Tính toán thiết kế xây dựng mô hình nhà kính thông minh sử dụng năng lượng mặt trời

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN THỊ KHÁNH HỒNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ, XÂY DỰNG MƠ HÌNH NHÀ KÍNH THƠNG MINH SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN THỊ KHÁNH HỒNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ, XÂY DỰNG MƠ HÌNH NHÀ KÍNH THƠNG MINH SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số : 60 52 02 02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS LƢU NGỌC AN Đà Nẵng - Năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nghiên cứu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Trần Thị Khánh Hồng TRANG TĨM TẮT THƠNG TIN TIẾNG ANH TÍNH TỐN THIẾT KẾ, XÂY DỰNG MƠ HÌNH NHÀ KÍNH THƠNG MINH SỬ DỤNG HỆ THỐNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI Học viên: Trần Thị Khánh Hoàng Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60520202 Khóa: K33 Nha Trang Trường Đại học Bách khoa-ĐHĐN Tóm tắt - Hiện nhu cầu s dụng n ng lượng người ng y c ng t ng l n ng lượng điện Con người cần n ng lượng điện đ phục vụ cho nhu cầu đời sống sinh hoạt sản xuất T nh ng nhu cầu đ n giản chiếu s ng sinh hoạt c c d y chuyền sản xuất đại Trong đ c c nguồn nhi n liệu truyền thống đứng trước nguy c thiếu hụt n ng lượng Ngo i c c dạng n ng lượng n y g y nhi m m i trường xung quanh v l m t ng hiệu ứng nh k nh N ng lượng tái tạo đ c n ng lượng mặt trời nghiên cứu ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực đem lại nh ng lợi ích vô to lớn Xu hướng sản xuất nông nghiệp công nghệ cao nước giới tr n đ ph t tri n mạnh Thiết kế, xây dựng mơ hình nhà kính thơng minh giải ph p t ng cường n ng cao đa dạng hóa mơ hình hệ thống dây chuyền sản xuất nông nghiệp công nghệ cao phục vụ trình học tập học sinh – sinh viên c c trường dạy nghề với môn học PLC c PLC n ng cao Điều n tự động Tự động hóa, Cơng nghệ sinh học, Kỹ thuật trồng rau hoa công nghệ cao, Với nh ng lợi ích to lớn, đề tài nhằm thiết kế, xây dựng mơ hình nhà kính thơng minh với hệ thống điều n giám sát thu thập d liệu SCADA cho dây chuyền sản xuất nông nghiệp công nghệ cao s dụng n ng lượng mặt trời theo xu hướng đại hóa phù hợp h n với thực ti n ngày Từ khóa – Nh k nh th ng minh; Hệ thống n ng lượng mặt trời; N ng lượng t i tạo; Lưu tr pin CALCULATING THE DESIGN AND BUILDING SMART HOUSE MODEL USING THE SUN ENERGY SYSTEM Summary - Currently the demand for human energy is increasing electrical energy People need electric energy to serve the needs of livelihood, production From the simple needs such as lighting work until the modern production line Meanwhile the traditional fuel sources stood before the risk of energy shortage Besides this form of energy pollute the surrounding environment and increase greenhouse Renewable energy including solar energy is being studied and widely used in many areas that bring the benefits enormous Trends in agricultural production and clean tech in the country and the world is on track to thrive Design, modeling greenhouse intelligent solution to strengthen, enhance and diversify the system model production line agricultural high technology and clean serving the learning process of students - students Teachers of vocational schools with the basic PLC courses, Advanced PLC, Automatic Control and Automation, Biotechnology, Engineering high-tech growing vegetables and flowers, With these great benefits, subject to design, build models of greenhouse intelligent control system monitoring and data acquisition SCADA for production lines of agricultural high technology and clean energy use solar modernization trend more in line with today's reality Keywords - smart greenhouses; Solar system; Recycled energy; Stored in the battery MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN TRANG TĨM TẮT THƠNG TIN TIẾNG ANH MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phư ng ph p nghi n cứu Ý nghĩa khoa học thực ti n đề tài Bố cục đề tài CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHÀ KÍNH THƠNG MINH VÀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1.1 Tổng quan hệ thống nhà kính thơng minh 1.1.1 Kết cấu khí – điện – nước nhà kính 1.1.2 Hệ thống điều khiển nhà kính thơng minh 1.2 Tổng quan n ng lượng mặt trời ứng dụng n ng lượng mặt trời 1.2.1 Nguồn lượng mặt trời 1.2.1.1 Bức xạ mặt trời 1.2.1.2 Nguồn gốc n ng lượng mặt trời 1.2.2 Tổng quan công nghệ khai thác sử dụng lượng mặt trời 1.2.2.1 Qu tr nh ph t tri n v tri n khai ứng dụng n ng lượng mặt trời 1.2.2.2 Tình hình ứng dụng n ng lượng mặt trời giới CHƯƠNG - HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ GIỚI THIỆU TỔNG QUAN MƠ HÌNH NHÀ KÍNH THƠNG MINH KẾT HỢP VỚI HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 13 2.1 Hệ thống pin n ng lượng mặt trời 13 2.1.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động pin mặt trời 13 2.1.1.1 Cấu tạo pin mặt trời 13 2.1.1.2 Nguyên lý hoạt động pin mặt trời 14 2.1.1.3 Đặc tính làm việc pin mặt trời 16 2.1.1.4 Dàn pin mặt trời 19 2.1.2 Ắc quy (Hệ thống dự trữ điện năng) 22 2.1.2.1 Cấu tạo ắc quy 22 2.1.2.2 C c phư ng ph p ph ng v nạp ắc quy 23 2.1.2.3 Các chế độ vận hành ắc quy 23 2.1.3 Hệ thống điều phối điện mặt trời 24 2.1.3.1 Bộ điều n sạc 24 2.1.3.2 Bộ nghịch lưu 25 2.1.4 Các mơ hình hệ thống pin mặt trời 26 2.1.4.1 Vận h nh độc lập với lưới (Off Grid) 26 2.1.4.2 Vận hành ki u lai (Hybrid) 26 2.1.4.3 Vận hành kết nối với lưới điện (grid tie) 26 2.2 Giới thiệu tổng quan mô hình nhà kính thơng minh kết hợp với n ng lượng mặt trời 27 2.2.1 Thiết kế, lắp đặt phần cứng cho mơ hình nhà kính 28 2.2.1.1 Khung b n đ mơ hình 28 2.2.1.2 Khung mơ hình nhà kính thông minh 28 2.2.1.3.Mơ hình nhà kính thơng minh 29 2.2.2 Mô tả yêu cầu công nghệ 29 2.3 Kết luận 30 CHƯƠNG – TÍNH TỐN THIẾT KẾ, XÂY DỰNG MƠ HÌNH NHÀ KÍNH THƠNG MINH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 31 3.1 Tính tốn, lựa chọn đặc tính kỹ thuật thiết bị mơ hình nhà kính thơng minh, khảo sát tiềm n ng điện mặt trời Khánh Hòa xây dựng hệ thống pin mặt trời cấp điện cho mơ hình nhà kính 31 3.1.1 Thiết bị mơ hình nhà kính thông minh: 31 3.1.1.1 Tủ điều n 31 3.1.1.2 Các cảm biến v c cấu chấp hành 32 3.1.1.3 Hệ thống n ng lượng mặt trời 36 3.1.2 Tiềm điện mặt trời Khánh Hòa 37 3.1.3 Xây dựng hệ thống pin mặt trời cấp điện cho mơ hình nhà kính 40 3.1.3.1 C sở tính tốn thơng số nhà kính 40 3.1.3.2 Chọn loại pin mặt trời lựa chọn thông số cụ th hệ thống pin n ng lượng mặt trời 42 3.2 Xây dựng thuật tốn – Lập trình PLC cho mơ hình 45 3.2.1 Xây dựng thuật toán 45 3.2.2 Lập trình PLC 50 3.2.2.1 Quy ước c c địa vào/ module PLC 50 3.2.2.2 Viết chư ng tr nh điều n hệ thống 52 3.3 Xây dựng giao diện scada kết nối với máy tính – điện thoại thông minh 52 3.3.1 Yêu cầu công nghệ 52 3.3.2 Thiết lập thuộc tính cho đối tượng 52 3.3.3 Kết nối máy tính – điện thoại thơng minh 55 3.4 Lập trình phần mềm thu thập – điều n giám sát mơ hình nhà kính thơng minh s dụng n ng lượng mặt trời tr n m y t nh v điện thoại thông minh (smartphone) 57 3.4.1 Thiết lập cho HMI PC Access 57 3.4.1.1 Thiết lập hình cho HMI 57 3.4.1.2 Thiết lập PC Access 61 3.4.2 Lập trình cho PLC 61 3.4.3 Lập trình cho WinCC 61 3.4.4 Lập trình cho Smart Phone 61 3.5 Kết luận 61 Chư ng - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62 4.1 Các vấn đề thực luận v n 62 4.2 Hướng mở rộng đề tài 62 4.3 Kiến nghị 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (BẢN SAO) BẢN SAO CÁC KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM, NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Giải thích PLC Programmable Logic Controller SCADA Supervisory Control And Data Acquisition HMI Human Machine Interface WinCC Windows Control Center OPC OLE for Process Control DCS Distributed Control System AC/DC Alternating Current/Direct Current TD 200 Text Display 200 LCS Local Control Unit PS Process Station OS Operator Station ES Engineering Station I/O Input/Output CPU Central Processing Unit ECC Error Chechking and Correcting PROFIBUS-DP Process Field Bus – Decentralised Peripherals PROFIBUS-PA Process Field Bus – Process Automation PROFIBUS-FMS Process Field Bus – Field bus Message Specification AS-I Actuato Sensor Interface TCP/IP Transmission Control Protocol /Internet Protocol DDE Dynamic Data Exchange OLE Object Linking and Embedding ODBC Open Data Base Connection FBD Function Block Diagram CFC Continuous Function Chart SFC Sequential Function Chart CAD/CAM Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing MES Manufacturing Execution System CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect VAC Voltage Alternating Current VDC Voltage Direct Current NO Normal Open ASCII American Standard Code for Information Interchange API Application Programming Interface RTU Remote Terminal Unit CSP Concentrated Solar Power PV Photovoltaic effect FIT Feed - intariff STC Standard Test Condition NLMT N ng lượng mặt trời BXMT Bức xạ mặt trời ... kính thông minh thành phần c nhà kính thơng minh + Tính chọn thơng số c bản, xây dựng mơ hình nhà kính thơng minh Theo đ c ng suất hệ thống pin n ng lượng mặt trời lắp đặt là: 27,76 [kWp] + Xây. .. nhà kính thơng minh 28 2.2.1.3.Mơ hình nhà kính thông minh 29 2.2.2 Mô tả yêu cầu công nghệ 29 2.3 Kết luận 30 CHƯƠNG – TÍNH TỐN THIẾT KẾ, XÂY DỰNG MƠ HÌNH... NHÀ KÍNH THƠNG MINH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 31 3.1 Tính tốn, lựa chọn đặc tính kỹ thuật thiết bị mơ hình nhà kính thông minh, khảo sát tiềm n ng điện mặt trời Khánh Hòa xây dựng hệ thống