.27 Tấm pin năng lượng mặt trời Mono 35W

54 Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật của tấm pin mặt trời Mono 35W

PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Mono 35 W

Công suất tấm pin NL mặt trời Pmax 35 W

Điện áp hở mạch Voc 21.6 V

Dòng ngắn mạch Isc 2.67 A

Điện áp danh định Vmp 18 V

Dòng danh định Imp 1.93 A

Hiệu suất quang năng Module % 18%

Chuẩn loại Pin (cell) - Pin Silic đơn tinh thể

(monocrystalline)

Cấu tạo tấm pin mặt trời - Kính-EVA-Cell-EVA-TPT

& Khung nhơm

Chất lượng sản phẩm - IEC 61215, IEC 61730,

TUV

Nhiệt độ hoạt động Tpv - 40oC ~ 80oC

Kích thước mm 675 * 395 * 35 mm

Trọng lượng Kg 3 Kg

Tuổi thọ sản phẩm - Từ 30 năm đến 50 năm

3.2.4 Tính thời gian sạc

Xe có cơng suất động cơ 800W tuy nhiên trên điều kiện thực tế xe ít khi sử dụng tối đa cơng suất. Xét cơng suất trung bình xe chạy được.

 Xe chỉ chở một người 60kg.

 Khối lượng toàn bộ của xe là 70kg. Do đó khối lượng là 130kg.

55

 Xe chạy trong điều kiện đường bằng phẳng không lên dốc. Ta có phương trình cân bằng lực kéo:

Fk = Ff ± Fi + F𝜔 ± Fj Trong đó:

 Fk : lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động.

 Ff : lực cản lăn.  Fi : lực cản dốc (Fi =0).  F𝜔: lực cản khơng khí.  Fj : lực cản quán tính ( Fj =0, a=0 m/s2). Lực cản lăn: Ff = f.Gtb.cosα = 0,015 . 130. 9,81 . cos (0) = 19,1295 N Lực cản khơng khí: F𝜔 = 0,625.Cx.S.v2 = 0,625. 0,4 . 2 . 5,562 = 15,4568 N Thay vào phương trình cân băng lực kéo ta được:

Fk = 34,5863 N

Vì vậy công suất cản của xe lúc này là:

N = Fk. v = 34,5863.5,56 = 192,3 W Công suất cực đại yêu cầu của động cơ:

𝑁𝑚𝑎𝑥 = 𝑁 0,8=

192,3

0,8 = 240,37 𝑁 Trong đó n là hiệu suất của động cơ điện là ≥ 80%.

Xe chạy trung bình một ngày với quãng đường 30km với vận tốc 20km/h ta có thời gian chạy của xe là 1,5h.

Lượng điện năng tiêu thụ của động cơ điện trong 1,5h là: A = Nmax . t = 240,37.1,5 = 360,56 Wh

Lượng điện năng mà tấm pin năng lượng mặt trời có thể sạc trong một ngày nắng.

 Xét trong 1 ngày nắng tốt sẽ có 5 giờ với tấm pin năng lượng mặt trời có cơng suất 70W thu được 350W.

56

 Trong thực tế hiệu suất nạp điện của pin năng lượng mặt trời chỉ đạt 85% (là hệ số thực nghiệm) do đó điện năng được nạp cho tấm pin năng lượng mặt trời là 297,5W.

Nếu chỉ dùng pin năng lượng mặt trời sạc cho xe với nhu cầu tiêu thụ trung bình có lượng điện năng tiêu thụ như trên ta có thời gian đề sạc là:

𝑡𝑛𝑙𝑚𝑡 = 𝐴

70 . 0,85 =

360,56

70 . 0.85 = 6,1ℎ

Nếu dùng pin năng lượng mặt trời sạc đầy ắc quy có 60V, 20A thì thời gian để sạc là: 𝑡𝑛𝑙𝑚𝑡 = 60 . 20

70 . 0.85= 20,2ℎ

Trên thực tế ắc quy chỉ xả được 70% công suất nên thời gian sạc thực tế là: 𝑡𝑡𝑡 = 𝑡𝑛𝑙𝑚𝑡. 0.7 = 20,2 . 0,7 = 14,1ℎ

Nếu sạc bằng điện lưới nhà, thời gian sạc cho ắc quy là: 𝑡𝑠 =20

𝐼𝑠 Trong đó:

 20 là Dung lượng bình ắc quy (A).

 Is: Dịng sạc. Thường thì dịng Is = 10 ÷ 15% A => ta chọn Is = 12%A = 12%x20 = 2.4 (A) Suy ra : 𝑡𝑠 = 20 2.4= 8.33 (ℎ)

Mạch đảo chiều động cơ giúp xe lùi

Bên cạnh hệ thống điện ban đầu và hệ thống sạc điện trực tiếp từ tấm pin năng lượng mặt trời, nhóm đã cải tạo thêm mạch điện đảo chiều động cơ giúp lùi xe.

57 Hình 3.28 Mạch đảo chiều động cơ và hệ thống điện trên xe nguyên thủy

Để thuận tiện cho việc di chuyển của người sử dụng khi lái xe, xe được trang bị mạch điện để đảm bảo xe có thể di chuyển lùi. Dựa vào nguyên lý hoạt động của động cơ điện 3 pha, chúng ta có thể thấy nếu muốn thay đổi chiều quay của động cơ cần phải thay đổi thứ tự cấp nguồn cho các pha của động cơ. Như vậy, chúng ta chỉ cần thay đổi thứ tự cấp nguồn của hai pha trong động cơ để thay đổi chiều quay của động cơ. Sử dụng hai relay 5 chân để thay đổi tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển và hai relay công suất 5 chân để thay đổi thứ tự cấp nguồn cho các pha của động cơ. Bằng cách giữ nguyên một dây đi vào bộ điều khiển động cơ, hai dây còn lại đi vào chân chung của hai relay công suất. Trong relay công suất chân thường mở được nối với chân thường đóng của relay kia. Sau đó mới đi qua bộ điều khiển động cơ. Khi có dịng điện đi qua cuộn dây của relay động cơ sẽ được đảo chiều giúp xe có thể lùi được. Tương tự như vậy cho các dây tín hiệu điều khiển.

58 Hình 3.29 Sơ đồ mạch điện điều khiển số lùi

Sau khi thiết kế và lắp đặt hệ thống nạp điện bổ sung cho ắc quy bằng năng lượng mặt trời, mạch điện đảo chiều động cơ và hệ thống điện trên xe nguyên thủy ta có được sơ đồ mạch điện tổng thể trên xe.

Hình 3.30 Sơ đồ mạch điện trên xe

Sau khi đã thiết kế và cải tạo xong xe điện ta cần kiểm nghiệm xe tính các thơng số liên quan để biết được độ hiệu quả của đề tài mang lại.

59

Chương 4 THỰC NGHIỆM

Để kiểm nghiệm q trình tính tốn lý thuyết, nhóm tiến hành thử nghiệm thơng qua q trình xe chạy thực tế trên đường. Điều kiện trong quá trình thử nghiệm:

 Chạy xe nhiều lần, trên một cung đường, người điều khiển xe không thay đổi.

 Đường xe chạy trải nhựa, khơ ráo, bằng phẳng, ít người đi lại, thời tiết có nắng.

 Chạy xe liên tục với tốc độ trung bình là 20 km/h cho đến khi hết điện ắc quy.

 Xe chạy theo kiểu tuần hồn vịng trịn lượt đi lượt về.

Hình 4.1 Xe chạy thử ở khu tập trung của Giáo dục Quốc phòng bên Viện Sư phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh

4.1 Kết quả chạy thử nghiệm khi ắc quy nạp đầy điện

Các thông số kỹ thuật của tấm pin là thông số tối đa. Trên thực tế các thông số nạp hầu như khó đạt đến giá trị đó vì vị trí địa lý Việt Nam nằm trong vùng có cường độ nắng cao nhưng không phải là cao nhất nên không thu được tối đa, thời tiết trên đường cũng ảnh hưởng đến cường độ nắng, cường độ nắng còn bị ảnh hưởng bởi sự di chuyển của mặt trời và mây che. Vì thế ta cần thực nghiệm để đo chính xác giá trị giúp đánh giá rõ hơn về hiệu quả của đề tài.

60 Bảng 4.1 Các thông số khi sử dụng pin mặt trời

Ngày Điện áp của tấm pin (V)

Dòng điện của tấm pin (A)

Điện áp của

ắc quy Thời gian chạy (h)

Quãng đường đi được (Km) Lúc đầu Kết thúc 1 12.2 2.2 66.6 61.3 1.5 29 2 11.9 2 65.9 61.5 1.4 28 3 12.2 2.1 65.5 61.2 1.5 29 4 12.3 2.2 66.3 61 1.7 29.5 5 11.7 1.8 66 61.3 1.4 27.5

Bảng 4.2 Quãng đường xe chạy được trước và sau khi cải tạo.

STT

Tốc độ (km/h)

Số km xe chạy được (km) Thời gian xe chạy được (h) Xe nguyên

thủy 2 bánh

Xe 3 bánh có gắn pin năng lượng

mặt trời Xe nguyên thủy 2 bánh Xe 3 bánh có gắn pin năng lượng mặt trời 1 20 27 29 1.4 1.5 2 20 26 28 1.3 1.4 3 20 26.5 29 1.5 1.5 4 20 27 29.5 1.6 1.7 5 20 26 27.5 1.3 1.4

61 Hình 4.2 Biểu đồ so sánh số km xe chạy trước và sau khi cải tạo

4.2 Nhận xét và đánh giá

 Khả năng vận hành của xe

- Xe sau cải tạo là xe ba bánh nên hỗ trợ rất tốt cho người khuyết tật trong việc tham gia giao thông.

- Tăng khả năng chở tải, từ ban đầu là hai người sau khi cải tạo chở được ba người lớn cùng một em bé.

- Khả năng cơ động tốt, nhờ có số lùi giúp người lái khơng phải xuống xe dắt mà chỉ ngồi trên xe điều khiển. Nhờ việc đảo chiều động cơ dễ dàng trên xe điện thay vì độ số lùi trên xe máy giúp giải quyết một phần khó khăn cho người khuyết tật khi vận hành phương tiện giao thông.

- Xe được thiết kế có mái che cho hành khách giúp che mưa, che nắng cho họ.

 Tính kinh tế của đề tài

- Đối với xe cải tạo chạy bằng năng lượng mặt trời, nếu chỉ sử dụng hồn tồn là năng lượng mặt trời thì xem như khơng có tiêu hao nhiên liệu và hồn tồn khơng tốn chi phí cho việc sử dụng nhiên liệu mà chỉ tốn ở phần chi phí ban đầu cùng với lượng chi phí rất nhỏ trong bảo trì và sửa chữa. Tuổi thọ trung bình của tấm pin được nhà sản xuất đề ra là 30 – 40 năm, cùng với việc hầu như không cần bảo dưỡng và thân thiện với môi trường.

27 26 26.5 27 26 29 28 29 29.5 27.5 24 25 26 27 28 29 30 1 2 3 4 5 Km Ngày

QUÃNG ĐƯỜNG XE CHẠY ĐƯỢC

62 - Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì giá thành pin sẽ giảm và tạo ra được cơng suất lớn với diện tích pin nhỏ, hiệu suất thu được cao hơn hiện tại. Mặt khác như đã phân tích ở chương 1, nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt dẫn đến giá nhiên liệu sẽ tăng và môi trường đang bị ô nhiểm trầm trọng. Hiện nay các nước có các biện pháp giảm ơ nhiễm đó là đánh thuế bảo vệ môi trường cao vào xăng dầu một phần giúp người sử dụng hạn chế sử dụng xăng dầu, một phần có nguồn thu ngân sách cho việc bảo vệ môi trường làm cho giá nhiên liệu tăng lên gấp hai lần so với mười năm trước đây, trong tương lai sẽ ngày càng tăng thêm. Mặt khác gần đây nguồn thu ngân sách đó đã được đưa vào hỗ trợ phát triển các dự án điện mặt trời, có chính sách hỗ trợ người dân sử dụng điện mặt trời. Đó là hướng đi đúng đắng của Nhà nước và là xu hướng chung của thế giới.

- Xe chạy bằng năng lượng mặt trời của nhóm đã tăng được 2 km/ 1 lần sạc. Trong đó, xe chạy bằng điện một ngày di chuyển 30km với nguồn điện 60V – 20A là 1200W do thất thoát khi sạc nên sẽ tốn trong khoảng từ 1.5kW điện – 2kW điện số tiền bỏ ra là 3.750 đồng – 5.000 đồng tương đương với 133 đồng trên 1km. Xe sau cải tạo tăng được 2km tương đương với tiết kiệm 266 đồng trên một ngày. Thì sau 15 năm sử dụng sẽ tiết kiệm được 1.460.000 đồng tương đương số tiền bỏ ra để mua tấm pin mặt trời, trong khi đó tấm pin có thời gian sử dụng 30 – 40 năm. Qua đây cũng giúp ta thấy được lợi ích và tiềm năng phát triển của năng lượng mặt trời mang lại cho chúng ta.

 Tồn tại

- Xe và thùng xe chiếm diện tích mặt đường lớn gây khó khăn cho người lái, trở ngại cho các phương tiện khác.

- Tốc độ tối đa của xe sau khi cải tạo sẽ giảm vì lắp thêm bộ khung bên phải cùng với 2 tấm pin năng lượng 6kg làm tiêu hao một phần năng lượng. Tuy nhiên do khơng có cơ sở để đo kiểm cũng như chưa được thử nghiệm trên băng thử nên khơng thể đưa ra kết quả chính xác.

4.3 Ý nghĩa của đề tài

Sau khi kiểm nghiệm xe, nhận thấy đề tài đã giải quyết được các vấn đề:

 Sử dụng nguồn năng lượng sạch thân thiện với môi trường, không sử dụng nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt.

63

 Không gây ô nhiễm môi trường, ô nhiễm tiếng ồn do khói bụi và động cơ gây ra.

 Xe di chuyển xa hơn từ 2 – 3km từ nguồn điện từ tấm pin mặt trời, khắc phục nhược điểm xe điện về giới hạn quãng đường di chuyển, thời gian sạc lâu, thiếu trạm sạc trên đường.

 Sản phẩm là xe điện 3 bánh cùng với số lùi giúp xe ổn định, tăng khả năng cơ động phù hợp cho người khuyết tật.

64

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận

Từ kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm của đề tài có thể rút ra một số kết luận:

 Cải tạo xe máy điện thành xe sinh thái ba bánh chạy bằng năng lượng mặt trời phục vụ cho người khuyết tật đã chạy ổn định.

 Đã thiết kế và chế tạo phần cơ khí và lắp đặt thành cơng bánh xe thứ ba.

 Lắp đặt thành công hệ thống điện từ tấm pin năng lượng mặt trời để bổ sung nguồn điện cho ắc qui. Mạch nạp đáp ứng được khả năng nạp điện và tự ngắt điện khi ắc quy đầy.

 Thiết kế, lắp đặt thêm mạch đảo chiều động cơ giúp xe chạy lùi phục vụ cho người khuyết tật dễ dàng điều khiển hơn trong quá trình sử dụng.

 Đã thiết lập sơ đồ mạch điện tổng hợp giữa hệ thống điện năng lượng mặt trời – mạch đảo chiều động cơ giúp lùi xe – mạch điện nguyên thủy trên xe.

 Đã sử dụng phần mềm phân tích khí động học trên xe giúp tối ưu thiết kế của xe.

 Xe sau khi cải tạo, phần thùng xe có thể dễ dàng tháo rời không quá 10 phút. Giúp người sử dụng có thể chuyển đổi lại từ 3 bánh sang 2 bánh dễ dàng. Phù hợp trong điều kiện thời tiết xấu không thể nạp điện bổ sung hay người sử dụng có nhu cầu chuyển sang 2 bánh.

Tuy nhiên cũng còn một số tồn tại: Chưa đánh giá tính năng êm dịu của xe; khả năng vượt dốc; độ ổn định khi quay vòng….

Kiến nghị

Cần nghiên cứu thêm các hướng:

 Tối ưu hóa lượng điện, sử dụng loại pin tốt hơn như pin lithium hay các công nghệ pin khác để tăng quãng đường xe chạy cũng như tăng thời gian sạc khi di chuyển.

 Nghiên cứu hệ thống tự động thay đổi hướng cho phép pin mặt trời xoay theo phương có cường độ bức xạ mặt trời lớn nhất.

 Sử dụng mạch MPPT ( Maximum Power Point Tracking – xác định điểm công suất cực đại của pin mặt trời) vào bộ điều khiển sạc ắc quy, điều khiển động cơ – nâng cao khả năng hấp thụ tối đa năng lượng mặt trời.

65

 Sử dụng Cruise Control trên xe. Như đã biết ưu điểm của Cruise Control mang lại nhưng lại chưa được áp dụng rộng rãi trên các xe là vì khó điều khiển trên xe máy. Nhưng đối với xe máy điện lại rất dễ để áp dụng Cruise Control.

66

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Lê Văn Hùng, Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo mơ hình xe năng lượng mặt trời, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh, 2011

[2] Pin năng lượng Mặt trời, https://sites.google.com/site/group2pinmattroia2k12tl/home, xem 6/2020

[3] PGS.TS. Đỗ Văn Dũng, Trang bị điện & điện tử trên ô tô hiện đại – Hệ thống động cơ điện, nhà xuất bản Đại học quốc gia Tp. Hồ Chí Minh, 2004.

[4] ThS. Đặng Q, Giáo trình lý thuyết ơ tơ, nhà xuất bản Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh, 2010

[5] Ngô Quang Tạo, Lê Văn Anh, Lê Hồng Quân (2020). Nghiên cứu, thiết kế thử nghiệm hệ thống nạp sử dụng năng lượng mặt trời cho xe điện ba bánh, Tạp chí Khoa học & Cơng nghệ,https://khcncongthuong.vn/tin-tuc/t3314/nghien-cuu-thiet-ke-thu-nghiem-he-thong- napsudungnangluongmattroichoxedienbabanh.html?fbclid=IwAR0F1BI1xdnUfrhqyYZcCfk FruOa7nL07wAE4ph1sQhflgtwLB9yYsJrJc, xem 5/2020.

1

Phụ lục 1 Phân loại pin năng lượng mặt trời

Hiệu suất của các tấm pin phụ thuộc rất nhiều vào thành phần vật liệu cấu tạo nên nó. Hiện nay trên thị trường có các dạng pin mặt trời như : Polycrystalline , Monocrystalline , HIT