4.2 Cở Sở Lý Thuyết Tính Tốn Hệ Thống Pin Năng Lượng Mặt Trời
Chọn động cơ servo DC 150W, PB = 150W Thời gian sử dụng mỗi ngày là T=3h
Tính tổng số Watt-hour sử dụng mỗi ngày của từng thiết bị. Cộng tất cả lại chúng ta có tổng số Watt-hour tồn tải sử dụng mỗi ngày.
PtT = PBB x T=150x3 = 450W (4.1) Số Watt-hour các tấm pin mặt trời phải cung cấp cho toàn tải mỗi ngày. Do tổn hao trong hệ thống, cũng như xét đến tính an toàn khi những ngày nắng
42
không tốt, số Watt-hour của tấm pin trời cung cấp phải cao hơn tổng số Watt- hour của tồn tải, theo cơng thức sau: Số Watt-hour các tấm pin mặt trời (PV modules) phải cung cấp = (1.3 – 1.5) x tổng số Watt-hour toàn tải sử dụng. Trong đó 1.3 đến 1.5 là hệ số an toàn
Ppv =1.3xPt =1.3x450 = 585 Wh/ngày (4.2) Để tính tốn kích cỡ các tấm pin mặt trời cần sử dụng, ta phải tính Watt-peak (Wp) cần có của tấm pin mặt trời. Lượng Wp mà pin mặt trời tạo ra lại tùy thuộc vào khí hậu của từng vùng trên thế giới. Cùng 1 tấm pin mặt trời nhưng đặt ở nơi này thì mức độ hấp thu năng lượng sẽ khác với khi đặt nó nơi khác. Để thiết kế chính xác, người ta phải khảo sát từng vùng và đưa ra một hệ số gọi là “panel generation factor”, tạm dịch là hệ số phát điện của pin mặt trời. Hệ số “panel generation factor” này là tích số của hiệu suất hấp thu (collection efficiency) và độ bức xạ năng lượng mặt trời (solar radiation) trong các tháng ít nắng của vùng, đơn vị tính của nó là (kWh/m2/ngày). Mức hấp thu năng lượng mặt trời tại Việt Nam là khoảng 4.58 kWh/m2/ngày cho nên lấy tổng số Watt-hour các tấm pin mặt trời cần cung cấp chia cho 4.58 ta sẽ có tổng số Wp của tấm pin.
Wp = 585
4.58 =127.73W (4.3) Tính tốn 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 khơng bị hỏng bên trong, do vậy khá bền, tuổi thọ cao. Có 2 phương pháp tính tốn 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. Trong hệ solar độc lập sử dụng hằng ngày, để tuổi thọ ắc quy tăng lên (gấp2, 3 lần thơng thường) thì khơng nên
43
cho ắc quy xả sâu, nên bảo vệ ắc quy ở ngưỡng áp trên 11V (đối với ắc quy 12V) và chuyển sang sử dụng điện lưới hoặc bù lưới.
Dung lượng Battery = 𝑡ổ𝑛𝑔 𝑊ℎ 𝑡𝑖ê𝑢 𝑡ℎụ 𝑚ỗ𝑖 𝑛𝑔à𝑦
ℎ𝑖ệ𝑢 𝑠𝑢ấ𝑡 𝑏𝑎𝑡𝑡𝑒𝑟𝑦 𝑥 𝑚ứ𝑐 𝐷𝑂𝐷 𝑥 đ𝑖ệ𝑛 𝑡ℎế 𝑏𝑎𝑡𝑡𝑒𝑟𝑦
= 585
0.85.0.6.12 = 95.5(Ah) (4.4) Lựa chọn Acqui Yêu cầu điện áp theo tấm pin 56.25 wp
Điện áp :21.72V
Dòng hở mạch Isc = 8.79 A Điện áp danh định (vmp)= 12V Lựa chọn Acquy:
- Yêu cầu điện áp 12 v
- Dung lượng tổng 20,92: (0,85. X 0.8x12) x ( 3:10)= 0,769( kwh) Với:
- 20,92: là phụ tải một ngày (kwh) - 0,85: hiệu suất Acqui
- 0,8: mức xả tối đa của Acqui
- 3/10: là Acqui phải bù tối đa mất điện lưới trong ngày sử dụng 10 giây Nguyên lý hoạt động của động cơ Servo DC Động cơ servo DC được hình thành bởi những hệ thống hồi tiếp vịng kín chính vì vậy ngun lý hoạt động của động cơ này được mô tả như sau: Bộ phận rotor của động cơ là một nam châm vĩnh cửu có từ trường mạnh và stator của động cơ được cuốn bởi các cuộn dây riêng biệt và được cấp nguồn theo một trình tự thích hợp để quay rotor. Khi đó chuyển động quay của rotor phụ thuộc vào tần số và pha, phần cực và dòng điện chạy trong cuộn dây stator trong trường hợp dòng điện cấp tới các cuộn dây là chuẩn xác. Mạch điều khiển của động cơ được nối với tín hiệu ra. Điều này có nghĩa khi động cơ vận hành thì vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển. Lúc này nếu có bất kỳ lý do nào ngăn cản quá trình chuyển động quay của động cơ, bộ phận cơ cấu hồi tiếp
44
sẽ nhận thấy tín hiệu và mạch điểu khiển sẽ phải tiếp tục điều chỉnh sai lệch cho động cơ đến khi đạt điểm chính xác.
Ưu nhược điểm của động cơ DC Servo Ưu điểm: Là hệ thống hồi tiếp vịng kín chính vì vậy động cơ servo DC rất dễ điều khiển, dễ sử dụng. Bên cạnh đó động cơ cịn giúp kiểm sốt tốc độ chính xác, đảm bảo q trình vận hành được ổn định. Hiện nay giá thành của động cơ Servo DC rẻ hơn so với các loại động cơ khác. Nhược điểm: Vì cấu tạo có bộ phận chổi than nên điểm hạn chế lớn nhất của loại động cơ này chính là dễ gây ra tiếng ồn, nhiệt độ cao khi vận hành và quán tính cao khi giảm tốc độ. Nếu sử dụng động cơ DC servo khơng chổi than thì sẽ khiến động cơ chạy êm và vận hành tốt hơn.
Động cơ servo là động cơ điện một chiều. Nguyên lý làm việc của servo là nó chỉ
quay khi nhận được tính hiệu điều khiển với góc quay nằm trong khoảng từ 00 đến 1800
Động cơ servo có nhiều kiểu dáng, khối lượng và kích thước, được sử dụng trong nhiều máy khác nhau, từ những mơ hình robot nhỏ, cho đến những máy tiện điều khiển bằng máy tính, rồi những mơ hình máy bay và xe hơi từ 00ến 1800
4.3 Hệ thống cơ khí trục đỡ, trục quay 4.3.1 Thiết kế ban đầu
Để lựa chọn và thiết kế phần cơ khí hệ thống trục cho hệ thống, cần xem xét đến khối lượng tấm pin, dây dẫn, các thiết bị phụ trợ... Trong thực tế vận hành, các hệ thống cơ khí, trục đỡ này cịn bị ảnh hưởng bởi yếu tố thời tiết như mưa, gió, bão..., vì vậy người thiết kế cần đưa ra các phương án lựa chọn kết cấu hệ thống cơ khí, trục đỡ và chất liệu sao cho đảm bảo hệ thống vận hành ổn định dưới các điều kiện thời tiết khác nhau.
Đối với mơ hình nhỏ như trong đề tài, sau khi khảo sát các kết cấu dàn tự xoay, một mơ hình kết cấu hệ thống tự xoay đã được đề xuất. Kết cấu được xây dựng trên phần mềm Solidworks như hình bên dưới
45
Hình 4. 3: Bản vẽ hình chiếu đứng mơ hình (đơn vị: mm)
46
Mơ hình kết cấu được xây dựng trên phần mềm Solidworks Mơ hình được lắp ráp bởi: 1. Chân đế, trụ đỡ 2. Giá đỡ chữ 3. Ti Ø10 Y 4. Bi Ø17 5. Động cơ servo 6. Bánh răng 7. Bát L 8. Ốc vít 17 9. Bát thẳng 10. Ốc vít Ø10 11. Bi Ø10
4.3.2 Tiến hành thi công
Phần chân đế được ghép nối từ hai thanh thép vuông (50mm x 50mm) được hàn chặt vng góc với nhau trên một mặt phẳng tạo thành dấu “+”, chiều dài mỗi thanh là 1400mm. Phần chân đế được làm chắc chắn để đỡ các thành phần của hệ thống phía trên, đảm bảo khơng bị sập đổ tấm pin trong quá trình vận hành. Trụ đỡ thứ nhất là ống thép hình trịn Ø40mm, dày 10mm, ở trong là lỗ tròn Ø36mm, cao khoảng 220mm được hàn chặt vào chân đế nhằm mục đích là nơi gắn bi và trục quay phía trên. Trụ đỡ thứ hai là ống thép vuông 20mm, cao khoảng 355mm (có chênh lệch trong lúc thi công) dùng để gắn động cơ servo 1. Phía dưới động cơ servo 1 là một bát L, hai bên động cơ servo 1 là hai bát thẳng được hàn vào trụ để cố định động cơ.
47
4.3 Tấm pin năng lượng mặt trời