ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM NGUYÊN LỘC THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT HỆ THỐNG HƢỚNG SÁNG TẤM PIN NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 8.52.01.14 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ Đà Nẵng – Năm 2018 Cơng trình hoàn thành TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Đặng Phƣớc Vinh Phản biện 1: PGS.TS Trần Xuân Tùy Phản biện 2: PGS.TS Lê Viết Ngưu Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật Cơ điện tử họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 27-28 tháng 10 năm 2018 Có thể tìm hiểu luận văn tại: Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách khoa Thư viện Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa ĐHĐN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Pin mặt trời đạt hiệu suất lớn ánh sáng mặt trời chiếu vng góc với mặt phẳng pin Rõ ràng, dàn pin mặt trời đặt cố định thu quang nhiều so với dàn pin có xu hướng hứng trọn ánh sáng mặt trời Giải pháp đưa để nâng cao hiệu suất pin mặt trời hệ thống hướng sáng pin mặt trời giữ cho tia xạ chiếu vng góc lên bề mặt pin suốt thời gian chiếu sáng ban ngày M c đ ch nghiên c u Tìm hiểu ngun lý, tính năng, cấu tạo, vấn đề kỹ thuât nhằm thiết kế chế tạo hệ thống hướng sáng pin mặt trời Xây dựng phần mềm đo đạc lưu trữ liệu lượng thu Đánh giá hiệu lượng hệ thống hướng sáng pin lượng mặt trời hệ thống pin lượng mặt trời cố định Đối tƣợng phạm vi nghiên c u  Đối tƣợng nghiên c u - Các hệ thống pin lượng mặt trời tự xoay - Kết cấu giá đỡ, hệ truyền động khí cho hệ thống pin mặt trời có khả tự xoay theo hướng mặt trời - Thiết kế, chế tạo mơ hình thử nghiệm Từ hồn thiện hệ thống hướng sáng pin mặt trời - Xây dựng phần mềm thu thập dự liệu lượng thu - Đánh giá hiệu suất hệ thống hướng sáng pin mặt trời so với hệ thống pin mặt trời cố định  Phạm vi nghiên c u - Thiết kế, chế tạo hệ thống hướng sáng pin mặt trời dùng cho nghiên cứu thực tiễn - T ng hợp dự liệu lượng thu làm s đánh giá hiệu suất hệ thống hướng sáng pin mặt trời so với hệ thống pin mặt trời cố định Phƣơng pháp nghiên c u - Phân tích lý thuyết mơ hình chuyển đ i lượng mặt trời thành điện công cụ phần mềm để thiết kế, điều khiển, tính tốn - Lựa chọn phương án truyền động kết cấu hệ thống hướng sáng pin mặt trời - Thiết kế chế tạo hệ thống - Viết chương trình thu thập liệu lượng, phân tích liệu đánh giá kết Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài  Ý nghĩa khoa học - Góp phần hồn thiện s khoa học việc thiết kế chế tạo hệ thống hướng sáng pin mặt trời - Đánh giá hiệu suất hệ thống hướng sáng pin mặt trời so với hệ thống pin mặt trời cố định Từ đưa kiến nghị hệ thống pin lượng mặt trời  Ý nghĩa thực tiễn Nâng cao hiệu sử dụng hệ thống pin lượng mặt trời sống Cấu trúc luận văn Luận văn gồm có chương với nội dung sau: Chương 1: T ng quan hệ thống hướng sáng pin mặt trời Chương : Tính tốn thiết kế hệ thống hướng sáng pin lượng mặt trời Chương 3: Tính tốn thiết kế hệ thống điều khiển hướng sáng pin mặt trời Chương 4: Kết đánh giá Chương 5: Kết luận hướng phát triển đề tài CHƢƠNG 1: T NG QUAN VỀ HỆ THỐNG HƢỚNG SÁNG TẤM PIN MẶT TRỜI 1.1 Nhu cầu sử d ng lƣợng mặt trời 1.1.1 Nhu cầu sử dụng lượng mặt trời Việt Nam Việt Nam với lợi nước nằm giải phân b ánh nắng mặt trời nhiều năm đồ xạ mặt trời giới Đó s lớn để đất nước phát triển ngành công nghiệp điện mặt trời Sử dụng lượng mặt trời nguồn lượng chỗ để thay cho dạng lượng truyền thống, đáp ứng nhu cầu vùng dân cư kế sách có ý nghĩa mặt kinh tế, an ninh quốc phòng 1.1.2 Nhu cầu sử dụng lượng mặt trời giới Việc phát triển nguồn lượng sạch, lượng tái tạo tr nên cấp thiết ngày có tính nghĩa vụ quốc gia Sự phát triển công nghệ lượng mặt trời tạo ngành công nghiệp gọi công nghiệp lượng mặt trời, tạo hàng triệu cơng ăn việc, góp phần phát triển kinh tế, xã hội, bảo vệ môi trường tăng cường an ninh lượng nhiều quốc gia giới 1.2 Giới thiệu chung hệ thống hƣớng sáng pin mặt trời Hệ thống bao gồm phận chính: pin lượng mặt trời, cấu khí điều khiển Tấm pin lượng mặt trời đặt kết cấu khí với bậc tự (quay quanh trục Ox đặt cấu hệ trục khơng gian Oxyz) Hình 1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống hướng sáng pin mặt trời 1.3 Các ng d ng  Nhà máy điện lƣợng mặt trời Desert Sunlight Solar Farm Riverside County, California, Mỹ Theo USA Today, nhà máy điện lượng mặt trời Desert Sunlight Solar Farm có cơng suất 550 MW, sử dụng hệ thống định hướng với 8.8 triệu bảng thu lượng mặt trời phát dòng điện trực tiếp có khả cung cấp đủ lượng cho 160.000 hộ gia đình California Hình 2: Hệ thống lượng nhà máy Desert Sunlight Solar Farm  Nhà máy sản xuất điện mặt trời tập trung Ivanpah (Công suất 392 MW) Ivanpah trang bị khoảng 347.000 gương điều khiển máy tính, cao khoảng 2,13m rộng khoảng 3,05m Khi vận hành hết công suất, hệ thống Ivanpah cấp điện đủ cho 140.000 hộ gia đình Hình 3: Nhà máy điện mặt trời Ivanpah Mỹ  Trang trại quang điện Topaz (công suất 550 MW) Năng lượng mặt trời t ng hợp pin quang tự động điều hướng vuông góc với xạ mặt trời Với sản lượng hàng năm mức 1,1 GWh, Topaz cung cấp điện cho khoảng 160.000 hộ gia đình cắt giảm 300.000 CO2 năm, tương đương lượng khí thải 73.000 xe ô tô  Nhà máy liên hợp điện mặt trời Noor Ma-rốc Đến năm 2018, nhà máy liên hợp Noor đủ khả cung cấp điện cho 1,1 triệu dân Ma-rốc Dự án xây dựng nhà máy liên hợp điện mặt trời Noor nhằm làm giảm thải 700.000 khí carbon/năm Hình 13: Các gương thu ánh sáng mặt trời theo công nghệ tập trung lượng mặt trời lắp đặt nhà máy liên hợp Noor CHƢƠNG : TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG HƢỚNG SÁNG TẤM PIN NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI Hệ thống hướng sáng với quy mơ gia đình chọn làm đối tượng nghiên cứu thử nghiệm (a) (b) Hình 1: Hệ thống hướng sáng pin lượng mặt trời trục (a) trục (b) [11] Hệ thống hướng sáng pin lượng mặt trời bao gồm loại trục đơn trục kép Hệ thống định hướng theo trục định hướng theo vị trí mặt trời từ Đông sang Tây trục đặt theo hướng Bắc Nam Hệ thống trục kép định hướng Đông sang phía Tây định hướng theo phía Bắc đến phía Nam 2.1 Lựa chọn số bậc tự cho hệ thống 2.1.1 Phương án 1: Hệ thống hướng sáng theo trục đơn với cấu bậc tự 2.1.1.1 Đặc điểm Cơ cấu khí với bậc tự Tấm pin lượng mặt trời điều khiển theo vị trí mặt trời từ Đơng sang Tây cách sử dụng trục Tấm pin quay để nhận lượng lớn vào thời điểm ngày Hình 2: Sơ đồ động cấu bậc tự 2.1.1.1.Ưu nhược điểm  Ƣu điểm:  Tăng hiệu suất thu lượng mặt trời  Đơn giản, hiệu q trình thiết kế q trình gia cơng  Tiết kiệm cấu truyền động, tốn chi phí so với trục kép  Giảm thiểu khả hư hỏng  Bảo dưỡng thấp  Lập trình điều khiển dễ dàng  Nhƣợc điểm:  Năng lượng nhận thấp so với hệ thống trục kép  Cơ cấu điều khiển không tối ưu, chưa có nhiều cải tiến vượt bậc so với cấu tĩnh  Công suất cung cấp chưa đạt giá trị mong muốn 2.1.2 Phương án 2: Hệ thống hướng sáng theo hai trục với cấu hai bậc tự 2.1.2.1 Đặc điểm Cơ cấu khí có hai bậc tự Tấm pin lượng mặt trời điều khiển hướng sáng theo theo vị trí mặt trời từ Đơng sang Tây, phía Bắc đến phía Nam cách sử dụng hai trục quay ndc1 1- Trục 2- Động 2 3- Khớp nối 4- Bộ truyền xích 5- Động 6- Bộ truyền xích 7- Trục Hình 2: Sơ đồ động cấu hai bậc tự ndc2 2.1.2.2 Ưu nhược điểm  Ƣu điểm:  Với cấu hai bậc tự lượng nhận lớn  Cơng suất tạo từ pin lớn  Thỏa mãn tính tối ưu u cầu cơng nghệ  Mang tính đột phá hướng pin lượng mặt trời  Nhƣợc điểm:  Thiết kế phức tạp hệ thống cảm biến điều khiển động  Chi phí đầu tư cao phận b sung thời gian lắp đặt  Chi phí bảo trì cao  Các phận b sung thêm tăng thêm khả hư hỏng  Quá trình điều khiển phức tạp phương án 2.1.3 Lựa chọn phương án Mục tiêu đề tài đánh giá hiệu suất hệ thống hướng sáng pin mặt trời so với hệ thống pin mặt trời cố định Do đó, phương án 1(hệ thống hướng sáng theo trục đơn với cấu bậc tự do) phương án lựa chọn tối ưu hiệu kinh tế đáp ứng yêu cầu hiệu suất 2.2 Chọn hệ thống truyền động 2.2.1 Phương án 1: Truyền động đai 2.2.1.1 Giới thiệu truyền đai Bộ truyền đai (hình 2.5) thường bao gồm: bánh đai dẫn (1), bánh đai bị dẫn (2) dây đai (3) mắc lên hai bánh đai Dây đai truyền đai khâu mềm (khâu dẻo) liên kết hai bánh đai lại với Các bánh đai nối với giá bắng khớp quay Hình 5: Bộ truyền đai 2.2.1.2 Ưu nhược điểm  Ƣu điểm: Có thể truyền động trục cách xa (< 15 m) Làm việc êm, không gây ồn nhờ vào độ dẻo đai nên truyền động với vận tốc lớn Nhờ vào tính chất đàn hồi đai nên tránh dao động sinh tải trọng thay đ i tác dụng lên cấu Nhờ vào trượt trơn đai nên đề phòng tải xảy động Kết cấu vận hành đơn giản Phí t n bảo dưỡng  Nhƣợc điểm: Kích thước truyền đai lớn so với truyền khác: xích, bánh Tỉ số truyền thay đ i tượng trượt trơn đai bánh đai (ngoại trừ đai răng) Tải trọng tác dụng lên trục lớn (thường gấp 2-3 lần so với truyền bánh răng) phải có lực căng đai ban đầu (tạo áp lực pháp tuyến lên đai tạo lực mà sát) Tu i thọ truyền thấp Căng dây đai 2.2.2 Phương án 2: Truyền động xích 2.2.2.1 Giới thiệu truyền xích Bơ truyền xích đơn giản (hình 2.14) bao gồm hai đĩa xích (đĩa dẫn đĩa bị dẫn 2) nối với giá khớp quay dây xích (3) (liên kết mềm) mắc hai đĩa Ngoài ra, truyền xích sử dụng thiết bị căng xích (bộ phận (4) - hình 2.15), thiết bị bơi trơn, che chắn Hình 14: Bơ truyền xích đơn giản Chuyển động quay tải trọng từ đĩa dẫn (1) sang đĩa bị dẫn (2) nhờ ăn khớp mắt xích với đĩa xích (hình 2.16) 10 Bộ truyền thẳng (bánh trụ thẳng, bánh nón thẳng) - Bộ truyền nghiêng, cong (bánh trụ nghiêng, bánh nón cong) Theo hình dạng biên dạng (prơfin răng), phân thành: bánh thân khai, bánh cung tròn (hay bành Nôvikốp), bánh Xiclôit Theo kết cấu truyền, phân thành: truyền bánh để h (bộ truyền h ) lắp hộp che kín (bộ truyền kín) Ngồi ra, chia truyền bánh thành: truyền bánh ăn khớp (ngoại tiếp) truyền bánh ăn khớp (nội tiếp) 2.2.3.2 Ưu nhược điểm  Ưu điểm:  Bơ truyền bánh có kích thước nhỏ gọn truyền khác, làm việc với cơng suất, số vòng quay tỷ số truyền  Bộ truyền bánh có khả tải cao so với truyền khác, có kích thước  Tỷ số truyền khơng thay đ i, số vòng quay n định  Hiệu suất truyền động cao truyền khác  Làm việc chắn, tin cậy có tu i bền cao  Nhược điểm:  Bộ truyền bánh yêu cầu gia cơng xác cao, cần phải có dao chuyên dụng giá thành tương đối đắt  Bộ truyền làm việc có nhiều tiếng ồn, vận tốc làm việc cao  Khi sử dụng cần phải bôi trơn đầy đủ 2.2.4 Phương án 4: Truyền động trục vít bánh vít 2.2.4.1 Giới thiệu phân loại truyền trục vít Bộ truyền trục vít bao gồm trục vít bánh vít, dùng để truyền chuyển động tải trọng hai trục chéo nhờ sư ăn khớp ren trục vít với bánh vít Thơng thường góc chéo hai trục Σ = 90°, trục vít trục dẫn, bánh vít bánh bị dẫn - 11 Trục vít có cấu tạo trục có nhiều vòng ren co nhiều loại trục vít trục vít trụ (hình 2.23), trục vít lõm hay trục vít globoit (hình 2.24), nhiên trục vít trụ dùng rộng rãi Tùy theo hình dạng ren, trục vít trụ phân thành ba loại (hình 2.26):  Truc vít ác-si-mét  Trục vít kơn-vơ-lút  Trục vít thân khai 2.2.4.2 Ưu nhược điểm  Ưu điểm:  Tỉ số truyền lớn  Làm việc êm, khơng ồn  Có khả tự hãm  Có độ xác động học cao  Nhược điểm:  Hiệu suất thấp, sinh nhiệt hiều có vận tốc trượt dọc lớn  Vật liệu chế tạo bánh vít làm kim loại màu để giảm ma sát nên đắt tiền  Yêu cầu cao độ xác lắp ghép 2.2.5 Lựa chọn phương án: Chọn phương án truyền động băng xích bên cạnh việc đặt pin ngồi mơi trường chịu tác động gió, bão,… nên cần ưu điểm tự hãm truyền trục vít bánh vít Do lựa chọn động trục vít bánh vít 2.3 T nh toán thiết kế phần kh chọn động Sơ đồ động hệ thống hướng sáng pin mặt trời (hình 2.29) cấu có bậc tự Gồm động truyền động cho truyền xích tạo chuyển động quay cho trục Với sơ đồ động đáp ứng tốt khả hương sáng cho pin mặt trời Từ sơ đồ động, tiến hành tính tốn thiết kế phần khí sau: 2.3.1 Chọn động Từ sơ đồ động cho thấy muốn chọn động phải tính cơng suất để quay trục quay  Động cơ: - Công suất : P = 12 Ư - Điện áp : 12VDC 12 - Hộp giảm tốc: Trục vít - bánh vít - Số vòng quay: 3.5 vòng / phút 2.3.2 Thiết lập truyền xích cho động 2.3.2.1 Thiết lập truyền xích cho động Do vận tốc xích nhỏ, tải trọng khơng lớn nên sơ chọn loại xích ống lăn dãy 2.3.2.2.Xác định số đĩa xích Do truyền xích truyền động băng tải nhằm làm cho truyền nhỏ gọn nên chọn tỉ số truyền i =3 Hệ thống xoay với tải trọng nhỏ, nên lấy số đĩa xích dẫn Z1 = 12 số đĩa xích bị dẫn Z2 = 36 2.3.2.3 Xác định bước xích Bước xích t chọn theo điều kiện hạn chế áp suất sinh lề số vòng quay phút đĩa xích phải nhỏ số vòng quay giới hạn Để tìm bước xích t trươc hết định hệ số điều kiện sử dụng: k = kđ.kA.k0.kđc.kb.kc = 1.1.1.1.1,5.1 = 1,5 Xác định cơng suất tính tốn truyền xích: Nt = k.kZ.kn.N = 1,5.2,08.0,71 0,012 = 0,026 kW Bước xích chọn theo bảng 6-4 [TL – 1] để thỏa mãn điều kiện: Nt ≤ [N] Tra bảng 6-4 [TL – 1] lấy bước xích t = 12,7 có trị số cơng suất cho phép 0,2 kW Kiểm nghiệm số vòng quay đĩa xích dẫn theo điều kiện : n1 ≤ ngh Trong đó: - ngh – Số vòng quay giới hạn, phụ thuộc số đĩa xích bước xích, tra bảng 6-5 (sách TK CTM) Ứng với bước xích t = 12,7 mm số đĩa xích Z1 = 12 số vòng quay giới hạn - ngh = 2300 vòng/phút (tra bảng 6-5 [TL – 1]) Vậy điều kiện số vòng quay thỏa mãn 2.3.2.4 Xác định khoảng cách trục số mắc xích Khoảng cách trục chọn theo công thức (6-13) [TL – 1]: A = (30 ÷ 50)t = 30t = 30.t = 30.12,7 = 380 mm Số mắt xích X tính theo công thức 6-4 [TL – 1]: Z  Z 2 A  Z  Z1  t X= = 85 mắc xích    t  2  A 13 Tính xác khoảng cách trục theo công thức 6-3, [ TL – 1]: TKCTM A= Z  Z2 Z  Z2  t   Z  Z1  X   X    8  4 2  2     2  =   381 ,5 mm Để xích khỏi chịu lực căng lớn, phải rút bớt khoảng cách trục tính khoảng A = (0,002  0,004)A = 1,5 mm Như khoảng cách trục cuối A = 380 mm 2.3.2.5 Tính đường kính vòng chia đĩa xích  Đường kính vòng chia đĩa dẫn là: dc1 =  dc2 = t 12,7 = = 49 o 180 180 sin sin 12 Z1 mm Đường kính vòng chia đĩa bị dẫn là: t 12,7 = = 145 o 180 180 sin sin 36 Z2 mm 2.3.2.6 Lắp ráp truyền xích Hình 2.31 cho thấy phương pháp đề nghị để lắp đặt đĩa xích dọc Hình 2.32 cho thấy cách lắp đặt khơng khuyến cáo dây xích có khuynh hướng bị bong khỏi đĩa xích, mắc xích dẫn động khơng ăn khớp, dẫn đến tượng tuột xích đứt xích Hình 3: Phương pháp lắp đặt truyền xích dọc đề xuất 14 Hình 4: Phương pháp lắp đặt khơng khuyến nghị Do đó, phương án lựa chọn truyền xích lắp đặt theo hướng thẳng đứng Bánh dẫn điều khiển b i động nằm phía bánh bị dẫn nối với trục quay nằm phía Trục hai bánh xích bố trí lệch góc 20º 2.3.3 Chọn trục quay Chọn vật liệu chế tạo trục thép C35 Lựa chọn kích thước trục:  Đường kính trục tính theo cơng thức: d  C3 Trong đó: 0,012 kW; N n mm N – cơng suất cần thiết, N = n = 1.17 vòng/ phút; C = 110130 chọn C = 110 d  1103  10 0,012  1.17 23.9 mm Chọn đường kính trục d = 25 mm 90 12 25 Hình 5: Kích thước trục 22 15 2.3.4 Chọn ổ bi Ø47 12 Ø25 Hình 6: Ổ bi trục Thơng số bi trục:  Đường kính ngồi: OD = 47 mm  Đường kính trong: id = 25 mm  Độ dày lăn: T = 12 mm Hình 35: Bản vẽ tổng thể khí hệ thống hướng sáng - Đế; - Gân tăng cứng; - Thân dưới; - Thân trên; - Bộ truyền xích; - Bi đỡ trục; - Trục; - Khung pin; Động CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN HƢỚNG SÁNG TẤM PIN MẶT TRỜI 3.1 Ý tƣởng thiết kế Tấm pin mặt trời hệ thống phải chuyển động xoay quanh trục Bắc - Nam để hướng pin vuông góc với ánh sáng mặt trời phát từ sáng đến tối Cơ cấu quay gồm động điều khiển dựa vào giá trị đo quang tr Các quang tr gắn pin lượng mặt trời để tính toán hướng xạ lớn 16 mặt trời, cấu dừng quay giá trị đo quang tr xấp xỉ với sai số nhỏ 3.2 Phƣơng án điều khiển Bộ phận cảm biến sử dụng quang tr để tính tốn hướng xạ lớn mặt trời Với số lượng quang tr lớn khả điều hướng xác Hình 2: Cảm biến quang trở Bộ phận cảm biến sử dụng quang tr phương án tối ưu mang lại hiệu mặt kinh tế, có độ xác cao dễ lập trình 3.3 Các linh kiện sử d ng hệ thống 3.3.1 Quang trở Các thông số kỹ thuật  Điện áp tối đa: 250 V-DC,  Công suất tối đa: 200 mW  Kháng ánh sáng (10Lux): 10 ~ 20 (KΩ)  Kháng bóng tối: (MΩ)  Nhiệt độ môi trường : -30 ~ +700 C  Giá trị c (1000 | 10): 0,6 3.3.2 Biến trở Biến tr thiết bị có điện tr biến đ i theo ý muốn Chúng sử dụng mạch điện để điều chỉnh hoạt động mạch điện Điện tr thiết bị thay đ i cách thay đ i chiều dài dây dẫn điện thiết bị, tác động khác nhiệt độ thay đ i, ánh sáng xạ điện từ, Hình 1: Cấu tạo biến trở quay học 17 3.3.3 Pin lượng mặt trời Thông số pin:  Công suất: 50W  Dòng danh định (Imp): 2,27 A  Điện áp danh định (Vmp): 22,06V  Dòng h mạch (Isc): 2,9 A  Điện áp h mạch (Voc): 22,06 V 3.3.4 Arduino Uno R3 Hình 11: Arduino Uno R3  Các thống số Arduino Uno R3  Vi điều khiển : Atmega328 họ bit  Điện áp hoạt động : 5V-DC  Tần số hoạt động: 16Mhz  Dòng điện tiêu thụ: khoảng 30 mA  Điện áp vào khuyên dùng : 7-12 V-DC  Điện áp giới hạn : 6-20V DC  Số chân Analog : (độ phân giải 10 bit)  Số chân Digital I/O: 14 chân  Dòng điện tối đa chân: 30 Ma  Dòng điện tồi đa: (với 5V) : 500 mA  Dòng điện tối đa : (với 3.3V) :50 mA  Bộ nhớ flash :32 kB (Atmega 328)  SRAM : kB (Atmega 328)  - EEPROM : kB (Atmega 328) 3.3.5 Mạch cầu H - L298N  Ch c năng: Sử dụng module L298N để điều khiển chiều quay động DC Các động điều khiển quay thuận quay nghịch dừng quay có tín hiệu từ cân INT1, INT2, INT3, INT4 18 Hình 12: Mạch cầu H-L298N 3.4 Bộ điều khiển nguyên lý hoạt động Bộ phận cảm biến (hình 13) gồm vách ngăn đặt vng góc với nhau, cảm biến quang tr đặt góc phần tư tạo b i hai vách ngăn cho chúng cách đối xứng qua vách Hình 13: Bộ phận cảm biến Khi trờì tối, với t ng giá trị analog trả quang tr lớn 4000 thực điều hướng đưa pin mặt trời vị trí chuẩn bị sẵn sàng cho ngày Khi cuối ngày, pin hướng hướng mặt trời lặn hệ thống đưa hướng mặt trời mọc điều kiện trời tối thỏa mãn Khi trời sáng, ta xây dựng sơ đồ khối với giá trị quang tr Tiến hành so sánh giá trị chúng cách tính t ng giá trị hai quang tr nằm so sai lệch với t ng giá trị hai quang tr nằm Tương tự, thực so sánh sai lệch t ng giá trị hai quang tr bên phải so với hai quang tr nằm bên trái Từ sơ đồ khối xây dựng, ta có sơ đồ mạch điều khiển hình 3.14 Mạch bao gồm linh kiện: Arduino, cảm biến quang tr , động cơ, LM298, điện tr 19 LDR1 R11 10k A0 A1 A2 A3 A4 A5 LDR3 5V GND TX RX ARDUINO UNO OUT1 VS 11 12 10 13 12 11 10 R13 10k OUT2 ENB ENA IN4 IN3 IN2 VCCIN1 U4 12V DONG CO 2 OUT3 L298 GNDSENSB SENSA LDR2 13 OUT4 ATMEGA328P 12V DONG CO 14 15 R12 10k AREF LDR4 R14 10k 50% 36% 10k RV1 10k RV2 +12V Hình 14: Sơ đồ mạch điều khiển Nguyên lý hoạt động: Cho biến tr thay đ i giá trị theo trục quay quanh Oz Khi có tín hiệu trả ngồi ngưỡng an tồn thiết bị điều khiển trả giá trị an toàn Hay thực chất đưa vị trí để tránh tréo dây điện thực điều hướng Gán biến tr vào trục quay Ox Đến trời tối giá trị biến tr nằm giới hạn cho phép thực điều hướng để đưa pin lượng mặt trời hướng mặt trời mọc chuẩn bị nhận ánh sáng vào ngày 3.5 Bộ lƣu trữ Hệ quang điện làm việc độc lập cần phải có khâu lưu trữ điện 20 Hình 16: Cấu tạo bình ắc quy Ắc quy giúp lưu giữ điện chưa sử dụng cung cấp cho biến đ i DC/AC trường hợp khí hậu xấu, thời tiết nhiều mưa không cung cấp đủ ánh sáng Bộ ắc quy đồng thời cung cấp điện chiều cho thiết bị sử dụng điện chiều 3.6 Phần mềm Matlab Phần trình bày cách đo dòng điện, điện áp, công suất pin mặt trời phần mềm Matlab Qua thực vẽ đồ thị đưa đánh giá 3.6.1 Giới thiệu phần mềm Matlab MATLAB chương trình phần mềm lớn dành cho tính tốn kỹ thuật có chức năng:  Tính tốn  Phát triển thuật tốn  Thu thập liệu  Mơ hình mơ  Phân tích liệu  Vẽ đồ thị  Giao diện đồ họa 3.6.2 Tạo giao diện Từ phần mềm Matlab: m cửa s giao diện (Guide) ta tạo giao diện Để thực đo thông số dòng điện, điện áp, cơng suất cần phải liên kết Arduino phần mềm Matlab Trong Matlab có hỗ trợ đo điện áp chân Từ ưu điểm ta phát triển đo thơng số lại Để thực đo dòng điện mạch cần có mơ-đun ASC712 để hỗ trợ đo Tất giá trị xuất phát từ đo điện áp Đối với đo điện áp chân A0 đo điện áp đầu vào nhỏ 5V Do cần phải qua cầu phân áp với điện tr R1= 10 kΩ R2= 2.5 kΩ 21 Linh liện ASC712  Hình 18: Module ASC712 Sơ đồ nối dây modun ASC712 Hình 19: Sơ đồ nối dây ASC712  Cách đo: Khi đo DC phải mắc tải nối tiếp Ip+ Ip- chiều, dòng điện từ Ip+ đến Ip- để Vout mức điện 2.5 – 5V tương ứng dòng – 5A, mắc ngược Vout điện 2.5V đến 0V tương ứng với 0A đến -5A Cấp nguồn 5V cho module chưa có dòng Ip (chưa có tải mắc nối tiếp với domino), Vout=2.5V Khi dòng Ip( dòng tải) 5A Vout=5V, Vout tuyến tính với dòng Ip , khoản 2.5V đến 5V tương ứng với dòng đến 5A Để kiểm tra dùng đồng hồ VOM thang đo DC đo Vout CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 4.1 Xây dựng chƣơng trình đo đạc thu thập liệu Sử dụng GUI phần mềm Matlab để thu nhận liệu công suất, điện áp, dòng điện thu từ hệ thống pin lượng mặt trời Tiến hành lưu trữ xử lý tín hiệu thu Giao diện phần mềm viết Matlab Hình 1: Giao diện phần mềm thu thập xử lý liệu 22 4.2 Th nghiệm kết Trong trình thu thập liệu, pin mặt trời hai hệ thống hướng sáng cố định đặt cạnh nhau, vng góc với trục Oz (trong không gian Oxyz) nằm kinh tuyến Trái Đất Hình 2: Thu thập liệu Tác giả tiến hành thí nghiệm vào ngày tháng năm 2018 Địa điểm làm thí nghiệm sân thượng tòa nhà ký túc xá sinh viên DMC phường Hòa Khánh Nam, quận Liên Chiểu, thành phố Đà Nẵng Kết thu đƣợc sau lần tiến hành th nghiệm thu nhận, lƣu trữ xử lý t n hiệu: Lần 1: ngày 17 tháng 08 năm 2018 Hình 3: Đồ thị công suất ngày 17/8/2018 Lần 2: ngày 20 tháng năm 2018 Hình 4: Đồ thị cơng suất ngày 20/8/2018 Lần 3: ngày 22 tháng 08 năm 2018 23 Hình 5: Đồ thị cơng suất ngày 22/8/2018 Lần 4: ngày 31 tháng năm 2018 Hình 6: Đồ thị cơng suất ngày 31/8/2018 Tổng hợp kết thu đƣợc qua lần thực nghiệm Bảng 1: Kết lần thực nghiệm Ngày 17/08/201 20/08/201 22/08/201 31/08/201 Trung bình công suất thu (W) Hệ thống Hệ thống hướng sáng cố định Tỉ lệ công suất thu hai hệ thống hướng sáng cố định (%) 22,27046 17,519429 27,11864068 30,8506 27,0759 13,94118016 32,07722 25,736263 24,63821962 30,61756 23,64797 29,47225491 4.3 Nhận xét, đánh giá - Hệ thống có điều khiển hướng sáng đạt cơng suất gần tối đa suốt thời gian hoạt động vào ngày nắng, quang mây hệ thống pin mặt trời cố định đạt công suất tối đa vài ngày - Công suất pin điều khiển b i hệ thống hướng sáng lớn công suất pin lượng mặt trời cố định khoảng 15 - 30% Chưa xét đến phần công suất hệ thống điều khiển hoạt động, ta nhận thấy hệ thống hướng sáng đạt công suất cao Đây hướng nghiên cứu trình sử dụng pin mặt trời hiệu 24 KẾT LUẬN Ý nghĩa khoa học thực tiễn Đây tài liệu tham khảo góp phần hồn thiện s khoa học thiết kế, chế tạo hệ thống hướng sáng pin mặt trời, phục vụ tốt cho công tác đào tạo, nghiên cứu, ứng dụng, phát triển nâng cao hiệu sử dụng lượng xanh, lượng tái tạo Việt Nam Những kết đạt đƣợc  Thiết kế chế tạo thành công hệ thống hướng sáng pin lượng mặt trời với cấu bậc tự  Cơ cấu hoạt động n định  Thực thành công giao tiếp phần mềm Matlab với vi điều khiển Arduino việc tạo giao diện để thu thập phân tích kết  Thiết kế chế tạo thành công hồi tiếp để đảm bảo cho hệ thống hoạt động an tồn q trình hoạt động  Chi phí chế tạo thấp phù hợp với điều kiện hộ dân cư Những hạn chế hƣớng khắc ph c  Hạn chế  Chưa biến đ i nguồn điện chiều thu thành nguồn điện xoay chiều để đưa vào sử dụng đời sống  Chưa có thiết bị tự ngắt lưu trữ lượng đầy  Hƣớng giải quyết:  Chế tạo sạc có tính tự ngắt đầy bình ac quy tự động sạc lượng lưu trữ hao hụt  Chế tạo nghịch lưu chuyển đ i dòng điện chiều sang dòng điện xoay chiều cung cấp cho đồ điện dân dụng Định hƣớng phát triển - Xây dựng kết cấu khí, mạch điều khiển, động hoàn thiện gắn liền với thực tế - Sử dụng pin thu lượng mặt trời, lưu trữ lượng thu để dùng thực tế có khả hòa vào điện lưới quốc gia ... nhằm thiết kế chế tạo hệ thống hướng sáng pin mặt trời Xây dựng phần mềm đo đạc lưu trữ liệu lượng thu Đánh giá hiệu lượng hệ thống hướng sáng pin lượng mặt trời hệ thống pin lượng mặt trời cố... Thiết kế, chế tạo hệ thống hướng sáng pin mặt trời dùng cho nghiên cứu thực tiễn - T ng hợp dự liệu lượng thu làm s đánh giá hiệu suất hệ thống hướng sáng pin mặt trời so với hệ thống pin mặt trời. .. hiệu suất hệ thống hướng sáng pin mặt trời so với hệ thống pin mặt trời cố định Từ đưa kiến nghị hệ thống pin lượng mặt trời  Ý nghĩa thực tiễn Nâng cao hiệu sử dụng hệ thống pin lượng mặt trời