Hình 4.8: Kết quả mô phỏng của bộ biến đổi boost
CHƯƠNG V CHẾ TẠO VÀ HOÀN THIỆN MÔ HÌNH HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI NUÔI TẢI DC.
Đặt vấn đề:
Hệ thống pin mặt trời là một hệ thống bao gồm một số các thành phần như: các tấm pin mặt trời, các tải tiêu thụ điện, các thiết bị lưu trữ điện năng (acquy) và các thiết bị điều phối điện năng…
Thiết kế một hệ thống pin mặt trời là xây dựng một quan hệ tương thích giữa các thành phần của hệ về mặt định tính và định lượng để đảm bảo hiệu quả cao.
Từ sự phân tích các yêu cầu và các đặc trưng của các phụ tải điện ta sẽ chọn một sơ đồ khối thích hợp.
Hình 5.1. Sơ đồ khối tổng quan về hệ thống pin mặt trời
5.1.. Giới thiệu về acquy.
Bình Acquy là một dạng nguồn điện hóa học, dùng để lưu trữ điện năng dưới dạng hóa năng
Hình 5.2. Mô hình bộ ACQUY
Acquy chì gồm có các bản cực bằng chì và ô xít chì ngâm trong dung dịch Acid Sulfuric. Các bản cực thường có cấu trúc phẳng, dẹp, dạng khung lưới, làm bằng hợp kim Chì - Antimone, có nhồi các hạt hóa chất tích cực. Các hóa chất này khi được nạp đầy là Dioxit chì ở cực dương, và chì nguyên chất ở cực âm.
Các bản cực được nối với nhau bằng những thanh chì ở phía trên, bản cực dương nối với bản cực dương, bản cực âm nối với bản cực âm. Chiều dài, chiều ngang, chiều dầy và số lượng các bản cực sẽ xác định dung lượng của bình Acquy. Thông thường, các bản cực âm được đặt ở bên ngoài, do đó số lượng các bản cực âm nhiều hơn bản cực dương. Các bản cực âm ngoài cùng thường mỏng hơn, vì chúng sử dụng diện tích tiếp xúc ít hơn.
Chất lỏng dùng trong bình Acquy này là dung dịch Acid Sulfuric. Nồng độ của dung dịch biểu trưng bằng tỷ trọng đo được, tuỳ thuộc vào loại bình Acquy, và tình trạng phóng nạp của bình.
Trước khi dùng làm nguồn điện ta phải nạp điện cho Acquy. Lúc này Acquy đóng vai trò một máy thu, tích trữ điện năng dưới dạng hóa năng. Khi nạp điện cho Acquy người ta cho dòng điện một chiều đi vào Acquy. Dung dịch axit sunfuric bị điện phân, làm xuất hiện hiđrô và ôxit ở hai bản chì. ở bản nối với cực âm của nguồn điện chì ôxit PbO2 bị khử mất ôxi và thành chì Pb. Bản này sẽ thành cực âm của Acquy. Còn ở bản nối với cực dương của
trình hóa học ngược lại, dung dịch axit lại bị điện phân nhưng lần này các iôn chuyển dời ngược chiều với lúc đầu: hiđrô sẽ chạy về bản PbO2 và khử ôxi, làm cho bản này chở thành chì ôxit PbO. Cho đến khi hai cực đã hoàn toàn giống nhau thì dòng điện tắt. Bây giờ muốn Acquy lại phát điện, ta phải nạp điện cho nó để hai cực trở thành Pbvà PbO2.
Dung lượng của Acquy là lượng điện (điện tích) mà Acquy đó sau khi đã được nạp đầy sẽ phát ra được trước khi hiệu điện thế giảm xuống đến mức ngừng. Mức ngừng là mức mà không nên bắt Acquy phát điện tiếp, nếu cứ để Acquy phát điện ở dưới mức ngừng thì sẽ giảm tuổi thọ của Acquy, thậm chí có thể làm Acquy chết ngay lập tức. Đó là trường hợp dùng nhiều Acquy mắc nối tiếp nhau khi 1 Acquy đã phát hết điện mà những cái khác chưa hết điện và ta tiếp tục dùng thì cái hết điện trước sẽ bị đảo cực và hỏng hoàn toàn. Với Acquy chì thông thường thì mức ngừng là 1,67V cho mỗi ngăn; hay là 10V cho cả 6 ngăn.
Đơn vị để đo điện tích trong vật lý là Coulomb. Đại lượng điện tích không phụ thuộc vào điện thế của Acquy. 1 Coulomb = 1 Ampere * 1 sec: như vậy cũng có thể dùng Ampere * second để chỉ đại lượng điện tích. Dung lượng của bình Acquy thường được tính bằng Ampe giờ (AH). AH đơn giản chỉ là tích số giữa dòng điện phóng với thời gian phóng điện. Dung lượng này thay đổi tùy theo nhiều điều kiện như dòng điện phóng, nhiệt độ chất điện phân, tỷ trọng của dung dịch, và điện thế cuối cùng sau khi phóng. Nhà sản xuất thường đặt số dung lượng trong ký hiệu của Acquy.
5.1.. Các phương pháp phóng và nạp acquy
5.1.1.1. Phóng điện acquy.
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 Acquy lần sau được tiến hành sau khi phóng thử dung lượng Acquy nhưng không được quá 12 giờ tính từ lúc ngừng phóng.Tuỳ theo phương pháp vận hành Acquy, thiết bị nạp và thời gian cho phép nạp, phương pháp nạp, việc nạp có thể được thực hiện theo các cách như sau:
• 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
5.1.1.2. 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 Acquy đạt đến 2,6V - 2,8V, tỷ trọng Acquy tăng lên đến 1,200 -1,210 g/cm3, giữa các bản cực Acquy quá trình bốc khí xảy ra mãnh liệt. Việc nạp được coi là kết thúc khi điện thế và tỷ trọng của Acquy ngừng tăng lên trong khoảng 1 giờ, và các Acquy sau khi nghỉ nạp 1
5.1.1.3. Nạp với dòng điện giảm dần.
Tiến hành nạp giống như phần trên, nhưng với dòng điện giảm dần, ban đầu 0,25 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.
5.1.1.4. 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 trong suốt quá trình nạp. Thời gian nạp độ vài ngày đêm. Trong 10 giờ nạp đầu tiên, Acquy 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.
5.1.1.5. Nạp thay đổi với điện thế không thay 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.
5.1.2. Các chế độ vận hành.
5.1.2.1. Chế độ nạp thường xuyên.
Đối với các loại bình Acquy tĩnh điện, việc vận hành Acquy được tiến hành theo chế độ phụ nạp thường xuyên. Acquy được đấu vào thanh cái một chiều song song với thiết bị nạp. Nhờ vậy, tuổi thọ và độ tin cậy của Acquy tăng lên và hạ thấp cho phí bảo dưỡng.
Để bảo đảm chất lượng Acquy, trước khi đưa vào chế độ phụ nạp thường xuyên phải phóng nạp tập dợt 4 lần. Trong quá trình vận hành Acquy ở chế độ phụ nạp thường xuyên, Acquy 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 Acquy 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 Acquy là 2,2±0,5V để bù trừ sự tự phóng và duy trì Acquy 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 Acquy phải dược duy trì tự động trong khoảng ± 2%. Việc phóng thử dung lượng thực tế của Acquy được tiến hành 1-2 năm một lần hoặc khi có nghi ngờ dung lượng của Acquy kém. Dòng điện phóng được giới hạn ở chế độ mức 3-10 giờ. Để đánh giá chính xác dung lượng phóng của Acquy nên tiến hành ở cùng một chế độ phóng như nhau trong nhiều lần phóng
5.1.2.2. Chế độ phóng nạp xen kẽ.
Acquy làm việc ở chế độ phóng nạp xen kẽ là Acquy 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 Acquy 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.