5.1.4.1 Phóng điện Ắc-quy:
Phóng điện có thể tiến hành vào bất kỳ thời điểm nào và bất kỳ dòng điện nào nhỏ hơn trị số ghi trong bảng chỉ dẫn của nhà chế tạo.
Khi phóng điện bằng chế độ 3 giờ hoặc dài hơn, có thể phóng liên tục cho đến khi điện thế ở mỗi ngăn giảm xuống đến 1,8V.
Khi phóng với chế độ 1, 2 giờ, thì ngừng phóng khi điện thế ở mỗi ngăn xuống đến 1,75V.
Khi phóng với dòng điện nhỏ thì không xác định việc kết thúc phóng theo điện thế. Trong trường hợp này, việc kết thúc phóng được xác định theo tỷ trọng chất điện phân. Việc phóng được kết thúc khi tỷ trọng giảm đi từ 0,03 đến 0,06 g/cm3 so với tỷ trọng ban đầu. (Nhưng cũng không được để điện thế mỗi ngăn giảm xuống thấp hơn 1,75V.)
Việc nạp Ắc-quy lần sau được tiến hành sau khi phóng thử dung lượng Ắc-quy nhưng không được quá 12 giờ tính từ lúc ngừng phóng.
Tuỳ theo phương pháp vận hành Ắc-quy, thiết bị nạp và thời gian cho phép nạp, phương pháp nạp:
www.7gio.com
GVHD: ? 67
5.1.4.2 Phóng điện Ắc-quy:
Nạp với dòng điện không đổi. Nạp với dòng điện giảm dần. Nạp với điện thế không đổi.
Nạp thay đổi với điện thế không đổi.
5.1.4.2.1 Nạp với dòng điện không đổi:
Việc nạp có thể tiến hành theo kiểu 1 bước hoặc 2 bước:.
Nạp kiểu 1 bước: để dòng nạp không vượt quá 12 % của dung lượng phóng mức 10 giờ tức là 0, 12 x C(10).
Nạp kiểu 2 bước:
Bước 1: để dòng điện nạp bằng dòng điện định mức của thiết bị nạp, nhưng không vượt quá 0,25 x C(10). Khi điện thế tăng lên đến 2,3V - 2,4V thì chuyển sang bước 2.
Bước 2: để dòng điện nạp không vượt quá 0,12 C x (10). Đến cuối thời gian nạp, điện thế Ắc-quy đạt đến 2,6V - 2,8V, tỷ trọng Ắc-quy tăng lên đến 1,200 -1,210 g/cm3, giữa các bản cực Ắc-quy quá trình bốc khí xảy ra mãnh liệt. Việc nạp được coi là kết thúc khi điện thế và tỷ trọng của Ắc-quy ngừng tăng lên trong khoảng 1 giờ, và các Ắc-quy sau khi nghỉ nạp 1 giờ khi nạp lại sẽ sôi ngay tức thì.
Thời gian nạp đối với Ắc-quy đã được phóng hoàn toàn theo kiểu nạp 1 bước với dòng 0,12 x C(10) mất khoảng 12 giờ, còn nạp 2 bước với dòng 0,25 x C(10) và 0,12 x C(10) mất khoảng 7-8 giờ. Ở các giá trị mà dòng điện nạp bé hơn thì thời gian nạp phải tăng lên tương ứng.
5.1.4.2.2 Nạp với dòng điện giảm dần:
Tiến hành nạp giống như phần trên, nhưng với dòng điện giảm dần, ban đầu 0,25 x C(10) và sau đó 0,12 x C(10). Ở giá trị dòng nạp nhỏ: thời gian tương ứng được tăng lên. Dấu hiệu kết thúc nạp cũng giống như trường hợp nạp với dòng điện không đổi.
5.1.4.2.3 Nạp với điện thế không đổi:
Nạp với điện thế không đổi được tiến hành với thiết bị nạp làm việc với chế độ ổn áp. Điện thế được chọn trong giới hạn từ 2,2V- 2,35 V và được duy trì ổn định
www.7gio.com
GVHD: ? 68
trong suốt quá trình nạp. Thời gian nạp độ vài ngày đêm. Trong 10 giờ nạp đầu tiên, Ắc-quy có thể nhận được tới 80% dung lượng bị mất khi phóng.
Khi tỷ trọng chất điện phân giữ nguyên trong 10 giờ thì có thể kết thúc việc nạp.
5.1.4.2.4 Nạp thay đổi với điện thế không đổi:
Việc nạp được tiến hành theo 2 bước:
Bước 1: dòng điện nạp được hạn chế ở 0,25xC(10), còn điện thế thay đổi tự do cho đến khi tăng lên đến 2,2V-2,35V thì chuyển sang bước 2.
Bước 2: nạp với điện thế không đổi.
Hình 5.4: Trạng thái hóa học trong các quá trình phóng - nạp
5.1.5 Các chế độ vận hành:
5.1.5.1 Chế độ nạp thường xuyên:
Đối với các loại bình Ắc-quy tĩnh điện, việc vận hành Ắc-quy được tiến hành theo chế độ phụ nạp thường xuyên. Ắc-quy được đấu vào thanh cái một chiều song song với thiết bị nạp. Nhờ vậy, tuổi thọ và độ tin cậy của Ắc-quy tăng lên và hạ thấp cho phí bảo dưỡng.
Để bảo đảm chất lượng Ắc-quy, trước khi đưa vào chế độ phụ nạp thường xuyên phải phóng nạp tập dợt 4 lần. Trong quá trình vận hành Ắc-quy ở chế độ phụ
www.7gio.com
GVHD: ? 69
nạp thường xuyên, Ắc-quy không cần phóng tập dợt cũng như nạp lại. Trường hợp sau một thời gian dài làm việc ở chế độ phụ nạp thường xuyên mà thấy chất lượng Ắc-quy bị giảm thì phải thực hiện việc phóng nạp đột xuất.
Ở chế độ phụ nạp thường xuyên cần duy trì điện thế trên mỗi Ắc-quy là 2,2±0,5V để bù trừ sự tự phóng và duy trì Ắc-quy ở trạng thái luôn được nạp đầy.
Dòng điện phụ nạp thông thường được duy trì từ 50-100 mA cho mỗi 100Ah dung lượng. Ở chế độ phụ nạp này, điện thế trên Ắc-quy phải dược duy trì tự động trong khoảng ± 2%.
Việc phóng thử dung lượng thực tế của Ắc-quy được tiến hành 1-2 năm một lần hoặc khi có nghi ngờ dung lượng của Ắc-quy kém. Dòng điện phóng được giới hạn ở chế độ mức 3-10 giờ. Để đánh giá chính xác dung lượng phóng của Ắc-quy nên tiến hành ở cùng một chế độ phóng như nhau trong nhiều lần phóng.
Dung lượng quy đổi được tính theo công thức: = / [1+(0,008(t-20))] (5.1)
dung lượng ở C dung lượng ở C
5.1.5.2 Chế độ phóng nạp xen kẽ:
Ắc-quy làm việc ở chế độ phóng nạp xen kẽ là Ắc-quy thường xuyên cấp vào phụ tải sau khi đã ngưng nạp.Sau khi phóng đến một giá trị nào đó thì phải nạp trở lại. Trường hợp sử dụng Ắc-quy không nhiều thì mỗi tháng phải tiến hành phụ nạp với dòng điện không đổi là 0,1 x C(10). Việc nạp lại này nhằm loại trừ việc Sunfat hóa ở các bản cực.
5.1.6 Tuổi thọ Ắc-quy:
Tuổi thọ của Ắc-quy phụ thuộc vào dung lượng sạc trong mỗi lần sạc Ví dụ
Sạc 100 % = Giảm tuổi thọ tin Sạc 70 % ~ 200 lần.
Sạc 50 % ~ 400 lần.
www.7gio.com
GVHD: ? 70
Sạc 20 % ~ 1000 lần
5.1.7 Các phương pháp kết nối của Ắc-Quy:
Vừa song song vừa nối tiếp:
Mắc song song:
www.7gio.com
GVHD: ? 71
Mắc nối tiếp:
5.1.8 Tính toán battery:
Battery dùng cho hệ solar là loại deep-cycle. Loại này cho phép xả đến mức bình rất thấp và cho phép nạp đầy nhanh. Loại này có khả năng nạp xả rất nhiều lần ( có nhiều cycle) mà không bị hỏng bên trong, do vậy khá bền, tuổi thọ cao.
Có 2 phương pháp tính toán battery:
Cách thứ nhất là dựa vào lượng điện sản xuất được từ các tấm pin mặt trời. Dung lượng ắc quy phải chứa được = 1.5 đến 2 lần lượng điện sản xuất được mỗi ngày. Hiệu suất xả nạp của battery chỉ khoảng 70 - 80% cho nên chia số Wh do pin mặt trời sản xuất ra với 0.7 - 0.8 rồi nhân với 1.5 đến 2 lần ta có Wh của battery. Trường hợp nhu cầu sử dụng chủ yếu là ban ngày thì chỉ cần thiết kế lượng ắc quy chứa bằng lượng điện sản xuất ra từ pin mặt trời là được.
Cách thứ 2 là dựa vào tải sử dụng, cụ thể như sau:
Số lượng battery cần dùng cho hệ solar là số lượng battery đủ cung cấp điện cho những ngày dự phòng (autonomy day) khi các tấm pin mặt trời không sản sinh ra điện được. Ta tính dung lượng battery như sau:
www.7gio.com
GVHD: ? 72
Hiệu suất xả nạp của battery chỉ khoảng 80% cho nên chia số Wh của tải tiêu thụ với 0.8 ta có Wh của battery
Với mức deep of discharge DOD (mức xả sâu) là 0.6 (hoặc thấp hơn là 0.8), ta chia số Wh của battery cho 0.6 sẽ có dung lượng battery.
Dung lượng Battery (Ah) = (5.2)
Dung lượng Battery (Ah) = (5.3)
Kết quả trên cho ta biết dung lượng battery tối thiểu cho hệ solar không có dự phòng. Khi hệ solar có số ngày dự phòng (autonomy day) ta phải nhân dung lượng battery cho số autonomy-day để có số lượng battery.
Dung lượng Battery (Ah) = x số autonomyday (5.4) 5.1.9 Ưu điểm nhược điểm ắc quy:
Ưu điểm:
-Giá thành thấp, cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng. Nhược điểm:
Khi nạp có thể phát ra khí cháy hoặc khí có mùi khói chịu.
- Nếu mức điện dịch từng ngăn ở ắc quy thấp hơn quy định thì phải bổ sung. - Định kỳ phải nạp điện bổ sung cho ắc quy.
- Chu kỳ nạp định kỳ khoảng 3 tháng/lần nếu không nối với thiết bị tiêu thụ điện -Tuổi thọ thấp hơn so với loại ắc quy kín
khí.
5.2. Inverter:
5.2.1 Giới thiệu chung về inverter:
Chuyển đổi tự động dòng điện một chiều điện áp thấp 12VDC sang dòng điện xoay chiều điện áp cao 220VAC, tần số 50Hz.
www.7gio.com
GVHD: ? 73
_Những đặc tính cơ bản của inverter :
Sử dụng ắc quy (12, 24 hay 48V DC…). Điện áp đầu ra có đặc tính giống như điện áp của lưới điện quốc gia: 220V, xoay chiều, tần số 50 Hz.
Các đặc tính này xuất phát từ yêu cầu thông thường về nguồn điện của các thiết bị sử dụng điện trong dân dụng hàng ngày.
5.2.2 Nguyên lý hoạt động và phân loại của inverter: 5.2.2.1 Nguyên tắc hoạt động: 5.2.2.1 Nguyên tắc hoạt động:
Inverter chuyển đổi quyền lực trong hai giai đoạn: Giai đoạn đầu tiên là chuyển đổi điện một chiều DC-DC, chuyển đổi điều này làm tăng điện áp DC thấp ở đầu khi vào biến tần điện áp DC này lên (khoảng125-300V DC). Giai đoạn thứ hai là giai đoạn biến tần thực tế. Nó chuyển đổi DC điện áp cao sang điện áp xoay chiều (110-225V AC, tần số 60 hoặc 50Hz AC).
Hình 5.5: Nguyên tắc hoạt động của inverter.
5.2.2.2 Phân loại inverter:
Dựa dạng sóng ngõ ra:
Inverter sóng vuông (square wave): là dạng kích điện cho ra sóng vuông như hình dưới đây. Đây là dạng kích điện rẻ và dễ làm nhất. Dạng này dùng được cho hầu hết các thiết bị điện tần số 50 - 60Hz nhưng nếu sử dụng lâu cho các thiết bị sẽ làm hỏng thiết bị diện. Loại kích điện này là các loại kích điện đang bán trên thị trường giá rẻ nhập từ Trung Quốc. Bạn không nên dùng loại này nếu không muốn phải đi mua thiết bị điện mới thường xuyên hơn.
www.7gio.com
GVHD: ? 74
Hình 5.6. Inverter dạng sóng vuông.
Inverter mô phỏng sin (modified sine wave): cũng là một dạng sóng vuông nhưng được điều chỉnh cho giống dạng sóng sin. Loại inverter này có thể dùng cho tất cả thiết bị điện xoay chiều và hiện nay cũng có nhiều dạng đang bán trên thị trường.
Hình 5.7 Inverter dạng sóng sin mô phỏng.
Inverter sin chuẩn (True sine wave): là dạng inverter cho ra sóng sin dạng chuẩn như sin thật. Hầu như không chỉ khác biệt giữa điện lưới và nguồn output của inverter này. Dạng sóng này có biến đổi thêm để hòa vào lưới điện. Inverter nối lưới chắc chắn phải dùng dạng này. Nhược điểm lớn nhất của dạng này là tiêu hao cho không tải thường rấtcao, nên chỉ thích hợp cho các hệ thống lớn hoặc các thiết bị y tế, hệ thống âm thanh nổi cần âm thanh chuẩn hoặc khi nối lưới.
www.7gio.com
GVHD: ? 75
Hình 5.8:Inverter dạng sóng sin chuẩn.
5.2.3 Một số nguyên lý kích điện của inverter trong dân dụng:
Loại biến đổi một bước: từ điện một chiều sang điện xoay chiều 220V thông qua các transitor công suất và một biến áp sắt từ ở tần số 50 Hz (bước biến đổi DC- AC).
Loại biến đổi hai bước: từ điện một chiều Ắc quy ở mức thấp (12, 24V DC) sang điện một chiều ở mức điện áp cao (khoảng 300V DC) thông qua mạch dao động tần số cao và biến áp xung (bước biến đổi DC-DC), rồi từ điện một chiều (lúc này có điện thế cao) dao động thành điện xoay chiều 220V AC (tức bước biến đổi DC-AC).
Loại biến đổi một bước (kích điện từ) : Nếu muốn tăng điện thế thì cần phải có cuộn biến áp, mà biến áp lại chỉ hoạt động được với dòng điện xoay chiều. Vậy để biến đổi thành dòng điện xoay chiều thì có thể dùng một công tắc và một biến áp: Khi chuyển đổi nhanh và liên tục công tắc sang các vị trí lên và xuống, ta sẽ có dòng điện lần lượt chạy vào nửa cuộn dây sơ cấp biến áp, tại cuộn thứ cấp sẽ có điện áp xoay chiều có tần số tương ứng với tần suất chuyển mạch. Tất nhiên chẳng ai lại dùng tay để vận hành kích điện một cách liên tục như vậy nên người ta đã sử dụng các linh kiện điện tử để thay cho việc chuyển mạch này.
Loại biến đổi hai bước (kích điện tử) :
www.7gio.com
GVHD: ? 76
Cấp thứ 1: (DC-DC) cũng có nguyên lý giống như kích điện từ, nhưng thay vì hoạt động ở tần số 50 Hz thì kích loại này sử dụng tần số cao hơn nhiều lần để có thể sử dụng loại biến áp xung có hiệu suất cao và kích thước nhỏ gọn. Sau biến áp xung, dòng điện xoay chiều tần số cao được nắn thành điện một chiều để phục vụ mục đích biến đổi thành điện xoay chiều với tần số 50Hz phù hợp với nhu cầu sử dụng. Tuỳ theo công suất của kích điện mà kích điện tử có thể dùng một hay nhiều các biến áp xung.
Cấp thứ 2: (DC-AC) của kích điện tử là biến đổi điện một chiều thành điện xoay chiều với tần số phù hợp với lưới điện quốc gia (50Hz).
Phần mạch biến đổi thành xoay chiều ở cấp tiếp theo này không cần sử dụng biến áp nữa bởi chúng không cần tăng thêm điện thế, mà chỉ cần dùng các linh kiện đện tử thay đổi chiều đi qua tải của dòng điện đầu ra.
Trên thực tế thì nguyên lý mạch điện tử biến đổi điện một chiều thành xoay chiều lúc này qua cầu H như sau : Ban đầu dòng điện đi từ (+) đến transistor phía trên- bên trái, đi qua tải theo chiều từ trái sang phải rồi đi qua transistor phía dưới bên phải để đi vào cực âm. Sau đó dòng điện đi từ cực dương đến transistor phía trên bên phải, đi qua tải (Load) theo chiều từ phải qua trái rồi đi qua transistor phía dưới bên trái để đi vào cực âm. Dòng điện đi như vậy theo các chiều khác nhau sẽ cho ra dòng xoay chiều trên tải. Việc dẫn cácdòng theo các chiều như vậy được thực hiện nhờ sự điều
khiển các transistor.
Hình 5.9:Nguyên lý mạch điện tử biến đổi DC-AC
www.7gio.com
GVHD: ? 77
Một số mạch Inverter.
Hình 5.10: Mạch Inverter dùng 2N3055
www.7gio.com
GVHD: ? 78
Hình 5.11: Mạch Inverter sử dụng dao động đơn ổn dùng IC LC3524
www.7gio.com
GVHD: ? 79
5.2.4. Tính toán bộ inverter :
Bộ inverter phải đủ lớn để có thể đáp ứng được khi tất cả tải đều bật lên, như vậy nó phải có công suất bằng 125% công suất tải. Nếu tải là motor thì phải tính toán thêm công suất để đáp ứng thời gian khởi động của motor.
Chọn inverter có điện áp vào danh định phù hợp với điện áp danh định của battery. Đối với hệ solar kết nối vào lưới điện, ta không cần battery, điện áp vào danh định của inverter phải phù hợp với điện áp danh của hệ pin mặt trời.