Mô hình pin mặt trời tự xoay – sun tracking solar panel

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG Đặt vấn đề Với phát triển không ngừng công nghiệp, nhu cầu lượng vấn đề cần thiết hết Sử dụng lượng truyền thống (nhiên liệu hóa thạch) mang theo vấn đề nhiễm môi trường cạn kiệt lượng người khai thác nhiều Sử dụng điện thay lượng hóa thạch dù chấp nhận nguồn lượng thân thiện với môi trường khơng phải lúc Vì điện khơng đến từ nguồn “sạch” điện gió, điện mặt trời mà cịn đến từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch, hay thủy điện gây nguy hại đến môi trường kéo theo vấn đề chặt phá rừng Điện “sạch” điện gió lại phù hợp với nước tiên tiến, phát triển có chi phí lắp đặt ban đầu lớn có nguồn lượng từ gió dồi (khơng phù hợp với quốc gia Việt Nam) Điều dẫn đến cho lựa chọn hứa hẹn, sử dụng lượng mặt trời (hay cịn gọi lượng quang điện) Quang điện biến đổi ánh sáng thành lượng điện, nguồn lượng ánh sáng dồi mà có lượng mặt trời Những tiến khoa học – công nghệ năm gần làm giảm chi phí sản xuất thúc việc sử dụng lượng mặt trời Sơ lược mơ hình Thiết kế mơ hình theo ngun mẫu thu nhỏ hệ thống pin mặt trời tự xoay, hoạt động theo dõi, xoay theo hướng mặt trời với trục động cơ, dựa vào cảm biến ánh sáng Các pin mặt trời nhờ liên tục quay phía mặt trời nên tích trữ nhiều, tối ưu hóa lượng Mơ hình Pin mặt trời tự xoay – sun tracking solar panel CHƯƠNG II TỔNG QUAN VÀ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ Phương pháp thiết kế Phân loại dựa số trục máy: trục đơn (single axis tracker) trục kép (dual axis tracker) Loại máy dùng trục đơn chủ yếu theo dõi hướng mọc – lặn mặt trời (Đông – tây), máy dùng trục kép có khả theo dõi hướng chuyển động mặt trời cách xác Việc theo dõi mặt trời dựa cảm biến ánh sáng, cảm biến đặt pin mặt trời Sự thay đổi điện trở cảm biến (quang trở) tạo nên quay/nghỉ động cơ, phục vụ cho việc theo dõi hướng mặt trời Chúng em chọn mô hình với mạch dùng trục kép, có trục ngang trục dọc theo dõi xác hướng mặt trời Mơ hình pin (dual-axis solar tracker) 1|Page mặt trời tự xoay với trục Mô hình Pin mặt trời tự xoay – sun tracking solar panel 2|Page Mơ hình Pin mặt trời tự xoay – sun tracking solar panel a Sơ đồ khối Mơ hình thiết kế bao gồm phận chính: Cảm biến, mạch nguồn, mạch so sánh điều hịa tín hiệu mạch điều khiến động động b Cảm biến ánh sáng (Quang trở) - Sử dụng quang trở CDS 5537 làm cảm biến ánh sáng - Nguyên lý hoạt động: Quang trở giảm dần điện trở có ánh sáng chiếu vào, tiến dần giá trị cực tiểu cường độ ánh sáng mạnh - Bảng khảo sát giá trị quang trở STT 3|Page Hấp thụ ánh sáng (Ω) 16002 15792 15880 16010 15900 Cường độ ánh sáng mạnh (Ω) 1705 2203 1805 1703 1902 Mơ hình Pin mặt trời tự xoay – sun tracking solar panel 10 11 12 13 14 15 16 15954 16100 15820 32004 30102 31200 32220 33220 33100 32130 33410 2201 1203 1704 4192 5123 6133 4182 4234 4300 4100 5004 c Mạch nguồn Mạch nguồn cấp điện bao gồm nguồn Pin DC 9V cung cấp nguồn lượng cho mạch so sánh điều hịa tín hiệu, điều chỉnh điện áp mạch cầu diode, tụ hóa (Ở sử dụng Module LM 7805) 4|Page Mơ hình Pin mặt trời tự xoay – sun tracking solar panel LM7805 - Là mạch tích hợp ổn áp tuyến tính cố định (mạch nguồn ổn áp), bao gồm: Linh kiện Tụ hóa 470 microFara Tụ hóa 100 microFara Chức Lọc dịng điện (lọc nguồn vào)  Tính toán - C1 = 100 10-6F, theo đề xuất datasheet C2 tính theo cơng thức: Với:     Mạch chỉnh lưu cầu diode (sử dụng diode 1N4007) IC 7805 Vmax = Vin√2 = 12√2 (V) ΔVf = 12√2 – (V) fp = 2×50 = 100 Hz RL = Ohm (ước tính, xấp xỉ)  C2 = 420 10-6 F (xấp xỉ)  Chọn linh kiện C2 = 470 10-6 F Sử dụng diode bán dẫn, có chức nắn chu kỳ, sau vào mạch cầu dịng ổn định, tránh nhiễu, ù IC ổn áp với chân (IGO – input, ground, output), có tác dụng hạ áp dòng điện từ nguồn lớn xuống 5V - Module LM7805 có tác dụng biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp chiều, dòng điện đưa qua mạch chỉnh lưu cầu để chống nhiễu, ù với diode 1N4007 (có độ chỉnh lưu thấp, hiệu điện đầu nhấp nhơ) nên phải sử dụng tụ hóa để lọc dòng điện, dòng điện sau lọc tụ hóa giảm nhấp nhơ ổn định hơn, sau dòng đưa qua IC ổn áp LM7805 để hạ áp (mặc dù dùng 5|Page Mơ hình Pin mặt trời tự xoay – sun tracking solar panel diode Zener có ưu điểm đơn giản, dịng cho ngồi có 20mA), Dịng điện LM7805 thích hợp chạy motor DC, đèn dây tóc, nạp acquy, … d Mạch so sánh điều hịa tín hiệu Schematics Diagram of IC 4558 IC 4558 Để so sánh quang điện trở, ta sử dụng khuếch đại tín hiệu (OP-AMP) IC 4558 (Operational Dual Amplifier) IC 4558 hoạt động với nguyên tắc đưa điện áp đối chiếu để so sánh điện áp quang trở với Mỗi IC 4558 làm nhiệm vụ so sánh quang điện trở + Nếu V1 > V2 => logic (high) + Nếu V1 < V2 => logic (low) IC 4558 có chân, Chân nối vào cực dương, chân nối vào cực âm 6|Page Mô hình Pin mặt trời tự xoay – sun tracking solar panel e Mạch điều khiển động  Động quay: - Vin max: DC 3V-6V V không tải + DC 3V: 150mA 90RPM+-10RPM + DC 6V: 200mA 200RPM+- 10RPM - Dịng khơng tải: 70mA (250mA max)  Module điều khiển động L298N - Để nhận tín hiệu điều khiển động cơ, mơ hình sử dụng module điều khiển động L298N Sơ đồ ảnh mạch điều khiển động – module L298N Thông số kỹ thuật - Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H - Điện áp điều khiển : +5V ~ +12 V - Dòng tối đa cho cầu H :2A - Điện áp tín hiệu điều khiển : +5 V ~ +7 V 7|Page - Dịng tín hiệu điều khiển : ~ 36Ma - Công suất hao phí : 20W (khi nhiệt độ T = 75 °C) - Nhiệt độ bảo quản : -25°C ~ +130 Mơ hình Pin mặt trời tự xoay – sun tracking solar panel Nguyên lý hoạt động: Tín hiệu đưa vào từ Mạch so sánh điều hịa tín hiệu , tới chân IN 1, IN 2, IN3, IN4 nối vào cặp chân tín hiệu (1 chân cao, chân thấp), sau tín hiệu lọc qua tụ , IC ổn áp 78M05, dòng điện đưa đến IC điều khiển động IC L298N lần qua mạch cầu diode (mạch cầu H) để tới đầu OUT 1,2,3,4 + nhau: dừng quay + chênh lệch điện áp: quay (nếu chênh lệch ngược lại quay ngược lại) ENA, ENB: + cắm vào: cung cấp xung PWM (mã hóa thơng điệp thành tín hiệu xung) + Khi rút ra: dùng để điều khiển tốc độ động CHƯƠNG III THIẾT KẾ MẠCH Thiết kế mạch a Thiết kế mạch logic Đ i ề u k i ệ n n h MạchCsốcthànhphần Input OutputTínhiệulogic sáng sánh mạch Từ sơ đồ, phải chọn linh kiện sử dụng cho mạch Để đọc điều kiện ánh sáng môi trường, ta sử dụng quang trở CDS 5537 Quang trở có điện trở tối đa khoảng triệu Ohm, giảm xuống 16k Ohm – 50k Ohm hấp thụ ánh sáng, cường độ ánh sáng mạnh cịn giảm xuống 1k – 5k Ohm Và thực tế quang trở có giá trị nhau, nên phải khảo sát số quang trở định 8|Page Mơ hình Pin mặt trời tự xoay – sun tracking solar panel  IC4558: - Để thu tín hiệu logic, IC 4558 dùng làm thành phần mạch so sánh  Khi “V+” dương “V-” Điện áp Vo đạt giá trị “high” +VCC (= “V-” âm “V+”)  Khi “V-” dương “V+” Điện áp đạt giá trị “low” –VCC (= “V+” âm “V-”) Dựa đặc điểm IC, thiết kế mạch cảm biến ánh sáng: R1, R2 quang trở - Nếu PR1 chiếu sáng PR2, điện áp OPAMP -Vsat - Nếu PR1 chiếu sáng PR2, điện áp OPAMP +Vsat - Nếu PR1 PR2 tối sáng “như nhau” điện áp OPAMP 0V - => động khơng hoạt động ,, , 9|Page Mơ hình Pin mặt trời tự xoay – sun tracking solar panel Tính tốn (trích giảng TS Nguyễn Cảnh Quang): Áp dụng cơng thức, tính tốn điện trở, thiết kế sơ đồ mạch: 10 | P a g e Mơ hình Pin mặt trời tự xoay – sun tracking solar panel  L298N L298 mạch nguyên khối tích hợp Multiwatt PowerSO20 15 đầu Nó trình điều khiển tồn cầu kép điện áp cao, thiết kế để chấp nhận mức logic TTL tiêu chuẩn điều khiển tải cảm ứng rơle, solenoids, DC động bước Hai đầu vào kích hoạt cung cấp để bật tắt thiết bị cách độc lập với tín hiệu đầu vào Mỗi cầu kết nối với thiết bị đầu cuối bên tương ứng sử dụng để kết nối với điện trở cảm biến bên Một đầu vào cung cấp bổ sung cung cấp để tín hiệu logic hoạt động điện áp thấp 11 | P a g e Mơ hình Pin mặt trời tự xoay – sun tracking solar panel  Kết nối DC motor với Module L298N Điệnápra mạchso sánh Điệnápra củamạchso sánh L298N IN1 IN2 ENA DCMotor IN3 IN4 ENB DCMotor L298N Sơ đồ khối, kết nối động DC với Module L298N 12 | P a g e Mô hình Pin mặt trời tự xoay – sun tracking solar panel Cuối sơ đồ thiết kế mạch hoàn chỉnh - điện trở có giá trị 1k2 thêm vào với chức chống nhiễu 13 | P a g e Mơ hình Pin mặt trời tự xoay – sun tracking solar panel CHƯƠNG IV KẾT LUẬN, HẠN CHẾ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết quả: - Lắp mạch theo sơ đồ với linh kiện nêu - Mạch chạy được, cảm biến ánh sáng có hoạt động 14 | P a g e Mơ hình Pin mặt trời tự xoay – sun tracking solar panel Hạn chế đề tài: - Do mô hình dựa theo ngun mẫu nên khơng tránh khỏi mặt hạn chế Sau hạn chế chưa khắc phục: + Chưa lắp ráp mạch in (PCB), dùng mạch mô chưa đủ kinh nghiệm, kiến thức vật liệu, chi phí,… dẫn đến việc mơ hình chưa hồn chỉnh + Mơ hình chưa thật “nhạy” ổn định sai số q trình tính tốn chọn linh kiện, có linh kiện không phù hợp phải thay linh kiện khác có giá trị tương đối + Nguồn cấp cho hệ thống sử dụng Pin AA (thực tế: Sử dụng lượng mặt trời từ pin mặt trời lấy trực tiếp từ hệ thống) 15 | P a g e Mơ hình Pin mặt trời tự xoay – sun tracking solar panel Hướng phát triển đề tài: - Đây mơ hình ngun mẫu hệ thống ứng dụng quốc gia có ngành cơng nghiệp pin mặt trời phát triển - Khi có đủ kiến thức kinh nghiệm thiết kế, mô hình có tiềm phát triển với giá thành rẻ thiết bị có Phụ lục: Một số mơ hình ảnh pin mặt trời tự xoay ứng dụng 16 | P a g e Mơ hình Pin mặt trời tự xoay – sun tracking solar panel 17 | P a g e Mơ hình Pin mặt trời tự xoay – sun tracking solar panel Phụ lục: Bảng phân chia công việc ST T Tên đầu mục Thực Tìm hiểu, thiết kế mạch nguồn Tìm hiểu cảm biến ánh sáng Tìm hiểu mạch điều khiển động Tìm hiểu mạch so sánh điều hịa tín hiệu Tính tốn thiết kế mạch Lập sơ đồ khối, vẽ sơ đồ mạch hoàn chỉnh Mua linh kiện Lắp ráp mạch 10 Thiết kế slide Thực báo cáo Trần Anh Dũng Đặng Quốc Dũng Tạ Hữu Quang Duy Nguyễn Thế Sỹ Trần Anh Dũng, Nguyễn Thế Sỹ Trần Anh Dũng Trần Anh Dũng, Tạ Hữu Quang Duy Trần Anh Dũng, Đặng Quốc Dũng Trần Anh Dũng Trần Anh Dũng, Đặng Quốc Dũng, Nguyễn Thế Sỹ, Tạ Hữu Quang Duy 18 | P a g e Mơ hình Pin mặt trời tự xoay – sun tracking solar panel Phụ lục: Phần mềm sử dụng - Altium Designer - Adobe Photoshop CS7 - Microsoft Word - Microsoft Power Point Presentation Phụ lục: Tài liệu tham khảo - ALLDATASHEET.COM - Bài giảng TS Nguyễn Cảnh Quang 19 | P a g e ... mặt trời tự xoay ứng dụng 16 | P a g e Mô hình Pin mặt trời tự xoay – sun tracking solar panel 17 | P a g e Mơ hình Pin mặt trời tự xoay – sun tracking solar panel Phụ lục: Bảng phân chia công việc... trời tự xoay với trục Mơ hình Pin mặt trời tự xoay – sun tracking solar panel 2|Page Mơ hình Pin mặt trời tự xoay – sun tracking solar panel a Sơ đồ khối Mơ hình thiết kế bao gồm phận chính: Cảm... Mơ hình Pin mặt trời tự xoay – sun tracking solar panel Cuối sơ đồ thiết kế mạch hồn chỉnh - điện trở có giá trị 1k2 thêm vào với chức chống nhiễu 13 | P a g e Mơ hình Pin mặt trời tự xoay – sun