5.1 Thực nghiệm mơ hình hệ thống Pin năng lượng mặt trời
5.1.4 Mạch sạc Ắc-quy và cảm biến ánh sáng
Hình 5.4: Sơ đồ nguyên lý mạch nạp ắc-qui và cảm biến ánh sáng Hình 5.3: Hình ảnh mơ phỏng mạch inverter Hình 5.3: Hình ảnh mơ phỏng mạch inverter
74
Khi trời sáng LDR dẫn làm cho Q1 dẫn kép áp phân cực Q2 xuống mức thấp làm Q2 ngưng dẫn, lúc này relay RL1 khơng hút tiếp điểm thường đĩng của RL1 cấp nguồn cho mạch sạc.
Khi trời tối LDR ngưng dẫn làm Q1 ngưng, nhưng vậy Q2 được phân cực thuận và dẫn làm RL1 hút tiếp điểm cấp nguồn cho mạch sạt ngắt và tiếp điểm cấp nguồn điều khiển Inverter đĩng lại.
Nguyên lý hoạt động: đầu tiên khi dược cấp nguồn cho mạch PIC 12F857 sẽ dị áp của Ắc - quy qua cầu phân áp gồm điện trở 47K và 8K2, nếu áp Ắc - quy dưới 20V, PIC12F857 sẽ phát ra mức cao làm Q3 dẫn, lúc này Relay đĩng lại dẫn nuồn nạp từ Pin vào Ắc - quy.
Do điện áp từ pin NLMT khơng ổn định nên khi cĩ bộ điều khiển PID điều khiển cho dị áp MPP nếu áp sau khi đĩng relay điện áp chênh lệch nhỏ dưới 1V thì relay sẽ ngắt, khi áp lệch lớn hơn 1V thì IC sẽ giữ cố định relay để tận dụng dịng nạp tối đa.
Khi Ắc - quy đầy, IC dị được áp dao động khoảng 21 V thì relay RL1 ngắt quá trình nạp.
Các đèn led D2,D3,D4 hiển thị trạng thái của Ắc – quy, D1 sáng báo Ắc - quy đang cạn, D2 sáng báo Ắc - quy đang ở mức trung bình cho phép tải sử dụng hoặc nạp tiếp. D3 sáng báo Ắc - quy đầy, và ngưng nạp.
75
Hình ảnh mơ phỏng mạch (hình 3D).
Hình 5.5: Mạch sạc ắc-qui và cảm biến ánh sáng 5.1.5 Tải đèn đường (tải AC) 5.1.5 Tải đèn đường (tải AC)
Nghiên cứu chọn đèn đường led để sử dụng hệ thống vì: - Đèn led đáp ứng nhanh, khơng cĩ quá trình quá độ.
- Tiết kiệm điện năng hơn 70%-80%
- Tuổi thọ cao đến 50,000h sử dụng (nếu chiếu sáng liên tục 8h/ngày, đèn cĩ thể dùng đến 17 năm…tùy điều kiện sử dụng cĩ thể cho hiệu quả khác nhau)
- Cĩ thể phát sáng trong điều kiện nhiệt độ lạnh - Chất lượng ánh sáng tốt, hiệu suất phát sáng cao - Mẫu mã đẹp, trang trọng
76
5.1.6 Nguyên lý vận hành hệ thống
Hệ thống chiếu sáng dùng năng lượng mặt trời sử dụng điều khiển tự động hoặc bằng tay.
Khi ánh sáng vừa đủ để tấm pin năng lượng tạo ra điện áp và dịng điện phù hợp (lớn hơn ngưỡng điều chỉnh của mạch nạp) Mạch nạp sẽ tư động đĩng rơle cấp điện áp từ tấm pin xuống nạp đầy cho Ắc - quy, khi Ắc - quy đầy hoặc điện áp cao hơn giá trị cài đặt trong IC của mạch, mạch nạp sẽ điều khiển khơng cho nạp thêm tránh hư hỏng Ắc - quy.
Khi hết ánh sáng mặt trời (chiều, tối) cảm biến ánh sáng (CDS) sẽ nhận biết và thơng báo lệnh kích hoạt cho mạch Inverter hoạt động lấy nguồn một chiều từ Ắc - quy nghịch lưu để tạo ra áp xoay chiều 24V. Dịng điện này đưa vào máy biến áp với thứ cấp là 220V cấp vào tải là đèn đường Led 100W, mạch hoạt động ổn định đến khi trời sáng, quá trình nạp Ắc - quy được tiếp tục.
Hệ thống cũng dự phịng chế độ điều khiển tay (khơng tự động), người sử dụng bật - tắt mạch nạp Ắc - quy hay đèn (tải) bằng các cơng tắc được thiết kế trên mạch. Tuy nhiên, khơng nên lạm dụng chế độ này vì cĩ thể ép Ắc - quy nạp quá đầy hoặc làm cạn kiệt Ắc - quy nếu đèn hoạt động quá lâu sẽ dẫn tới hư hỏng Ắc - quy và hệ thống. chế độ điều khiển tay được sử dụng trong trường hơp cần ép buộc đèn sáng để tham quan, đo kiểm tra, học tập của học sinh sinh viên.
Hình 5.5: Các nút nhấn điều khiển tay trên mạch
Cơng tắc OFF
Cơng tắc ON
77
5.2 So sánh điện NLMT và điện lưới
Bảng 5.2: So sánh điện NLMT và điện lưới
STT Nội dung HT điện NLMT độc lập HT điện lưới
1 Thành phần hệ thống
Tấm pin NLMT- Bộ sạc; Ắc quy; Bộ nghịch lưu.
Nhà máy điện, lưới điện, trạm biến áp…
2 Hiệu quả về tiết kiệm năng lượng
Cao, khơng sử dụng nguồn bên ngồi.
Phải cân bằng giữa điện năng sản xuất và điện nưng tiêu thụ
3 Giá thành đầu tư Chi phí cao do Ắc Quy giới hạn tải tiêu thụ.
Chi phí thấp Khơng giới hạn tải tiêu thụ.
4 Hiệu quả kinh tế
Thấp do nguồn điện bị hạn chế về cơng suất và Ắc- quy cĩ giá thành cao ½ hệ thống phải thay thế mới sau 5 năm, tuy nhiên chỉ đầu tư một lần
Phải trả tiền điện hàng tháng
5 Thời gian hồn vốn Dài – thấp Khơng cĩ
6 Ứng dụng
Thích hợp cho mọi nơi, thuận tiện cho vùng chưa cĩ điện lưới
Thích hợp cho thuận tiện về vị trí địa lý
7 Dự phịng sự cố mất
điện Khơng lo sự cố mất điện Thấp
8 Chi phí bảo trì- bảo dưỡng
Cao - Ắc quy mau hỏng
nếu khơng được nạp đầy Trung bình
9 Tính ổn định Bộ điều khiển PID Cao
78
5.3 Tính chọn cơng suất mạch Inverter và Ắc - quy phù hợp với tải
Khi chọn bộ chuyển điện và Ắc - quy sử dụng cho hệ thống điện năng lượng mặt trời (hoặc hệ thống lưu điện dự phịng), bạn cần phải cân nhắc kỹ 3 yếu tố sau đây: dung lượng của Ắc - quy, thời gian cần sử dụng và tổng cơng suất của toàn bộ tải. Các bước và cơng thức tính thường được sử dụng để tính tốn như sau:
Bước 1: Tính tổng cơng suất sử dụng thực tế, bạn cĩ thể tham khảo bảng tham
khảo cơng suất của một sơ thiết bị thơng dụng trong gia đình ở bảng 1.
Bước 2: Tính cơng suất bộ chuyển điện, nếu thiêt bị sử dụng chỉ gồm toàn
những thiêt bị điện tử cĩ dịng khởi động nhỏ như màn hình LCD, máy tính, TV, đèn, quạt thì cơng suất của bộ chuyển điện nên lớn hơn 1,5 lần tổng cơng suất thực tế tính ở bước 1. Nếu thiết bị cĩ dịng khởi động lớn như máy lạnh, tủ lạnh, máy in Laser, máy bơm thì cơng suất của Inverter tối thiểu phải gấp 2 lần tổng cơng suất, nếu số lượng thiết bị loại này nhiều cĩ thể cần gấp 2,5 hoặc 3 lần tổng cơng suất.
Bước 3: Xác định thời gian sử dụng hệ thống, nên tính tốn thời gian sử dụng
thật hợp lý vì chi phí đầu tư cho 1Kwh sử dụng điện 1 ngày cho hệ thống điện năng lượng mặt trời khơng nhỏ
Bước 4: Áp dụng cơng thức để tính tốn bằng một trong các cơng thức sau:
* Tổng Cơng suất tiêu thụ trong hệ thống (W) * Hiệu điện thế của mạch nạp bình Ắc - quy (V) * Dung lượng của bình Ắc - quy (AH)
* Thời gian cần cĩ điện của hệ thống (T)
* Hệ số năng suất của bộ kích điện (pf): thường là 0,7 hoặc 0,8
AH = (T * W)/(V * pf)
Dùng cơng thức này để tính tổng dung lượng của Ắc - quy (AH) nếu xác định trước thời gian sử dụng hệ thống T, tổng cơng suất của Inverter W, điện thế của bộ nạp V, pf = 0.7 hoặc 0.8 tuỳ vào từng loại Inverter
79
Dùng cơng thức này để tính thời gian hoạt động T của hệ thống nếu biết tổng dung lượng của Ắc - quy AH, tổng cơng suất của Inverter W, điện thế của bộ nạp V, pf = 0.7 hoặc 0.8 tuỳ vào từng loại Inverter.
Những thơng tin trên giúp bạn tham khảo được Inverter hay Ắc quy bao nhiêu là phù hợp với hệ thống của mình. Trên thực tế, khi bạn đặt mua một hệ thống điện mặt trời đã chọn loại phù hợp nhất với cơng suất của hệ thống đĩ.
80
CHƯƠNG 6
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
6.1 Kết luận:
- Luận văn đã thực hiện sử dụng bộ điều khiển PID điều khiển dị tìm giá trị cực đại của Pin năng lượng mặt trời.
- Ứng dụng điều khiển PID tính chọn thiết kế mơ hình thực nghiệm hệ thống Pin mặt trời làm việc độc lập, kết quả mơ phỏng với sự trợ giúp của phần mềm Matlap cho thấy: trong quá trình thực hiện bộ điều khiển sử dụng giải thuật PID cĩ tính ổn định hệ thống cao và phù hợp để áp dụng trong việc tìm điểm MPP.
- Các kết qủa mơ phỏng và kết qủa thực tế của mơ hình hệ thống điều khiển cho thấy sử dụng bộ PID điều khiển cĩ tính ổn định cao, đáp ứng theo tốc độ và độ vọt lố thấp, đảm bảo tính ổn định của hệ thống tốt với điều kiện đầu vào biến thiên.
6.2 Hướng phát triển của đề tài
Trên cơ sở lý thuyết và kiểm chứng sau khi ứng dụng luận văn đề nghị tiếp tục giải quyết các vấn đề như sau:
- Bộ điều khiển PID luơn gặp khĩ khăn trong việc xác định các tham số điều khiển Kp; Kd; Ki. Vì thế ta cần phải xây dựng thêm bộ điều khiển tự động xác định điều chỉnh các tham số Kp; Kd; Ki cho phù hợp với từng loại điều kiện nhất định.
- Bộ điều khiển PID là bộ điều khiển được sử dụng phổ biến nhưng khơng phỉa là bộ điều khiển tốt nhất cho mọi đối tượng, khi nào sử dụng PID cịn tùy thuộc vào từng đối tượng cụ thể, Hiện nay một số lý thuyết điều khiển hiện đại như lý thuyết mờ và mạng nơ rơn ra đời và được áp dụng rất tốtvà bộ điều khiển PID cần phải kết hợp với các phương pháp này như bộ PID mờ, PID- nơ ron nhằm cải thiện ngày càng tốt quá trình điều khiển của đối tượng.
81
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TIẾNG VIỆT
1. Nguyễn Văn Nhờ, Giáo trình Điện tử cơng suất 1, Nhà xuất bản ĐHQG, 2002. 2. Năng lượng mặt trời_ PGS.TS. Nguyễn Bốn, TS. Hoàng Dương Hùng.
3. Matlab Simulink -Thầy Nguyễn Phùng Quang
4. Lê Chí Kiên, Trịnh Văn Phương, … “Khảo sát đặc tính làm việc của Pin nhiên liệu”, luận văn tốt nghiệp thạc sỹ năm 2010.
5. Lê Chí Kiên, Nguyễn Hồi Bảo, … “Nghiên cứu xây dựng nhà máy Pin năng lượng mặt trời tại tỉnh Ninh Thuận”, luận văn tốt nghiệp thạc sỹ năm 2013 6. Pin mặt trời và ứng dụng – Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật- PGS.TS. Đặng
Đình Thống
7. Tạp chí Quốc tế mới nổi Cơng nghệ và Kỹ thuật nâng cao Website:
www.ijetae.com (ISSN 2250-2459, ISO 9001: 2008 chứng nhận Journal, Tập 3, Số 9, tháng 9 năm 2013)
8. Tốn học Mơ hình hĩa và mơ phỏng kỹ thuật số của PV Solar Panel sử dụng phần mềm MATLAB.
9. Hội nghị quốc tế về ứng dụng Vật lý và Kỹ thuật cơng nghiệp năm 2012 - Nghiên cứu Matlab / Simulink-Dựa trên Maximum Power Point Tracking của quang điện thế hệ
10. Hội nghị PV châu Á Thái Bình Dương 2012 nghiên cứu nhiệt độ phụ thuộc quang điện (PV) Hiệu quả và hiệu ứng của nĩ trên PV sản xuất trong thế giới.
TIẾNG NƯỚC NGOÀI
11. P, PD, PI, PID CONTROLLERS P, PD, PI, Sena TEMEL Semih YAĞLI Semih Goren Middle East Technical University.
12. Al, D.S.e., Improved MPPT algorithms for rapidly changing eviromental conditions. 2006
82
14. Antje Wưrner, “Fuel Cells and Hydrogen for Airborne Applications” NWV – 7th National Hydrogen & Fuel Cell Conference December 10, 2009
15. FuelCellToday, The leading authority on fuel cells, “The Industry Review 2011”; www.fuelcelltoday.com
16. Walker, Geoff R. “Evaluating MPPT converter toP&Ologies using a MATLAB PV model” Australasian Universities P&Ower Engineering Conference, AUPEC “00, Brisbane, 2000
17. Energy Efficiency and Renewable Energy (EERE), “Comparison of Fuel Cell Technologies”, February 2011
18. Enslin, John H., Mario S.Wolf, Daniel B.Snyman, & Wernher Swiegers, Integrated Photovoltaic Maximum P&Ower P&Oint Tracking Converter, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.44, No6 December 1997
19. Hydrogenics, “Power Backup”; www.hydrogenics.com
20. Roger Taylor; “Renewable Hybrid System Applications around the World”, National Renewable Energy Laboratory, August 21-22, 2001
21. Martin Howley, Emer Dennehy, Mary Holland and Dr. Brian Ĩ Gallachĩir, Energy Policy Statistical Support Unit “2011 Report for Energy in Ireland 1990 – 2010”; Sustainable Energy Authority of Ireland, December 2011
22. Dr. Robert J. Remick, NREL Center Director Hydrogen Technologies and Systems Center “Many Pathways to Renewable Hydrogen”, National Renewable Energy Laboratory, USA, February 19-21, 2008
23 “http://thefutureofthings.com/news/6700/new-catalyst-makes-efficient-fuel- cells-feasible.html”