qua lớp tiếp xúc “ Khi chiếu sáng lớp tiếp xúc p-n, cặp electron – lỗ trống tạo thành, bị tách tác dụng điện trường tiếp xúc Utx bị gia tốc phía đối diện tạo thành sức điện động quang điện Sức điện động quang điện phụ thuộc vào chất chất loại bán dẫn, nhiệt độ bề mặt lớp tiếp xúc, bước sóng cường độ ánh sáng tới bề mặt vật liệu tiếp xúc 10  Hộp nối dây bảo vệ IP65, chống bụi chống nước vận hành điều kiện thời tiết  Dây đấu đầu connect tiêu chuẩn MC4 có khả chống bụi, nước, thiết kế ghép nối dễ dàng  Khả chống ăn mòn muối biển, bão cát ammonia Thơng số kỹ thuật CPP55W POLY PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI POLY 35 W Công suất pin NL mặt trời Điện áp hở mạch Dòng ngắn mạch Điện áp danh định Dòng danh định Hiệu suất quang Module Chuẩn loại Pin (cell) Cấu tạo pin mặt trời Số lượng cell Chất lượng sản phẩm Nhiệt độ hoạt động Kích thước Trọng lượng Bảo hành P max Voc Isc Vmp Imp % n Cell T pv mm Kg - 35 W 21.63V 2.14 A 17.40 V 1.98 A 3% Pin Silic đơn tinh thể (monocrystalline) Kính-EVA-Cell-EVA-TPT & Khung nhơm IEC 61215, IEC 61730, TUV - 40 o C ~ 80 oC 60*37 * 25 10 năm 15 Tuổi thọ sản phẩm Xuất xứ - 20 năm GERMANY 3.2 Acquy Các panel mặt trời cung cấp điện trực tiếp cho thiết bị điện Điều lo công suất panel mặt trời biến thiên theo cường độ ánh nắng, không phù hợp với hấu hết thiết bị điện Đối với hệ thống độc lập hệ thống bổ sung điện lưới, acquy lưu giữ điện cung cấp nguồn điện với công suất ổn định cho thiết bị Nói chung, lượng lưu giữ acquy acid-chì “chu kỳ sâu”, hình dáng tương tự acquy dùng xe khác thiết kế bên Thiết kế cho phép chúng phóng điện tái nạp điện hàng ngàn lần Năng lượng điện lưu giữ acquy,có thể nối acquy với để tạo thành dãy acquy; nhiều acquy mắc nối tiếp làm tăng điện lượng điện áp dãy acquy, nhiều acquy mắc song song làm tăng điện lượng trì điện áp khơng đổi Thơng số kĩ thuật Cơng suất 12V-5Ah | 311W – phút | 24.5Wpc – 15 phút Nội trở @1KHz < 19mΩ Điện cực F2 (Faston Tab 250) Vỏ & Nắp ABS (Option: UL94 HB & UL94 V-0 flame retardant) Trọng lượng 1.9Kg (4.18Lbs.) Kích thước (mm) L90 x W70 x H101 x TH107 (±1) Tuổi thọ thiết kế 05 năm Bảo hành 12-24 tháng Dòng điện Nạp lớn < 1.5A | Phóng tối đa giây: 100A 16 Nạp điện @25℃ Cycle: 14.4-15.0V | Standby: 13.5-13.8V UPS dùng điện áp sạc standby, Solar & xe điện dùng cycle Nhiệt độ Nạp 65° C Bảo vệ ngắn mạch đầu ra: YES Bảo vệ điện ngược chiều: NO Tự động khởi động lại: YES Chế độ nạp ắc qui: NO Kích thước:mm (L*W*H) 220*118*62 Trọng lượng 149 kg Bảo hành: 12 tháng 23 CHƯƠNG CÁCH GHÉP NỐI CÁC TẤM PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Khi mà giá thành để tạo 1W đến từ lượng mặt trời ngày giảm, mà hiệu suất thu ngày tăng so với trước Đây lý mà người nên quan tâm đến thiết bị lượng 4.1 thiết bị lắp ráp hệ thống lượng măt trời 4.1.1 Chuẩn bị Tấm thu 35W 4.1.2 Bộ Điều Khiển Sạc NLMT Dual USB Solar Charge Controller LCD 30A 24 4.1.3 Bình Acquy 12V/5Ah dành cho xe đạp điện 4.1.4 Đèn led 4.1.5 Inverter 25 4.2 Sơ đồ mạch để lắp ráp thiết bị Khi hoàn thành việc lắp ráp xong thiết bị vẽ sơ đồ bạn đem đèn trời, đèn xanh sáng lượng, mạch hoạt động kích hoạt thành công Khi đèn load dung lượng sáng đủ báo hiệu bình acquy bạn đủ để dụng thiết bị điện Thơng thưởng với acquy 12V sạc đầy điện áp khoảng 13.8V – 14.4V Khi sử dụng acquy xuống mức 10.5V mạch tự ngắt điện đèn load tắt Nếu acquy bạn có chế độ bảo vệ bạn khơng bị tình trạng xả sâu giúp acquy bề 26 4.3 Tính tốn số lượng W tạo sử dụng: Với thu lượng tầm 35W, trung bình ngày Việt Nam có có nắng gắt ngày : 35W*8giờ = 280W/ngày.Trong bóng đèn tiêu thụ: 15W*1 = 15W Hằng ngày sử dụng giờ: 15W*8giờ = 120W/ngày Chọn acquy 12V/5A: 12V*5A = 168W để “sơ cua”, bạn chọn bình có dòng điện lớn để có thời gian dùng lâu cúp điện vài ngày khơng nắng.Do bạn lắp đặt hệ thống lượng mặt trời đơn giản bạn dùng để chiếu sáng bóng đèn, quạt, wifi, modem để tiết kiệm cách tốt khoảng chi phí hàng tháng số tiền khổng lồ năm bạn Khi dùng điện 12V DC trực tiếp từ acquy điện áp “phẳng” với hiệu suất đạt 100% với an toàn cho việc sử dụng điện cần thiết.Đặc biệt cần thiết cho hệ thống camera, modem, wifi nhu cầu liên quan đến kết nối “an ninh mà bạn không muốn bị ngắt điện đột ngột lý gì” 4.4 Thực hành đo kiểm thực tế: Lúc đầu ta chưa kết nối pin lượng mặt trời vào bình ắcquy 12V/15Ah ( hai bình ắcquy 12V/7.5Ah ghép song song với ) thông qua điều khiển sạc (solar charge controller 30A ) ta đo dung lượng bình ăcquy 12.2V sau ta kết nối phận lại với nhau, ta kết nối bình ăcquy vào điều khiển sạc kết nối pin lượng mặt trời vào sạc đem đem pin nơi có ánh nắng mặt trời sạc khoảng thời gian (từ 9h sáng  15h chiều ) kết thực tế mà ta thu 12.7V, ánh nắng mặt trời yếu không liên tục nên pin lượng mặt trời không hấp thụ nhiều xạ mặt trời để biến đổi nguồn lượng ánh sáng thành điện để dự trữ cho bình ăcquy 4.5 Ưu điểm Tạo nguồn điện mà khơng có tiếng ồn hay khí thải gây hại mơi trường mà thiết bị thấp nơi sử dụng Khơng tốn chí phí đầu tư lớn tốn chi phí đầu tư ban đầu để lắp ráp cách hồn chỉnh Còn góp phần giảm tải cho lưới điện quốc qia nhu cầu điện ngày tăng nhân hay doanh nghiệp vừa nhỏ Giá 1W khoảng 15.000đ – 20.000đ lượng mặt trời thấp Nếu bạn bạn sử dụng quy trình pin sử dụng từ 12 đến 25 năm mà hiệu suất đến 80% Nếu bạn tính tốn 27 chia khoảng tiền cho số sử dụng bạn đem lại đảm bảo cho thiết đáng quan tâm 28 Lời cảm ơn Để luận văn đạt kết tốt đẹp, em nhận hỗ trợ, giúp đỡ thầy Khoa Điện – Điện tử Với tình cảm sâu sắc, chân thành, cho phép em bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tất cá nhân quan tạo điều kiện giúp đỡ trình học tập nghiên cứu đề tài Trước hết em xin gửi tới thầy cô khoa Điện-Điện tử lời chào trân trọng, lời chúc sức khỏe lời cảm ơn sâu sắc Với quan tâm, dạy dỗ, bảo tận tình chu đáo thầy cơ, đến tơi hồn thành đồ án : Thực hành biến đổi lượng mặt trời thành nguồn lượng có điện áp 220VAC tần số 50Hz Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn em hoàn thành tốt đồ án thời gian qua Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn đến lãnh đạo giúp đỡ em suốt trình học tập nghiên cứu đề tài Không thể không nhắc tới đạo giúp đỡ nhiệt tình thầy cô khoa ĐiệnĐiện tử tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt thời gian nghiên cứu đồ án Với điều kiện thời gian kinh nghiệm hạn chế học viên, đồ án khơng thể tránh thiếu sót Tơi mong nhận bảo, đóng góp ý kiến thầy để em có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức mình, phục vụ tốt để thực đồ án Em xin chân thành cảm ơn! 29 ... Ánh sáng mặt trời xạ điện từ gồm đơn vị lượng ánh sáng nhỏ gọi photon Khi photon dạng ánh sáng mặt trời chiếu vào chạm vào điểm tiếp xúc PN vật liệu bán dẫn mặt trời, lượng từ photon biến đánh... pin lượng mặt trời vào sạc đem đem pin nơi có ánh nắng mặt trời sạc khoảng thời gian (từ 9h sáng  15h chiều ) kết thực tế mà ta thu 12.7V, ánh nắng mặt trời yếu không liên tục nên pin lượng mặt. .. ĐIỆN MẶT TRỜI Pin lượng mặt trời 35W Poly (CPP35W Poly) có chức hấp thu ánh nắng từ mặt trời Chuyển đổi quang tạo thành điện năng, cho dòng điện chiều 12V (DC) Trong trường hợp pin mặt trời có