Dự án thiết kế - tính toán hệ thống đèn năng lượng mặt trời

CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION EIGHT

DỰ ÁN THIẾT KẾ - TÍNH TỐN HỆ THỐNG ĐÈN
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
*Nguyễn Tuấn Anh (1)
(1) Giảng viên khoa Kỹ thuật điện, nghiên cứu sinh khoa Công nghệ năng lượng – Trường Đại Học Điện Lực
*Tác giả liên hệ:
Giáo viên hướng dẫn: Phạm Mạnh Hải

TÓM TẮT
Thế kỷ 21 năng lượng tái tạo nói chung và năng lượng tái tạo nói riêng đang là một trong
những lựa chọn hàng đầu về phát triển năng lượng. Việc sử dụng năng lượng mặt trời
mang lại nhiều lợi ích như tính kinh tế, giảm ô nhiễm môi trường, đa dạng hóa nguồn năng
lượng…Trong bài báo này chúng tôi đề xuất một phương án thiết kế tính tốn cho hệ
thống đèn năng lượng mặt trời và một mơ hình đèn mặt trời nhỏ.
Từ khóa: Năng lượng mặt trời, đèn năng lượng mặt trời, năng lượng tái tạo

1. GIỚI THIỆU

2.2 Danh sách linh kiện

Mục tiêu thiết kế đèn sử dụng điện từ năng

Các linh kiện sử dụng:

lượng mặt trời, đèn tự động bật vào ban

•

Tấm pin mặt trời (40wp)

đêm và tắt vào ban ngày. Dự án được thực

•

Mạch điều khiển sạc: LM7805,

hiện bởi giảng viên và nhóm sinh viên
nghiên cứu khoa học khoa Kỹ thuật điện

IRF3205, Đi-ốt 6A10,
•

Trường Đại học Điện Lực

Điện trở 10kΩ và 330Ω, Led báo tín
hiệu ( chọn led màu tùy ý)

•

Đèn led 12V-12W, Header, jump, dây
dẫn,…

2. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ
2.1 Yêu cầu thiết kế
Ở phạm vi bài nghiên cứu, ta sẽ tính tốn,

•

Ắc quy (24Ah)

•

Giá đỡ, dây cắm.

thiết kế mơ hình hệ thống điện năng lượng
mặt trời có khả năng cung cấp cho tải một
chiều 12W trong 12h, điện áp cấp cho tải
Led - 12V (Điện áp một chiều).
=> Tổng công suất phải cấp cho tải:
12 x 12 = 144 Wh.
DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO | 157


CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION EIGHT

3. Tính tốn thiết kế kỹ thuật

3.2 Phân tích hoạt động của mạch

3.1 Tính tốn thơng số các thiết bị của đèn

•

Ban ngày, khi có ánh nắng mặt trời,
điện áp pin mt tri vo khong 15

Tớnh toỏn c-quy
ã
ã

ữ 17.9V.

Tng cơng suất cấp cho tải/

(0.85x0.6x12)=144/(0.85x0.6x12)=23.5 Ah

•

Mạch gồm 2 phần: Phần báo tín hiệu
và phần mạch nạp.

Hiệu suất xả nạp của ắc quy chỉ
khoảng 85% cho nên chia số Wh của
tải tiêu thụ với 0.85 ta có Wh của ắc
quy Với mức deep of discharge DOD

*) Vào ban ngày:
•

Pin mặt trời tạo ra điện, khi có điện
áp tại phần báo tín hiệu, qua IC7805

(mức xả sâu) là 0.6 (hoặc thấp hơn là

thì điện áp sẽ ổn định ở giá trị 5V, qua

0.8),ta chia số Wh của ắc quy cho 0.6

điện trở R2=330Ω thì điện áp sẽ ổn

sẽ có dung lượng ắc quy

định ở giá trị 1.7V cung cấp cho đèn

Tính tốn tấm pin mặt trời

báo tín hiệu tránh bị q áp khi pin

144 x 1.3 = 187.2 Wh/ngày. Tổng Wp của

mặt trời hoạt động không ổn định.

tấm PV = 183.2 / 4.58 = 40.8 Wp. Chọn loại
PV có 40Wp.

•

Dịng điện từ pin mặt trời đi trực tiếp
tới ắc quy, mạch nạp có một đi ốt D1

Thiết kế điều khiển mạch sạc

chống phóng điện ngược từ ắc quy

[1]

trở về nguồn gây hư hỏng ắc quy và
chống điện áp từ ắc quy phóng lên
làm đóng cực G của mosfet.
*) Vào ban đêm:

•

Khi điện áp cung cấp từ pin mặt trời
xuống dưới ngưỡng điện áp tiêu
chuẩn ắc quy là 13.8V thì lúc này đèn
báo tín hiệu sẽ báo giảm dần tín hiệu
cho đến khi ko có điện từ pin mặt trời
đèn tín hiệu sẽ tắt hồn tồn. Lúc này,
ắc quy sẽ phóng điện lên thông qua
R1= 10kΩ sẽ làm điện áp ở chân G của

Hình 1. Mạch điều khiển sạc cho đèn

mosdet từ mức 0 lên mức 1. Cực G

mặt trời

được đóng vào, điện áp sẽ dẫn từ cực
D sang cực S, dòng điện sẽ khép mạch

158 | DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO


CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION EIGHT

từ ắc quy => bóng đèn => cực DS của

TÁC GIẢ Ý TƯỞNG

mosfet => đi ốt => trở về ắc quy. Quá

NGUYỄN TUẤN ANH sinh năm 1988 tại Hà

trình này sẽ lặp lại hàng ngày

Nội, Việt Nam. Tốt nghiệp hệ kỹ sư chuyên
ngành Kỹ thuật điện tại Đại học Nông

3.3 Kết quả

nghiệp Hà Nội (nay là Học Viện Nông
Nghiệp Việt Nam) năm 2012. Tốt nghiệp
hệ thạc sỹ chuyên ngành Kỹ thuật điện tại
Đại học Điện lực năm 2016. Từ năm 2017
đến nay là giảng viên khoa Kỹ thuật điện
Trường Đại học Điện lực. Hướng nghiên
cứu chính: Khí cụ điện, năng lượng tái tạo,
DCS và SCADA…

Hình 2. Đèn năng lượng mặt trời vào

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
MANH-HAI PHAM Sinh năm 1983, Hải

buổi tối

Dương. Tốt nghiệp chuyên nghành Hệ
Thống Điện của Trường Đại Học Bách Khoa

4. Đánh giá

Mơ hình đèn năng lượng mặt trời hoạt
động tốt vào

Hà Nội năm 2006; Đạt học vị Thạc Sĩ của
Trường Đại Học Paul Sabatiers, Toulouse
tại Pháp 2008 và Đạt học vị Tiến Sĩ về ứng

buổi tối đúng với nguyên lý hoạt động.

dụng plasma của Đại Học Poitiers tại Pháp
2011.

Thống số của đèn
Công suất: 144 Wh

Từ năm 2012 đến nay, là giảng viên của

Cân nặng: 15 [kg]

Trường Đại Học Điện Lực Hà Nội; Nguyên

Các thông số khác: chiều dài 0.8m (tấm

cứu các vấn đề bao gồm: quy trình và ứng

pin), chiều cao 1m

dụng phóng điện plasma, dự báo phụ
tải, độ tin cậy của hệ thống điện và năng
lượng tái tạo…

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] L. K. Anh, “Ứng dụng các bộ điện tử công suất
trong điều khiển nối lưới các nguồn phân tán,”
Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Phần A:
Khoa học Tự nhiên, Công nghệ và Môi trường, p.
44, 2013.

DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO | 159