NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP PHỐI HỢP NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ ĐIỆN LƯỚI TRONG SINH HOẠT

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -  - NGÔ THỊ ÁNH TUYẾT NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP PHỐI HỢP NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ ĐIỆN LƯỚI TRONG SINH HOẠT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Đà Nẵng, 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - NGÔ THỊ ÁNH TUYẾT NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP PHỐI HỢP NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ ĐIỆN LƯỚI TRONG SINH HOẠT Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử Mã số : 8520203 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS BÙI THỊ MINH TÚ Đà Nẵng – Năm 2019 NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP PHỐI HỢP NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ ĐIỆN LƯỚI TRONG SINH HOẠT Học viên: Ngô Thị Ánh Tuyết Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 8520203 Khóa: 35 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt – Thế giới tiến xa việc sử dụng lượng tái tạo, đặc biệt lượng mặt trời Công nghệ lượng tái tạo sách phủ khuyến khích sử dụng nguồn lượng để đảm bảo phát triển bền vững yếu tố thúc đẩy việc áp dụng lượng tái tạo Trong quy mô nhỏ, nguồn lượng tái tạo thường độc lập, có nghĩa nguồn lượng sử dụng cô lập [12, 13] Điều dẫn đến người khó khăn riêng nguồn lượng đáp ứng nhu cầu người dùng Trong đề tài đề xuất giải pháp kết hợp lượng mặt trời với điện Hệ thống đề xuất đo lường nguồn cung cấp lượng sử dụng lượng theo thời gian thực để xác định xem có cần thêm nguồn điện hay khơng đáp ứng yêu cầu cách sử dụng nguồn điện từ lưới điện Trong trường hợp lượng mặt trời vượt yêu cầu, lượng vượt lưu trữ hệ thống lưu trữ lượng riêng biệt Hệ thống đề xuất hoàn toàn tự động cung cấp lượng đáng tin cậy cho việc sử dụng bình thường Ngồi ra, hệ thống giám sát sử dụng để theo dõi thay đổi nguồn cung cấp lượng mặt trời để sửa đổi hệ thống tự chế cần thiết Từ khóa – lượng mặt trời; lượng tái tạo; hệ thống lượng thông minh; điện lưới; IoT RESEARCH SOLUTIONS FOR SOLAR AND ELECTRIC NETWORKING IN ACTIVITIES Abstract -The world is moving far away from using renewable energy, especially solar power Renewable energy technologies and government policies that encourage the use of these sources of energy to ensure sustainable development are key factors driving adoption of renewable energy In the small-scale, renewable energy sourcesare often independent, meaning that energy sources are used in isolation [12, 13] This leads to the difficulty forusers when the each of the energy sources alone cannot meet the demand of the user In this topic proposed a solution that can combine solar power with electricity The proposed system measures the solar power supply and the power usage on real-time to determine if additional power is required and can fulfills that requirement by using power from electricity grid In case of solar energy exceeds the requirement, the exceeded energy can be stored in separated energy storage system The proposed system is fully automatic and can provide reliable power for the normal usage In addition, a monitoring system is used to keep track of the variation of solar power supply so that system modification bemade if needed Key words–solar energy; renewable energy; smart energy system; electricity grid; internet of things iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i TÓM TẮT ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH vii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1.1 Tổng quan lượng mặt trời 1.1.1 Đặt vấn đề .4 1.1.2 Quy hoạch cấu nguồn điện Việt Nam 1.1.3 Tiềm năng lượng tái tạo Việt Nam 1.2 Mơ hình hệ thống lượng mặt trời .8 1.2.1 Hệ thống Điện mặt trời hòa lưới .8 1.2.2 Hệ thống Điện mặt trời độc lập .9 1.2.3 Hệ thống Điện mặt trời Hybrid .10 1.3 Ứng dụng IoT giám sát hệ thống lượng mặt trời 11 1.4 Kết luận chương .12 CHƯƠNG TIỀM NĂNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜIỞ MIỀN TRUNG VIỆT NAM 14 2.1 Cường độ xạ lượng mặt trời theo khu vực Việt Nam 15 2.2 Khai thác lượng mặt trời Đà Nẵng 17 2.3 Kết luận chương .18 CHƯƠNG MƠ HÌNH PHỐI HỢP NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG TRUYỀN THỐNG 19 3.1 Phân tích thực tế nhu cầu tiêu thụ lượng sinh hoạt 19 3.2 Đề xuất mơ hình phối hợp lượng mặt trời điện lưới 20 3.3 Kết luận chương .23 iv CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG PHỐI HỢP 24 4.1 Thiết kế thi công phần cứng 24 4.1.1 Thiết kế thi công khối xử lý trung tâm 24 4.1.2 Mạch sim 808 24 4.1.3 Mạch thẻ nhớ SD card 28 4.1.4 Mạch nguồn 5V 28 4.1.5 Khối wifi .29 4.1.6 Đo dòng áp chiều PIN lượng mặt trời 30 4.1.7 Đo dịng, áp cơng suất tải xoay chiều 31 4.2 Thiết kế phần mềm 33 4.2.1 Lưu đồ thuật tốn chương trình 33 4.2.2 Lưu đồ thuật tốn chương trình 35 4.3 Thiết kế xây dựng server website 38 4.3.1 Hosting 39 4.3.2 Cơ sở liệu (database) .41 4.3.3 Trang chủ 42 4.4 Sản xuất thử nghiệm hệ thống điều khiển 42 4.5 Triển khai thử nghiệm hệ thống .44 4.6 Kết luận chương………………………………………………………………… 50 KẾT LUẬN 50 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT AC Alternating Current CSP Concentrated Solar Power DC Direct Current GPS Global Positioning System GPRS General Packet Radio Service GSM Global System for Mobile Communications ICPS In-Circuit Serial Programming IoT Internet of Things NLMT Năng lượng mặt trời NLTT Năng lượng tái tạo PV Photovoltaic SPI Serial Peripheral Interface UART Universal Asynchronous Receiver – Transmitter vi DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng bảng Trang 1.1 Tiềm lý thuyết điện mặt trời 1.2 Tiềm giảm chi phí sản xuất điện từ lượng mặt trời gió, 2015-2025 2.1 Số liệu xạ mặt trời Việt Nam 16 2.2 Lượng tổng xạ xạ mặt trời trung bình ngày tháng năm số địa phương nước ta (đơn vị: 16 MJ/m2/ngày) vii DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình Tên hình Trang 1.1 Cơ cấu công suất điện năm 2014 1.2 Mơ hình hệ thống điện mặt trời hịa lưới 1.3 Mơ hình hệ thốngđiện mặt trời độc lập 1.4 Mơ hình hệ thống điện mặt trời Hybrid 10 1.5 Mơ hình hệ thống IoT 11 2.1 Bản đồ xạ mặt trời Việt Nam 14 2.2 Đồ thị xạ mặt trời Đà Nẵng phân bố /tháng 17 2.3 Tương quan tổng lượng xạ tháng -Y (KWh/m2) tổng nắng tháng - X (giờ) 18 3.1 Năng lượng điện tiêu thụ Hòa Vang (01/2016-08/2018) 20 3.2 Phân bố công suất tiêu thụ đỉnh 20 3.3 Sơ đồ khối hệ thống phối hợp lượng mặt trời điện lưới 21 3.4 Sơ đồ khối thực chức hệ thống kết hợp 22 3.5 Các thông số đo đạc thu thập website 23 3.6 So sánh công suất theo thời gian 23 4.1 Sơ đồ nguyên lý mạch vi điều khiển PIC18F4550 24 4.2 Sơ đồ khối mạch Sim 808 25 4.3 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn dùng IC MIC29302 25 4.4 Sơ đồ nguyên lý truyền tín hiệu từ SIM sang vi điều khiển 26 4.5 Sơ đồ nguyên lý nhận tín hiệu RX từ vi điều khiển sang SIM 26 4.6 Sơ đồ nguyên lý kết nối SIM card Sim808 27 4.7 Sơ đồ nguyên lý mạch Sim808 27 4.8 Sơ đồ nguyên lý mạch đọc SD card 28 4.9 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 5v dùng LM2596 28 4.10 Mạch nguồn đề xuất nhà sản xuất 29 4.11 Sơ đồ nguyên lý mạch ESP8266 29 4.12 Tấm PIN lượng mặt trời 30 4.13 Module cảm biến dòng 30 viii Số hiệu hình Tên hình Trang 4.14 Sơ đồ cầu trở hạ áp 31 4.15 Module đo dòng, áp công suất tải xoay chiều 32 4.16 Lưu đồ thuật tốn chương trình PIC18F4550 33 4.17 Lưu đồ thuật toán Node MCU 8266 34 4.18 Lưu đồ thuật toán khởi tạo hệ thống 35 4.19 Lưu đồ thuật toán lưu liệu vào thẻ SD 36 4.20 Lưu đồ thuật toán gửi liệu lên Sever 37 4.21 Lưu đồ thuật tốn chương trình truyền lên web thông qua wifi 38 4.22 Giao diện Hosting 39 4.23 Nơi lưu trữ, update file nguồn (sources code) 40 4.24 Nơi quản lí, lưu trữ sở liệu (database) 40 4.25 Cấu trúc sở liệu bảng thông số hệ thống 41 4.26 Một số thông số đo được, lưu trữ HOSTING 41 4.27 Giao diện trang chủ website 42 4.28 Bo mạch hệ thống 42 4.29 Bo mạch hệ thống3D 43 4.30 Bo mạch sau hoàn thiện 43 4.31 Sơ đồ mô tả kết nối hệ thống 44 4.32 Tấm Pin lượng mặt trời 44 4.33 Inverter 45 4.34 Ắc quy VISION 45 4.35 Tủ điện 45 4.36 Sai số mạch đo điện áp chiều 46 4.37 Các thông số nguồn DC SUPPLY với tải DC motor 46 Kết đo thông số nguồn DC với tải động DC 4.38 (thay cho PIN lượng mặt trời tải INVERTER chuyển đổi DC/AC) 47 4.39 Giảm nguồn cung cấp 25VDC dòng 1.37A 47 4.50 Kết đo lần 48 4.51 Giảm Vsupply 12Vdc 0.95A 48 4.52 Kết đo 48 15 Tuy nhiên, việc ứng dụng lượng mặt trời Việt Nam nói chung miền Trung nói riêng chưa phát triển, nguyên nhân chưa có nhiều nghiên cứu cụ thể tiềm năng lượng mặt trời khả đầu tư xây dựng cơng trình điện mặt trời 2.1 Cường độ xạ lượng mặt trời theo khu vực Việt Nam Bức xạ mặt trời nguồn tài nguyên vô quan trọng Việt Nam Trung bình, tổng xạ lượng mặt trời Việt Nam vào khoảng 5kW/h/m2/ngày tỉnh miền Trung miền Nam, vào khoảng 4kW/h/m2/ngàyở tỉnh miền Bắc Từ vĩ tuyến 17, xạ mặt trời không nhiều mà ổn định suốt thời gian năm, giảm khoảng 20% từ mùa khô sang mùa mưa Số nắng năm miền Bắc vào khoảng 1500-1700 miền Trung miền Nam Việt Nam, số vào khoảng 2000-2600 năm Việt Nam có nguồn NLMT dồi cường độ xạ mặt trời trung bình ngày năm phía bắc 3,69 kWh/m2 phía nam 5,9 kWh/m2 Lượng xạ mặt trời tùy thuộc vào lượng mây tầng khí địa phương, địa phương nước ta có chênh lệch đáng kể xạ mặt trời Cường độ xạ phía Nam thường cao phía Bắc Trong đó: + Vùng Tây Bắc Nhiều nắng vào tháng Thời gian có nắng dài vào tháng 4,5 9,10 Các tháng 6,7 nắng, mây mưa nhiều Lượng tổng xạ trung bình ngày lớn vào khoảng 5,234 kWh/m2/ngày trung bình năm 3,489 kWh/m2/ngày Vùng núi cao khoảng 1500m trở lên thường nắng Mây phủ mưa nhiều, vào khoảng tháng đến tháng Cường độ xạ trung bình thấp (< 3,489 kWh/m2/ ngày) + Vùng Bắc Bộ Bắc Trung Bộ Ở Bắc Bộ, nắng nhiều vào tháng Còn Bắc Trung sâu phía Nam thời gian nắng lại sớm, nhiều vào tháng Tổng xạ trung bình cao Bắc Bộ khoảng từ thàng 5, Bắc Trung Bộ từ tháng Số nắng trung bình thấp tháng 2, khoảng 2h/ngày, nhiều vào tháng với khoảng – 7h/ngày trì mức cao từ tháng + Vùng Trung Bộ Từ Quảng Trị đến Tuy Hòa, thời gian nắng nhiều vào tháng năm với khoảng – 10h/ngày Trung bình từ tháng đến tháng 9, thời gian nắng từ – 16 h/ngày với lượng tổng xạ trung bình 3,489 kWh/m2/ngày (có ngày đạt 5,815 kWh/m2/ngày) + Vùng phía Nam Ở vùng này, quanh năm dồi nắng Trong tháng 1, 3, thường có nắng từ 7h sáng đến 17h Cường độ xạ trung bình thường lớn 3,489 kWh/m2/ngày Đặc biệt khu vực Nha Trang, cường độ xạ lớn 5,815 kWh/m2/ngày thời gian tháng/năm Dưới bảng số liệu lượng xạ mặt trời vùng miền nước ta Bảng 2.1.Số liệu xạ mặt trời Việt Nam Giờ nắng Cường độ năm BXMT (kWh/m2, ngày) Đông Bắc 1600-1750 3,3 – 4,1 Trung bình Tây Bắc 1750-1800 4,1 – 4,9 Trung bình Bắc Trung Bộ 1700-2000 4,6 – 5,2 Tốt Tây Nguyên Nam Trung Bộ 2000-2600 4,9 – 5,7 Rất tốt Nam Bộ 2200-2500 4,3 – 4,9 Rất tốt Vùng Ứng dụng Qua bảng cho ta thấy nước ta có lượng xạ mặt trời tốt, đặc biệt Tây Nguyên Nam Trung Bộ, khu vực phía Bắc lượng xạ mặt trời nhận Lượng xạ mặt trời vùng miền khác nhau, thay đổi theo tháng năm Bảng 2.2 Lượng tổng xạ xạ mặt trời trung bình ngày tháng năm số địa phương nước ta (đơn vị: MJ/m2/ngày) TT TỈNH, THÀNH T.1 T.7 T.2 T.8 T.3 T.9 T.4 T.10 T.5 T.11 T.6 T.12 8,21 18,81 8,72 19,11 10,43 17,60 12,70 13,57 16,81 11,27 17,56 9,37 18,81 19,11 17,60 13,57 11,27 9,37 17,56 18,23 16,10 15,75 12,91 10,35 Cao Bằng Móng Cái Sơn La 11,23 11,23 12,65 12,65 14,45 14,25 16,84 16,84 17,89 17,89 17,47 17,47 Láng (Hà Nội) 8,76 20,11 8,63 18,23 9,09 17,22 12,44 15,04 18,94 12,40 19,11 10,66 Vinh 8,88 21,79 8,13 16,39 9,34 15,92 14,50 13,16 20,03 10,22 19,78 9,01 17 TT TỈNH, THÀNH T.1 T.2 T.3 T.4 T.5 T.6 T.7 T.8 T.9 T.10 T.11 T.12 Đà Nẵng 12,44 22,84 14,87 20,78 18,02 17,93 20,28 14,29 22,17 10,43 21,04 8,47 Cần Thơ 17,51 16,68 20,07 15,29 20,95 16,38 20,88 15,54 16,72 15,25 15,00 16,38 Đà Lạt 16,68 18,94 15,29 16,51 16,38 15,00 15,54 14,87 15,25 15,75 16,38 10,07 Từ số liệu thấy tiềm điện mặt trời nước ta lớn Nhờ có ưu đãi thiên nhiên việc khai thác nguồn lượng mặt trời khuyến khích nguồn lượng không gây ô nhiễm môi trường có trữ lượng vơ lớn tính tái tạo cao Đồng thời, phát triển ngành công nghiệp sản xuất pin mặt trời góp phần thay nguồn lượng hóa thạch, giảm phát khí thải nhà kính, bảo vệ mơi trường 2.2 Khai thác lượng mặt trời Đà Nẵng Đà Nẵng có tiềm phát triển lượng mặt trời (NLMT) lớn, với số nắng trung bình 177 giờ/tháng cường độ xạ trung bình 4,89kWh/m2/ngày, xếp hàng thứ số 16 tỉnh thành có tiềm nguồn lượng 25 20 15 10 5 10 11 12 Hình 2.2.Đồ thị xạ mặt trời Đà Nẵng phân bố /tháng Mối quan hệ tổng lượng xạ tổng nắng dựa phương trình hồi quy để tính tổng lượng xạ nơi đo số nắng Từ số liệu có được, phương trình hồi quy Đà Nẵng xác lập (Hình 2.3) Hình 2.3 cho thấy tương quan tuyến tính tổng lượng xạ tháng tổng nắng tháng trạm Đà Nẵng chặt mặt thống kê Các phương trình 18 hồi quy dùng cơng cụ ước tính tổng lượng xạ phục vụ xây dựng dự án vùng có số liệu đo tổng nắng Hình 2.3.Tương quan tổng lượng xạ tháng -Y (KWh/m2) tổng nắng tháng - X (giờ) Các kết tính tốn nêu cho thấy rằng,với số nắng lượng xạ vậy, khu vực Đà Nẵngcó tiềm năng lượng mặt trời dồi Nếu khai thác cách hiệu quả, mang lại lợi ích kinh tế xã hội đáng kể 2.3 Kết luận chương Miền Trung Việt Nam đặc biệt khu vực Nam Trung Bộ có tiềm NLMT đáng kể Ngoài việc tiếp tục mở rộng triển khai ứng dụng lượng mặt trời quy mô nhỏ, bước đầu miền Trung bắt đầu xây dựng số nhà máy điện mặt trời Với điều kiện tự nhiên thuận lợi, suất đầu tư cho điện mặt trời cao nên nhà đầu tư chưa thật yên tâm Tiềm NLMT khẳng định mức cao nhiều khu vực thuộc tỉnh ven biển miền Trung với tổng lượng xạ năm từ 1300 kWh/m2 đến 2400 kWh/m2 có xu hướng tăng từ Bắc vào Nam Tương tự, số nắng khu vực 1400 giờ/năm có xu hướng tăng từ Bắc vào Nam Điều kiện đất đai, tài sách phân tích nhằm giúp nhà đầu tư có thêm tư liệu để tiến hành lập dự án xây dựng nhà máy nhiệt điện mặt trời khu vực góp phần đưa tỷ lệ điện mặt trời tăng lên tương lai gần 19 CHƯƠNG MƠ HÌNH PHỐI HỢP NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG TRUYỀN THỐNG Sự kết hợp nguồn lượng tái tạo, lượng mặt trời, lượng gió, khí sinh học, thủy điện nhỏ áp dụng nước ta Tuy nhiên, kết hợp bao gồm tài nguyên độc lập, có nghĩa nguồn lượng sử dụng riêng, tích lũy lượng (nếu có) thơng qua Accu Đây lý kỹ thuật hạn chế tính thực tiễn giải pháp lượng tái tạo riêng nguồn lượng đáp ứng nhu cầu người dùng Chương đề xuất giải pháp kết hợp lượng mặt trời với nguồn lượng truyền thống điện lưới nguồn điện dự phòng khác Hệ thống đề xuất làm nhiệm vụ đo lường lượng nguồn điện cung cấp lượng tiêu thụ tải theo thời gian thực để xác định xem có cần thêm nguồn điện hay khơng đáp ứng u cầu cách sử dụng nguồn điện từ lưới điện để đảm bảo công suất tiêu thụ tải Trong trường hợp lượng mặt trời vượt công suất tiêu thụ yêu cầu tải lượng vượt lưu trữ hệ thống lưu trữ lượng riêng biệt ( Accu, hay hệ thống điện phân nước) Hệ thống đề xuất hệ thống hồn tồn tự động cung cấp lượng đáng tin cậy cho việc sử dụng thơng thường Ngồi ra, hệ thống cịn sử dụng để theo dõi thay đổi nguồn cung cấp lượng mặt trời để điều khiển khởi động nguồn lượng từ lưới điện để bù cơng suất tiêu thụ tải 3.1 Phân tích thực tế nhu cầu tiêu thụ lượng sinh hoạt Thực việc phân tích số liệu theo dõi mức tiêu thụ điện Hịa Vang, huyện nơng thôn thành phố Đà Nẵng từ ngày 01/2016 đến 08/2018 Dữ liệu thu thập bao gồm công suất sử dụng (tính kWh) cơng suất tối đa (tính kW) 12949 người dùng Kết cho thấy mức sử dụng lượng trung bình tháng thay đổi từ 148kWh năm 2016 lên 157kWh năm 2017 165kWh năm 2018, tương đương với mức tăng 5% nhu cầu lượng (hình 3.1) 20 Hình 3.1 Năng lượng điện tiêu thụ Hịa Vang (01/2016-08/2018) Tuy nhiên, theo báo cáo quy hoạch phát triển cơng nghiệp văn phịng cơng nghiệp thương mại Đà Nẵng [7], gia tăng nhu cầu lượng đạt 11,1% năm 2020 12,3% giai đoạn 2020-2030 Công suất tối đa tăng khoảng 10% năm Hình 3.2 cho thấy phân bổ cơng suất đỉnh Hịa Vang Như thấy, công suất đỉnh cho hầu hết người dùng 2kW, số người dùng nhiều tập trung 0.4kw đến 1kw Từ kết khảo sát, đề tài tiến hành thiết kế hệ thống lượng mặt trời có cơng suất đỉnh khoảng 2kW Hình 3.2.Phân bố công suất tiêu thụ đỉnh 3.2 Đề xuất mơ hình phối hợp lượng mặt trời điện lưới Từ ý tưởng kết hợp lượng mặt trời điện lưới, nhằm tối đa hóa việc sử dụng lượng mặt trời giảm thiểu phụ thuộc vào điện, luận văn đề xuất hệ thống hình 3.3 21 Inverter chuyển đổi Hình 3.3 Sơ đồ khối hệ thống phối hợp lượng mặt trời điện lưới  Hệ thống bao gồm nguồn lượng cung cấp - Điện lưới - Điện mặt trời: Điện mặt trời chuyển đổi DC/AC thông qua Inverter để cung cấp cho tải, công suất pin Solar  Nguồn dự trữ: Hệ thống điện phân Accu  Bộ điều khiển trung tâm: chức đo đạt tham số nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, công suất NLMT công suất tải tiêu thụ, truyền tất tham số lên server thông qua Wifi GPRS/3G đồng thời điều khiển chuyển mạch hòa lưới cần thiết  Webserver: nhận liệu từ xử lý trung tâm lưu vào database hiển thị website giám sát  Tải tiêu thụ: 2KW Vào buổi trưa ngày trời nắng, sức nóng mặt trời khoảng 1000 W / m2 [8] Với tỷ lệ chuyển đổi nhiệt điện khoảng 15% -20% cho sản phẩm pin mặt trời thương mại, pin mặt trời loại MoNo 1m2 sản xuất khoảng 360W Từ phân tích trên, cần có hệ thống lượng mặt trời 2kW cần Pin, diện tích lắp đặt tầm 6m2 Chức hệ thống đề xuất hiển thị hình 3.4 Đầu tiên, Pin 22 công suất lượng mặt trời tạo sau đo so sánh với Pload công suất tải tiêu thụ Nếu Pin> Pload tất lượng tiêu thụ cung cấp từ lượng mặt trời Năng lượng vượt lưu trữ hệ thống lưu trữ riêng biệt để sử dụng sau Nếu Pin< Pload công suất tải vượt lượng Pin lượng mặt trời tạo ra, hệ thống kết hợp kích hoạt để lấy lượng ngắn từ lưới điện kết hợp với lượng mặt trời để cung cấp cho tải trường hợp lượng cung cấp cho tải kết hợp từ lượng mặt trời từ lưới điện, trời tối Pin=0 lúc toàn lượng cung cấp cho tải từ nguồn điện lưới Trung tâm hệ thống kết hợp mạch đo lường điều khiển chuyển mạch, nhận phép đo định kích hoạt chia lượng kết hợp lượng để khơng lãng phí lượng đảm bảo công suất tiêu thụ cho tải Trong hệ thống vi điều khiển PIC18F4550 để thực tất xử lý đo đạt Hình 3.4 Sơ đồ khối thực chức hệ thống kết hợp 23 Tất thông tin giám sát gửi đến máy chủ thông qua hệ thống 3G / GPRS Wifi, hệ thống ưu tiên dùng wifi, kết nối wifi hệ thống tự chuyển qua hoạt động với GPRS/3G để tiết kiệm chi phí hoạt động hệ thống mà đảm bảo khơng bị gián đoạn liệu Máy chủ hệ thống đường dẫn http://vvtsmart.com/pmonitor/ lưu trữ tất phép đo (hình 3.5) kết so sánh (hình 3.6) Hình 3.5.Các thông số đo đạc thu thập website Hình 3.6.So sánh cơng suất theo thời gian 3.3 Kết luận chương Hệ thống đề xuất hoạt động với việc kết hợp hai nguồn cung cấp lượng mặt trời nguồn điện lưới nhằm đảm bảo công suất tiêu thụ cho tải tăng hiệu suất sử dụng nguồn lượng mặt trời, giúp tiết kiệm lượng hiệu đồng thời tăng khả sử dụng nguồn lượng sạch, đảm bảo giảm khí thải CO2 phát sinh dạng lượng khác, bảo vệ môi trường sống Hệ thống đề xuất cịn có khả kết hợp với nhiều dạng lượng khác lượng gió, Biogas, hay điện phân H2 tăng hiệu sử dụng hệ thống 24 CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG PHỐI HỢP Từ kết nghiên cứu trước, nhiệm vụ chương tiến hành thiết kế thi công hệ thống, bao gồm phần cứng phần mềm, kết đánh giá sau trình cho hoạt động thử nghiệm đánh giá 4.1 Thiết kế thi công phần cứng 4.1.1 Thiết kế thi công khối xử lý trung tâm Khối xử lý trung tâm sử dụng vi điều khiển PIC18F4550 Từ tài liệu tham khảo [15] ta có thông số cho vi điều khiển: Vdd = 5V, tần số hoạt động: 48MHz, nhớ Flash: 32Kb, nhớ SRAM: 2Kb, EPPROM: 256 bytes, reset mức Hiện vi điều khiển sử dụng chuẩn giao tiếp ICSP để nạp chương trình thơng qua chân: VPP, VCC, GND, PGD, PGC, PGM vi điều khiển Hình 4.1.Sơ đồ nguyên lý mạch vi điều khiển PIC18F4550 Vi điều khiển sử dụng chân analog: RA0,RA1 để đọc, đo dòng điện điện áp chiều từ Modul ACS712; chân D5 D6 dùng để giao tiếp với Modul PZEM004T, đo dịng điện, điện áp, cơng suất điện xoay chiều Sử dụng chuẩn UART để giao tiếp với SIM808 để truyền liệu gửi lên server thông qua chân RC6, RC7 4.1.2.Mạch sim808 Sim808 chip tích hợp GSM, GPS nên đề tài chọn dùng để làm mạch truyền liệu GPRS thông qua anten GSM định vị node mạng thông qua anten GPS Để mạch sim808 hoạt động thơng qua tài liệu tham khảo [17] ta có khối sau: 25 Hình 4.2.Sơ đồ khối mạch Sim 808 Thông qua sơ đồ khối ta thiết kế khối mạch sim808 sau: 4.1.2.1 Khối nguồn Từ tài liêu tham khảo [16] ta có điện áp nguồn hoạt động cho sim808 từ 3,4V đến 4,4V Dòng hoạt động tối đa 2A Điện áp hoạt động ổn định 4V Vì ta chọn IC nguồn IC MIC29302 để làm nguồn cung cấp cho mạch sim Sơ đồ nguyên lý IC MIC29302 Hình 4.3.Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn dùng IC MIC29302 Theo tài liêu tham khảo [16] ta có cơng thức tính điện áp ngõ MIC29032 là: (4-1) Tính chọn R101, R102: Để mạch sim808 hoạt động ổn định ta chọn Vout = 4V nên từ (4-1) suy ra: R101 = 2,2206.R102 Ta chọn: R102 = 33kΩ => R101 = 73,28 kΩ Vậy chọn R101 = 75 kΩ Từ R101 = 75 kΩ, R102 = 33 kΩ => Vout thực tế: 4,06 V 4.1.2.2 Khối giao tiếp Để giao tiếp với vi điều khiển Sim808 sử dụng hai chân TX, RX nối chéo với hai chân TX, RX vi điều khiển theo chuẩn UART Nhưng điện áp hoạt động vi điều khiển 5V, điện áp hoạt động Sim808 4V nên để giao 26 tiếp ta cần phải làm mạch chuyển đổi mức tín hiệu từ 5V xuống 4V ngược lại Theo tài liệu tham khảo [17] ta có sơ đồ ngun lý sau: Hình 4.4.Sơ đồ nguyên lý truyền tín hiệu từ SIM sang vi điều khiển Nguyên lý hoạt động: - Khi TXD mức (0V) mà VDD_EXT = 2,8V => tiếp giáp BE BJT phân cực thuận nên cho BJT dẫn nên MCURXD lúc mức (0V) - Khi TXD mức (4V) mà VDD_EXT = 2,8V => tiếp giáp BE BJT phân cực nghịch nên không cho BJT dẫn Lúc MCURXD = MCUVDD = mức 1(5V) Hình 4.5 Sơ đồ nguyên lý nhận tín hiệu RX từ vi điều khiển sang SIM Nguyên lý hoạt động: - Khi MCUTXD mức (0V) mà VDD_EXT = 2,8V => tiếp giáp BE BJT phân cực thuận nên cho BJT dẫn nên RXD lúc mức (0V) - Khi MUCTXD mức (5V) mà VDD_EXT = 2,8V => tiếp giáp BE BJT phân cực nghịch nên không cho BJT dẫn Lúc RXD = VDD_EXT = mức 1(2,8V) 27 4.1.2.3 Khối sim card Hình 4.6.Sơ đồ nguyên lý kết nối SIM card Sim808 Theo tài liệu tham khảo [17] ta có socket thẻ sim kết nối qua Sim808 thông qua chân SIM_VDD, SIM_RST, SIM_CLK, SIM_PRE, SIM_DATA, GND Ngồi ta có điện áp SIM_VDD từ 1,8V đến 3V Nên ta chọn diode zener 2,2V để bảo vệ thẻ sim điện áp vượt ngưỡng 4.1.2.4 Sơ đồ nguyên lý mạch Sim808 Tải FULL (75 trang): bit.ly/2Ywib4t Dự phịng: fb.com/KhoTaiLieuAZ Hình 4.7.Sơ đồ nguyên lý mạch Sim808 28 4.1.3.Mạch thẻ nhớ SD card Hình 4.8 Sơ đồ nguyên lý mạch đọc SD card Ta biết nguồn cho SD card nằm khoảng 2,7V đến 3,6V nên ta chọn nguồn 3,3V để cấp cho SD card thông qua IC nguồn LM1117 loại 3,3V Tuy nhiên, vi điều khiển dùng mức điện áp 5V nên để giao tiếp vi điều khiển với SD card, thực gián tiếp thông qua chíp buffer 74HVC125 4.1.4.Mạch nguồn 5V Tải FULL (75 trang): bit.ly/2Ywib4t Dự phịng: fb.com/KhoTaiLieuAZ Hình 4.9 Sơ đồ ngun lý mạch nguồn 5v dùng LM2596 Mạch hạ áp LM2596 mạch nguồn giảm áp sử dụng IC ổn áp LM2596 + IC LM2596 IC nguồn xung có chu kì đóng/ngắt lên đến 125KHz cho hiệu suất làm việc cao + Dịng đỉnh 3A (có thể gắn tản nhiệt cho IC để tăng dòng đầu cực đại) + Điện áp đầu vào dao động từ 3V - 40V thực tế chọn nguồn vào 12V + Điện áp 5V Mạch ổn áp có chức tạo điện áp nhỏ điện áp đầu vào trì mức điện áp điện áp đầu vào tăng/giảm Mạch theo đề xuất nhà sản xuất, đường tơ đậm hình thiết kế ngắn tốt 29 Hình 4.10.Mạch nguồn đề xuất nhà sản xuất Nhưng thực tế linh kiện ta không đảm bảo chất lượng nên đầu ta thêm tụ gốm 104 để lọc gợn điện áp tần số cao nâng hệ số tụ hóa lên để điện áp ổn định 4.1.5.Khối wifi Thông số mạch: nguồn cung cấp Vdd = 3.3V, 4MB flash, tiêu chuẩn wifi: 802.11b/g/n, với tần số 2.4GHz hỗ trợ bảo mật WPA/WPA2 Sử dụng USB FT232 để nạp chương trình thơng chân nối sau: ESP8266 USB-TTL VCC - 3V3 GND - GND TX - RX RX - TX Esp8266 dùng chân GPIO4, GPIO5 để giao tiếp với PIC18F4550, thông qua chuẩn giao tiếp UART Mục đích thu nhận liệu từ vi điều khiển PIC truyền qua để gửi lên website, đồng thời thơng báo cho PIC tình trạng kết nối wifi liệu cấu hình từ web cho hệ thống Hình 4.11.Sơ đồ nguyên lý mạch ESP8266 17f5a878 ... THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Trong chương trình bày tổng quan lượng mặt trời, mơ hình hệ thống lượng mặt trời ứng dụng IoT giám sát hệ thống lượng mặt trời  Chương 2:TIỀM NĂNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI... lượng mặt trời theo khu vực Việt Nam, khai thác lượng mặt trời Đà Nẵng  Chương 3: MƠ HÌNH PHỐI HỢP NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG TRUYỂN THỐNG Chương đề xuất giải pháp kết hợp lượng. .. vượt lượng Pin lượng mặt trời tạo ra, hệ thống kết hợp kích hoạt để lấy lượng ngắn từ lưới điện kết hợp với lượng mặt trời để cung cấp cho tải trường hợp lượng cung cấp cho tải kết hợp từ lượng mặt