ĐỒ ÁN THIẾT kế và THI CÔNG hệ THỐNG ĐỊNH HƯỚNG PIN NĂNG LƯỢNG mặt TRỜI

77 4K 113
ĐỒ ÁN THIẾT kế và THI CÔNG hệ THỐNG ĐỊNH HƯỚNG PIN NĂNG LƯỢNG mặt TRỜI

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Đối với loài người, năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng vô cùng vô tận và quý báu. Chúng ta đã biết tận dụng nguồn năng lượng tái tạo này dựa trên các tấm pin mặt trời để tạo ra nhiều sản phẩm phục vụ cho lợi ích cá nhân (hệ thống nước nóng, phương tiện đi lại, hệ thống đèn chiếu sáng, hệ thống điện trong dân dụng…). Hiệu suất của tấm pin quang điện hiện nay chỉ đạt được tối đa là 17,6% so với lượng nhiệt mà nó nhận được từ mặt trời. Tuy nhiên công việc nâng cao hiệu suất của nó vẫn luôn đang diễn ra mạnh mẽ. Do giá thành đắt đỏ và hiệu suất không cao nên pin quang điện chưa được sự quan tâm nhiều ở các nước đang phát triển. Vì vậy, vấn đề tạo ra các thiết bị nhằm đạt được điểm công suất tối ưu của tấm pin là việc cần thiết. Trước đây, khi tấm pin còn ở hiệu suất thấp thì nhà sản xuất phải cần một số lượng lớn và tiêu tốn chi phí vật tư mà hiệu quả mang lại thì không đáng kể. Vì vậy, pin mặt trời trước đây được bán với giá thành rất đắt đỏ và không là giải pháp kinh tế của người tiêu dùng. Ngày nay với công nghệ hiện đại hơn, những tấm pin hiệu suất cao cũng đã được sản xuất, nhưng với chi phí khá cao, do đó việc đầu tư nhiều tấm pin sản xuất ra điện năng phục vụ cho nhu cầu cuộc sống cũng khó khăn. Cần đưa ra những giải pháp tiết kiệm chi phí đầu tư tấm pin năng lượng mặt trời là khả thi. Ứng dụng những nguyên lý của điện tử cơ bản, và công nghệ vi điều khiển đáp ứng thực hiện nâng cao hiệu suất thu năng lượng của tấm pin năng lượng mặt trời Xuất phát từ ý tưởng đó, nhóm chúng em đã nghiên cứu và thực hiện đề tài : “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐỊNH HƯỚNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI” nhằm phát triển hệ thống nguồn năng lượng sạch, tiết kiệm chi phí và nâng cao chất lượng đầu tư hệ thống điện năng lượng mặt trời.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang i ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học: Cán bộ chấm phản biện: ………………………………………. Đồ án tốt nghiệp được bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM Ngày…. tháng…….năm 2013 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang ii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc TP. HỒ CHÍ MINH  KHOA ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: MSSV: MSSV: Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện – Điện Tử Mã ngành: 01 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa học: 2007 – 2012 Lớp: 07101BD I. TÊN ĐỀ TÀI: “THIẾT KẾ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐỊNH HƯỚNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI” II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. NGUYỄN ĐÌNH PHÚ Ngày ….tháng…. năm 2013 Ngày….tháng….năm 2013 Cán bộ hướng dẫn Chủ nhiệm bộ môn ThS. Nguyễn Đình Phú ThS. Nguyễn Đình Phú ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang iii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN  ĐHSPKT, Ngày….tháng…năm 2013 Giáo viên hướng dẫn ThS. Nguyễn Đình Phú ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang iv NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN  ĐHSPKT, Ngày….tháng…năm 2013 Giáo viên phản biện ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN iii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iv Phần A.GIỚI THIỆU v LỜI MỞ ĐẦU vi LỜI CẢM ƠN vii Phần B. NỘI DUNG 1 CHƯƠNG I. DẪN NHẬP 2 1.1 Lý do chọn đề tài 2 1.2 Nhiệm vụ của đề tài 2 1.3Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3 1.4. Ý nghĩa thực tiễn 4 1.5 Phương pháp nghiên cứu 4 CHƯƠNG II. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI 5 2.1. Giới thiệu về pin mặt trời 5 2.1.1. Định nghĩa 5 2.1.2. Tấm năng lượng mặt trời 6 2.2. Cách ghép nối các tấm năng lượng mặt trời 7 2.2.1 Phương pháp ghép nối tiếp các tấm môdun mặt trời 7 2.2.2 Ghép song song các môđun mặt trời 8 2.2.3 Hiện tượng “điểm nóng” 9 2.3 Hệ thống pin mặt trời 10 2.3.1 Hệ quang điện làm việc độc lập 11 2.3.2 Hệ quang điện làm việc với lưới 13 2.4 Phương pháp điều khiển MPPT. 14 2.5 Bộ lưu giữ năng lượng 15 2.5.1. Các loại ắc quy 16 2.5.2 Đặc tính nạp của acquy 17 2.5.3 Các sự cố cần bảo vệ của ắc quy chì - axit 19 2.6. Nguyên lý nạp năng lượng mặt trời 19 2.6.1. Sơ đồ biến đổi DC-DC không cách ly 20 2.6.2. Sơ đồ biến đổi DC-DC có cách ly 21 2.6.3. Lựa chọn sơ đồ nguyên lý cho bộ biến đổi DC-DC 23 2.6.4. Sơ đồ biến đổi DC-DC không cách ly Cuk 24 2.7 Hệ định hướng pin năng lượng mặt trời 27 2.7.1 Giới thiệu 27 2.7.2 Đặc điểm 27 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.7.3 Phương pháp thiết kế 28 2.7.4 Hiệu suất của hệ thống 32 2.7.5 Những nhược điểm của hệ thống định hướng 35 CHƯƠNG III: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 36 3.1 Tổng quan về họ vi điều khiển AT89S52 36 3.2 Cấu trúc của vi điều khiển AT89S52 37 3.3 IC LM324N 42 CHƯƠNG IV. THIẾT KẾ THỰC THI 43 4.1 Thiết kế hệ thống 43 4.1.1 Động cơ DC 43 4.1.2 Mạch cầu H 44 4.1.3 Cảm biến xử lý tín hiệu 45 4.2 Thiết kế mạch điều khiển: 48 4.3 Khối nguồn 49 CHƯƠNG V. LƯU ĐỒ - CHƯƠNG TRÌNH 51 5.1 Sơ đồ khối 51 5.2 Sơ đồ mạch in 51 5.3 Lưu đồ 52 5.4 Chương trình 53 CHƯƠNG VI: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU-KẾT LUẬN HƯỚNG PHÁT TRIỂN 54 6.1Kết quả nghiên cứu 54 6.2 Kết luận hướng phát triển 54 Phần C. PHỤ LỤC 55 Tài liệu tham khảo 56 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LIỆT HÌNH ẢNH Trang Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống năng lượng mặt trời 3 Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc của pin mặt trời silic 6 Hình 2.2: Ghép nối tiếp hai môđun pin mặt trời 8 Hình 2.3: Ghép song song hai môđun pin mặt trời 9 Hình 2.4: Điốt nối song song với môđun để bảo vệ môđun dàn pin mặt trời 10 Hình 2.5: Sơ đồ khối hệ quang điện làm việc độc lập 11 Hình 2.6: Bộ điều khiển MPPT trong hệ thống pin mặt trời 14 Hình 2.7 : Đặc tính nạp của acquy 17 Hình 2.8: Sơ đồ bộ biến đổi DC-DC không cách ly 20 Hình 2.9 : Sơ đồ bộ biến đổi DC_DC cách ly 22 Hình 2.10 : Sơ đồ khối mạch nạp năng lượng mặt trời DC-DC Cuk 24 Hình 2.11: Sơ đồ nguyên lý mạch DC-DC Cuk 24 Hình 2.12 : Tín hiệu điều chế độ rộng xung PWM 25 Hình 2.13 : Bộ biến đổi ở hai trạng thái đóng/mở van 25 Hình 2.14 : Dòng điện điện áp trên các cuộn dây 26 Hình 2.15: Hướng góc mặt trời để điều khiển 28 Hình 2.16: Phương pháp đặt cảm biến nhận biết góc ánh sáng 30 Hình 2.17: (a): Dàn xoay 1 trục, (b): Dàn xoay 2 trục 31 Hình 2.18: So sánh mức nâng hiệu suất hoạt động có điều khiển 32 Hình 3.1: Sơ đồ chân AT89S52 36 Hình 3.2: IC LM324 41 Hình 3.3: Sơ đồ chân LM324N 41 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4.1: Sơ đồ khối hệ thống định hướng pin mặt trời 43 Hình 4.2: Động cơ DC giảm tốc trục ngang 44 Hình 4.3: Mạch cầu H cơ bản 45 Hình 4.4: Xử lý tín hiệu dùng quang trở 46 Hình 4.5: Mạch so sánh điện áp trên hai LDR 47 Hình 4.6: Khối mạch so sánh 2 LDR trong mạch 48 Hình 4.7: Khối vi điều khiển AT89S52 49 Hình 4.8: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 50 Hình 5.1 Sơ đồ khối toàn mạch 51 Hình 5.2: Sơ đồ mạch in hoàn chỉnh 51 LIỆT BẢNG Trang Bảng 2.1: So sánh chỉ tiêu chất lượng của các topology cho bộ biến đổi DC- DC 23 Bảng 2.2: So sánh dòng điện giữa có định hướng không có định hướng 34 Bảng 3.1: Chức năng chuyển đổi đặc biệt 38 Bảng 3.2: Các cờ ngắt 40 Bảng 3.3: Các địa chỉ ngắt 40 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phần A GIỚI THIỆU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI MỞ ĐẦU So với những nguồn năng lượng mới đang được khai thác sử dụng như năng lượng gió, năng lượng hạt nhân… Năng lượng mặt trời được coi là một nguồn năng lượng rẻ, vô tận, là một nguồn năng lượng sạch không gây hại cho môi trường đang thu hút sự quan tâm của rất nhiều nhà khoa học, nhà nghiên cứu sẽ trở thành nguồn năng lượng tốt nhất trong tương lai. Hệ thống quang điện sử dụng năng lượng mặt trời (Hệ pin mặt trời) có nhiều ưu điểm như không cần nguyên liệu, không gây ô nhiễm môi trường, ít phải bảo dưỡng, không gây tiếng ồn… Hiện nay năng lượng mặt trời đã được khai thác đưa vào ứng dụng trong cuộc sống cũng như trong công nghiệp dưới nhiều dạng hình thức khác nhau, thông thường để cấp nhiệt điện. Một hệ pin mặt trời sử dụng năng lượng mặt trời cơ bản bao gồm 2 loại: Hệ pin mặt trời làm việc độc lập hệ pin mặt trời làm việc với lưới. Tùy theo điều kiện về nhu cầu sử dụng vị trí địa lý lắp đặt mà hệ nào được ứng dụng. Trong khả năng của mình, em chỉ chú trọng đến nghiên cứu các thành phần trong hệ thống pin mặt trời làm việc độc lập. Một hệ pin mặt trời làm việc độc lập bao gồm: hệ thống hấp thụ ánh sáng là các tấm pin mặt trời nối ghép lại với nhau, các bộ biến đổi điện tử công suất DC/DC DC/AC hệ thống điều tiết lưu trữ năng lượng là các thiết bị điều tiết sạc, bình ắc quy. Mỗi một thành phần trong hệ pin mặt trời mang những nhiệm vụ cụ thể riêng biệt mang tính quyết định đến khả năng làm việc hiệu quả của hệ quang điện đó. Bộ biến đổi DC/DC sử dụng thuật toán điều khiển tìm điểm công suất tối ưu để làm tăng hiệu quả làm việc của pin quang điện; ắc quy giúp dự trữ điện năng để duy trì hoạt động cho cả hệ thống vào ban đêm hay khi thời tiết âm u, nhiều mây mưa, lúc cường độ bức xạ ánh sáng yếu không đủ phát ra điện năng; bộ biến đổi điện nghịch lưu DC/AC chuyển đổi dòng điện một chiều từ ắc quy thành điện xoay chiều (110V, 220V) để cung cấp cho các thiết bị điện xoay chiều. [...]... năng lượng mặt trời là khả thi Ứng dụng những nguyên lý của điện tử cơ bản, công nghệ vi điều khiển đáp ứng thực hiện nâng cao hiệu suất thu năng lượng của tấm pin năng lượng mặt trời Xuất phát từ ý tưởng đó, nhóm chúng em đã nghiên cứu thực hiện đề tài : THI T KẾ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐỊNH HƯỚNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI” nhằm phát triển hệ thống nguồn năng lượng sạch, tiết kiệm chi phí nâng cao... nâng cao hiệu suất thu năng lượng của tấm pin năng lượng mặt trời Nội dung nghiên cứu được trình bày bao gồm các phần chính như sau:  Nghiên cứu thi t kế hệ thống định hướng pin năng lượng theo vị trí mặt trời  Khảo nghiệm, lấy số liệu so sánh hiệu suất giữa hai trường hợp khi hệ thống được đặt cố định khi sử dụng thi t bị tự động định hướngThi t kế mạch điều khiển, mạch công suất, mạch đảo... vị trí mặt trời, dùng quang trở nhằm đơn giản hóa chi phí thi t kế hệ thống Thi t kế mạch điều khiển tấm pin năng lượng theo vị trí mặt trời Nghiên cứu các bộ biến đổi DC-DC cấu trúc mạch Cuk để tạo ra giá trị điện áp 48V nạp cho acquy CHƯƠNG I DẪN NHẬP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 6 CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI 2.1 Giới thi u về pin mặt trời 2.1.1 Định nghĩa Pin mặt trời còn gọi là pin quang... cực vào hai phần bán dẫn loại N P sẽ đo được một hiệu điện thế Giá trị của hiệu điện thế này phụ thuộc vào bản chất của chất làm bán dẫn tạp chất được hấp phụ Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc của pin mặt trời silic 2.1.2 Tấm năng lượng mặt trời Tấm năng lượng mặt trời được tạo thành từ nhiều pin mặt trời có thể gồm 36 đến 72 pin mặt trời mắc nối tiếp với nhau Qua những tấm pin mặt trời, năng lượng mặt trời. .. Nhiều tấm năng lượng mặt trời có thể ghép nối tiếp hoặc song song với nhau để tạo thành một dàn pin mặt CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 8 trời Để đạt được hiệu năng tốt nhất, những tấm năng lượng phải luôn được phơi nắng hướng trực tiếp đến mặt trời Hiệu suất thu được điện năng từ pin mặt trời ở các vùng miền vào các giờ trong ngày là khác nhau, do bức xạ mặt trời. ..ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đồ án trình bày bao quát cả 1 hệ thống pin mặt trời làm việc độc lập với đầy đủ các thành phần cần thi t trong hệ Sau đó đồ án tập trung nghiên cứu sâu hơn vào nguồn điện pin mặt trời gồm pin mặt trời, bộ DC/DC, phương pháp thuật toán điều khiển MPPT để thấy rõ đặc tính làm việc của pin thay đổi dưới tác động của nhiệt độ thời tiết so sánh nguyên lý làm việc,... khả năng ứng dụng của các thuật toán điều khiển MPPT nhằm để hệ pin mặt trời được làm việc tối ưu nhất Ngoài ra hệ thống còn được điều khiển tấm pin năng lượng mặt trời bám theo vị trí hướng mặt trời để năng lượng thu nhận được là lớn nhất Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp, em đã củng cố được những kiến thức đã được học tiếp thu thêm được một số kiến thức kinh nghiệm mới về pin mặt trời. .. bản chất pin quang điện là một điốt bán dẫn bao gồm hai tấm bán dẫn loại P loại N đặt sát cạnh nhau, khác ở chỗ pin quang điện có diện tích bề mặt rộng có lớp N cực mỏng để ánh sáng có thể truyền qua Trên bề mặt của pin CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 7 quang điện có một lớp chống phản xạ vì khi chiếu ánh sáng vào pin quang điện, sẽ có một phần ánh sáng bị hấp... thành điện năng Mỗi pin mặt trời cung cấp một lượng nhỏ năng lượng, nhưng nhiều pin được đặt trải dài trên một diện tích lớn tạo nên nguồn năng lượng lớn hơn đủ để các thi t bị điện sử dụng Mỗi tấm pin mặt trờicông suất khác nhau như: 20Wp, 22Wp, 50Wp, 55Wp, 80Wp, 140Wp, 190Wp, 280Wp Điện áp của các tấm pin thường là 12VDC Công suất điện áp của hệ thống tuỳ thuộc vào cách ghép nối các tấm pin lại... Diốt để tránh gây hư hỏng cho Ci Thậm chí khi Ci bị hỏng hoàn toàn thì hệ vẫn có thể tiếp tục làm việc 2.3 Hệ thống pin mặt trời Hệ pin mặt trời (hệ PV – photovoltaic system) nhìn chung được chia thành 2 loại cơ bản: CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 12 − Hệ PV làm việc độc lập − Hệ PV làm việc với lưới Hệ PV độc lập thường được sử dụng ở những vùng xa xôi hẻo lánh, nơi . THI T KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐỊNH HƯỚNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI” nhằm phát triển hệ thống nguồn năng lượng sạch, tiết kiệm chi phí và nâng cao chất lượng đầu tư hệ thống điện năng lượng mặt trời. 1.4. pin mặt trời. Hệ thống năng lượng mặt trời có sơ đồ khối cấu trúc sau: Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống năng lượng mặt trời Bộ nạp NLMT thực hiện quá trình điều tiết luồng năng lượng từ pin mặt trời. thu năng lượng của tấm pin năng lượng mặt trời. Nội dung nghiên cứu được trình bày bao gồm các phần chính như sau:  Nghiên cứu thi t kế hệ thống định hướng pin năng lượng theo vị trí mặt trời. 

Ngày đăng: 06/04/2014, 10:20

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan