Thiết kế bộ điều khiển hướng cho tấm pin mặt trời

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ĐỖ QUANG CHIẾN TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐỖ QUANG CHIẾN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA C C THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN HƢỚNG R L T CHO TẤM PIN MẶT TRỜI DU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA KHÓA K37 Đà Nẵng – Năm 2020 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐỖ QUANG CHIẾN THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN HƢỚNG C C CHO TẤM PIN MẶT TRỜI R L T DU Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Mã số: 8520216 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN LÊ HÒA Đà Nẵng – Năm 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn ký ghi rõ họ tên Đỗ Quang Chiến C C DU R L T TÓM TẮT THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN HƢỚNG CHO TẤM PIN MẶT TRỜI Học viên: Đỗ Quang Chiến Chuyên ngành: Tự động hóa Mã số: 8522016 Khóa: 37 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt – Điện mặt trời nguồn lượng tiềm sử dụng Việt Nam Tuy nhiên hầu hết hệ thống pin lượng mặt trời lắp đặt cố định mặt trời di chuyển ngày dẫn đến lãng phí khai thác khơng hiệu nguồn lượng Đề tài “Thiết kế điều khiển hướng cho pin mặt trời” tiến hành thiết kế hệ thống điều khiển hướng cho pin mặt trời sử dụng động điện chiều theo trục với góc quay trục tính từ ngày, vĩ độ Hệ thống điều khiển hướng sử dụng vòng điều khiển dòng điện (momen), tốc độ vị trí để điều khiển góc quay trục theo góc đặt Kết mơ cho thấy hệ thống có khả điều khiển góc quay trục theo yêu cầu với sai số nhỏ độ xác cao giúp cho hệ thống lượng mặt trời bám theo tốt mặt trời thời điểm ngày C C R L T Từ khóa – điện mặt trời ; điều khiển hướng ; động điện chiều ;pin mặt trời ; mạch vòng điều khiển DU DESIGNING DIRECTION CONTROL SYSTEM FOR SOLAR PANNEL Abstract - Solar power is a potential energy source being used in Vietnam today However, most solar battery systems are permanently installed while the sun is always moving during the day, leading to waste and ineffective exploitation of this energy source The project "Designing direction control system for solar pannel" proceeds to design direction control system for solar panels using a 2-axis DC motor with the rotation angle of each axis calculated from date, time and latitude The directional control system uses control rings of current (torque), speed and position to control the rotation angle of each axis according to the set angle The simulation results show that the system was able to control the rotation angle of each axis as required with small errors and high accuracy, helping the solar system to always follow the sun well at times during the day Key words – Solar power ; direction control ; DC motor; solar pannel; rings of control MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN TÓM TẮT MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI 1.1 Tổng quan lượng mặt trời C C 1.2 Tổng quan việc sử dụng lượng mặt trời giới Việt Nam .3 R L T 1.2.1 Tình hình sử dụng lượng mặt trời giới .4 1.2.2 Tình hình việc sử dụng lượng mặt trời Việt Nam 1.3 Cấu trúc hệ thống điện lượng mặt trời DU 1.3.1 Nguyên lý hoạt động hệ thống điện lượng mặt trời 1.3.2 Các thành phần hệ thống lượng mặt trời 1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến công suất pin lượng mặt trời 15 1.5 Kết luận .15 CHƢƠNG 2: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN HƢỚNG CHO MODULE PIN NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI 16 2.1 Phân tích lý phải điều khiển hướng cho pin lượng mặt trời 16 2.2 Các phương pháp định vị vị trí mặt trời 19 2.2.1 Định vị mặt trời chủ động .19 2.2.2 Định vị mặt trời thụ động .22 2.2.3 Định vị mặt trời bán thụ động .24 2.2.4 Định vị mặt trời thủ công 25 2.2.5 Định vị mặt trời theo thời gian .26 2.3 Tổng quan phương pháp điều khiển hướng cho pin lượng mặt trời 26 2.4 Kết luận .30 CHƢƠNG 3: MÔ HÌNH TỐN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN HƢỚNG CHO PIN MẶT TRỜI 31 3.1 Phân tích yêu cầu toán điều khiển 31 3.2 Lựa chọn thành phần hệ thống điều khiển .33 3.3 Xây dựng mơ hình tốn cho thành phần hệ thống điều khiển 35 3.3.1 Động DC 35 3.3.2 Bộ biến đổi pha có điều khiển 37 3.3.3 Các cảm biến 41 3.4 Kết luận .41 CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU HƢỚNG 42 4.1 Phương pháp xác định góc quay trục 42 4.2 Thiết kế hệ thống điều hướng cho trục 45 4.3 Kết luận .48 CHƢƠNG 5: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 49 C C 5.1 Các tham số mô hệ thống 49 R L T 5.2 Tiến hành mô hệ thống 49 5.3 Kết mô 57 DU 5.4 Kết luận .60 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT NLMT: Năng lượng mặt trời MCCB: Bộ ngắt mạch dạng khối LDR : Điện trở phụ thuộc ánh sáng AC: Điện xoay chiều DC: Điện chiều IRENA: Trung tâm lượng tái tạo toàn cầu SIPV: Hệ thống lượng mặt trời hịa lưới thơng minh RE100: Dự án sử dụng lượng tái tạo 100% từ đến 2025 C C DU R L T DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Các giá trị n tương ứng với ngày tháng 43 Bảng Giá trị góc tính tốn thời điểm 6h,12h,18h ngày 10 tháng Gia Lai 51 Bảng Bảng so sánh góc nghiêng mong muốn đáp ứng thời điểm t = 6h,12h,18h 58 Bảng Bảng so sánh góc phương vị mong muốn đáp ứng thời điểm t = 6h,12h,18h 59 C C DU R L T DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1 Sự xạ lượng mặt trời đến Trái Đất Hình Tổng dung lượng lượng mặt trời lắp đặt[16] Hình Đồ thị xạ mặt trời số nắng trung bình/ngày đại diện vùng Việt Nam [17] Hình Tổng công suất mặt trời lắp đặt Việt Nam [16] Hình Cấu trúc hệ thống điện mặt trời [7] Hình Tấm pin Poly (trái) pin Mono (phải) [8] Hình Sơ đồ inverter nối lưới (trái) inverter lai ghép (phải) [8] Hình Sơ đồ hệ thống inverter tương tác lưới [8] 10 Hình Central Inverter (trái) cấu trúc bên Central Inverter (phải) [8] 11 Hình 10 Sơ đồ String Inverter (trái) Micro Inverter kết hợp Power Optimizer (phải) [8] 11 Hình 11 Aptomat DC/AC từ trái sang phải hãng Schneider, Noark, FEEO, SUNTREE 12 Hình 12 Chống sét lan truyền DC/AC từ trái sang phải hãng Schneider, Phonix, Mersen, Noark 13 Hình 13 Hộp tủ điện AC phân phối (trái), Hộp đấu nối (giữa) , Bộ cách li DC (phải) 13 Hình 14 Cáp điện DC (trái) cáp điện AC (phải) 14 Hình 15 Các loại cơng tơ điện thường sử dụng 14 Hình Bản đồ xạ mặt trời Việt Nam [11] 17 Hình 2 Quỹ đạo mặt trời ỏ Đà Nẵng [12] 18 Hình Quỹ đạo mặt trời Gia Lai [12] 19 Hình Bộ dị vị trí mặt trời hệ thống Định vị mặt trời chủ động [4] 20 Hình Sơ đồ mạch điện dò (a) giá trị dị tương ứng với vị trí khác mặt trời (b) [4] 21 Hình Sơ đồ hệ thống định vị mặt trời chủ động theo phương (a) góc mặt trời so với pin (b) [4] 21 Hình Sơ đồ thành phần hệ thống định vị mặt trời chủ động (trái) việc lắp đặt quang trở hệ thống (phải) [4] 21 Hình Sơ đồ hệ thống Định vị mặt trời thụ động khơng có tải định vị (a) có tải định vị (b) [4] 23 Hình Các thành phần hệ thống định vị : a Đế b.Khung c.Giá đỡ d.Tấm pin [4] 23 Hình 10 Thiết kế Định vị mặt trời thụ động (trái) hoạt động định vị mặt trời thụ động mặt trời (phải) [4] 24 Hình 11 Sơ đồ hệ thống Định vị mặt trời bán thụ động [4] 24 C C DU R L T Hình 12 Thuật tốn định vị Định vị mặt trời thủ công (trái) Định vị mặt trời chủ động (phải) [4] 25 Hình 13 Định vị mặt trời theo thời gian xoay pin thời điểm buối sáng (a), trưa (b) chiều (c) [4] 26 Hình 14 Sơ đồ hệ thống điều khiển hướng cho pin mặt trời [1] 27 Hình 15 Mơ hình tốn học hệ thống điều khiển hướng cho pin mặt trời [1] 27 Hình 16 Đáp ứng hệ thống tín hiệu vào khơng có nhiễu (trái) có nhiễu (phải) [1] 28 Hình 17 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển hướng [5] 28 Hình 18 Thuật tốn điều khiển hướng cho pin mặt trời [5] 29 Hình 19 Kết so sánh hệ thống mặt trời cố định có điều hướng [5] 29 Hình Cấu trúc hệ thống điều hướng cho pin mặt trời [9] 32 Hình Các cảm biến quang gắn vng góc bề mặt pin [9] 33 Hình 3 Các thành phần động Servo [15] 34 Hình Dùng IC 555 để điều khiển servo [15] 35 Hình Mạch điện tương đương phần ứng động DC [6] 35 Hình Sơ đồ khối động chiều 37 Hình Bộ chỉnh lưu pha có điều khiển [6] 37 Hình Dạng sóng điện áp dòng điện mạch chỉnh lưu pha có điều khiển [6] 38 Hình Sự đảo ngược biến đổi pha [6] 39 Hình 10 Đặc tính chuyển đổi chỉnh lưu pha có điều khiển 39 Hình Quỹ đạo trái đất quay xung quanh mặt trời [7] 42 Hình Vị trí mặt trời thời điểm năm [7] 42 Hình Góc thu trưa [7] 43 Hình 4 Góc cao độ trục Zenith [7] 44 Hình Góc cao độ góc phương vị [7] 44 Hình Sơ đồ tổng quát điều khiển động [6] 45 Hình Sơ đồ cấu trúc mạch vòng hệ thống điều khiển động 46 Hình Mơ hình động điện DC xét = 46 Hình Các bước thu gọn động DC 47 Hình 10 Sơ đồ hệ thống điều khiển động DC 47 Hình Hệ thống mơ Matlab Simulink 49 Hình Mơ hình phần tính góc xoay trục theo ngày, vĩ độ Matlab Simulink 52 Hình Mơ hình hệ thống điều khiển động DC sử dụng mạch vòng Matlab Simulink 52 Hình Vịng điều khiển dịng Matlab Simulink 52 Hình 5 Đáp ứng hệ thống dao động điều hòa K = Kgh = 125014849 53 C C DU R L T 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]Rahul Garg “Stability analysis of solar tracking system through conventional controler ” , 8.2013 [2]Sandeep D.Hanwate and Yogesh V.Hote “Design of PID controller for sun tracker system using QRAWCP approach” 8.2017 [3]Lý Chiến Thắng “Nghiêng cứu, thiết kế hệ thống tự động thích ứng với vị trí mặt trời nhằm nâng cao hiệu sử dụng thiết bị dùng lượng mặt trời” Viện Năng lượng, Bộ Công Thương, 2013 [4]A.Z.Hafez, A.M Yousef, N.M.Harag, “Solar tracking systems: Technologies and trackers drive types – A review” [5]Asmarashid Ponniran, Handy Ali Munir, “A design of single axis sun tracking system” [6] R.Krishnan, “ELECTRIC MOTOR DRIVES Modeling, Analysis, and Control”, Virginia Tech, Blacksburg, VA [7] Thạc sĩ Trần Công Binh, “Bài giảng Năng lượng tái tạo”, Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, 8/2013 [8] Trung tâm sản xuất thiết bị đo điện tử Điện lực Miền Trung, “Hướng dẫn Quy trình vận hành, bảo dưỡng bảo trì hệ thống điện mặt trời”, EVNCPC EMEC [9] University POLITEHNICA of Bucharest, Romania ,”Design and Implementation of a Solar-Tracking Algorithm”, Iulia Stamatescu, Ioana Fagarasan, Grigore Stamatescu, Nicoleta Arghira, Sergiu Stelian Iliescu [10] htsolarxanh.com [11] givasolar.com.vn [12] suncalc.org [13] datasheet.octopart.com [14] www.sunrom.com [15] "Động Servo", Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh, Chương trình PFIEV [16] www.irena.org [17] Global market outlook for photovoltaics until 2016, EPIA, 2012 C C DU R L T C C U D R L T C C U D R L T C C U D R L T C C U D R L T C C U D R L T C C U D R L T C C U D R L T C C U D R L T C C U D R L T C C U D R L T C C U D R L T C C U D R L T C C U D R L T C C U D R L T ... điều khiển hướng cho pin mặt trời Để điều khiển pin mặt trời bám theo mặt trời cách xác ta tiến hành điều khiển hướng cho pin mặt trời theo phương bắc nam đơng tây pin mặt trời bám theo mặt trời. .. điều khiển pin theo hướng mặt trời Chương 3: Mơ hình tốn hệ thống điều khiển hướng cho pin lượng mặt trời: Sử dụng hai động chiều để điều khiển pin mặt trời để điều khiển pin thay đổi hướng pin. .. mặt trời đến pin lớn nên công suất mặt trời tạo lớn Để làm điều đòi hỏi phải điều khiển hướng tốt cho pin bám theo mặt trời cách ổn định xác Việc điều khiển hướng cho pin mặt trời cần thiết, có