2.2.1 Tấm pin Panel mặt trời (solar cells panel)
Hình 2.6 Pin mặt trời
Pin năng lƣợng mặt trời (pin mặt trời/pin qu ng điện) là thiết bị giúp chuyển hó trực tiếp năng lƣợng nh s ng mặt trời (qu ng năng) thành năng lƣợng điện (điện năng) dự trên hiệu ứng qu ng điện. Hiệu ứng qu ng điện là khả năng ph t r điện tử (electron) khi đƣợc nh s ng chiếu vào của vật chất.
Vật liệu xuất ph t để làm pin Mặt trời silic phải là b n dẫn silic tinh khiết. Ở dạng tinh khiết, còn gọi là b n dẫn ròng số hạt tải (hạt m ng điện) là electron và số hạt tải là lỗ trống (hole) nhƣ nh u.
Để làm pin Mặt trời từ b n dẫn tinh khiết phải làm r b n dẫn loại n và b n dẫn loại p rồi ghép lại với nh u cho nó có đƣợc tiếp xúc p - n
16 Nguyên lí hoạt động:
Ánh s ng mặt trời đƣợc cấu tạo gồm c c hạt photon rất nhỏ. Khi c c hạt photon siêu nhỏ chạm trực tiếp vào c c tinh thể silic thì có 2 trƣờng hợp xảy ra:
C c hạt photon trực tiếp truyền qu c c tinh thể silic trên bề mặt pin mặt trời. Trƣờng hợp này xảy r khi năng lƣợng của photong nhỏ hơn năng lƣợng đủ để đƣ c c hạt điện tử (electron) lên một mức năng lƣợng c o hơn.
Tinh thể silic trực tiếp hấp th năng lƣợng từ c c hạt photon. Khi này c c năng lƣợng photon lớn hơn mức năng lƣợng để đƣ c c electron lên mức c o hơn.
2.2.2 Bộ điều khiển sạc (solar charge controller)
Hình 2.7 Bộ điều khiển sạc
Bộ điều khiển sạc là một thiết bị trung gian giữa hệ c c tấm pin mặt trời và hệ c c bình ắc-quy lƣu trữ. Nhiệm v chính của bộ điều khiển sạc là điều khiển việc sạc bình ắc- quy từ nguồn điện sinh ra từ pin Mặt Trời.
17
Bộ điều khiển còn thực hiện việc bảo vệ nạp qu điện thế (>13,8V) hoặc điện thế thấp (<10,5V). Mạch bảo vệ của bộ điều khiển sẽ thực hiện việc ngắt mạch khi bộ điều khiển x c nhận bình ắc-quy đã đƣợc nạp đầy hoặc điện p bình qu thấp.
Bảo vệ tấm pin mặt trời: nguyên lý củ dòng điện là chảy tƣ nơi điện p c o đến nơi điện p thấp. B n ngày trời nắng thì điện p tấm pin c o hơn điện p ắc quy nên dòng điện sẽ đi tƣ pin xuống ắc quy. Nhƣng b n đêm khi không có nắng, điện p pin sẽ thấp hơn điện p ắc quy và dòng điện sẽ đi ngƣợc từ ắc-quy lên tấm pin. Làm giảm hiệu suất tấm pin và gây hƣ hỏng tấm pin vậy nên bộ điều khiển sạc ngăn không để cho dòng đi ngƣợc lên tấm pin gây hƣ hỏng.
Là thiết bị thực hiện chức năng điều tiết sạc cho ắc-quy, bảo vệ cho ắc-quy chống nạp qu tải và xả qu sâu nhằm nâng c o tuổi thọ củ bình ắc-quy, và giúp hệ thống pin mặt trời sử d ng hiệu quả và lâu dài. Bộ điều khiển còn cho biết tình trạng nạp điện của Panel mặt trời vào ắc-quy giúp cho ngƣời sử d ng kiểm so t đƣợc c c ph tải.
2.2.3 Battery (Ăc quy)
Là thiết bi lƣu trữ điện để sử d ng vào b n đêm hoặc lúc trời ít hoặc không còn nh nắng. Ăc quy có nhiều loại, kich thƣớc và dung lƣợng kh c nh u, tùy thuộc vào công suất và đặc điểm của hệ thống tấm pin mặt trời. Hệ thống có công suất càng lớn thì cần sử dung ắc quy có dung lƣợng lớn hoặc dung nhiều bình ắc quy kết nối lại với nhau.
Hình 2.8 Ac quy
Bình ắc-quy đƣợc chi làm nhiều ngăn, thông thƣờng là 6 ngăn. Mỗi ngăn ắc-quy có điện p đầu r là 2V. Nhƣ vậy nếu nối tiếp tất cả 6 ngăn với nhau ta sẽ có bộ ắc-quy là 12V.
18
Vỏ bình ắc-quy đƣợc chế tạo bằng vật liệu cứng có tính chịu axit, chịu nhiệt, do đó ngƣời t đúc bằng nhựa cứng hoặc ebonite. Phí trong vỏ bình có c c v ch ngăn để tạo c c ngăn riêng biệt, mỗi ngăn riêng gọi là một ắc-quy đơn. Dƣới đ y bình t làm 2 yên đỡ gọi là yên đỡ bản cực. M c đính để c c bản cực tì lên đó, tr nh bị ngắn mạch khi đ y bình có lắng đọng cặn bẩn.
Ắc-quy có nhiều loại, kích thƣớc và dung lƣợng kh c nh u, tùy thuộc vào công suất và đặc điểm của hệ thống pin panel mặt trời . Hệ thống có công suất càng lớn thì cần sử d ng ăc-quy có dung lƣợng lớn hoặc dùng nhiều bình ắc-quy kết nối lại với nhau.
Có nhiều loại c-quy: Ắc quy khô, ắc quy nƣớc, ắc quy kiểu hở, ắc quy kiềm...
2.2.4 Bộ ích điện (inverter)
Hình 2.9 Inverter
Bộ kích điện là một thiết bị biến đổi điện p một chiều (DC) củ bình ắc-quy (12V – 24V – 48V hoặc lên đến 240V) thành điện p xo y chiều (AC) có tần số phù hợp với lƣới điện Việt N m đ ng sử d ng là 220V, 50Hz. Bộ kích điện đƣợc thiết kế với nhiều loại công suất từ 300VA – 10kVA tuỳ yêu cầu sử d ng.
Bộ kích điện có h i dạng: sóng điện hình sin mô phỏng và hình sin thực. Loại đầu có ƣu điểm là gi rẻ, nhỏ gọn, thƣờng dùng cho m y vi tính, đèn comp ct, tivi, nhƣng gây hại cho c c thiết bị sử d ng. Loại s u sử d ng n toàn hơn với c c thiết bị điện dân d ng, nhƣng có gi c o hơn .
19
2.2.5 Bộ hòa lƣới
Hình 2.10 Bộ hò lƣới
Thiết bị hò lƣới cho hệ thống điện năng lƣợng mặt trời là thiết bị có chức năng chuyển đổi năng lƣợng mặt trời hò chung vào mạng lƣới điện quốc gi . Vào b n ngày khi mà năng lƣợng mặt trời chuyển hó thành điện năng nhiều nhƣng chúng t lại không dùng đến hoặc không dùng hết điện. Thiết bị hò lƣới sẽ giúp đẩy lƣợng điện dƣ thừ vào lƣới điện quốc gi khi đó chỉ số trên công tơ điện sẽ đếm lùi (ngƣợc).
Vào b n đêm khi hệ thống pin năng lƣợng mặt trời không sản sinh r điện nữ mà trong khi nhu cầu sử d ng điện lại tăng, khi đó thiết bị hò lƣới sẽ giúp bù điện lƣới vào mạng điện gi đình để sử d ng c c thiết bị, khi đó chỉ số công tơ sẽ đếm tăng. Điều đó có nghĩ là khi bạn tiêu th lƣợng điện bằng năng lƣợng điện của hệ thống pin mặt trời tạo ra thì bạn không phải trả bất cứ chi phí tiền điện nào cho điện lực. Nếu lƣợng điện do hệ thống điện mặt trời của bạn tạo ra lớn hơn nhu cầu sử d ng điện của bạn thì khi đó điện lực sẽ phải mu điện của bạn để b n cho c c kh ch hàng kh c. Chỉ khi nhu cầu sử d ng của bạn lớn hơn lƣợng điện do hệ thống pin mặt trời tạo ra, bạn sẽ phải trả phần chi phí đối trừ ph t sinh tăng cho điện lực.
Thiết bị hò lƣới cho hệ thống điện năng lƣợng mặt trời mang lại lợi ích nhƣ: nâng cao hiệu suất chuyển đổi năng lƣợng mặt trời thành năng lƣợng điện tr nh hiện tƣợng dƣ thừ năng lƣợng vô ích: nếu ta nạp vào acquy thì acquy cũng sẽ đầy, c c thiết bị điện có
20
lúc dùng lúc không Những lúc nhƣ vậy việc xảy r dƣ thừ năng lƣơng vô ích. Khi hò vào lƣới điện thì khi thừ năng lƣợng sẽ chia sẻ cho nơi kh c h y đƣ vào sản xuất, đƣ vào phƣơng tiện vận chuyển( xe điện, tàu điện ngầm ) khi t cần lại có điện sử d ng.
2.2.6 Khung gi , dây c p và phu iện lăp đặt
Để đảm bảo cho hệ thống tấm pin mặt trời đặt đung vi trí tốt nhất (Ánh nắng nhiều nhất và lâu nhất) và hiệu suất sử dung hệ thống luôn đƣợc ôn đinh lâu dài, chúng ta cần dùng đến bộ khung g và dây c p chuyên d ng.
Để tối đ ho hiệu suất của hệ thống, c c tấm pin mặt trời cần đƣợc đặt theo một góc nghiêng và một hƣớng nhất đinh (Tùy thuộc tƣng vi trí lắp đặt cu thể).
C c phu kiện đông bộ kèm theo: ống, công tắc, bảng điện, domino, ô cắm để lắp hoàn chỉnh hệ thống điện mặt trời.
21
CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐIỆN NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI
3.1 Giới thiệu tổng quan mô h nh hệ thống điện năng lƣợng mặt trời
Vẫn dự theo nguyên lý hoạt động cơ bản của bộ điều khiển sạc từ nh s ng năng lƣợng mặt trời, nhóm đã thiết kế và lắp đặt thành một tủ điều khiển sạc có dimmer điều chỉnh điện p ngõ r cấp vào đèn để thuận tiện cho việc thí nghiệm và nghiên cứu sau này. Ngoài r nhóm em còn thiết kế mọt số đồng hồ đo để dẽ dàng đo c c thông số.
Việc làm tủ theo dạng không đấu trực tiếp mà thông qu c c domino có thể th o lắp dễ dàng. Dễ dàng thực hiện c c thí nghiệm thông qu c c domino. Thiết kế đi dây nổi để dễ dàng cho việc kiểm tr và sửa chữa.
Dƣới đây là sơ đồ đi dây và nguyên lý hoạt động của tủ năng lƣợng mặt trời
22
23 3.2 Danh s ch thiết bị Bảng 3.1 D nh s ch c c thiết bị D ch s ch thiết bị Số lƣợng Ảnh mô hình Pin mặt trời 1 Ác quy 1 MCB ABB SH201-C20 5 Fuse RT18-32/1P 4 Đồng hồ đo 5
24 Bộ điều khiển sạc 1 Đèn DC 1 Đèn AC 1 ổ căm, công tắt 1 Inverter 1 Đèn b o DC 4 Đèn b o AC 1
25
3.3 Cấu tạo và chức năng từng thiết bị 3.3.1 Đồng hồ đo AC 20A 3.3.1 Đồng hồ đo AC 20A
Hình 3.3 Đồng hồ đo AC 20A
- Đồng hồ đo AC 20A-PZEM-021
+ Model: PZEM-021.
+ Range (phạm vi): U AC80-260V/50/60Hz I 0-20A
Thông số kỹ thuật
1. Điện p làm việc: 80 ~ 260VAC 2. Kiểm tr điện p: 80 ~ 260VAC 3. Công suất định mức: 20A / 4500W 4. Tần số hoạt động: 45-65Hz
5. Độ chính x c đo: 1,0 6. Công suất tiêu th : 0.2W 7. Tốc độ đo: 2 lần / S - Chức năng
26
2. Chức năng cảnh b o qu tải (nhiều ngƣỡng b o động, đèn nền và đèn pin nhấp nh y).
3. Chức năng đặt ngƣỡng b o động (có thể thiết lập ngƣỡng b o động). 4. Nút bật chức năng.
5. Chức năng lƣu giữ dữ liệu rút gọn.
6. Màn hình LCD lớn, màn hình hiển thị đầy đủ chức năng (cũng cho thấy điện p, dòng điện, công suất, điện năng tiêu th ).
7. Chức năng Backlight. - Hiển Thị
+ Hiển thị bằng màn hình LCD rộng cùng một lúc hiển thị điện p, dòng điện, thông số công suất, điện năng tiêu th .
C c định dạng hiển thị:
1. Công suất: kiểm tra khoảng 0 ~ 4.5kW
- 1kW trong định dạng hiển thị 0.0 ~ 999.9W; - 1kW ở định dạng hiển thị 1000 ~ 4500W. 2. Công suất: kiểm tra khoảng 0 ~ 9999kWh
- 10kWh trong định dạng hiển thị 0 ~ 9999Wh; - 10kWh ở định dạng hiển thị 10 ~ 9999kWh; 3. Điện p: Kiểm tra khoảng 80 ~ 260V
- Hiển thị định dạng 80 ~ 220V 4. Dòng điện: Dòng đo 0 ~ 20A
- Hiển thị định dạng 0.00 ~ 20.00. Nhấn phím -Điều khiển đèn nền Đèn nền có thể đƣợc bật hoặc tắt bằng c ch nhấn phím ngắn, và trạng th i đèn nền sẽ đƣợc tự động lƣu lại. - Pin đã đƣợc làm sạch
Bƣớc 1: Nhấn và giữ phím trong 5 giây cho đến khi màn hình hiển thị nguồn nhấp nh y, sau đó nhả nút.
27 nhấp nh y.
Bƣớc 3: Nếu bạn bấm và giữ phím trong 5 giây nữa cho đến khi nó không còn nhấp nh y, nó sẽ chỉ ra rằng dữ liệu pin không bị xó và trạng th i đã xó sẽ bị xó .
- Cài đặt gi trị b o động điện
Bƣớc 1: Nhấn nút dài, khi màn hình LCD hiển thị "SET CLr" sau khi nhả nút, nhập gi trị công suất thiết lập trạng th i
Bƣớc 2: khu vực năng lƣợng cho thấy gi trị b o động sức mạnh hiện tại và một chữ số thấp nhất bắt đầu nhấp nh y có thể nhấn chữ số chủ chốt +1, khi c c hoạt động quan trọng là không qu 3 giây, bởi một chuyển mạch tự động kỹ thuật số ngắn, thiết lập nhƣ trên.
Bƣớc 3: Nhấn và giữ nút trong hơn 5 giây để lƣu và tho t tự động. Đặt ngƣỡng điện năng hoạt động là 0 ~ 4.5kW.
Thận trọng
- Môđun này phù hợp cho sử d ng trong nhà và không thể sử d ng ngoài trời. - Tải không thể vƣợt qu công suất định mức.
- Trình tự dây không thể sai.
3.3.2 Đồng hồ đo DC-20A
Hinh 3.4 Đồng hồ đo DC 20A
- Đồng hồ đo DC 20A-PZEM-031 Model: PZEM-031
28
Range (phạm vi): U DC6.5~100V I 0-20A Thông số kỹ thuật
- Điện p làm việc: 6,5 ~ 100VDC - Kiểm tra điện p: 6.5 ~ 100VDC - Công suất định mức: 20A / 2000W - Độ sai số đo: 1,0%
- Kích thƣớc ngoài: 90X50X25mm Chức năng
1. Đo lƣờng c c thông số điện (điện p, dòng điện, điện, công suất).
2. Chức năng b o động điện p (qua ngƣỡng b o động điện p, đèn nền và đèn pin nhấp nh y).
3. 3 chức năng đặt lại nút nguồn. 4. Chức năng tiết kiệm dữ liệu.
5. Màn hình LCD lớn hiển thị đầy đủ c c chức năng (trong khi hiển thị điện p, dòng điện, điện, điện p).
6. Chức năng Backlight. Hiển thị và c c nút
Hiển thị bằng màn hình LCD
1. Công suất: Kiểm tra khoảng 0 ~ 2kW
- 1kW trong định dạng hiển thị 0.0 ~ 999.9W. - 1kW ở định dạng hiển thị 1000 ~ 2000W.
2. Công suất: Kiểm tra khoảng 0 ~ 9999kWh - Trong định dạng hiển thị 10kWh 0 ~ 9999Wh. - 10kWh ở định dạng hiển thị 10 ~ 9999kWh.
3. Điện p: Kiểm tra khoảng 6,5 ~ 100V - Hiển thị định dạng 6.50 ~ 99.99V.
4. Dòng điện: Dòng đo 0 ~ 20A - Hiển thị định dạng 0.00 ~ 20.00.
29
Đèn nền có thể đƣợc bật hoặc tắt bằng c ch nhấn nút một thời gian ngắn, và trạng th i đèn nền sẽ đƣợc tự động lƣu sau khi tắt điện.
Nhấn Phím
Bƣớc 1: Nhấn và giữ phím cho đến khi ký tự "CLr" xuất hiện trong vùng hiển thị nguồn và nhả phím.
Bƣớc 2: trong trƣờng hợp này chỉ nhấp nh y sạc pin hiện xó , nếu b o chí ngắn nút một lần nữ , c c dữ liệu về số lƣợng điện sẽ bị xó và tho t nhấp nh y rõ ràng.
Bƣớc 3: Nếu không có hoạt động chính trong vòng 5 giây, nó cho biết rằng dữ liệu pin không đƣợc xó và tho t khỏi trạng th i đã đƣợc xó .
Cài đặt b o động điện p
Bƣớc 1: Bấm và giữ phím cho đến khi ký tự "SET" đƣợc hiển thị trong khu vực hiển thị nguồn, sau đó nhả phím.
Bƣớc 2: Sau khi vào trạng th i này, điện p củ khu vực b o động p suất cao sẽ hiển thị gi trị hiện tại, khu vực b o động p suất thấp hiện tại sẽ hiển thị gi trị hiện tại, và bit bậc thấp nhất nhấp nh y, chì khó có thể 1 bit củ một nền b o chí ngắn, khi không có hoạt động chủ chốt khi hơn 3 giây, tự động điều chỉnh c c bit chuyển đổi, từ cảnh b o p suất cao đến khi gi trị b o động, tổng cộng s u, b o động thiết lập ngƣỡng dải điện p 6,5 ~ 99.9V.
Bƣớc 3: Sau khi cài đặt xong, nhấn và giữ phím cho đến khi "PASS" đƣợc hiển thị trên màn hình, cho biết cài đặt thành công và trạng th i cài đặt sẽ tự động tho t.
Chú ý
- Mô-đun này phù hợp cho sử d ng trong nhà, không dùng ngoài trời. - Tải không thể vƣợt qu điện p định mức và dòng điện.
30
3.3.3 MCB ABB SH201-C20
Hình 3.5 MCB ABB SH201-C20
Mô tả danh m c: Bộ ngắt mạch thu nhỏ - SH200 - 1P - C - 20 ampere.