Ứng dụng nguồn năng lượng mặt trời để cấp điện cho hệ thống camera an ninh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT-NÔNG NGHIỆP-CNC BÁO CÁO ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỂ CẤP ĐIỆN CHO HỆ THỐNG CAMERA AN NINH Họ tên GVHD : ThS.Phan Thanh Hoàng Anh Họ tên SV : Đỗ Đức Thiên Lớp : DH16DC Chuyên ngành : Điện Dân Dụng & Công Nghiệp Vũng Tàu, tháng năm 2020 Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh LỜI CÁM ƠN Trên thực tế khơng có thành công mà không gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp người khác Trong suốt thời gian làm đề tài tốt nghiệp, em tìm hiểu, học hỏi nhận nhiều hỗ trợ từ thầy bạn khóa trước Với lịng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Nông Nghiệp Công Nghệ Cao - Trường đại học Bà Rịa Vũng Tàu truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em để chúng em có kiến thức cung cấp cho đề tài tốt nghiệp Qua em xin cảm ơn bạn khóa trước đóng góp ý kiến giúp đỡ bọn em để hồn thành đề tài tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn thầy Ths.Phan Thanh Hoàng Anh tận tâm hướng dẫn chúng em qua buổi học lớp lần nói chuyện với thầy đề tài tốt nghiệp Nếu khơng có lời hướng dẫn, dạy bảo thầy em nghĩ đề tài tốt nghiệp em khó hồn thiện Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy Đề tài tốt nghiệp kết kiến thức lớp, bạn bè với tự tìm tòi mạng qua tài liệu nên kiến thức cịn chưa tổng hợp đầy đủ Vì đề tài khơng thể tránh khỏi thiếu sót, em mong đóng góp ý kiến thầy bạn để đề tài chúng em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! SVTH: Đỗ Đức Thiên Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hồng Anh LỜI NĨI ĐẦU Việt nam xem quốc gia có tiềm lớn lượng mặt trời, đặc biệt vùng miền trung miền nam đất nước, với cường độ xạ mặt trời trung bình khoảng kWh/m2 Trong cường độ xạ mặt trời lại thấp vùng phía Bắc, ước tính khoảng kWh/m2 điều kiện thời tiết với trời nhiều mây mưa phùn vào mùa đông mùa xuân (Tô Quốc Trụ, 2010) Ở Việt nam, xạ mặt trời trung bình 150 kcal/m2 chiếm khoảng 2.000 – 5.000 năm Năng lượng mặt trời Việt nam có sẵn quanh năm, ổn định phân bố rộng rãi vùng miền khác đất nước Đặc biệt, số ngày nắng trung bình tỉnh miền trung miền nam khoảng 300 ngày/năm Năng lượng mặt trời khai thác cho hai nhu cầu sử dụng: sản xuất điện cung cấp nhiệt Có bốn dạng cơng nghệ lượng mặt trời có mặt thị trường Việt nam Đó cơng nghệ lượng mặt trời quy mơ hộ gia đình, quy mơ thương mại sử dụng cho khách sạn, nhà hàng, bệnh viện, quân đội trung tâm dịch vụ, cho làng mạc đèn công cộng, âm thanh, tivi trạm cho sạc pin Việt Nam nói chung tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu nói riêng qua báo chí , phương tiện truyền thơng, internet thấy hệ thống điện lượng mặt trời đời Là sinh viên viện CNTT- Điện- Điện tử trường Đại học Bà Rịa-Vũng Tàu, việc nghiên cứu ứng dụng học vào thực tế sống điều cần thiết vai trị làm chủ cơng nghệ Để góp phần tạo nên tảng ban đầu vững cho việc học tập, tìm hiểu lượng mặt trời, em lựa chọn nghiên cứu tìm hiểu đề tài: “ ỨNG DỤNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỂ CẤP ĐIỆN CHO HỆ THỐNG CAMERA AN NINH ” Trong trình tiến hành khơng thể khơng gặp khó khăn vấp phải, kích thích sinh viên tư để tìm phương án tối ưu, đồng thời chủ động tìm hiểu, nghiên cứu, hỏi người trước có kinh nghiệm thân sinh viên cịn thiếu Tuy nhiên hạn chế kinh nghiệm thực tế thời gian thực nên việc thực đề tài tốt nghiệp khơng thể tránh khỏi thiếu sót Do mong bảo thêm quý thầy đóng góp bạn sinh viên SVTH: Đỗ Đức Thiên Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh MỤC LỤC CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề: 1.2 Phương pháp nghiên cứu: 1.3 Tính cấp thiết đề tài: 1.4 Mục tiêu, nhiệm vụ giới hạn đề tài CHƯƠNG II: TỔNG QUÁT 2.1.Khái niệm : 2.1.1.Điện lượng mặt trời gì? 2.1.2.Pin lượng mặt trời 10 2.2.Ứng dụng: 11 CHƯƠNG III: HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI13 3.1.Tấm pin lượng 13 3.1.1.Cấu tạo 13 3.1.2.Nguyên lý hoạt động pin lượng mặt trời 17 3.2.Bộ chuyển đổi nghịch lưu DC-AC(inverter) 18 3.2.1 Cấu tạo 18 3.2.2.Nguyên lý hoạt động 21 3.3.Đồng hồ đo chiều : 21 3.4.Sơ đồ khối hệ thống 22 3.5.Mô hình thực tế 24 CHƯƠNG IV : TÍNH TỐN PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI25 4.1.Cung cấp cho hệ thống camera tịa nhà chung cư condotel The Sóng 25 4.1.1.Tính toán 25 SVTH: Đỗ Đức Thiên Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hồng Anh 4.1.2.Tính toán acquy 28 4.1.2.Lựa chọn inverter hịa lưới có dự phịng 29 4.1.3.Thi cơng 35 4.2.Ưu điểm 38 4.3.Nhược điểm: 39 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN 41 5.1 Những mặt làm được: 41 5.2 Những hạn chế, tồn tại: 41 5.3 Hướng phát triển đề tài: 41 SVTH: Đỗ Đức Thiên Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề: Ngày điện lượng mặt trời khơng cịn xa xỉ người tiêu dùng Việt Nam Việc Lắp đặt Hệ Thống Điện Năng Lượng Mặt Trời Hòa Lưới Cho Hộ Gia Đình Doanh Nghiệp dần phổ biến Nhu cầu điện lượng mặt trời ngày phổ biến rộng rãi, hỗ trợ cho người dân giảm đáng kể tiền điện tháng Các hệ thống Camera thường tiêu tốn lượng điện lớn thường có mức đầu cao Mục đích để giảm lượng điện phải trả hàng tháng cho hệ thống Camera sinh viên chúng em tìm hiểu, nghiên cứu, chọn chủ đề: “ ỨNG DỤNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỂ CẤP ĐIỆN CHO HỆ THỐNG CAMERA AN NINH ” để xây dựng thiết kế đề tài nghiên cứu khoa học Với kiến thức học tập trường năm học cuối thuộc chuyên ngành điện dân dụng công nghiệp cịn ít, nên chúng em dừng lại việc ứng dụng pin lượng mặt trời để thiết kế hệ thống lượng mặt trời cung cấp cho hệ thống camera đáp ứng khả nghiên cứu sinh viên Kết nghiên cứu từ đề tài tốt nghiệp giúp chúng em có nhiều kinh nghiệm để sau tốt nghiệp chúng em có đủ khả nghiên cứu chế tạo hoàn chỉnh hệ thống điện lượng mặt trời cho nhà đáp ứng sử dụng yêu cầu thi ̣trường với giá thành hợp ̣ lý , chất lượng đảm bảo, phù hợp ̣ với điều kiện sống Việt Nam 1.2 Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu tài liệu qua sách báo lĩnh vực điện lượng mặt trời Nghiên cứu sở lý thuyết để thiết kế hệ thống lượng mặt trời Tìm hiểu nguyên lý hoạt động hệ thống điện lượng mặt trời 1.3 Tính cấp thiết đề tài: Tại nên sử dụng điện mặt trời? SVTH: Đỗ Đức Thiên Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh Nước ta thiên nhiên ưu đãi nằm số nước Đơng Nam Á có giải phân bổ ánh nắng mặt trời nhiều năm đồ xạ mặt trời giới, nên Việt Nam có tiềm lớn điện lượng mặt trời lượng tái tạo nói chung Điện lượng mặt trời đầu tư lần, lợi ích 30 năm Tiết kiệm 100% chi phí điện, đầu tư lần, nâng cao chất lượng sống Tăng giá trị thẩm mỹ cho nhà Hệ thống điện mặt trời hịa lưới tiết kiệm chi phí đầu tư có tuổi thọ 25 năm Tạo thu nhập từ sách mua điện phủ 20 năm Đề tài ứng dụng nguồn điện từ lượng mặt trời để cung cấp cho hệ thống camera an ninh, giảm chi phí điện để cung cấp cho hệ thống hàng nhiều năm, 1.4 Mục tiêu, nhiệm vụ giới hạn đề tài Tìm hiểu hệ thống điện lượng mặt trời Chạy mô hình mơ cho điện lượng mặt trời cung cấp cho hệ thống camera Xây dựng mơ hình điện lượng mặt trời SVTH: Đỗ Đức Thiên Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh CHƯƠNG II: TỔNG QUÁT 2.1.Khái niệm : 2.1.1.Điện lượng mặt trời gì? Điện lượng mặt trời điện tạo từ việc chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện cách sử dụng pin lượng mặt trời từ nhà máy lượng mặt trời dựa nguyên lý hấp thụ ánh để vận hành tạo điện Năng lượng mặt trời, xạ ánh sáng nhiệt từ Mặt trời, khai thác người từ thời cổ đại cách sử dụng loạt công nghệ phát triển hết Bức xạ mặt trời, với tài nguyên thứ cấp lượng mặt trời sức gió sức sóng, sức nước sinh khối, làm thành hầu hết lượng tái tạo có sẵn Trái Đất Chỉ có phần nhỏ lượng mặt trời có sẵn sử dụng Hình 2.1: Điện lượng mặt trời Điện mặt trời nghĩa phát điện dựa động nhiệt pin quang điện Sử dụng lượng mặt trời bị giới hạn khéo léo người Một phần danh sách ứng dụng lượng mặt trời sưởi ấm SVTH: Đỗ Đức Thiên Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hồng Anh khơng gian làm mát thông qua kiến trúc lượng mặt trời, qua chưng cất nước uống khử trùng, chiếu sáng ánh sáng ban ngày, nước nóng lượng mặt trời, nấu ăn lượng mặt trời, trình nhiệt độ cao nhiệt cho cơng 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 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 nhiệt thu để khai thác lượng Kỹ thuật lượng mặt trời thụ động bao gồm định hướng tịa nhà phía Mặt trời, lựa chọn vật liệu có khối lượng nhiệt thuận lợi tài sản ánh sáng phân tán, thiết kế không gian lưu thơng khơng khí tự nhiên Hình 2.2: Mơ hình điện lượng mặt trời dân dụng SVTH: Đỗ Đức Thiên Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh 2.1.2.Pin lượng mặt trời Pin mặt trời, hay gọi tế bào quang điện (PV: Photovoltaic), pin lượng mặt trời thiết bị chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành dòng điện, điện tạo gọi phổ biến điện lượng mặt trời Cơ chế hoạt động thiết bị dựa hiệu ứng quang điện vật lý Hình 2.3: Tấm Pin lượng mặt trời Cường độ dòng điện, hiệu điện điện trở pin mặt trời thay đổi phụ thuộc lượng ánh sáng chiếu lên chúng Tế bào quang điện ghép lại thành khối để trở thành pin mặt trời (thông thường 60 72 tế bào quang điện pin mặt trời) Tế bào quang điện có khả hoạt động ánh sáng mặt trời ánh sáng nhân tạo Chúng dùng cảm biến ánh sáng (ví dụ cảm biến hồng ngoại), phát xạ điện từ gần ngưỡng ánh sáng nhìn thấy đo cường độ ánh sáng Các Pin lượng Mặt trời thiết kế modul thành phần, ghép lại với tạo thành lượng Mặt trời có diện tích lớn, thường đặt tịa nhà nơi chúng có ánh sáng SVTH: Đỗ Đức Thiên 10 Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh 4,2 𝑥 𝑡ấ𝑚 = 29,4 𝑡𝑟𝑖ệ𝑢 Bảo hành pin lượng mặt trời 20 năm 4.1.2.Tính tốn acquy Có phương pháp tính tốn battery: Cách thứ dựa vào lượng điện sản xuất từ pin mặt trời 561 kWh Dung lượng ắc quy phải chứa = 1.5 đến lần lượng điện sản xuất ngày Hiệu suất xả nạp battery khoảng 70 – 80% chia số Wh pin mặt trời sản xuất với 0.7 – 0.8 nhân với 1.5 đến lần ta có Wh battery: 18,72 𝑥2 = 3900 𝐴ℎ 0.8𝑥12 Trường hợp nhu cầu sử dụng chủ yếu ban ngày cần thiết kế lượng ắc quy chứa lượng điện sản xuất từ pin mặt trời Trong hệ solar độc lập sử dụng ngày, để tuổi thọ ắc quy tăng lên (gấp 2, lần thơng thường) khơng nên cho ắc quy xả sâu, nên bảo vệ ắc quy ngưỡng áp 11V (đối với ắc quy 12V) chuyển sang sử dụng điện lưới bù lưới Cách thứ dựa vào tải sử dụng, cụ thể sau: Số lượng battery cần dùng cho hệ solar số lượng battery đủ cung cấp điện cho ngày dự phòng (autonomy day) pin mặt trời khơng sản sinh điện Ta tính dung lượng battery sau: Hiệu suất xả nạp battery khoảng 80% chia số Wh tải tiêu thụ với 0.8 ta có Wh battery: 14,4 = 18 𝑘𝑊ℎ 0.8 SVTH: Đỗ Đức Thiên 28 Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh Với mức deep of discharge DOD (mức xả sâu) 0.6 (hoặc thấp 0.8), ta chia số Wh battery cho 0.8 có dung lượng battery : 𝐷𝑢𝑛𝑔 𝑙ượ𝑛𝑔 𝑎𝑐𝑞𝑢𝑦(𝐴ℎ) = 𝑡ổ𝑛𝑔 𝑊ℎ 𝑡𝑖ê𝑢 𝑡ℎụ 𝑚ỗ𝑖 𝑛𝑔à𝑦 ℎ𝑖ệ𝑢 𝑠𝑢ấ𝑡 𝑎𝑐𝑞𝑢𝑦 𝑥 𝑚ứ𝑐 𝐷𝑂𝐷 𝑥 đ𝑖ệ𝑛 𝑡ℎế 𝑎𝑐𝑞𝑢𝑦 𝐷𝑢𝑛𝑔 𝑙ượ𝑛𝑔 𝑎𝑐𝑞𝑢𝑦 (𝐴ℎ) = 14,4 = 1875 𝐴ℎ 0,8 𝑥 0,8 𝑥 12 Kết cho ta biết dung lượng battery tối thiểu cho hệ solar khơng có dự phịng Khi hệ solar có số ngày dự phịng (autonomy day) ngày ta phải nhân dung lượng battery cho số autonomy-day để có số lượng battery cần cho hệ thống 𝑻ổ𝒏𝒈 𝒅𝒖𝒏𝒈 𝒍ượ𝒏𝒈 𝒂𝒄𝒒𝒖𝒚 𝒅ự 𝒑𝒉ò𝒏𝒈 (𝑨𝒉) = 1875 𝑥 = 3750 𝐴ℎ 4.1.2.Lựa chọn inverter hịa lưới có dự phịng Hệ thống sản xuất điện từ pin lượng mặt trời lưu trữ vào hệ thống Ắc quy – Hệ thống biến đổi nguồn điện lưu trữ từ Ắc quy thành điện 220V AC/50Hz (Off grid) Khi khởi động hệ thống Ắc quy lưu trữ Battery ưu tiên nạp điện từ Pin mặt trời đầy Lúc Grid-Tie Solar Inverter (GTSI) chưa làm việc Khi acquy nạp đầy, Inverter-Solar Charger ngưng nạp hoạt động: Biến đổi điện DC từ Pin mặt trời thành điện AC 220V có điện áp, tần số – pha trùng với điện lưới hòa trực tiếp vào lưới điện.Việc bán điện thông qua đồng hồ W1 SVTH: Đỗ Đức Thiên 29 Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh Khi có điện lưới, điện cho tải thơng thường tải ưu tiên cấp qua đồng hồ điện W2 (điện mua) – ISC lúc chế độ On grid Khi điện lưới, ISC lấy điện DC từ Battery Bank trực tiếp từ Pin mặt trời để biến đổi thành điện AC 220V cung cấp cho tải ưu tiên Đồng thời GTSI ngưng làm việc Như vậy, số tiền mà khách hàng thực trả định kỳ cho nhà đèn tương ứng với số tiêu thụ W2-W1 Đó hiệu mà hệ thống đem lại Tuy nhiên, sử dụng hệ thống cách độc lập tùy theo nhu cầu cụ thể Hoặc sử dụng điện trực tiếp từ Pin mặt trời nạp Ắc quy dự phòng, hòa vào lưới điện để bán điện (khi Việt Nam cho phép hòa vào lưới điện quốc gia nước khác) Với hệ thống hòa vào lưới điện khơng cần đầu tư cho Ắc quy số thiết bị khác, chi phí đầu tư giảm xuống 1/3 Bộ biến tần hịa lưới 3kW tiết kiệm cho hộ gia đình đáng kể với sản lượng hàng tháng dao động từ 372 - 420 kWh Hộ gia đình có lượng điện tiêu thụ hàng ngày 15 kWh lựa chọn phù hợp với inverter hòa lưới 3kW Cần 20 m2 đón nắng để lắp đặt hệ thống lượng mặt trời phù hợp Bộ hòa lưới điện lượng mặt trời (inverter) có lưu trữ SOFAR HYD 5000-ES SVTH: Đỗ Đức Thiên 30 Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hồng Anh Hình 4.2: Bộ hịa lưới (Inverter) có dự trữ Model SOFAR HYD 5000-ES Giá thành 30.950.000 Vnđ Thông Số pin Loại pin Lithium-ion, Lead-Axit Điện Áp pin Danh định 48V Phạm vi điện áp pin 42-58 V Dung Lượng pin 50-4000AH Công suất sạc/xả tối đa 4000W Dòng sạc tối đa 65A (Lập Trình) Dịng xả tối đa 70A (Lập Trình) SVTH: Đỗ Đức Thiên 31 Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh Đường cong nạp (Lithium-ion) BMS Đường cong nạp (Lead-acid) 3-giai đoạn thích ứng với bảo trì Độ xả sâu Lithium-ion: 0-90% DOD điều chỉnhLead-Acid: 050% DOD điều chỉnh Đầu vào DC Tối đa công suất đầu vào 5500W Công suất DC cho MPPT 3000W (160V-520V) Điện áp đầu vào tối đa 600V Điện áp đầu vào khởi động 120V Điện áp đầu vào danh định 360V Phạm vi điện áp Mppt hoạt động 90-580V Phạm vi điện áp DC toàn tải 250V-520V Sơ MPPT Dịng điện áp đầu vào tối đa/mỗi MPPT 12A/12A Dòng ngắn mạch tối đa ngõ vào MPPT 15A/15A Đầu AC (trên lưới) Công Suất định mức 5000W Công Suất Đầu Ra tối đa 5000VA Điện Áp Lưới Điện danh định L/N/PE, 220,230,240 SVTH: Đỗ Đức Thiên 32 Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh Pha hoạt động Duy (L-N-PE) Dòng điện đầu vào/đầu lớn 22.8A Phạm Vi điện áp 180V ~ 276V (Theo tiêu chuẩn địa phương) Phạm vi Tần Số lưới điện 44-55Hz/54-66Hz (Theo tiêu chuẩn địa phương) THD