hệ thống đèn chiếu sáng dùng NLMT
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.6 MB, 66 trang )
LỜI CẢM ƠN
Kính thưa q thầy cơ!
Em xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám Hiệu và các thầy cô trong
trường, đặc biệt là thầy cô trong khoa Điện Tử Viễn Thơng Trường Đại Học Sài Gịn,
đã tận tình chỉ dạy, truyền đạt kiến thức cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho em trong
suốt quá trình học tập vừa qua.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Trương Tấn đã dành nhiều thời gian công sức, quan
tâm theo dõi, tận tình hướng dẫn, động viên và nhắc nhở em hoàn thành tốt báo cáo
này.
Qua đây, em cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và người thân đã động viên,
giúp đỡ chúng em rất nhiều trong quá trình học tập.
Sinh viên thực hiện
ĐẠI HỌC SÀI GÒN
TRẦN PHẠM MINH HUÂN - 3118490025
1
ĐẠI HỌC SÀI GÒN
TRẦN PHẠM MINH HUÂN - 3118490025
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
2
ĐẠI HỌC SÀI GÒN
TRẦN PHẠM MINH HUÂN - 3118490025
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................ 1
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN............................................................2
MỤC LỤC..................................................................................................................... 3
DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH ẢNH.................................................................6
MỞ ĐẦU....................................................................................................................... 8
1.
Lý do chọn đề tài..............................................................................................8
2.
Mục đích........................................................................................................... 9
3.
Đối tượng nghiên cứu.......................................................................................9
4.
Phạm vi nghiên cứu........................................................................................10
CHƯƠNG 1. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CÁC THÀNH PHẦN
TRONG HỆ THỐNG................................................................................................11
1.1. Giới Thiệu Về Pin Mặt Trời............................................................................11
1.1.1.
Đặc tính làm việc của pin mặt trời........................................................12
1.1.2.
Ứng dụng của pin mặt trời....................................................................15
1.1.3.
Tấm năng lượng mặt trời......................................................................15
1.1.4.
Lắp đặt tấm pin PV–TE130MF5N.......................................................16
1.1.5.
Thông số kỹ thuật của PV–TE130MF5N..............................................17
1.2. Nguyên Lý Hoạt Động Và Các Chức Năng Của Bộ Điều Khiển Sạc.............18
1.2.1. Sơ lược về bộ điều khiển sạc......................................................................19
1.2.2. Quá trình quá độ bắt đầu nạp và khi đạt cường độ dịng điện khơng đổi....19
1.2.3.
Quá trình hấp thụ (Absorption stage):..................................................20
1.2.4.
Quá trình thả nổi (Float stage):.............................................................20
1.2.5.
Bộ điều khiển sạc Sunlight SL-10........................................................20
1.3. Bộ Lưu Trữ Năng Lượng (ắc quy)..................................................................23
1.3.1.
Các loại ắc quy.....................................................................................23
1.3.2.
Các đặc tính của ắc quy........................................................................24
1.3.3.
Chế độ làm việc của ắc quy (xét ắc quy chì - axit)...............................25
1.3.4.
Các chế độ của bộ nguồn nạp ắc quy....................................................26
1.3.5.
Các sự cố cần bảo vệ của ắc quy chì - axit...........................................28
1.3.6.
Các tiêu chí lựa chọn ắc quy.................................................................29
3
ĐẠI HỌC SÀI GÒN
1.3.7.
TRẦN PHẠM MINH HUÂN - 3118490025
Giới thiệu về Ac-quy Ritar RA 12-150DG...........................................30
1.4. Nguyên Lý Hoạt Động Của Đèn LED Chiếu Sáng.........................................31
1.4.1.
Tính chất của đèn LED chiếu sáng.......................................................31
1.4.2.
Giới thiệu đèn chiếu sáng dùng LED SP-90.........................................32
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG
MẶT TRỜI................................................................................................................. 36
2.1. Nội Dung Thiết Kế.........................................................................................36
2.1.1.
Tính tổng lượng tiêu thụ điện của tải mà hệ thống phải cung cấp........36
2.1.2.
ngày
Tính số Watt-hour các tấm pin mặt trời phải cung cấp cho tồn tải mỗi
36
2.1.3.
Tính tốn kích cở tấm pin mặt trời cần sử dụng...................................36
2.1.4.
Tính tốn ắc quy...................................................................................38
2.1.5.
Thiết kế solar charge controller............................................................39
2.2. Tính Tốn Thiết Bị Sử Dụng Trong Hệ Thống...............................................39
2.2.1.
Xác định tổng lượng điện tiêu thụ mỗi ngày.........................................39
2.2.2.
Tính tốn cơng suất tấm pin năng lượng mặt trời.................................39
2.2.3.
Tính tốn dung lượng ắc quy................................................................39
2.2.4.
Lựa chọn bộ điều khiển sạc phù hợp....................................................40
2.3. Một số hình ảnh hệ thống chiếu sáng đèn đường năng lượng mặt trời...........40
Chương 3. LẮP ĐẶT VÀ BẢO TRÌ HỆ THỐNG ĐÈN ĐƯỜNG DÙNG NĂNG
LƯỢNG MẶT TRỜI.................................................................................................43
3.1. Sơ đồ nguyên lý lắp đặt 1 cột đèn chiếu sáng.................................................43
3.1.1.
Quy trình lắp đặt trụ đèn.......................................................................43
3.1.2.
Lắp đặt hộp đèn SP-90 vào giá đèn......................................................44
3.1.3.
Lắp đặt giá đèn và đèn vào cột.............................................................48
3.1.4.
Cách luồng dây điện và lắp đặt tấm pin năng lượng mặt trời...............49
3.1.5.
Lắp đặt bộ điều khiển sạc.....................................................................50
3.1.6.
Lắp đặt ắc-quy RA 12V-150DG và kết nối điện cho bộ điều khiển......52
3.2. Bảo trì, thay thế, sửa chữa theo định kỳ hoặc hỏng hóc cho cột đèn, pin mặt
trời, bộ điều khiển sạc, đèn LED chiếu sáng, ac-quy...............................................56
3.2.1.
Cột đèn, vỉ đỡ pin, giá đỡ đèn...............................................................56
3.2.2.
Đường cáp điện và thiết bị kết nối cho pin mặt trời, bộ điều khiển sạc,
đèn LED chiếu sáng, ac-quy................................................................................56
4
ĐẠI HỌC SÀI GÒN
TRẦN PHẠM MINH HUÂN - 3118490025
3.2.3.
Tấm pin mặt trời PV-TE130MF5N.......................................................57
3.2.4.
Bộ điều khiển sạc SL-10.......................................................................57
3.2.5.
Những vấn đề có thể xảy ra với SL-10 và cách khắc phục...................57
3.2.6.
Đèn LED SP-90....................................................................................59
3.2.7.
Ac-quy RA 12V-150DG.......................................................................59
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT HƯỚNG PHÁT TRIỂN..............................................60
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................61
5
ĐẠI HỌC SÀI GÒN
TRẦN PHẠM MINH HUÂN - 3118490025
DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH ẢNH
Hình 1. Sơ đồ ngun lý một hệ thống năng lượng mặt trời......................................9
Hình 1.1.Cấu tạo của pin mặt trời..............................................................................12
Hình 1.2. Đường đặc tính làm việc U – I của pin mặt trời.........................................13
Hình 1.3. Sơ đồ tương đương của pin mặt trời..........................................................13
Hình 1.4. Sự phụ thuộc đăc trưng của pin mặt trời....................................................14
Hình 1.5. Sự phụ thuộc của pin mặt trời vào nhiệt độ của pin...................................14
Hình 1.6. Đường đặc tính tải và đặc tính của pin mặt trời.........................................15
Hình 1.7. Tấm pin PV–TE130MF5N........................................................................16
Bảng 1.8. Thông số kỹ thuật của PV–TE130MF5N..................................................17
Hình 1.9. Kích thước của tấm pin PV–TE130MF5N.................................................18
Hình 1.10. Bộ điều khiển sạc 12V/10A.....................................................................18
Hình 1.11. Bộ điều khiển sạc 24V/20A.....................................................................18
Hình 1.12. Chu kỳ sạc của bộ điều khiển sạc............................................................19
Hình 1.13. Chế độ vận hành của bộ điều khiển sạc...................................................20
Hình 1.14. Sơ đồ ngun lý bộ điều khiển sạc...........................................................21
Hình 1.15. Thơng số kỹ thuật của SL-10...................................................................21
Hình 1.16. Các chế độ nạp ắc quy.............................................................................25
Hình 1.17. Sơ đồ chuyển trạng thái lơgic q trình nạp ắc quy tự động....................27
Hình 1.18. Hình ảnh của ắc-quy Ritar RA 12-150DG...............................................29
Bảng 1.19. Thông số kỹ thuật của RA 12-150DG.....................................................29
Hình 1.20. Các loại đèn LED....................................................................................30
Hình 1.21. Đèn LED SP-90.......................................................................................31
Hình 1.22. Độ sáng và diện tích chiếu sáng của đèn LED SP-90..............................32
Bảng 1.23. Thông số kỹ thuật của đèn LED SP-90...................................................33
Bảng 1.24. So sánh đèn sử dụng LED với đèn Natri cao áp......................................34
Hình 2.1. Bản đồ Solar Radiation..............................................................................36
6
ĐẠI HỌC SÀI GỊN
TRẦN PHẠM MINH HN - 3118490025
Hình 3.1. Bản vẽ hồn chỉnh cột đèn.........................................................................42
Hình 3.2. Bản vẽ trụ đèn............................................................................................43
Hình 3.3. Bạc lót trụ đèn...........................................................................................43
Hình 3.4. Q trình chuẩn bị đèn phía dưới trước khi đưa lên gắn trên trụ đèn.........44
Hình 3.5. Định vị thanh giữ của giá đèn vào hộp đèn................................................44
Hình 3.6. Cố định thanh giữ của giá đèn vào hộp đèn...............................................45
Hình 3.7. Các bước kết nối dây cáp điện vào đèn và đóng hộp đèn..........................47
Hình 3.8. Lắp đặt giá đỡ cùng với đèn vào cột đèn...................................................48
Hình 3.9. Hai đoạn dây nối Bộ điều khiển – Ac-quy và CB......................................49
Hình 3.10. Bắt vít giữ Bộ điều khiển vào bát giữ trên tủ điện...................................50
Hình 3.11. Bắt vít giữ CB đã chuẩn bị trước đó vào bát giữ......................................50
Hình 3.12. Bình Ắc Quy............................................................................................51
Hình 3.13. Kết nối 2 đoạn dây “Bộ điều khiển – Ac-quy..........................................51
Hình 3.14. Bắt chặt 2 đầu cịn lại của cáp nối “Bộ điều khiển – Ac-quy”.................52
Hình 3.15. Đấu 2 đầu dây còn lại của cáp Tấm pin vào bộ điều khiển......................52
Hình 3.16. Đấu dây kết nối CB – Bộ điều khiển.......................................................53
Hình 3.17. Đấu dây kết nối cáp đèn váo CB..............................................................53
Hình 3.18. Bộ điều khiển đã kết thúc việc đấu nối dây.............................................54
Hình 3.19. Đóng tủ điện và vặn ốc để chốt cửa tủ.....................................................54
7
ĐẠI HỌC SÀI GÒN
TRẦN PHẠM MINH HUÂN - 3118490025
MỞ ĐẦU
Việc sử dụng nguồn năng lượng sạch thay thế nguồn năng lượng dầu mỏ đang
cạn kiệt được xem là lời giải tối ưu cho bài toán thiếu hụt về năng lượng cũng như nạn
ô nhiễm môi trường trên thế giới. Hệ thống đèn chiếu sáng bằng LED dùng năng
lượng mặt trời là một trong những ứng dụng có ý nghĩa, áp dụng các kỹ thuật tiên tiến
hiện đại nhằm tiết kiệm năng lượng, chi phí, cũng như góp phần vào việc tạo được
hình ảnh một Việt Nam xanh.
1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay với tình hình dân số và nền công nghiệp phát triển không ngừng, năng
lượng càng thể hiện rõ vai trò quan trọng và trở thành yếu tố không thể thiếu trong
cuộc sống. Tuy nhiên trong khi nhu cầu sử dụng năng lượng đang ngày càng gia tăng
thì các nguồn năng lượng truyền thống được khai thác sử dụng hàng ngày đang dần
cạn kiệt và trở nên khan hiếm. Một số nguồn năng lượng đang được sử dụng như
nguồn nguyên liệu hoá thạch (dầu mỏ, than đá…) đang cho thấy những tác động xấu
đến môi trường, gây ô nhiễm bầu khí quyển như gây hiệu ứng nhà kính, thủng tầng
ozôn, là một trong những nguyên nhân làm trái đất ấm dần lên. Các khí thải ra từ việc
đốt các nguyên liệu này đã gây ra mưa axit, gây hại cho mơi trường sống của con
người. Cịn nguồn năng lượng thuỷ điện (vốn cũng được coi là một loại năng lượng
sạch) thì cũng khơng đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ điện hiện nay trong khi tình trạng
mức nước trong hồ chứa thường xuyên xuống dưới mực nước chết. Trước tình hình
đó, vấn đề phải tìm được những nguồn năng lượng mới để đáp ứng nhu cầu sử dụng
năng lượng đang lớn mạnh hàng ngày, thay thế những nguồn năng lượng có hại cho
mơi trường hoặc đang dần cạn kiệt đang trở nên cấp thiết, đòi hỏi nhiều sự quan tâm.
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 và 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 khơng cần ngun liệu, khơng gây ơ
nhiễm mơi trường, ít phải bảo dưỡng, không gây tiếng ồn… Hiện nay năng lượng mặt
8
ĐẠI HỌC SÀI GÒN
TRẦN PHẠM MINH HUÂN - 3118490025
trời đã được khai thác và đưa vào ứng dụng trong cuộc sống cũng như trong cơng
nghiệp dưới nhiều dạng và hình thức khác nhau, thông thường để cấp nhiệt và điện.
2. Mục đích
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; Hệ thống điều tiết và 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. 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.
3. Đối tượng nghiên cứu
Hệ thống đèn chiếu sáng dùng năng lượng mặt trời gồm:
• Hệ thống hấp thụ: các tấm pin mặt trời nối ghép lại
• Điều tiết và lưu trữ năng lượng: bộ điều khiển sạc và ac-quy
• Hệ thống tiêu thụ: hệ thống đèn LED chiếu sáng sử dụng nguồn điện một chiều.
Ngồi ra, đối với hệ thống có tải sử dụng nguồn điện xoay chiều, hệ thống có
thêm Bộ chuyển đổi điện (inverter), chuyển điện một chiều thành xoay chiều.
Hình 1. Sơ đồ nguyên lý một hệ thống năng lượng mặt trời
A: Tấm pin mặt trời: Tấm pin mặt trời có chức năng hấp thụ quang năng từ mặt trời,
chuyển đổi thành năng lượng điện. Tấm gồm tập hợp các tế bào quang điện, được nối
9
ĐẠI HỌC SÀI GÒN
TRẦN PHẠM MINH HUÂN - 3118490025
ghép lại tạo cơng suất khác nhau tùy vào mục đích sử dụng. Việc tính tốn, lựa chọn
cơng suất của hệ thống được tính tốn dựa trên các yếu tố về địa lý, số ngày nắng trong
năm, cường độ bức xạ…
B: Bộ điều khiển sạc (charge controller): Bộ điều khiển sạc đóng vai trò điều tiết sạc
cho ac-quy, bảo vệ ac-quy chống nạp quá tải và xả quá sâu nhằm nâng cao tuổi thọ của
bình ac-quy, giúp hệ thống sử dụng bền bỉ. Ngồi ra, nó cịn cho biết tình trạng nạp
điện của các tấm pin mặt trời vào ac-quy, giúp người sử dụng kiểm sốt được các phụ
tải.
C: Ac-quy: Ac-quy đóng vai trò trữ điện cho hệ thống vào ban ngày khi các tấm pin
mặt trời có thể tạo ra điện, cấp điện cho đèn chiếu sáng vào ban đêm hoặc khi trời
mây, mưa.
D: Đèn chiếu sáng: Là bộ phận tiêu thụ điện năng từ ac-quy, chuyển thành quang năng.
4. Phạm vi nghiên cứu
Đồ án trình bày bao quát cả 1 hệ thống pin mặt trời làm việc độc lập với đầy đủ
các thành phần cần thiết trong hệ. Sau đó đồ án tập trung nghiên cứu sâu hơn vào hệ
thống chiếu sáng đèn đường dùng năng lượng mặt trời nhằm sử dụng điện năng lượng
mặt trời như một nguồn năng lượng tại chỗ thay thế cho các dạng năng lượng truyền
thống khơng những góp phần tiết kiệm điện cho gia đình, giảm tải nhu cầu ngày càng
tăng lên về năng lượng cho quốc gia, mà cịn góp phần phát triển kinh tế và đảm bảo
an ninh năng lượng quốc gia.
Đồ án gồm nội dung tổng quan như sau:
Mở đầu
Chương 1: Cấu tạo nguyên lý hoạt động các thành phần trong hệ thống
Chương 2: Phương pháp thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời
Chương 3: Lắp đặt và bảo trì hệ thống chiếu sáng đèn đường dùng năng lượng mặt
trời
Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã củng cố được những kiến thức đã được
học và tiếp thu thêm được một số kiến thức và kinh nghiệm mới về pin mặt trời. Trên
tất cả là em đã được học và rèn luyện được phương pháp làm việc, nghiên cứu một
cách chủ động hơn, linh hoạt hơn.
10
ĐẠI HỌC SÀI GÒN
TRẦN PHẠM MINH HUÂN - 3118490025
11
ĐẠI HỌC SÀI GÒN
TRẦN PHẠM MINH HUÂN - 3118490025
CHƯƠNG 1. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CÁC
THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG
1.1. Giới Thiệu Về Pin Mặt Trời
Pin mặt trời còn gọi là pin quang điện là thiết bị ứng dụng hiệu ứng quang điện
trong bán dẫn (thường gọi là hiệu ứng quang điện trong – quang dẫn) để tạo ra dòng
điện một chiều từ ánh sáng mặt trời. Loại pin mặt trời thông dụng nhất hiện nay là loại
sử dụng Silic tinh thể. Tinh thể Silic tinh khiết là chất bán dẫn điện rất kém vì các điện
tử bị giam giữ bởi liên kết mạng, khơng có điện tử tự do. Khi bị ánh sáng hay nhiệt độ
kích thích, các điện tử bị bứt ra khỏi liên kết, hay là các điện tử tích điện âm nhảy từ
vùng hố trị lên vùng dẫn và để lại một lỗ trống tích điện dương trong vùng hố trị.
Lúc này chất bán dẫn mới dẫn điện.
Có 3 loại pin mặt trời làm từ tinh thể Silic:
• Một tinh thể hay đơn tinh thể module. Đơn tinh thể này có hiệu suất tới 16%.
Loại này thường đắt tiền do được cắt từ các thỏi hình ống, các tấm đơn thể này có các
mặt trống ở góc nối các mơdule.
• Đa tinh thể làm từ các thỏi đúc từ Silic nung chảy, sau đó được làm nguội và
làm rắn. Loại pin này thường rẻ hơn loại đơn tinh thể, nhưng lại có hiệu suất kém hơn.
Tuy nhiên chúng có thể tạo thành các tấm vuông che phủ bề mặt nhiều hơn loại đơn
tinh thể bù cho hiệu suất thấp của nó.
• Dải Silic tạo từ các miếng phim mỏng từ Silic nóng chảy và có cấu trúc đa tinh
thể. Loại này thường có hiệu suất thấp nhất nhưng cũng là loại rẻ nhất trong các loại vì
khơng cần phải cắt từ thỏi Silicon.
Về bản chất pin quang điện là một điốt bán dẫn bao gồm hai tấm bán dẫn loại P
và loại N đặt sát cạnh nhau, khác ở chỗ pin quang điện có diện tích bề mặt rộng và có
lớp N cực mỏng để ánh sáng có thể truyền qua. Trên bề mặt của pin 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 thụ khi truyền qua lớp N và một phần ánh sáng sẽ bị phản xạ ngược lại còn một
12
ĐẠI HỌC SÀI GÒN
TRẦN PHẠM MINH HUÂN - 3118490025
phần ánh sáng sẽ đến được lớp chuyển tiếp, nơi có các cặp electron và lỗ trống nằm
trong điện trường của bề mặt giới hạn. Với các bước sóng thích hợp sẽ truyền cho
electron một năng lượng đủ lớn để thoát khỏi liên kết. Khi thoát khỏi liên kết, dưới tác
dụng của điện trường, electron sẽ bị kéo về phía bán dẫn loại N, cịn lỗ trống bị kéo về
phía bán dẫn loại P. Khi đó nếu nối hai cực vào hai phần bán dẫn loại N và 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 và tạp chất được hấp thụ.
Hình 1.1. Cấu Tạo Của Pin Mặt Trời
1.1.1. Đặc tính làm việc của pin mặt trời.
Đặc tính làm việc của pin mặt trời thể hiện qua hai thông số là điện áp hở mạch
lớn nhất VOC lúc dòng ra bằng 0 và Dòng điện ngắn mạch I SC khi điện áp ra bằng 0.
Công suất của pin được tính theo cơng thức:
P = I.U
(1-1)
Tại điểm làm việc U = UOC / I = 0 và U = 0 / I = ISC , Công suất làm việc của pin
cũng có giá trị bằng 0.
13
ĐẠI HỌC SÀI GỊN
TRẦN PHẠM MINH HN - 3118490025
Hình 1.2. Đường đặc tính làm việc U – I của pin mặt trời
Hình 1.3. Sơ đồ tương đương của pin mặt trời
Từ sơ đồ tương đương, ta có phương trình đặc trưng sáng von – ampe của pin
như sau:
Trong đó:
Isc là dịng quang điện (dịng ngắn mạch khi khơng có Rs và Rsh) (A/m2)
I01 là dòng bão hòa (A/m2)
q là điện tích của điện tử (C) = 1,6.10-19
k là hệ số Boltzman= 1,38.10-23(J/k)
T là nhiệt độ (K)
14
ĐẠI HỌC SÀI GÒN
TRẦN PHẠM MINH HUÂN - 3118490025
I, V, Rs, Rsh lần lượt là dòng điện ra, điện áp ra, điện trở Rs và Rsh của pin trong
mạch tương đương ở hình 1.3.
Dịng ngắn mạch Isc tỉ lệ thuận với cường độ bức xạ chiếu sáng. Nên đường
đặc tính V – I của pin mặt trời cũng phụ thuộc vào cường độ bức xạ chiếu
sáng. Ở mỗi tầng bức xạ chỉ thu được duy nhất một điểm làm việc V = V MPP có
cơng suất lớn nhất thể hiện trên hình vẽ sau. Điểm làm việc có cơng suất lớn
nhất được thể hiện là điểm chấm đen to trên hình vẽ. (đỉnh của đường cong
đặc tính)
Hình 1.4. Sự phụ thuộc của đặc trưng VA của pin mặt trời vào cường độ
bức xạ Mặt trời.
Điện áp hở mạch Voc phụ thuộc trực tiếp vào nhiệt độ nên đường đặc tính VA
của pin mặt trời cũng phụ thuộc vào nhiệt độ của pin.
15
ĐẠI HỌC SÀI GỊN
TRẦN PHẠM MINH HN - 3118490025
Hình 1.5. Sự phụ thuộc của đường đặc tính của pin mặt trời vào nhiệt độ của pin
Để toàn bộ hệ PV có thể hoạt động được một cách hiệu quả thì đường đặc tính
của tải cũng phải phù hợp với điểm MPP.
Hình 1.6. Đường đặc tính tải và đặc tính của pin mặt trời
Trên hình vẽ 1.6 đường OA và OB là những đường đặc tính tải. Nếu tải được mắc
trực tiếp với dãy pin mặt trời thì tải có đường đặc tính là OA. Khi đó, pin làm việc ở
điểm A1 và phát công suất P1. Công suất lớn nhất do phơi nắng thu được là P2. Để có
thể thu được cơng suất P2, cần có một bộ điều chỉnh công suất để liên kết giữa dãy pin
mặt trời và tải.
1.1.2. Ứng dụng của pin mặt trời.
Pin mặt trời đã được ứng dụng ở nhiều nơi trên thế giới. Chúng đặc biệt thích
hợp cho các vùng lưới điện khơng đến được. Pin mặt trời được sử dụng nhiều trong
sản xuất cũng như trong đời sống. Một ứng dụng đơn giản của pin mặt trời trong cuộc
sống hàng ngày như đồng hồ, máy tính … Ngồi ra pin mặt trời còn được ứng dụng
trong các thiết bị vận chuyển như ô tô, máy tính cầm tay, điện thoại di động, thiết bị
bơm nước… Ngày nay, những ngơi nhà có gắn những tấm năng lượng mặt trời trên
nóc đã trở thành phổ biến và có xu hướng tăng dần trong tương lai.
1.1.3. 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 được chuyển hoá thành điện năng. Mỗi pin mặt trời cung cấp một lượng nhỏ
16
ĐẠI HỌC SÀI GÒN
TRẦN PHẠM MINH HUÂN - 3118490025
năng lượng, nhưng nhiều pin được đặt trải dài trên một diện tích lớn tạo nên nguồn
năng lượng lớn hơn đủ để các thiết bị điện sử dụng. Mỗi tấm pin mặt trời có cơng suất
khác nhau như: 30Wp, 40Wp, 45Wp, 50Wp, 75Wp, 100Wp, 125Wp, 150Wp. Điện áp
của các tấm pin thường là 12VDC. Công suất và điện áp của hệ thống tuỳ thuộc vào
cách ghép nối các tấm pin lại với nhau. Nhiều tấm năng lượng mặt trời có thể ghép nối
tiếp hoặc song song với nhau để tạo thành một dàn pin mặt trời. Để đạt được hiệu năng
tốt nhất, những tấm năng lượng phải luôn được phơi nắng và 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 trên bề mặt trái đất không đồng đều nhau. Hiệu
suất của pin mặt trời phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
Chất liệu bán dẫn làm pin.
Vị trí đặt các tấm pin mặt trời
Thời tiết khí hậu, mùa trong năm.
Thời gian trong ngày: sáng, trưa, chiều
Các tấm năng lượng mặt trời được lắp đặt ở ngoài trời nên thiết kế sản xuất đã
đảm bảo được các thay đổi của khí hậu, thời tiết, mưa bão, sự ăn mịn của nước biển,
sự oxi hoá… Tuổi thọ của mỗi tấm pin khoảng 25 đến 30 năm.
1.1.4. Lắp đặt tấm pin PV–TE130MF5N
Hình 1.7. Tấm pin PV–TE130MF5N
Khoảng cách nhỏ nhất giữa module pin mặt trời và bề mặt bệ quanh module pin
17
ĐẠI HỌC SÀI GÒN
TRẦN PHẠM MINH HUÂN - 3118490025
mặt trời là 15mm. Mỗi khung module có lỗ Ø7 mm để lắp với giá đỡ.
Nên chừa khoảng trống giữa khung bao module và mặt đế của bệ để các hộp nối
điện khơng bị chạm, và để tạo thống khí phía dưới tấm. Để ngăn ngừa sự giãn nở
nhiệt của các module, khoảng cách giữa các modules nhỏ nhất là 3.175mm.
1.1.5. Thông số kỹ thuật của PV–TE130MF5N
Bảng 1.8. Thông số kỹ thuật của PV–TE130MF5N
Nhà sản xuất
MITSUBISHI ELECTRIC
Model
PV-TE130MF5N
Loại tế bào điện
Polycrystalline Silicon, 156mm x 156mm
Số lượng tế bào
36 tế bào một cụm
Công suất định mức cao nhất (Pmax) 130Wp
Công suất đạt được nhỏ nhất
123.5Wp
(Pmin)
Dung sai của nguồn điện nhỏ nhất
+10/-5%
Điện áp hở mạch (Voc)
21.9V
Dòng ngắn mạch (Isc)
8.05A
Điện áp cực đại (Vmp)
17.4V
Dòng cực đại (Imp)
7.47A
Nhiệt độ hoạt động bình thường
47.5˚C
của tế bào (NOCT)
Điện áp hệ thống cực đại
DC 1000V
Dịng cầu chì
15A
Kích thước
58.9x26.5x1.81inch (1495 x 674 x 46 mm)
Trọng lượng
29.8 lbs (13.5kg)
Phần lấy điện ra
(+)
800mm/(-)
1250mm with MC
connector (PV-KB4/6II-UR, PV-KST4/6IIHiệu suất tấm
UR)
12.9%
Đóng gói
2 tấm / 1 thùng carton
Chứng chỉ
IEC 61215 edition 2(static load test
18
ĐẠI HỌC SÀI GÒN
TRẦN PHẠM MINH HUÂN - 3118490025
2400Pa passed), EN61730, TUV Safety
Class II
Hình 1.9. Kích thước của tấm pin PV–TE130MF5N
1.2. Nguyên Lý Hoạt Động Và Các Chức Năng Của Bộ Điều Khiển Sạc
Hình 1.10. Bộ điều khiển sạc 12V/10A
19
ĐẠI HỌC SÀI GỊN
TRẦN PHẠM MINH HN - 3118490025
Hình 1.11. Bộ điều khiển sạc 24V/20A
1.2.1.
Sơ lược về bộ điều khiển sạc
Bộ điều khiển sạc tốt thực hiện việc bảo vệ nạp quá điện thế hoặc điện thế thấp
cho ac- quy.Hầu hết các bộ điều khiển sạc thường có 3 quá trình trong 1 chu kỳ sạc:
Hình 1.12. Chu kỳ sạc của bộ điều khiển sạc
1.2.2.
Quá trình quá độ bắt đầu nạp và khi đạt cường độ dịng điện khơng
đổi (Bulk stage):
Trong chu kỳ này, điện thế sẽ liên tục tăng đến giá trị cực đại; khi đó, ac-quy có
cường độ dịng điện khơng đổi và lớn nhất. Chu kỳ sẽ kết thúc khi điện thế đạt giá trị
20
ĐẠI HỌC SÀI GÒN
TRẦN PHẠM MINH HUÂN - 3118490025
cực đại.
1.2.3.
Quá trình hấp thụ (Absorption stage):
Trong chu kỳ này, điện áp ở giá trị cực đại và không thay đổi, thường kéo dài
khoảng 1 giờ; trong khi đó, cường độ dịng điện sẽ liên tục giảm. Chu kỳ kết thúc khi
điện áp bắt đầu giảm.
1.2.4.
Quá trình thả nổi (Float stage):
Sau chu kỳ hấp thụ, điện áp giảm xuống, cường độ được phục hồi cho đến khi
bắt đầu chu kỳ nạp mới.
Dòng điện cực đại của bộ điều khiển chính là cường độ dòng điện tối đa đưa vào
Bộ điều khiển và nó cho biết số lượng tấm mặt trời có thể đấu nối vào nó. Mạch bảo
vệ của bộ điều khiển sẽ thực hiện việc ngắt mạch khi bộ điều khiển xác nhận bình acquy đã được nạp đầy hoặc điện áp bình q thấp.
1.2.5.
Bộ điều khiển sạc Sunlight SL-10
Ngồi các tính năng chung của bộ điều khiển sạc, bộ điều khiển sạc MorningStar
Sunlight cịn có một số tính năng vượt trội:
Điều khiện chính xác bằng vi điều khiển số.
Sạc ac-quy sử dụng điều biến độ rộng xung (PWM: Pulse Width
Modulation) để điều tiết lượng điện đến ac-quy.
Hoàn tồn tự động.
Có 10 chế độ điều khiển vận hành khác nhau.
Hình 1.13. Chế độ vận hành của bộ điều khiển sạc
21
ĐẠI HỌC SÀI GÒN
TRẦN PHẠM MINH HUÂN - 3118490025
Bằng cách đo chiều dài của đêm (lấy dữ liệu 4 đêm rồi lấy trung bình,
theo mùa), bộ điều khiển có chế độ ON/OFF/ON để bật đèn khi hồng
hơn, đèn sẽ sáng khoảng 3-6 tiếng; sau đó, sẽ bật trở lại khoảng 1-2 tiếng
trước khi bình minh. Độ chính xác trong cài đặt giờ là 2 giây.
An toàn điện áp bằng LVD (Low Voltage Directive: chỉ dẫn áp thấp).
Nhận tín hiệu ngày & đêm bằng điện áp của các tấm pin mặt trời.
Công tắc kiểm tra hệ thống có đèn báo xác nhận cài đặt chế độ hoạt động
bằng LED và bật đèn chiếu sáng trong 5 phút để kiểm tra.
Thích hợp với tất cả các đèn dùng điện 1 chiều 12V
Có chế độ cân bằng nhiệt độ
Các công tắc điện đều dùng transitor hiệu ứng trường (FET), khơng dùng
rơle cơ.
Hình 1.14. Sơ đồ ngun lý bộ điều khiển sạc
Đặc tính cơ học:
• Kích thước dây dẫn #10 AWG (5.2mm2)
• Khung bằng nhơm điện hóa
• Cọc bình chống ăn mịn ở mơi trường biển
• Bao bọc bằng nhựa epoxy
• Khối lượng 0.26kg
22
ĐẠI HỌC SÀI GÒN
TRẦN PHẠM MINH HUÂN - 3118490025
Bảng 1.15. Thơng số kỹ thuật của SL-10
Đại lượng
Giá trị
Dịng điện vào định mức từ pin mặt trời
10A
Dòng điện ra định mức đến tải
10A
Điện áp hệ thống
12V
Điện áp cực đại
30V
Thời gian vượt mức cường độ dòng điện 25%
5 phút
Điều tiết điện áp
Ac-quy kín (sealed battery)
14.1V
Ac-quy hở (flooded battery)
14.4V
Điện áp ngắt tải
11.7V
Điện áp nối mạch của LVD
12.8V
Cân bằng nhiệt độ (mV/˚C)
-27
Dòng điện nguồn nuôi
8 mA
Nhiệt độ hoạt động
- 40 85˚C
1.3. Bộ Lưu Trữ Năng Lượng (ắc quy)
Hệ quang điện làm việc độc lập cần phải có khâu lưu giữ điện năng để có thể
phục vụ cho tải trong những thời gian thiếu nắng, ánh sáng yếu hay vào ban đêm. Có
nhiều phương pháp lưu trữ năng lượng trong hệ PV. Phổ biến nhất vẫn là sử dụng ắc
quy để lưu trữ năng lượng. Ắc quy là thiết bị điện hoá, tồn trữ dưới dạng hố năng và
khi có phụ tải sử dụng đấu nối vào, hố năng được giải phóng dưới dạng điện năng. Bộ
ăc quy giúp lưu giữ điện năng chưa sử dụng và sẽ cung cấp cho bộ biến đổi DC/AC
trong trường hợp khí hậu xấu, trời nhiều mây, mưa không cung cấp đủ ánh sáng. Bộ ắc
quy cũng đồng thời trực tiếp cung cấp điện một chiều cho các thiết bị sử dụng điện
một chiều.
23
ĐẠI HỌC SÀI GÒN
TRẦN PHẠM MINH HUÂN - 3118490025
Cấu tạo của ắc quy gồm hai điện cực khác nhau đặt trong dung dịch điện phân,
có màng ngăn cách. Do điện thế của mỗi điện cực đối với dung dịch khác nhau nên
giữa hai điện cực có hiệu điện thế, nếu nối với mạch ngồi có thể sinh ra dịng điện.
1.3.1. Các loại ắc quy.
Có hai loại ắc quy thơng dụng là ắc quy chì - axit và ắc quy kiềm.
Ắc quy chì - axit
Ắc quy chì - axit có cấu tạo điện cực dương là điơxit chì PbO2, điện cực âm là
chì xốp Pb, dung dịch dùng là axit sulfuric H2SO4. Khi nối cực ắc quy với mạch tải
dung dịch sẽ biến đổi thành sulfat chì PbSO4.
Trong quá trình làm việc của ắc quy, có nhiều phản ứng hố học xảy ra. Trong
quá trình nạp, sunfat chì ở cực dương biến đổi thành chì điơxit. Cịn khi ắc quy phóng
hết điện, các chất tích cực trên điện cực dương PbO2 và trên điện cực âm Pb biến
thành PbSO4, Còn axit sunfuric H2SO4 biến hết thành nước... Trong một ắc quy được
nạp đến đầy dung lượng, thông thường dung dịch chứa khoảng 36% tỉ trọng axit, hay
là 25% thể tích, còn lại là nước.
Tỷ lệ giữa mật độ axit trong dung dịch so với mật độ nước gọi là tỷ trọng đặc
trưng, là một trong những thông số quan trọng của ắc quy, xác định điểm nhiệt độ hoá
rắn của dung dịch khi ắc quy phóng hết. Điểm nhiệt độ hoá rắn của dung dịch lại xác
định khả năng làm việc của ắc quy tại các môi trường nhiệt độ khác nhau. ở môi
trường nhiệt độ càng thấp càng yêu cầu tỷ trọng đặc trưng của ắc quy phải cao. Tỷ
trọng đặc trưng khi ắc quy nạp đầy thường trong phạm vi 1,250 đến 1,280 ở nhiệt độ
27oC, nghĩa là mật độ dung dịch lớn hơn nước sạch 1,25 đến 1,28 lần. Khi ắc quy
phóng hết điện, tỷ trọng đặc trưng sẽ giảm dần về 1. Điện áp định mức của một ngăn
ắc quy chì là khoảng 2,1 V.
Loại ắc quy này có tuổi thọ cao, dung lượng lớn. Ắc quy chì - axit được sử dụng
phổ biến trong hệ quang điện làm việc độc lập vì nó có giá thành hợp lý, tính tiện dụng
và khả năng lưu giữ điện năng từ vài tiếng đồng hồ đến vài ngày.
Ắc quy kiềm
24
