Đang tải... (xem toàn văn)
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.................................................................................i PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ................................................ii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ................................................. iii LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................iv DANH MỤC CÁC HÌNH................................................................................................v DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................... viii CÁC TỪ VIẾT TẮT .......................................................................................................ix TÓM TẮT ĐỀ TÀI..........................................................................................................x MỤC LỤC........................................................................................................................1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN............................................................................................1 1.1 Đặt vấn đề. .............................................................................................................1 1.2 Mục tiêu đề tài........................................................................................................2 1.3 Phạm vi đề tài.........................................................................................................2 1.4 Đối tượng và Phương pháp nghiên cứu của đề tài. ................................................2 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu. ....................................................................................2 1.4.2 Nghiên cứu lý thuyết.......................................................................................2 1.4.3 Nghiên cứu thực nghiệm.................................................................................3 1.5 Hướng triển khai đề tài...........................................................................................3 1.6 Giới thiệu nội dung. ...............................................................................................3 CHƯƠNG 2: NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ ỨNG DỤNG.......................................5 2.1 Tổng quan về năng lượng bức xạ mặt trời. ............................................................5 2.2 Phân bố bức xạ mặt trời ở Việt Nam. ....................................................................6 PHỤ LỤC 9: MỤC LỤC. 2.3 Tình hình khai thác NLMT trong lĩnh vực điện năng............................................8 2.3.1 Tình hình khai thác NLMT thành điện năng. .................................................8 2.3.2 Tiềm năng khai thác........................................................................................8 2.3.3 Tiềm năng ở Việt Nam....................................................................................9 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..............................................................................12 3.1 Khái quát về pin mặt trời. ....................................................................................12 3.2 Nguyên lý hoạt động pin mặt trời. .......................................................................13 3.3 Đặc tính làm việc của pin mặt trời.......................................................................14 3.4 Hệ thống điều hướng pin mặt trời........................................................................16 3.4.1 Nguyên tắc điều hướng. ................................................................................16 3.4.2 Các hệ thống điều hướng pin mặt trời...........................................................16 3.4.2.1 Hệ thống điều hướng theo một trục .......................................................17 3.4.2.2 Hệ thống điều hướng theo 2 trục............................................................17 3.4.3 Lựa chọn phương án kiểu xoay mô hình. .....................................................18 CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH ĐIỀU HƯỚNG TẤM PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI. ...21 4.1 Giới thiệu các thành phần trong hệ thống mô hình..............................................21 4.2 Hệ thống trục........................................................................................................22 4.2.1 Thiết kế ban đầu............................................................................................22 4.2.2 Tiến hành thi công.........................................................................................23 4.3 Tấm pin năng lượng mặt trời ...............................................................................24 4.4 Nguồn điện Acquy ...............................................................................................25 4.5 Động cơ servo ......................................................................................................26 4.6 Quang trở..............................................................................................................27 4.7 Arduino Nano CH340 ..........................................................................................28 4.8 Mạch giảm áp.......................................................................................................29 4.9 Nút nhấn. ..............................................................................................................30 4.10 Màn hình LCD ...................................................................................................31 PHỤ LỤC 9: MỤC LỤC. 4.11 Bộ bánh răng trục vít..........................................................................................32 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ, LẬP TRÌNH ..........................................33 5.1 Thiết kế mạch điện tử...........................................................................................33 5.1.1 Mạch điều khiển............................................................................................33 5.1.2 Mạch cảm biến hướng sáng. .........................................................................35 5.1.3 Mạch nạp acquy. ...........................................................................................37 5.2 Lập trình Vi Xử Lý. .............................................................................................38 5.2.1 Xây dựng thuật toán cân bằng giá trị điện trở trên bộ cảm biến...................38 5.2.1.1 Điều khiển động cơ Servo 1 (trục ngang)..............................................39 5.2.1.2 Điều khiển động cơ Servo 2 (trục dọc). .................................................40 5.2.2 Lưu đồ thuật toán chương trình.....................................................................41 CHƯƠNG 6: THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH, KẾT LUẬN, HƯỚNG PHÁT TRIỂN....44 6.1 Thực nghiệm mô hình. .........................................................................................44 6.1.1 Thực nghiệm với điều kiện ban ngày nắng tốt..............................................44 6.2 Đánh giá mô hình thực tế.....................................................................................49 6.2.1 Một số vấn đề cần lưu ý khi vận hành bảo dưỡng mô hình..........................49 6.2.2 Ưu, nhược điểm của mô hình........................................................................50 6.3 Đề xuất hướng phát triển......................................................................................50 KẾT LUẬN....................................................................................................................51 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................52
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN TẤM PIN MẶT TRỜI THEO HƯỚNG BỨC XẠ SVTH 1: MSSV: SVTH 2: MSSV: Khóa: Ngành: GVHD: NGUYỄN CHIẾN THẮNG 17142164 NGUYỄN VIẾT NHÂN 17142129 2017-2021 ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TS NGUYỄN THỊ MI SA TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI : GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN TẤM PIN MẶT TRỜI XOAY THEO HƯỚNG BỨC XẠ SVTH 1: MSSV: SVTH 2: MSSV: Khóa: Ngành: GVHD: NGUYỄN CHIẾN THẮNG 17142164 NGUYỄN VIẾT NHÂN 17142129 2017-2021 ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TS NGUYỄN THỊ MI SA TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021 PHỤ LỤC 1: NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** -TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH 1: Nguyễn Chiến Thắng SVTH 2: Nguyễn Viết Nhân Lớp: 17142CL3 ĐT: 0937931258 GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa MSSV: 17142164 MSSV: 17142129 Ngày nhận đề tài: 8/3/2021 Ngày nộp đề tài: 2/8/2021 Tên đề tài: Giải thuật điều khiển pin mặt trời xoay theo hướng xạ Nội dung thực đề tài: Điều khiển pin xoay theo trục Đông-Tây, Nam-Bắc Sản phẩm: Mơ hình điều khiển pin TRƯỜNG NGÀNH (Ký & ghi rõ họ tên) GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký & ghi rõ họ tên) Trang i PHỤ LỤC 2: PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN SVTH 1: Nguyễn Chiến Thắng MSSV: 17142164 SVTH 2: Nguyễn Viết Nhân MSSV: 17142129 Ngành: Điện – Điện tử GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa Tên đề tài: Giải thuật điều khiển pin mặt trời xoay theo hướng xạ NHẬN XÉT: Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm: Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký & ghi rõ họ tên) Trang ii PHỤ LỤC 3: PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN SVTH 1: Nguyễn Chiến Thắng MSSV: 17142164 SVTH 2: Nguyễn Viết Nhân MSSV: 17142129 Ngành: Điện – Điện tử Tên đề tài: Giải thuật điều khiển pin mặt trời xoay theo hướng xạ Họ tên giảng viên phản biện: NHẬN XÉT: Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm: Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021 GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN (Ký & ghi rõ họ tên) Trang iii PHỤ LỤC 4: LỜI CẢM ƠN LỜI CẢM ƠN Chúng em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến Nguyễn Thị Mi Sa là người trực tiếp giảng dạy, hướng dẫn chúng em môn lý thuyết, thực hành và đồ án tốt nghiệp Cô giúp chúng em giải vấn đề để hoàn thành đề tài Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô khoa điện – điện tử trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh dạy cho chúng em kiến thức chuyên ngành để chúng em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp Chúng em xin chúc quý thầy cô sức khỏe dồi dào để truyền đạt cho sinh viên nhiều kiến thức bổ ích Trang iv PHỤ LỤC 5: DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1: Dải xạ điện từ Hình 2.2: Sự truyền lượng xạ mặt trời qua lớp khí Trái đất Hình 2.3: Phân bố cường độ xạ Việt Nam Hình 2.4: Biểu đồ tổng cơng suất lắp đặt nhà máy điện PV tồn giới phân bố công suất riêng năm 2020 Hình 3.1: Quá trình hình thành pin mặt trời 12 Hình 3.2: Sơ đồ tương đương pin mặt trời 13 Hình 3.3: Đường đặc tính làm việc U-I pin mặt trời 14 Hình 3.4: Sự phụ thuộc đường đặc tính pin mặt trời vào nhiệt độ pin 14 Hình 3.5: Đặc tính phụ thuộc V-A pin mặt trời vào cường độ xạ 15 Hình 3.6: Đặc tính P-V pin mặt trời 15 Hình 3.7: Mơ tả góc tới tia ánh sáng mặt trời đối với mặt phẳng pin 16 Hình 3.8: Các hệ thống với kiểu xoay pin khác 16 Hình 3.9: Mơ hình pin mặt trời tự xoay theo trục 17 Hình 3.10: Mơ hình pin mặt trời xoay theo trục 18 Hình 4.1: Sơ đồ khối hệ thống pin mặt trời 21 Hình 4.2: Mơ hình khí dựng phần mềm Inventor 22 Hình 4.3: Bản vẽ hình chiếu đứng mơ hình 23 Hình 4.4: Tấm pin lượng mặt trời mơ hình 25 Hình 4.5: Acquy mơ hình 25 Trang v PHỤ LỤC 5: DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 4.6: Servo mơ hình 27 Hình 4.7: Quang trở và đặc tính quang trở 28 Hình 4.8: Các thành phần Arduino Nano 29 Hình 4.9: Mạch giảm áp DC-DC LM2596 3A 30 Hình 4.10: Nút nhấn 31 Hình 4.11: Màn hình LCD 16x2 mơ hình 32 Hình 4.12: Bộ bánh trục vít 32 Hình 5.1: Sơ đồ mạch nguyên lý hệ thống 33 Hình 5.2: Sơ đồ board mạch in Layout 34 Hình 5.3: Board mạch điều khiển hoàn chỉnh 35 Hình 5.4: Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến hướng ánh sáng 35 Hình 5.5: Sơ đồ board mạch quang trở Layout 36 Hình 5.6: Mạch cảm biến hướng sáng thực tế 36 Hình 5.7: Sơ đồ nguyên lý mạch nạp acquy tự ngắt 37 Hình 5.8: Mạch nạp mơ hình 38 Hình 5.9: Trường hợp ánh sáng chiếu đến cảm biến từ hướng Bắc 39 Hình 5.10: Trường hợp ánh sáng chiếu đến cảm biến từ hướng Tây 40 Hình 5.11: Lưu đồ chương trình 41 Hình 5.12: Lưu đồ chế độ Manual 41 Hình 5.13: Lưu đồ chế độ Auto 42 Trang vi PHỤ LỤC 5: DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 6.1: Mơ hình pin mặt trời thực nghiệm 44 Hình 6.2: Lắp mạch đo điện áp pin 45 Hình 6.3: Góc chiếu mặt trời 46 Hình 6.4: Đồ thị đường biểu diễn công suất pin theo thời gian 48 Trang vii PHỤ LỤC 6: DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Giá trị trung bình cường độ xạ xạ ngày năm và số nắng số khu vực khác Việt Nam Bảng 2.2: Giá mua điện mặt trời thị trường Việt Nam 10 Bảng 3.1: Ưu, nhược điểm hai hệ thống điều hướng pin mặt trời 19 Bảng 4.1: Thông số pin mặt trời sử dụng mơ hình 24 Bảng 4.2: Thông số acquy sử dụng mơ hình 25 Bảng 4.3: Thông số servo sử dụng mơ hình 26 Bảng 4.4: Thông số quang trở sử dụng mơ hình 27 Bảng 4.5: Thông số Arduino Nano 29 Bảng 4.6: Thông số mạch giảm áp 30 Bảng 4.7: Thông số nút nhấn 31 Bảng 4.8: Thông số LCD 31 Bảng 6.1: Thông số thực nghiệm 48 Bảng 6.2: Ưu nhược điểm hệ thống 50 Trang viii CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ, LẬP TRÌNH Gọi RLDR1, RLDR2, RLDR3, RLDR4 là lượt giá trị điện trở bốn quang trở Các giá trị phi tuyến phụ thuộc vào cường độ ánh sáng chiếu đến quang trở (TLTK[7]) 5.2.1.1 Điều khiển động Servo (trục ngang) Trường hợp ứng với quỹ đạo mặt trời thay đổi theo hướng Bắc – Nam Đặt RUP = (RLDR1 + RLDR2) / giá trị trung bình cộng quang trở quang trở 2, RDOWN = (RLDR3 + RLDR4) / giá trị trung bình cộng quang trở quang trở 4, giá trị chênh lệch tối thiếu A = 50 (trục ngang) Nếu RDOWN - RUP > A thõa mãn, chứng tỏ phần bên cảm biến hướng sáng nằm vùng tối bị che khuất vách vách ngăn Hình 5.9: Trường hợp ánh sáng chiếu đến cảm biến từ hướng Bắc Lúc này, Arduino cấp xung từ chân tín hiệu D2, điều khiển động Servo xoay góc +50 Thơng qua truyền động cấu trục vít bánh răng, pin xoay hướng ánh sáng góc góc xoay Servo Nếu RUP - RDOWN > A thõa mãn ngược lại, chứng tỏ phần phía cảm biến hướng sáng nằm vùng tối Lúc này, Arduino cấp xung điều khiển động Servo xoay góc -50 Trong trường hợp điều kiện RDOWN - RUP > A RUP - RDOWN > A không thõa mãn, động Servo ngừng lại Trang 39 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ, LẬP TRÌNH 5.2.1.2 Điều khiển động Servo (trục dọc) Trường hợp ứng với quỹ đạo mặt trời thay đổi theo hướng Đông – Tây Đặt RLEFT = (RLDR1 + RLDR3) / giá trị trung bình cộng quang trở quang trở 3, RRIGHT = (RLDR2 + RLDR4) / là giá trị trung bình cộng quang trở quang trở 4, giá trị chênh lệch tối thiếu B = 50 (trục dọc) Nếu RRIGHT - RLEFT > B thõa mãn, chứng tỏ phần bên phải cảm biến hướng sáng nằm vùng tối bị che khuất vách vách ngăn Hình 5.10: Trường hợp ánh sáng chiếu đến cảm biến từ hướng Tây Lúc này, Arduino cấp xung từ chân tín hiệu D3, điều khiển động Servo xoay góc -50 Thơng qua truyền động cấu bánh răng, pin xoay hướng ánh sáng góc góc xoay Servo Nếu RLEFT - RRIGHT > B thõa mãn ngược lại, chứng tỏ phần bên trái cảm biến hướng sáng nằm vùng tối Lúc này, Arduino cấp xung điều khiển động Servo xoay góc +50 Trong trường hợp điều kiện RRIGHT - RLEFT > B RLEFT - RRIGHT > B không thõa mãn, động Servo ngừng lại Thực tế, hạn chế khí và động Servo hoạt động từ ÷ 1800 nên ta giới hạn khoảng hoạt động cho hai Servo sau: ➢ Động Servo 1: 00 < Góc < 1800 Trang 40 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ, LẬP TRÌNH ➢ Động Servo 2: 00 < Góc < 1800 5.2.2 Lưu đồ thuật tốn chương trình Lưu đồ thuật tốn chương trình Để thuận tiện cho việc viết chương trình vi xử lý, ta xây dựng lưu đồ thuật toán chương trình Lưu đồ thuật tốn mơ tả chi tiết thuật tốn biểu diễn bước cơng việc lập trình dạng hình học theo thứ tự biểu diễn mũi tên Lưu đồ thuật toán thể giải pháp trực quan Hình 5.11: Lưu đồ chương trình Hình 5.12: Lưu đồ chế độ Manual Trang 41 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ, LẬP TRÌNH Hình 5.13: Lưu đồ chế độ Auto Giải thích lưu đồ thuật tốn: Bước 1: Bật nguồn, nhấn nút Mode lựa chọn chế độ Vi xử lý lưu chế độ trước Chế độ ban đầu mặc định là điều khiển tay, chế độ thứ hai tự động Bước 2: Nếu vào chế độ tự động, Arduino đọc giá trị từ cảm biến hướng sáng nhận tín hiệu từ nút nhấn chế độ Tiếp đến thực phép so sánh để kiểm tra xem điều kiện cân chưa Nếu vào chế độ điều khiển tay nhấn nút điều khiển hướng Trang 42 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ, LẬP TRÌNH Bước 3: Xét hai điều kiện RUP - RDOWN > A Góc > 00 Nếu hai điều kiện thõa mãn, Servo xoay góc +50, sau qua bước Nếu sai, đến kiểm tra RUP - RDOWN < A Góc < 1800 Nếu hai điều kiện thõa mãn, Servo xoay góc -50, sau qua bước Nếu sai, servo dừng lại và qua bước Bước 4: Xét hai điều kiện RRIGHT – RLEFT > B Góc > 00 Nếu hai điều kiện thõa mãn, Servo xoay góc +50, sau qua bước Nếu sai, đến kiểm tra RRIGHT – RLEFT < B Góc < 1800 Nếu hai điều kiện thõa mãn, Servo xoay góc -50, sau qua bước Nếu sai, servo dừng lại và qua bước Lưu ý: A, B giá trị giới hạn chênh lệch khai báo trước số Trong chế độ nút nhấn, Arduino ngắt cổng tín hiệu Analog vào, khơng đọc giá trị từ cảm biến hướng ánh sáng Thay vào đó, nhận tín hiệu từ bảng điều khiển để điều khiển động Servo Với việc nhấn lần vào nút góc quay thay đổi: ➢ UP: động Servo quay làm trục xoay hướng pin lên phía góc 50 ➢ DOWN: động Servo quay làm trục xoay hướng pin xuống góc 50 ➢ LEFT: động Servo quay làm trục xoay hướng pin sang trái góc 50 ➢ RIGHT: động Servo quay làm trục xoay hướng pin sang phải góc 50 - Trang 43 CHƯƠNG 6: THỰC NGHIỆM MƠ HÌNH, KẾT LUẬN, HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHƯƠNG 6: THỰC NGHIỆM MƠ HÌNH, KẾT LUẬN, HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Thực nghiệm mơ hình Sau hồn thành mơ hình, ta tiến hành thực nghiệm mơ hình điều kiện khác nhằm mục đích kiểm tra xem mơ hình hoạt động có hiệu hay khơng? Đồng thời so sánh công suất pin điều hướng theo vị trí Mặt Trời pin có góc nghiêng cố định vị trí Hình 6.1: Mơ hình pin mặt trời thực nghiệm 6.1.1 Thực nghiệm với điều kiện ban ngày nắng tốt Ta thực nghiệm với tải định mức pin (TLTK[3]): Pdm 20 = 15Ω (6.1) Idm 1.122 Trước tiến hành thực nghiệm, ta mắc thêm tải trở có R= 15Ω song song với vơn kế (V) ngõ pin mặt trời hình sau: R dm = Trang 44 CHƯƠNG 6: THỰC NGHIỆM MƠ HÌNH, KẾT LUẬN, HƯỚNG PHÁT TRIỂN Hình 6.2: Lắp mạch đo điện áp pin Trong lúc thực nghiệm sau 30 phút lấy số liệu hiển thị hình vơn kế đèn led lần, đồng thời tính giá trị cơng suất pin theo công thức sau (TLTK[3]): U2 P= (W) (6.2) R Khi thực nghiệm mơ hình chế độ tự động điều hướng pin mặt trời theo hướng ánh sáng mặt trời, ta khơng cần quan tâm đến vị trí hướng mặt phẳng pin Khi thực nghiệm với pin đặt cố định góc nghiêng ban đầu mặt phẳng pin hướng phía Vì vị trí thực nghiệm mơ hình TP Hồ Chí Minh, nằm vĩ tuyến 100 Bắc, nên mặt phẳng đón ánh sáng mặt trời pin quay hướng Nam Sở dĩ có góc nghiêng là người ta lắp dàn pin cho đặt cố định nhận tổng cường độ xạ lớn nhất, đồng thời làm cho pin có khả tự làm Khi có mưa, mặt phẳng dàn pin nghiêng nên nước mưa tạo thành dòng chảy, tẩy rửa bụi bẩn bám mặt pin (TLTK[14]): Trang 45 CHƯƠNG 6: THỰC NGHIỆM MƠ HÌNH, KẾT LUẬN, HƯỚNG PHÁT TRIỂN Hình 6.3: Góc chiếu mặt trời Tính tốn góc nghiên cho pin đặt cố định (TLTK[3]): Thời gian vị trí thực nghiệm: Ngày 30/5/2021 10°50'54.3"Bắc, 106°43'47.4" Đơng Góc thiên độ: δ = 23.45×Sin 360× n-81 365 Với n thứ tự ngày năm (n = 150) (6.3) δ = 210 45'3" Góc cao độ trưa βN góc tia nắng mặt trời chiếu tới mặt phẳng phương ngang mặt đất: β N =900 -L+δ (6.4) β N = 900 -10°50'54.3"+210 45'3" Thay giá trị L và δ vào ta có kết quả: β N = 900 -100 50'54.3"+210 45'3"=1000 54'8.7" Để tia nắng mặt trời chiếu vng góc với mặt phẳng pin lúc 12h trưa góc nghiêng β là: Trang 46 CHƯƠNG 6: THỰC NGHIỆM MƠ HÌNH, KẾT LUẬN, HƯỚNG PHÁT TRIỂN β=900 -β N =900 -1000 54'8.7"= -100 54'8.7" (6.5) Do t nghiêng pin hướng Nam góc 100 Kết thực nghiệm tính tốn ghi vào bảng 6.1, với: Uout1: Điện áp ngõ pin điều hướng hai trục xoay theo vị trí MT Uout2: Điện áp ngõ pin đặt cố định Pout1: Công suất ngõ pin điều hướng hai trục xoay theo vị trí MT Pout2: Cơng suất ngõ pin đặt cố định TT Giờ Pout1(W) Pout2(W) Uout1(V) Uout2(V) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 6h 6h30 7h 7h30 8h 8h30 9h 9h30 10h 10h30 11h 11h30 12h 12h30 13h 13h30 14h 14h30 15h 15h30 0.19 0.68 1.67 2.48 3.08 5.16 8.82 12.88 15.20 17.28 18.37 19.04 19.72 19.27 17.07 15.61 13.44 11.79 8.82 7.07 0.10 0.19 0.52 1.18 1.73 2.44 3.75 5.82 8.38 10.18 14.02 17.28 19.04 17.50 13.82 11.79 9.76 6.94 5.28 3.46 1.70 3.20 5.00 6.10 6.80 8.80 11.50 13.90 15.10 16.10 16.60 16.90 17.20 17.00 16.00 15.30 14.20 13.30 11.50 10.30 1.23 1.70 2.80 4.20 5.10 6.05 7.50 9.34 11.21 12.36 14.50 16.10 16.90 16.20 14.40 13.30 12.10 10.20 8.90 7.20 Trang 47 CHƯƠNG 6: THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH, KẾT LUẬN, HƯỚNG PHÁT TRIỂN 21 22 23 24 25 16h 5.64 2.02 9.20 16h30 3.75 1.12 7.50 17h 1.23 0.29 4.30 17h30 0.38 0.22 2.40 18h 0.19 0.08 1.70 Bảng 6.1: Thông số thực nghiệm 5.50 4.10 2.10 1.80 1.10 22.00 20.00 CÔNG SUẤT (W) 18.00 16.00 14.00 12.00 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 18H 17H 17H30 16H30 16H 15H30 15H 14H 14H30 13H 13H30 12H30 12H 11H 11H30 10H 10H30 9H30 9H 8H 8H30 7H 7H30 6H30 6H 0.00 THỜI GIAN ( GIỜ) Pout1(W) Pout2(W) Hình 6.4: Đồ thị đường biểu diễn công suất pin theo thời gian Với kết thu được, thấy mơ hình với tự động điều hướng hai trục xoay pin lượng mặt trời có cơng suất cao với hầu hết khoảng thời gian ban ngày so với pin cố định đặt cố định Công suất cực đại thu vào 12 trưa, giá trị công suất cực đại khơng chênh lệch đáng kể pin có điều hướng pin cố định Tuy nhiên mức độ giảm từ điểm công suất cực đại điểm công suất cực tiểu pin tự động điều hướng hai trục xoay lại chậm so với pin Trang 48 CHƯƠNG 6: THỰC NGHIỆM MƠ HÌNH, KẾT LUẬN, HƯỚNG PHÁT TRIỂN đặt cố định Điều này có nghĩa độ dốc đặc tính công suất - thời gian (P-t) hệ thống điều hướng nhỏ so với hệ thống cố định Khi đạt điểm cơng suất cực đại, góc quay động Servo chế độ tự động điều hướng trùng với góc đặt ban đầu chế độ tay (góc nghiêng ban đầu tính tốn) Điều này có ý nghĩa mơ hình tự động điều hướng tìm góc quay động để pin đạt điểm công suất lớn lúc thực nghiệm thời điểm 12 trưa Nhận xét: Mơ hình điều hướng tự động không hoạt động cường độ nguồn sáng yếu tác động đến cảm biến hướng sáng thời gian tác động nguồn sáng q nhanh Từ tránh sự lãng phí điện vận hành động hệ thống trường hợp bị nguồn ánh sáng không mong muốn tác động Đồng thời tận dụng tối đa điện pin sản xuất thông qua mạch nạp nạp vào acquy dự trữ 6.2 Đánh giá mơ hình thực tế 6.2.1 Một số vấn đề cần lưu ý vận hành bảo dưỡng mơ hình Để vận hành mơ hình hoạt động ổn định, cách thức vận hành phải thực theo trình tự sau: ➢ Kiểm tra thiết bị, trục xoay, khung đỡ trạng thái bình thường ➢ Cấp nguồn Acquy chiều ➢ Bật công tắc để cấp nguồn cho mạch vi xử lí, có LED báo trạng thái nguồn vào Một số lưu ý bảo dưỡng mơ hình thực tế: ➢ Trong q trình vận hành, phần trục xoay có động dây dẫn bị gia tăng nhiệt sức nóng từ ánh sáng Mặt trời nước mưa thấm vào, cần phải có biện pháp cách nhiệt che chắn tốt ➢ Các mối nối dây bus cắm vào header phải chắn, và kiểm tra ➢ Vi xử lý Arduino linh kiện dễ hư hỏng, trình nạp chương trình điều khiển, vận hành hay bảo dưỡng mơ hình cần ý tác động học đến nó, với tác động khơng mong muốn gây hư hỏng Arduino, gây lãng phí linh kiện ảnh hưởng đến q trình vận hành mơ hình ➢ Khi vận chuyển thiết bị, nên tháo rời khung pin tránh hư hại Trang 49 CHƯƠNG 6: THỰC NGHIỆM MƠ HÌNH, KẾT LUẬN, HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.2.2 Ưu, nhược điểm mơ hình Trong q trình vận hành nhận thấy số ưu, nhược điểm mơ hình, để từ phát huy ưu điểm, hạn chế khác phục nhược điểm để mơ hình hồn thiện, vận hành tốt Ưu điểm - Công suất pin tự động điều hướng cao đặt cố định - Khơng cần tính tốn góc nghiêng mặt phẳng pin so với mặt phẳng ngang ban đầu - Vận tốc quay phù hợp Nhược điểm - Nếu điện áp pin vọt lố khơng đạt điểm cơng suất cực đại chưa có điều khiển MPPT - Hệ thống vận hành chưa êm, gây tiếng ồn - Trong trình vận hành cịn có sự dao động khung đỡ - Thời gian phản hồi từ tín hiệu điều khiển đến động chưa thực sự nhanh - Phần khí chưa đảm bảo ngồi thời tiết khắc nghiệt - Tiếu tốn lượng nhiều đặt pin cố định Bảng 6.2: Ưu nhược điểm hệ thống 6.3 Đề xuất hướng phát triển Đối với mơ hình đồ án áp dụng phạm vi nghiên cứu, khảo sát với pin công suất nhỏ, hệ thống khí và truyền động đơn giản phần lập trình vi xử lí với thuật tốn Để phát triển với hệ thống lớn hơn, cải thiện hiệu suất làm việc, cần tập trung vào vấn đề sau: ➢ Nghiên cứu kỹ phần cấu truyền động ➢ Tính tốn điện tiêu tốn từ xem xét hệ thống phù hợp ➢ Thêm chế độ thời gian thực, để điều khiển tắt nguồn vào buổi tối, tránh lãng phí điện ➢ Cải thiện cảm biến thích ứng với thời tiết ➢ Ứng dụng vào hệ thống lớn, từ kết nối vào lưới điện Trang 50 KẾT LUẬN KẾT LUẬN Đề tài giải vấn đề lúc đầu đặt chế tạo hồn chỉnh mơ hình xoay hai trục điều hướng pin lượng mặt trời Dưới là kết mà đề tài đạt được: ➢ Nắm sở lý thuyết, nguyên tắc xoay pin cho hướng lượng xạ lớn ➢ Đã thiết kế, chế tạo thành cơng mơ hình điều hướng pin mặt trời 20W theo trục ➢ Thực nghiệm cho kết tốt Trang 51 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] Phan Duy An, “Pháp luật biện pháp khuyến khích, hỗ trợ phát triển lượng tái tạo Việt Nam nay”, Đại học Luật, Ngành: Luật kinh tế, 2011 Nguyễn Nhân Bổn, “Giải thuật nâng cao hiệu suất pin mặt trời ứng dụng”, BM Điện Công Nghiệp, Khoa Điện – Điện Tử, ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Trần Công Binh, Bài giảng “Năng lượng tái tạo”, Đại học Bách Khoa, 8/2013 Nguyễn Minh Hải, Đồ án “Giải pháp nâng cao hiệu suất pin lượng mặt trời”, Ngành Điện-điện tử, Chuyên ngành điện hệ thống, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, 5/2018 Hoàng Dương Hùng, “Năng lượng mặt trời lý thuyết ứng dụng”, Ngành Nhiệt điện lạnh, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Huỳnh Minh Phú, “Tự học Arduino cho người bắt đầu”, khoa Cơ khí chế tạo máy, đại học Sư Phạm kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, 2015 Vương Đức Phúc, Đào Minh Quân, “Nghiêng cứu cảm biến ánh sáng dùng hệ tự động bám theo Mặt Trời”, khoa Điện – điện tử, trường đại học Hàng Hải Việt Nam, 2015 Lý Ngọc Thắng, “Nghiên cứu thiết kế hệ thống tự động thích ứng với vị trí mặt trời nhằm nâng cao hiệu suất sử dụng thiết bị dùng lượng mặt trời”, viện Công nghệ, Công Thương, 2011 Nguyễn Ngọc Trung, “Đồ án tìm điểm cơng suất cực đại pin mặt trời”, chuyên ngành Thiết bị, mạng và nhà máy điện, Bộ giáo dục và đào tạo Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ TPHCM, 7/2012 “Thúc đẩy chuyển dịch lượng tái tạo toàn câu”, 2017 Sunemit, “Bản đồ xạ mặt trời Việt Nam năm 2021” [Online]: https://sunemit.com/ban-do-buc-xa-mat-troi-tai-viet-nam/ Reepro Solar, “Sản lượng lắp đặt điện mặt trời theo khu vực giới (GW)”, 2020 [Online]: https://reeprosolar.com/tang-truong-dien-mat-troi-2021-2022/ Lê Long, “Công nghệ điều khiển động Servo”, 2015 [Online]: http://banbientan.com/cong-nghe-dieu-khien-dong-co-servo/ Công ty TNHH Kỹ thuật Đạt Solar, “Hướng dẫn thiết kế góc đặt pin mặt trời” Trang 52 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [15] [Online]: https://dattech.com.vn/hoi-dap/imars-sysexpert-huong-dan-thiet-kehe-thong-pin-nang-luong-mat-troi.html Vũ Sơn Solar, “Giá mua điện mặt trời năm 2020” [Online]: https://vusonsolar.vn/gia-mua-dien-mat-troi-nam-2020-ap-dungtrong-20-nam/ Tiếng Anh: [16] [17] “A detailed modeling of photovoltaic module using MATLAB”, June 2014 Jacob James Nedumgatt, Jayakrishnan K B, Umashankar S, Vijayakumar D, “Perturb and Observe MPPT Algorithm for Solar PV Systems-Modeling and Simulation”, School of Electrical Engineering VIT University Vellore, India Trang 53 ... theo ánh sáng pin để đạt công suất ngõ pin lớn nhất, điều khiển dàn xoay hệ thống pin lượng mặt trời Mơ hình hóa hệ thống tự động điều hướng pin mặt trời So sánh với hệ thống pin lượng mặt trời. .. động điều chỉnh góc quay bề mặt thu lượng mặt trời theo vị trí mặt trời để thu nhiều lượng ✓ Thử nghiệm, chế tạo mơ hình nâng cao hiệu suất pin lượng mặt trời với pin lượng mặt trời ✓ Đánh giá... thống điều hướng pin mặt trời 3.4.1 Nguyên tắc điều hướng Tấm pin lượng mặt trời đạt hiệu suất cao phương tia sáng mặt trời vng góc với mặt phẳng Hình 3.7: Mơ tả góc tới tia ánh sáng mặt trời