Bộ chuyển đổi nguồn pin mặt trời

Đồ án Bộ chuyển đổi nguồn pin mặt trời

Đồ Án Tốt Nghiệp www.dienvietnam.vn Trang 0 Nhận Xét Của Giáo Viên Hướng Dẫn . . . . . . . . . . . . . . TP.Hồ Chí Minh, ngày… Tháng… năm 2012 Giáo viên hướng dẫn Đồ Án Tốt Nghiệp www.dienvietnam.vn Trang 1 Nhận Xét Của Giáo Viên Phản Biện . . . . . . TP.Hồ Chí Minh, ngày… Tháng… năm 2012 Giáo viên phản biện Đồ Án Tốt Nghiệp www.dienvietnam.vn Trang 2 Lời Nói Đầu Trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển, nhu cầu về năng lượng ngày càng tăng.Trong khi đó, các nguồn nhiên liệu dự trữ như than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và ngay cả thủy điện thì có hạn khiến cho nhân loại đứng trước nguy cơ thiếu hụt năng lượng (ước tính từ năm 2011, lượng dầu mỏ trên thế giới chỉ còn đủ cho 46 năm nữa, khí đốt là 58.6 năm và 188 năm nữa là con số của than đá). Việc tìm kiếm và khai thác các nguồn năng lượng tái tạo(năng lượng hạt nhân, năng lượng địa nhiệt, năng lượng gió, năng lượng mặt trời .) là một trong những hướng quan trọng trong kế hoạch phát triển năng lượng, không những đối với những nước phát triển mà ngay cả với những nước đang phát triển. Năng lượng mặt trời, nguồn năng lượng sạch, tiềm tàng và quý báu đang được loài người thực sự đặc biệt quan tâm. Nghiên cứu các ứng dụng về năng lượng mặt trời là hướng đi cần thiết và có nhiều triển vọng. Những đề tài nghiên cứu thực tế cần phải được thực hiện qua nhiều hướng khác nhau, để chứng minh sự đúng đắn của những nghiên cứu trên lý thuyết. Do vậy, đề tài này cũng là một phần trong quá trình nhằm đưa nguồn năng lượng nhiều ưu điểm này đến gần hơn trong cuộc sống. Đồ Án Tốt Nghiệp www.dienvietnam.vn Trang 3 Mục Lục Chương I: Tổng Quan Về Đề Tài………………………………………………… .…6 1.1 Giới thiệu đề tài………………………………………………………………………… …… 6 1.2 Mục tiêu đề tài……………………………………………………………………… …… 6 1.3 Giới hạn đề tài………………………………………………………………………… …… 7 Chương II: Cơ Sở Lý Thuyết………………………………………………………….8 2.1 Pin mặt trời……………………………………………………………………… … .…….….8 2.1.1 Giới thiệu…………………………………………………………………………… …….8 2.1.2 Đặc tính làm việc……………………………………………… ………………………….8 2.1.3 Quan hệ giữa tải và điện áp làm việc…………………………………….……………… .10 2.2 Mạch chuyển đổi DC/DC……………………………………………………………… .…….10 2.2.1 Nguyên lý mạch chuyển đổi SEPIC……………………………………………………… 10 2.2.2Tính toán thiết kế mạch SEPIC…………………………………………………………….13 2.3 Giải thuật điều khiển MPPT 14 2.3.1 Các phương pháp điều khiển……………………………………………………………….14 2.3.2 Nguyên lý dung hợp tải…………………………………………………………………….18 2.4 Các phương pháp dò tìm MPPT……………………………………………………………… 19 Chương III: Thiết Kế Hệ Thống……………………… .………………………….…23 3.1Yêu cầu thiết kế…………………………………………………………………………….… 23 3.2 Thiết kế hệ thống…………………………………………………………………………….……………………………….……23 3.2.1Sơ đồ tổng quan……………………………………………………………… …………23 3.2.2 Lựa chọn thiết bị………………………………………………………………………… .24 3.3 Thiết kế mạch………………………………………………………… …… .……….………30 3.3.1 Mạch nguồn………………………………………………………….…… .……….…….30 3.3.2 Mạch điều khiển…………………………………………………………… .…… .… .31 3.3.3 Mạch hiển thị LCD……………………………………………………… .………….… .37 3.3.4 Mạch chuyển đổi DC/DC…………………………………………………… .…….…….38 Chương IV: Kết Quả Giám Sát và Thi Công………………………………….…… .40 4.1Lưu đồ giải thuật…… ………………………………………………………… .… …….….40 4.2 Giới thiệu chương trình…………………………………………………………… .……… .41 4.3 Kết quả giám sát và thi công………………………………………………………… .…… .42 Chương V: Kết Luận và Hướng Phát Triển………………………………… .…… .47 Đồ Án Tốt Nghiệp www.dienvietnam.vn Trang 4 5.1 Kết luận……………………………………………………………………… …….…….… 47 5.2 Hướng phát triển……………………………………………………………… ….…….……47 Tài Liệu Tham Khảo…………………………………………………………….… .48 Phụ Lục………………………………………….……………………… .…… 49 Đồ Án Tốt Nghiệp www.dienvietnam.vn Trang 5 LỜI CẢM ƠN  Đề tài này được hoàn thành với sự hỗ trợ và giúp đỡ của rất nhiều quý thầy cô và các bạn sinh viên trong lớp 08118. Đó là những tình cảm thật đáng quý trọng, thật biết ơn khi được sự giúp đỡ nhiệt tình từ phía thầy cô, bạn bè trong lúc tìm hiểu và thi công. Nhóm xin chân thành cảm ơn thầy Lê Chí Kiên khoa Điện-Điện Tử đã đóng góp ý kiến giúp nhóm định hướng trong quá trình tực hiện đề tài. Chân thành cảm ơn những người bạn trong lớp Điện Tự Động đã hỗ trợ “tinh thần” nhóm rất nhiều trong thời gian nghiên cứu và thi công. Đề tài hoàn thành không tránh khỏi những sai sót, nhóm rất mong được sự góp ý từ quý thầy cô và các bạn để giúp đề tài này hoàn thiện hơn. Cuối cùng, nhóm xin chúc quý thầy cô và các bạn nhiều sức khỏe và gặt hái được nhiều thành công. TP. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2012 Nhóm thực hiện Nguyễn Hữu Cường – Tô Tiến Dũng Đồ Án Tốt Nghiệp www.dienvietnam.vn Trang 6 Chương I:Tổng Quan Về Đề Tài 1.1 Giới thiệu đề tài Đối với loài người, năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng vô cùng vô tận và quý báu. Chúng ta đã biết tận dụng nguồn năng lượng tái tạo này dựa trên các tấm pin mặt trời để tạo ra nhiều sản phẩm phục vụ cho lợi ích cá nhân(hệ thống nước nóng, phương tiện đi lại, hệ thống đèn chiếu sáng, hệ thống điện trong dân dụng…). Hiệu suất của tấm pin quang điện hiện nay chỉ đạt được tối đa là 17,6% so với lượng nhiệt mà nó nhận được từ mặt trời. Tuy nhiên công việc nâng cao hiệu suất của nó vẫn luôn đang diễn ra mạnh mẽ. Do giá thành đắt đỏ và hiệu suất không cao nên pin quang điện chưa được sự quan tâm nhiều ở các nước đang phát triển. Vì vậy, vấn đề tạo ra các thiết bị nhằm đạt được điểm công suất tối ưu của tấm pin là việc cần thiết. Trước đây, khi tấm pin còn ở hiệu suất thấp thì nhà sản xuất phải cần một số lượng lớn và tiêu tốn chi phí vật tư mà hiệu quả mang lại thì không đáng kể. Vì vậy, pin mặt trời trước đây được bán với giá thành rất đắt đỏ và không là giải pháp kinh tế của người tiêu dùng. Ngày nay, với sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ vi xử lý, những thiết bị thông minh nhỏ gọn đã được tạo ra với giá thành hợp lý và hiệu quả kinh tế cao. So với các phương pháp khác, vi xử lý có ưu điểm vượt trội: tốc độ xử lý và độ chính xác rất cao, dễ dàng lập trình nhờ các phần mềm hỗ trợ (MBLAB, CCS…). Vi xử lý hiện nay đang được xem là một trong những công nghệ đi đầu, góp phần quan trọng cho sự phát triển khoa học kĩ thuật. Các hãng sản xuất vi xử lý nổi tiếng hiện nay như: Intel, Arm, Microchip, Dell… với rất nhiều ứng dụng đa dạng. Với lòng say mê tìm tòi học hỏi, cùng với kiến thức đã học nhóm đã quyết định chọn đề tài “BỘ CHUYỂN ĐỔI NGUỒN PIN MẶT TRỜI”với mong muốn tạo ra một sản phẩm thiết thực phục vụ cho đời sống. 1.2 Mục tiêu đề tài Mục tiêu đề tài của nhóm là thiết kế và thi công bộ chuyển đổi nguồn pin mặt trời với điện áp ngõ ra có thể thay đổi được,được điều khiển và giám sát trên máy tính thông qua phần mềm giao tiếp. Bộ điều khiển có chức năng duy trì điểm làm việc tại điểm công suất cực đại của pin. Đồ Án Tốt Nghiệp www.dienvietnam.vn Trang 7 1.3 Giới hạn đề tài Thiết bị được thiết kế với các phần chính: mạch điều khiển sử dụng PIC điều khiển xung kích mạch chuyển đổi DC/DC, giao tiếp với máy tính thông qua cổng COM. Phần mềm giao tiếp máy tính lập trình trên VB 6.0, có chức nănggiám sát điện áp, dòng điện vào ra, tỉ số điều rộng xung D và có thể đặt điện áp ra như mong muốn. Ngoài ra còn có LCDhiển thịđiện áp, dòng điện vào ra để giúp giám sát trực tiếp trên thiết bị. Đồ Án Tốt Nghiệp www.dienvietnam.vn Trang 8 Chương II:Cơ Sở Lý Thuyết 2.1 Pin mặt trời 2.2.1 Giới thiệu Pin mặt trời (pin quang điện) là thiết bị ứng dụng hiệu ứng quang điện trong bán dẫn (hiệu ứng quang điện trong – quang dẫn) để tạo ra dòng điệnmột chiều từ ánh sáng mặt trời. Hình ảnh về một cell pin mặt trời được minh họa ở hình 2.1. Có 3 loại pin mặt trời làm từ tinh thể Silic:  Một tinh thể hay đơn tinh thể module. Đơn tinh thể này có hiệu suất tới 16%. Loạinày thường đắt tiền do được cắt từ các thỏi hình ống, các tấm đơn thể này có cácmặt trống ở góc nối các module,  Đa tinh thể làm từ các thỏi đúc từ Silic nung chảy, sau đó được làm nguội và làm rắn. Loại pin này thường rẻ hơn loại đơn tinh thể, nhưng lại có hiệu suất kém hơn.Tuy nhiên chúng có thể tạo thành các tấm vuông che phủ bề mặt nhiều hơn loại đơntinh thể bù cho hiệu suất thấp của nó,  Dải Silic tạo từ các miếng phim mỏng từ Silic nóng chảy và có cấu trúc đa tinh thể.Loại này thường có hiệu suất thấp nhất nhưng cũng là loại rẻ nhất trong các loại vìkhông cần phải cắt từ thỏi Silicon. Hình 2.1: Một cell pin mặt trời 2.1.2 Đặc tính làm việc Đặc tính làm việc của pin mặt trời là đặc tính phụ thuộc vào mối quan hệ điện áp và dòng điện, trong đó có 2 thông số quan trọng là điện áp hở mạch lớn nhất V OC và dòng điện ngắn mạch I SC . Đặc tính làm việc của pin được minh họa ở hình 2.2. Đồ Án Tốt Nghiệp www.dienvietnam.vn Trang 9 Hình 2.2: Đặc tính làm việc của pin quang điện Do dòng ngắn mạch I SC tỉ lệ thuận với cường độ bức xạ chiếu sáng nên đường đặc tính V - A của pin mặt trời cũng phụ thuộc vào cường độ bức xạ chiếu sáng. Ở mỗi tầngbức xạ chỉ thu được duy nhất một điểm làm việc V = V MPP có công suất lớn nhất và điểm làm việc có công suất lớn nhất là điểmchấm đen to trên hình 2.3(đỉnh của đường cong đặc tính). Hình 2.3: Sự phụ thuộc của đặc trưng V-A của pin mặt trời vào cường độ bức xạ mặt trời Điện áp hở mạch V OC phụ thuộc trực tiếp vào nhiệt độ nên đường đặc tính V-A củapin mặt trời cũng phụ thuộc vào nhiệt độ của pin. Hình 2.4 là hình ảnh minh họa cho sự phụ thuộc nhiệt độ của 1 cell pin quang điện. . công bộ chuyển đổi nguồn pin mặt trời với điện áp ngõ ra có thể thay đổi được,được điều khiển và giám sát trên máy tính thông qua phần mềm giao tiếp. Bộ. dòng điệnmột chiều từ ánh sáng mặt trời. Hình ảnh về một cell pin mặt trời được minh họa ở hình 2.1. Có 3 loại pin mặt trời làm từ tinh thể Silic:  Một