Hệ thống điều hướ ng pin NLMT 1 tr ục theo thờ i gian thực

 

Thiết k ế, chế tạo hệ thống điều hướ ng pin NLMT 1 tr ục theo thờ i gian thực

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ  VIẾT TẮT
Kí hiệu

Ý nghĩa 

 NLMT

 Năng lượ ng Mặt Tr ờ i

BXMT

Bức xạ Mặt Tr ời 

PV

Photo - Voltaic

MPPT

Maximum Power Point Tracking

 N

Hướ ng Bắc

S

Hướ ng Nam

W

Hướ ng Tây

E

Hướng Đông 

HSAT

Horizontal Single Axis Tracker


 

Thiết k ế, chế tạo hệ thống điều hướ ng pin NLMT 1 tr ục theo thờ i gian thực

LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, thủy điện và nhiệt điện là hai nguồn cung cấp điện chủ yếu tại Việt
 Nam. Bên cạnh đó nguồn năng lượng sơ cấ p hóa thạch đang dần cạn kiệt, việc sử dụng
chúng gây ra những tác động tiêu cực đến mơi trườ ng. Vì vậy, việc tìm ra và sử d ụng
các nguồn năng lượ ng thay thế, năng lượ ng sạch là một vấn đề r ất c ần thiết, một trong
các nguồn năng lượ ng sạch đó là NLMT. 
Phương pháp chuyển đổi quang năng thành điện năng (PV conversion) bằ ng
những t ấm pin NLMT không phải là một v ấn đề m ới, nhưng những phương pháp làm
tăng hiệu suất chuyển đổi của nhũng tấm pin NLMT luôn là một trong những vấn đề 
đượ c các nhóm nghiên cứu trong trườ ng học, doanh nghiệ p trên toàn thế giớ i quan tâm.
Vớ i mong muốn nâng cao hiệu su ất chuyển đổi PV của nh ững t ấm pin NLMT,

đem những kiến thức đã học đượ c áp dụng vào thực tế sản xuất và đờ i sống. Vì vậy,
nhóm sinh viên chúng tơi đã thực hi ện đề  tài “Hệ th ống điều hướ ng pin NLMT 1 tr ục
theo thờ i gian thực”.
Đề tài là một sản phẩm có tính thực tiễn cao, đượ c nghiên cứu, chế tạo dựa trên
những kiến thức đã học, đượ c k ế thừa, phát huy từ những k ết quả của các cơng trình
nghiên cứu trước đây. 
Em xin chân thành cảm ơn: 
Thầy hướ ng dẫn: PGT.TS Lê Kim Hùng
Thầy phản biện:
Cùng tậ p thể thầy cơ anh chị em trong phịng SMART GRID đã tận tình chỉ bảo
để em hoàn thành đề tài nghiên cứu này.
Đà Nẵng, ngày 21 tháng 12 năm 2020  
Sinh viên thực hiện

 Nguyễn Thành Trung


 

Thiết k ế, chế tạo hệ thống điều hướ ng pin NLMT 1 tr ục theo thờ i gian thực

MỤC LỤC 
Chương 1:  ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................. 1
1.1. Điều kiện khai thác NLMT ở  Việt Nam ................................................ 1 
1.2. Các phương pháp để  tối ưu hiệu suất PV .............................................1 

1.3. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài ............................................................ 2 
1.4. Phạm vi nghiên cứ u ................................................................................. 3 
1.5. Kết luận .................................................................................................... 3
Chương 2:  LỰ A CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀ U KHIỂN VÀ CƠ SỞ   LÝ

THUYẾT CỦA PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN ...........................................................4 

2.1. Chọn số trục điều hướ ng ........................................................................4 
2.1.1.  Hệ thống điều hướ ng 1 tr ục .............................................................4 
2.1.2.  Hệ thống điều hướ ng 2 tr ục .............................................................5 
2.1.3.  Đánh giá hiệu quả của 2 phương pháp điều hướ ng, lựa chọn phương
án thích hợ  p ......................................................................................................... 6
2.2. Chọn phương pháp bám Mặ t Trờ i ........................................................8 
2.3. Cơ sở  lý thuyết c ủa phương pháp điều hướ ng t ấm pin NLMT 1 trục
theo thờ i gian thự c ..................................................................................................... 8

2.3.1.  Sự chuyển động của Mặt Tr ời  .........................................................8 
2.3.2.  Hệ tọa độ để xác định 1 thiên thể trong không gian ........................ 9 
2.3.3.  Vĩ độ (Latitude) (Φ) .........................................................................9 
2.3.4.  Kinh độ (Longtitude) (λ) ...............................................................10 
2.3.5.  Xích vĩ độ (Declination angle) (δ) .................................................10 
2.3.6.  Góc giờ  (Hour Angle) (ω) .............................................................11 
2.3.7.  Góc nhậ p xạ (α) (Altitude) .............................................................13 
2.3.8.  Góc phương vị (Azimuth) (β) ........................................................14 
2.3.9.  Góc điều khiền của hệ thống .........................................................15 
2.3.10.  Mô phỏng k ết quả bằng phần mềm Cabri 3D ................................ 16 
2.4. Kết luận ..................................................................................................17 


 

Thiết k ế, chế tạo hệ thống điều hướ ng pin NLMT 1 tr ục theo thờ i gian thực

K Ế 

Chương 3:  GIỚ I THIỆU CÁC THIẾT B Ị  TRONG PHƯƠNG ÁN THIẾ T
18 

3.1. Giớ i thiệu chương ..................................................................................18
 
3.2. Pin NLMT .............................................................................................. 18 
3.2.1.  Giớ i thiệu .......................................................................................18 
3.2.2.  Phân loại ........................................................................................19 
3.2.3.  Cấu tạo và nguyên lý hoạt động pin NLMT ..................................20 
3.2.4.  Hiệu suất chuyển đổi thành năng lượng điện của pin NLMT ....... 22 
3.2.5.  Thông số k ỹ thuật ..........................................................................23 
3.3. Ắc quy .....................................................................................................26 
3.3.1.  Giớ i thiệu .......................................................................................26 
3.3.2.  Phân loại ........................................................................................26 
3.3.3.   Nguyên lý làm việc của ắc quy axit ...............................................27 
3.3.4.  Phương pháp nạ p cho ắc quy ......................................................... 28 
3.3.5.  Các thông số cơ bản của ắc quy.....................................................29 
3.3.6.  Dung lượ ng: ...................................................................................29 
3.3.7.  Thông số k ỹ thuật ..........................................................................30 
3.3.8.  Công suất: 12V - 100Ah ................................................................ 30 
3.3.9.  Dòng nạ p lớ n nhất: < 2,7A ............................................................30 
3.3.10.  Điện áp nạ p: 13,5 - 13,8V .............................................................. 30 
3.4. Kit node MCU Esp8266 ........................................................................30 
3.4.1.  Giớ i thiệu .......................................................................................30 
3.4.2.  Thông số k ỹ thuật ..........................................................................31 
3.5. Mạch cầu H điều khiển 2 motor 5A.....................................................32 
3.5.1.  Giớ i thiệu .......................................................................................32 
3.5.2.  Thông số k ỹ thuật ..........................................................................32 
3.6. Xilanh điện ............................................................................................. 32 

3.6.1.  Giớ i thiệu .......................................................................................32 


 

Thiết k ế, chế tạo hệ thống điều hướ ng pin NLMT 1 tr ục theo thờ i gian thực
3.6.2.  Thông số k ỹ thuật ..........................................................................33 
3.7. Cảm biến MPU6050 ..............................................................................34 
3.7.1.  Giớ i thiệu .......................................................................................34 
3.7.2.  Thông số k ỹ thuật ..........................................................................34 
3.8. Module thờ i gian thự c RTC DS1307 ...................................................35 
3.8.1.  Giớ i thiệu .......................................................................................35 
3.8.2.  Thông số k ỹ thuật ..........................................................................36 
3.9. Mạch MPPT và giao thứ c truyền tín hiệu khơng dây Wifi ............... 36 
3.10. Kết luận ................................................................................................37 
Chương 4:  THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG .................................38 

4.1. Giớ i thiệu chương ..................................................................................38
 
4.2. Sơ đồ khối và nguyên lí hoạt động của hệ thống ................................38 
4.3. Chức năng của các phần tử  trong hệ thống ........................................ 39 
4.3.1.  Pin NLMT ......................................................................................39 
4.3.2.  Ắc quy ............................................................................................39 
4.3.3.  H bridge .........................................................................................40 
4.3.4.  Vi điều khiển trung tâm node MCU Esp8266 ............................... 40 
4.3.5.  Xilanh điện .....................................................................................40 
4.3.6.  RTC DS1307 ................................................................................. 40 
4.3.7.  MBU 6050 .....................................................................................40 
4.3.8.  MPPT ............................................................................................. 40 
4.3.9.  ESP32 Client và Server ................................................................. 41 

4.3.10.  Desktop ..........................................................................................41 
4.3.11.  R load (Tải tiêu thụ) .......................................................................41 
4.4. Tính chọn các thiết bị trong hệ thống .................................................41 
4.4.1.  Lựa chọn ắc quy.............................................................................41 
4.4.2.  Lựa chọn mạch cầu H: ...................................................................41 


 

Thiết k ế, chế tạo hệ thống điều hướ ng pin NLMT 1 tr ục theo thờ i gian thực
4.4.3.  Lựa chọn cảm biến góc nghiêng. ................................................... 42 
4.4.4.  Lựa chọn mạch thờ i gian thực. ...................................................... 42 
4.4.5.  Lựa chọn xilanh điện: .................................................................... 42 
4.5. Lập trình cho vi điề u khiển ..................................................................44 
4.5.1.  Lập trình cho vi điều khiển node MCU Esp8266 .......................... 44 
4.5.2.  Lập trình cho vi điều khiển Esp32 Client và Esp32 Server ........... 45 
4.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 ..........................Error! Bookmark not defined.  
Chương 5:  KẾT QUẢ CỦA ĐỀ TÀI.............................................................46 

5.1. Giớ i thiệu chương ..................................................................................46
 
5.2. Mơ hình thự c tế .....................................................................................46 
5.3. Kết quả so sánh ...................................................................................... 47 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................................50 
PHỤ LỤC 52 
Phụ lục 1: Chương trình vi điề u khiển node MCU Esp8266 ................... 52 
Phụ lục 2: Chương trình ESP32 Server .....................................................66 
Phụ lục 3: Chương trình ESP32 Client ...................................................... 68 

 

Thiết k ế, chế tạo hệ thống điều hướ ng pin NLMT 1 tr ục theo thờ i gian thực
DANH SÁCH HÌNH VẼ 
Hình 1.1 Bức xạ NLMT ở  Việt Nam...............................................................................1 
Hình 1.2 So sánh sơ lượ c về hiệu quả của hệ thống điều hướ ng pin NLMT so với phương
 pháp lắp đặt truyền thống ................................................................................................2 

Hình 2.1 Hệ thống HSAT 4MW ở  Vellakoil, Tamil Nadu, Ấn Độ ................................ 4 
Hình 2.2 Hệ thống HTSAT ở  Xitieshan, Trung Quốc ....................................................4 
Hình 2.3 Hệ thống TSAT ở  Siziwangqi, Trung Quốc ..................................................... 5 
Hình 2.4 Hệ thống TTDAT ở  Siziwangqi, Trung Quốc..................................................6 
Hình 2.5 Hệ thống AADAT ở  Toledo, Tây Ban Nha ..................................................... 6 
Hình 2.6 Hoạt động biểu kiến của Mặt Tr ờ i ...................................................................8 
Hình 2.7 Hệ tọa độ Altitude –  Azimuth để xác định vị trí một thiên thể trong khơng gian
.........................................................................................................................................  9
Hình 2.8 Cách xác định vĩ độ ......................................................................................... 9
Hình 2.9 Cách xác định kinh độ ....................................................................................10 

Hình 2.10 Sự thay đổi xích vĩ độ trong năm .................................................................10 
Hình 2.11 Góc nhậ p xạ ..................................................................................................14
 
Hình 2.12 Góc phương vị ............................................................................................. 14
 
Hình 2.13 Góc điều khiển của hệ thống ........................................................................15 

Hình 2.14 Mơ phỏng khi Mặt Tr ời  ở   phần phía Đơng (từ lúc Mặt Tr ời  mọc đến giữa
trưa)................................................................................................................................16
 
Hình 2.15 Mơ phỏng khi Mặt Tr ời  ở  phần phía Tây (từ lúc giữa trưa đến lúc Mặt Tr ời 

lặn) .................................................................................................................................16
 
Hình 3.1 Pin NLMT 315W Cheetah .............................................................................. 18 
Hình 3.2 Các loại pin NLMT ........................................................................................19 
Hình 3.3 Cấu tạo pin NLMT silic .................................................................................. 20 
Hình 3.4 Nguyên lý hoạt động của pin NLMT .............................................................21 
Hình 3.5 Kích thướ c của pin NLMT Cheetah sử dụng trong hệ thống .........................23 
Hình 3.6 Các đường đặc tính của pin NLMT Cheetah sử dụng trong hệ thống ...........24 


 

Thiết k ế, chế tạo hệ thống điều hướ ng pin NLMT 1 tr ục theo thờ i gian thực
Hình 3.7 Thơng số kĩ thuật của pin NLMT Cheetah sử dụng trong hệ thống..............25 
Hình 3.8 Ắc quy 12V-100Ah ....................................................................................... 26 
Hình 3.9 Kit node MCU Esp8266 ................................................................................. 30 
Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý kit node MCU Esp8266 ..................................................... 31 

Hình 3.11 Catalogue xy lanh điện sử dụng trong hệ thống ...........................................33 
Hình 3.12 MPU6050 ..................................................................................................... 34 
Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lý cảm biến MPU6050...........................................................34 

Hình 3.14 Module RTC DS1307 ................................................................................... 35 
Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lý RTC DS1307 ..................................................................... 35 

Hình 3.16 Mạch MPPT đã đượ c cải tiến kit ESP32 thu phát dữ liệu khơng giây ......... 36 
Hình 4.1 Sơ đồ khối hệ thống điều hướ ng pin NLMT 1 tr ục theo thờ i gian thực.........38 
Hình 4.2 Lưu đồ thuật tốn vi xử lý trung tâm node MCU Esp8266 ............................ 44 
Hình 4.3 Lưu đồ thuật tốn truyền nhận và hiển thị dữ liệu công suất của tấm pin PV lên
màn hình máy tính ......................................................................................................... 45 

Hình 5.1 Sản phẩm nhìn từ phía trướ c ..........................................................................46 
Hình 5.2 Mạch điều khiển hệ thống điều hướ ng pin NLMT......................................... 46 
Hình 5.3 Mạch truyền thơng cơng suất .........................................................................47 
Hình 5.4 Thiết lậ p thí nghiệm để kiểm định hiệu quả của phương pháp điều hướ ng 1
tr ục theo thờ i gian thực và phương pháp lắp đặt truyền thống......................................47 
Hình 5.5 K ết qu ả  chương trình điều khiển góc nghiêng xuất ra cổng k ết nối Serial của
máy tính của ngày 4/12/2020 ........................................................................................48 
Hình 5.6 Các tham số của ngày 4/12/2020 đượ c tính tốn trên website suncalc.org .... 48 
Hình 5.7 File số liệu cơng suất thu thậ p của 2 phương pháp ngày 20/12/2020  ............48 
Hình 5.8 Biểu đồ so sánh cơng suất nh ận đượ c giữa phươ ng pháp lắp đặt hệ thống pin
 NLMT truyền thống và phương pháp điều hướ ng 1 tr ục theo thờ i gian thực từ 13:30 ->
14:30 (W) (Điều kiện thờ i tiết: Nhiều mây) ..................................................................49 
Hình 5.9 Biểu đồ so sánh cơng suất nhận thêm giữa phương pháp điều hướ ng 1 tr ục theo
thờ i gian thực và phương pháp lắp đặt hệ thống pin NLMT truyền thống t ừ  13:30 ->
14:30 (%) (Điều kiện thờ i tiết: Nhiều mây) ..................................................................49 


 

Thiết k ế, chế tạo hệ thống điều hướ ng pin NLMT 1 tr ục theo thờ i gian thực
Chương 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 

1.1. Điều kiện khai thác NLMT ở  Việt Nam
Với ưu điểm là sẵn có, thân thiện với môi trường và đặc biệt là không bao giờ  bị 
cạn kiệt, NLMT đang là giải pháp thay thế cho các nguồn năng lượng khác đang dần bị 
cạn ki ệt trên Trái Đất. Ở Vi ệt Nam, thiên nhiên ưu đãi cho nướ c ta một lượ ng BXMT
hàng năm thuộc top những nước có BXMT hàng năm cao nhấ t trên thế giớ i (vào khoảng
4.5 –  6 kWh/m2/năm) cộng với điều kiện về mặt địa lý (lãnh thổ Việt Nam kéo dài từ vĩ
độ 8o N đến 23o N). Do đó, khai thác và sử dụng NLMT tại Việt Nam là r ất khả thi. [1] 

 Hình 1.1 Bứ c xạ NLMT ở  Việt Nam

1.2. Các phương pháp để tối ưu hiệu suất PV
Các phương pháp để tối ưu hiệu suất chuyển đổi PV:
•

•

•

•

Sử dụng bộ MPPT để bắt điểm cơng suất cực đại.
Giảm nhiệt độ làm việc của tấm pin NLMT.
Kiểm tra và vệ sinh bề mặt của tấm pin NLMT định k ỳ.
Sử  dụng hệ thống điều hướ ng pin NLMT.

Với phương pháp điều hướ ng pin NLMT, pin NLMT chỉ đạt đượ c hiệu suất cao
nhất khi ánh sáng Mặt Tr ời  hợ  p vớ i bề mặt tấm pin NLMT một góc 90o. Tuy nhiên, các
hệ thống pin NLMT hiện nay thường đượ c l ắ p cố  định khiến cho hiệu suất chuyển đổi
PV không cao. Vì vậy để duy trì đượ c hiệu suất của tấm pin NLMT ở  mức cao nhất, giải
SVTH: Nguyễn Thành Trung

GVHD: PGS.TS Lê Kim Hùng

1


 

Thiết k ế, chế tạo hệ thống điều hướ ng pin NLMT 1 tr ục theo thờ i gian thực
 pháp được đưa ra là thiế t k ế  hệ thống điều khiển chuyển động thay đổi hướ ng nhận
BXMT theo hệ  kinh độ, vĩ độ c ủa t ừng địa phương, cộng v ớ i thờ i gian UTC của t ừng
địa phương ta tính đượ c v ị trí của M ặt Tr ời  theo thờ i gian UTC của địa phương đó, từ 
đó tính tốn đượ c góc quay của hệ th ống điều hướng để  đảm bảo hiệu suất chuyển đổi
PV của các tấm pin NLMT là lớ n nhất.

 Hình 1.2 So sánh sơ lượ c về  hiệu quả của hệ thống điều hướ ng pin NLMT so v ớ i
 phương pháp lắp đặt truyề n thố ng

Dựa vào Hình 1.2, ta thấy r ằng để cùng thu đượ c một lượ ng BXMT, hệ thống pin
 NLMT không được điều hướ ng phải cần một diện tích tấm pin lớn hơn so vớ i hệ thống
 pin NLMT được điều hướ ng.
1.3.

Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài

Đề tài giải quyết các vấn đề của h ệ th ống l ắp đặt hệ thống t ấm pin NLMT theo
 phươ ng pháp truyền thống đồng thờ i phát triển them tính năng để nâng cao hiệu suất
chuyển đổi PV của tấm pin NLMT.
 Nhiệm vụ của đề tài:
•

•

•

Giải quyết nhược điểm của hệ thống điều hướ ng pin NLMT bằng cảm
 biến.

Bổ sung khả năng chuyển chế độ linh hoạt theo từng điều kiện thờ i tiết.
Kiểm định khả năng hoạt động chính xác của hệ thống.

SVTH: Nguyễn Thành Trung

GVHD: PGS.TS Lê Kim Hùng

2


 

1.4.

Thiết k ế, chế tạo hệ thống điều hướ ng pin NLMT 1 tr ục theo thờ i gian thực
Phạm vi nghiên cứ u

Vớ i m ục tiêu thiết k ế, chế t ạo hệ thống điều hướ ng pin NLMT 1 tr ục theo thờ i
gian thực nhưng do điều kiện thờ i gian, kinh phí giớ i hạn nên đề tài giớ i hạn trong các
 phạm vi sau:
•

•

•

•

•

•

•

1.5.

Sử dụng một số website để mơ phỏng quỹ đạo của Mặt Tr ời  trong ngày.
Tìm hiểu, xây dựng cơng thức để tính tốn vị trí của M ặt Tr ời  theo thờ i
gian thực trong từng ngày. Từ  đó tính tốn góc quay củ a hệ thống điều
hướ ng sao cho phù hợ  p.
Tìm hiểu các phương pháp để điều hướ ng tấm pin NLMT, từ đó lựa chọn
 phương án tối ưu. 
Mơ phỏng sự hoạt động của hệ thống bằng phần mềm để kiểm định vớ i
các tính tốn theo lý thuyết.
Chế tạo hệ thống khung giàn, giá đỡ, cơ cấu quay cho hệ thống.
Chế tạo hệ thống điều hướ ng theo các lý thuyết đã tìm hiếu. Sử dụng vi
xử lý để tính tốn, giám sát góc quay của hệ thống.
Sử dụng xy lanh điện để truyền động cho hệ thống.

Kết luận

Việc tìn hiểu về tr ữ lượ ng NLMT ở   Việt Nam cho ta thấy tiềm năng khai thác
nguồn năng lượ ng này trong tươ ng lai. Qua đó, làm rõ hơn cho sự cần thiết của việc khai
thác nguồn năng lượ ng này một cách hiệu quả.

SVTH: Nguyễn Thành Trung

GVHD: PGS.TS Lê Kim Hùng

3

 

Thiết k ế, chế tạo hệ thống điều hướ ng pin NLMT 1 tr ục theo thờ i gian thực
Chương 2: LỰ A CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN VÀ CƠ SỞ  LÝ THUYẾT
CỦA PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN

2.1. Chọn số trục điều hướ ng
Số tr ục điều hướ ng có thể là 1 tr ục hoặc 2 tr ục (một số cơng nghệ mớ i có thể là
1,5 tr ục).
 2.1.1.  H ệ thống điều hướ 
 ng 1 trụ c

Phân loại các loại điều hướ ng 1 tr ục: [2]
Điều hướ ng theo tr ục ngang (HSAT  –   Horizontal single axis trackers):
Tr ục quay của hệ thống điều khiển sẽ n ằm song song mặt đất. Thích hợ  p
cho những vùng có vĩ độ thấ p (Hình 2.1).
•

 Hình 2.1 H ệ thố ng HSAT 4MW ở  Vellakoil, Tamil Nadu,  Ấn Độ 
•

Điều hướ ng theo tr ục ngang vớ i module nghiêng (HTSAT  –   Horizontal
single axis trackers with tilted modules. (Hình 2.2)

 Hình 2.2 H ệ thố ng HTSAT ở  Xitieshan, Trung Quố c

SVTH: Nguyễn Thành Trung

GVHD: PGS.TS Lê Kim Hùng

4


 

•

•

Thiết k ế, chế tạo hệ thống điều hướ ng pin NLMT 1 tr ục theo thờ i gian thực
Điều hướ ng theo tr ục dọc (VSAT  –   Vertical single axis trackers): Tr ục
quay của h ệ th ống sẽ nằm vng góc vớ i mặt đất. Thích hợ  p cho nh ững
vùng có vĩ độ cao.
Điều hướ ng theo tr ục xiên (TSAT –  Tilted single axis trackers): Tr ục quay
của hệ thống sẽ nằm xiên 1 góc so vớ i mặt đất. (Hình 2.3) 

 Hình 2.3 H ệ thố ng TSAT ở  Siziwangqi, Trung Quố c
•

Điều hướ ng theo tr ục Trái Đất (PSAT  –   Polar single axis tracker). Tr ục
quay của hệ thống điều hướ ng sẽ nằm song song vớ i tr ục quay của Trái
Đất, đây là phương pháp điều khiển cho các kính viễn vọng. 

Đối với các phương pháp VSAT, TSAT, PSAT, trụ c xoay có thể tr ục Bắc –  Nam,
Đơng –  Tây, thậm chí là tr ục xoay của Trái Đất.
 2.1.2.  H ệ thống điều hướ 
 ng 2 trụ c

Có 2 phương pháp điều hướ ng 2 tr ục phổ biến: [2]
•

Hệ thống điều hướ ng Tip - Tilt (TTDAT –   Tip –   Tilt dual axis trackers):
Hệ thống có 1 tr ục quay nằm song song vớ i tr ục Bắc –  Nam của thực địa,
tại đỉnh của hệ thống gắn tấm pin có một cơ cấu chữ T hoặc chữ H, cơ cấu
này giúp thay đổi góc nhậ p xạ của tấm pin. (Hình 2.4)

SVTH: Nguyễn Thành Trung

GVHD: PGS.TS Lê Kim Hùng

5


 

Thiết k ế, chế tạo hệ thống điều hướ ng pin NLMT 1 tr ục theo thờ i gian thực

 Hình 2.4 H ệ thố ng TTDAT ở  Siziwangqi, Trung Quố c
•

Hệ thống điều hướ ng Azimuth - Altitude (AADAT –   Azimuth - Altitude
dual axis trackers): Hệ  thống có 2 tr ục quay theo 2 góc Azimuth và
Altitude. (Hình 2.5)

 Hình 2.5 H ệ thố ng AADAT ở  Toledo, Tây Ban Nha

 2.1.3.

 Đánh giá hiệu quả của 2 phương pháp điều hướ  ng, l ự a  chọn phương án thích hợ  p

Phương pháp điều hướ ng 1 tr ục thườ ng có tr ục xoay trùng vớ i tr ục B ắc  –   Nam
của thực địa, phương pháp này có những ưu điể m sau:
•

Độ tin cậy cao.

•

Tuổi thọ cao.

SVTH: Nguyễn Thành Trung

GVHD: PGS.TS Lê Kim Hùng

6


 

•

•

•

•

•

•

Thiết k ế, chế tạo hệ thống điều hướ ng pin NLMT 1 tr ục theo thờ i gian thực
Có giá thành lắp đặt và vận hành ít hơn so với phương pháp điều hướ ng 2
tr ục do có ít cơ cấu cơ khí  và điều khiển.
Có hiệu quả lớn hơn phương pháp lắp đặt truyền thống lên đến 32,17%.
Hệ thống lắp đặt theo phương pháp này bám Mặt Tr ời  từ lúc Mặt Tr ời  mọc
(ở  phía Đơng) đến lúc Mặt Tr ờ i lặn (ở  phía Tây), cung cấ p sản lượng điện
một cách ổn định cả ngày
Tạo ra thêm 15  –   16% lượng điện năng hằng năm so với phương pháp
truyền thống nếu xét 1 hệ thống pin NLMT có cùng dung lượ ng.
Tỷ lệ mật độ tấm pin NLMT trên từng km2 của phương pháp là cao nhất.
Thờ i gian hoàn vốn ngắn cho các khoản đầu tư vào hệ thống NLMT và lợ i
nhuận ròng hằng năm tang đáng kể .

Tuy nhiên phương pháp điều hướ ng 1 tr ục cũng có những nhược điểm sau:
•

Sản lượng điện năng thu được ít hơn so với phương pháp điều hướ ng 2
tr ục.

Sự giớ i hạn trong nâng cấ p công nghệ.
Phương pháp điều hướ ng 2 tr ục TTDAT hay AADAT có những ưu điểm sau đây: 
•

•

•

•

•

Cung cấ p sản lượng điện liên tục và ổn định trong ngày.
Cung cấ p gi ải pháp hợp lý trong trườ ng h ợp dung lượ ng nguồn phát của
lướ i bị hạn chế.
Không gian lắp đặt nhỏ, cung cấ p khơng gian cho các mục đích khác. 
Cung cấp điện năng hàng năm nhiều hơn 45 –   50% so với phương pháp
lắp đặt truyền thống nếu xét 1 hệ thống pin NLMT có cùng dung lượ ng.

Mặc khác phương pháp điều hướ ng 2 tr ục cũng có những nhược điểm:
•

•

•

•

Hệ thống có độ phức tạ p về kĩ thuật cao hơn, khiến chúng có khả năng dễ 
 bị tr ục tr ặc.
Hệ thống có tuổi thọ và độ tin cậy thấ p.
Hiệu suất làm việc trong điều kiện thờ i tiết nhiều mây thấ p.
Thờ i gian hoàn vốn ngắn nhưng sẽ  dài hơn phương pháp điều hướ ng 1
tr ục.

Từ những ưu nhược điểm c ủa 2  phương  pháp điều hướ ng, tôi sử dụng phương
 pháp điều hướ ng 1 tr ục cho thiết k ế của mình.
SVTH: Nguyễn Thành Trung

GVHD: PGS.TS Lê Kim Hùng

7


 

Thiết k ế, chế tạo hệ thống điều hướ ng pin NLMT 1 tr ục theo thờ i gian thực
2.2. Chọn phương pháp bám Mặt Trờ i
Các phương pháp thường đượ c sử dụng để bám Mặt Tr ời  là:

•

Dùng cảm biến quang.
Dùng camera.
Dùng tấm cảm quang phụ BIFACIAL.
Dựa trên địa lí, thờ i gian thực.

•

K ết hợ  p giữa nhiều phương pháp. 

•

•

•

Tơi sử dụng phương pháp dựa trên địa lí, thờ i gian thực để có độ tin cậy cao.

2.3. Cơ sở  lý thuyết của phương pháp điều hướ ng tấm pin NLMT 1 trục theo thờ i
gian thự c [3]
 2.3.1. Sự  chuyển độ ng củ a M ặ t Trờ i

Chuyển động biểu kiến của M ặt Tr ời  đượ c tạo nên bở i Trái Đất tự quay quanh
mình nó và nghiêng tr ục Trái Đất, làm thay đổi góc tớ i c ủa các tia sáng Mặt Tr ời . Từ 
một v ị trí cố  định trên Trái Đất, Mặt Tr ời  xuất hi ện và di chuyển khắ p b ầu tr ời . Vị trí
của Mặt Tr ờ i trên bầu tr ời  phụ thuộc vào điểm ta nhìn trên Trái Đất, thờ i gian trong
ngày, ngày trong năm. Chuyển độ ng biểu kiến này đượ c thể hiện ở  hình dưới đây. 

Hình 2.6 Hoạt động biểu kiến của Mặt Tr ờ i
Chuyển động biểu kiến này có tác động lớn đến lượng điện năng ta thu đượ c vào
 pin năng lượ ng Mặt Tr ời . Khi tia sáng Mặt Tr ời  chiếu vng góc vớ i bề mặt hấ p thụ,
hiệu suất hấ p thu trên bề mặt pin là lớ n nhất. Tuy nhiên, khi góc giữa tia sáng và bề mặt
hấ p thụ giảm xuống thì hiệu suất hấ p thu cũng giảm xuống. Khi bề mặt hấ p thụ song
SVTH: Nguyễn Thành Trung

GVHD: PGS.TS Lê Kim Hùng

8


 

Thiết k ế, chế tạo hệ thống điều hướ ng pin NLMT 1 tr ục theo thờ i gian thực
song vớ i tia sáng thì hiệu suất gần như bằng 0. Vớ i những góc trung gian cịn lại, thì
hiệu suất đượ c phụ thuộc vào cos (θ), với θ là góc tớ i của tia sáng.
Góc tớ i c ủa tia sáng tớ i m ột v ị trí cố  định trên Trái Đấ t ph ụ thuộc vào từng địa
điểm cụ thể  (vĩ độ của điểm đó), thờ i gian trong ngày, thời gian trong năm. Ngoài ra
thời điểm Mặt Tr ời  mọc cũng phụ thuộc vào kinh độ của điểm đó. Vì vậy, để xác định

góc tớ i c ủa Mặt Tr ời  tớ i một vị trí cố định trên Trái Đất địi hỏi có vĩ độ, kinh độ, th ờ i
gian trong ngày và ngày trong năm. 
 2.3.2.  H ệ tọa độ để   xác đị 
 nh 1 thiên thể  trong không gian

Để  xác định 1 thiên thể trong không gian, ta sử d ụng h ệ t ọa độ g ồm 2 góc: góc
nhậ p xạ (α) (altitude) và góc phương vị (azimuth) (β). (Hình 2.7)

 Hình 2.7 H ệ t ọa độ Altitude –   Azimuth để  xác định vị trí một thiên thể  trong khơng gian

 2.3.3.

Vĩ độ (Latitude) (Φ) 
Vĩ độ (Hình 2.8) là góc tạo bở i mặt
 phẳng xích đạo và đoạn thẳng nối liền tâm
Trái Đất và vị  trí đang cần xác đị nh kinh
độ. 
Vĩ độ  sẽ  có giá tr ị  dương khi vị  trí
đang cần xác định ở  bán cầu Bắc và sẽ có
giá tr ị dương nếu vị trí đang cần xác đị nh
ở  bán cầu Nam.
 Hình 2.8

Cách xác định vĩ độ 

SVTH: Nguyễn Thành Trung

GVHD: PGS.TS Lê Kim Hùng

9

 

Thiết k ế, chế tạo hệ thống điều hướ ng pin NLMT 1 tr ục theo thờ i gian thực
 2.3.4.  Kinh độ (Longtitude) (λ) 
Kinh độ  (Hình 2.9) là góc tạo bở i
đoạn thẳng nối liền tâm Trái Đất và địa
điểm c ần xác định vớ i m ặt phẳng t ạo b ở i
tâm Trái Đất và đườ ng kinh tuyến gốc
(0o).
Kinh độ  sẽ  có giá tr ị  nằm trong
khoảng 0o  –   180o  ở   phía Đơng và có giá
tr ị nằm trong khoảng 0o –   (-180o) ở   phía
Tây.
 Hình 2.9 Cách xác đị nh kinh độ 

 2.3.5.

 Xích vĩ độ (Declination angle) (δ) 

Xích vĩ độ (Hình 2.10) là vĩ độ mà tại đó Mặt Tr ời  chiếu xu ống vng góc vớ i
mặt đất. Xích vĩ độ đượ c kí hiệu là δ, góc này thay  đổi theo mùa do độ  nghiêng của tr ục
Trái Đất và do sự  quay quanh Mặt Tr ời  của nó. Nếu tr ục quay của Trái Đất khơng
nghiêng thì góc này ln bằng 0o, tuy nhiên do Trái Đất nghiêng 23,45o, xích vĩ độ này
thay đổi trong năm, cộng hoặc tr ừ đi giá trị này. Chỉ có vào ngày xn phân và thu phân,
xích vĩ độ này mớ i bằng 0 o. Vào ngày hạ chí, Mặt Tr ời  chiếu vng góc tại chí tuyến
 bắc (23.45o) và ngày đơng chí, Mặt Tr ời  chiếu vng góc tại chí tuyến nam (-23.45o).
Vịng quay của Trái Đất quanh Mặt Tr ời  và sự thay đổi c ủa góc nghiêng này đượ c th ể 
hiện ở  hình dướ i đây. 

 Hình 2.10 S ự thay đổi xích vĩ độ trong

năm 

Sự thay đổi xích vĩ độ địi hỏi một cơng thức tính cho một ngày bất k ỳ trong năm
nhằm tính tốn đượ c góc nhậ p xạ của Mặt Tr ời  trong ngày tương ứng đó 
Xích vĩ độ có thể đượ c tính theo công thức (2.1) sau:

SVTH: Nguyễn Thành Trung

GVHD: PGS.TS Lê Kim Hùng

10


 

Thiết k ế, chế tạo hệ thống điều hướ ng pin NLMT 1 tr ục theo thờ i gian thực

δ = sin− sin23.45 sin(
 d  81) (2.1)
Trong đó: 

d là số thứ tự ngày trong năm, vớ i ngày 1 tháng 1, d = 1.
Xích vĩ độ này bằng 0o tại các ngày xuân phân và thu phân (22.3 và 23.9), tăng
dần từ 0o trong mùa hè ở  bán cầu bắc và giảm dần trong mùa đông của bán cầu nam. Giá
tr ị lớ n nhất đạt 23,45o vào ngày 22 tháng 6 (mùa hè tại bán cầu bắc) và nhỏ nhất đạt ( –  
23,45o) vào ngày 22 tháng 12 (mùa hè tại bán cầu nam).
•

 2.3.6. Góc giờ  (Hour Angle) (ω)  

Góc giờ  (ω) là số độ cần quay theo tr ục Bắc –  Nam của Trái Đất để đưa vị trí cần
xác định đến lúc vào giữa trưa (lúc Mặt Tr ời  lên cao nhất). Vớ i mỗi gi ờ   trướ c lúc Mặt
Tr ời  ở  vị trí cao nhất, góc này mang tr ị âm 15o; vớ i mỗi giờ  sau lúc Mặt Tr ời  ở  vị trí cao
nhất và mang giá tr ị dương 15o. Góc giờ  đượ c tính theo cơng thức (2.2)
ω = 15o (Thờ i gian hiện tại theo UTC- Thờ i gian Mặt Tr ời  ở  vị trí cao nhất theo UTC) (2.2)
Để giải quyết vấn đề tôi sử dụng giải thuật sau đây của Nautical Almanac Office
United States Naval Observatory Washington [4] để tính ra thờ i gian Mặt Tr ời  mọc và
thờ i gian Mặt Tr ời  l ặn trong ngày, sau đó lấ y thờ i gian Mặt Tr ời  lặn tr ừ cho thờ i gian
Mặt Tr ời  mọc tôi sẽ thu đượ c độ dày ngày hiện tại, lấy độ dài ngày này chia đơi , tơi sẽ 
đượ c thờ i gian Mặt Tr ờ i ở  vị trí cao nhất, sau đó tính tốn giờ  thời gian theo định nghĩa
của nó.
Giá trị biến đầu vào :
day, month, year: ngày, tháng, năm của ngày tính tốn.  
latitude, longitude: địa điểm của nơi tính tốn (kinh độ, vĩ độ). 
zenith:
góc nhập xạ lúc Mặt Trời  mọc, Mặt Trời lặn (chọn bằng 90.5o)
offical
= 90 degrees 50'
civil
= 96 degrees
nautical
= 102 degrees
astronomical = 108 degrees
 NOTE: longitude is positive for East and negative for West
 NOTE: the algorithm assumes the use of a calculator with the trig functions in "degree"
(rather than "radian") mode. Most programming languages assume radian arguments,

requiring back and forth convertions. The factor is
SVTH: Nguyễn Thành Trung

. So, for instance, the equation
Ω

GVHD: PGS.TS Lê Kim Hùng

11


 

Thiết k ế, chế tạo hệ thống điều hướ ng pin NLMT 1 tr ục theo thờ i gian thực

RA = tan−[0.91764 ∗ tanL]  would be coded as RA= Ω ∗ tan− 0.91764 ∗
tan∗
Ω    to give a degreeanswer with a degree input for L.
1. first calculate the day of the year
 N1 = floor(275 * month / 9)
 N2 = floor((month + 9) / 12)
 N3 = (1 + floor((year - 4 * floor(year / 4) + 2) / 3))
 N = N1 - (N2 * N3) + day - 30
2. convert the longitude to hour value and calculate an approximate time
lngHour = longitude / 15
if rising time is desired:
t = N + ((6 - lngHour) / 24)
if setting time is desired:
t = N + ((18 - lngHour) / 24)
3. calculate the Sun's mean anomaly

M = (0.9856 * t) - 3.289
4. calculate the Sun's true longitude
L = M + (1.916 * sin(M)) + (0.020 * sin(2 * M)) + 282.634
 NOTE: L potentially needs to be adjusted into the range [0,360) by adding/subtracting
360
5a. calculate the Sun's right ascension
RA = atan(0.91764 * tan(L))
 NOTE: RA potentially needs to be adjusted into the range [0,360) by adding/
subtracting 360
5b. right ascension value needs to be in the same quadrant as L
Lquadrant = (floor( L/90)) * 90
RAquadrant = (floor(RA/90)) * 90
RA = RA + (Lquadrant - RAquadrant)
5c. right ascension value needs to be converted into hours
RA = RA / 15
6. calculate the Sun's declination
sinDec = 0.39782 * sin(L)
cosDec = cos(asin(sinDec))
SVTH: Nguyễn Thành Trung

GVHD: PGS.TS Lê Kim Hùng

12


 

Thiết k ế, chế tạo hệ thống điều hướ ng pin NLMT 1 tr ục theo thờ i gian thực
7a. calculate the Sun's local hour angle
cosH = (cos(zenith) - (sinDec * sin(latitude))) / (cosDec * cos(latitude))

 
if (cosH > 1)
the sun never rises on this location (on the specified date)
if (cosH < -1)
the sun never sets on this location (on the specified date)
7b. finish calculating H and convert into hours
if if rising time is desired:
H = 360 - acos(cosH)
if setting time is desired:
H = acos(cosH)
H = H / 15
8. calculate local mean time of rising/setting
T = H + RA - (0.06571 * t) - 6.622
9. adjust back to UTC
UT = T - lngHour
 NOTE: UT potentially needs to be adjusted into the range [0,24) by
adding/subtracting 24
10. convert UT value to local time zone of latitude/longitude
localT = UT + localOffset
 2.3.7. Góc nhậ p xạ (α) ( 
 Altitude)

Góc nhậ p xạ (α) (Hình 2.11) tại một điểm A trên Trái Đất là góc đượ c tạo ra bở i
các tia tớ i c ủa ánh sáng Mặt Tr ời  hợ  p v ớ i m ặt ph ẳng chân tr ời  c ủa điểm A. Ta cịn có
thể hiểu đơn giản: góc nhậ p xạ tại một điểm là góc tạo bở i tia sáng Mặt Tr ời  vớ i tiế p
tuyến của Trái Đất tại điểm đó, xét trong cùng mặ t phẳng. Góc nhậ p xạ này bằng 0o lúc
Mặt Tr ờ i m ọc và đạt tối đa khi Mặt Tr ời  lên đỉnh đầu vào giữa trưa. Góc nhậ p x ạ này
thay đổi liên tục trong ngày, nó phụ thuộc vào vĩ độ của địa điểm cụ thể và các ngày
trong năm. 

SVTH: Nguyễn Thành Trung

GVHD: PGS.TS Lê Kim Hùng

13


 

Thiết k ế, chế tạo hệ thống điều hướ ng pin NLMT 1 tr ục theo thờ i gian thực

 Hình 2.11 Góc nhậ p xạ 

Góc nhậ p xạ đượ c tính theo cơng thức (2.3):

α = sin−[sinδsinΦ + cosδcosΦcosω] (2.3)
Trong đó: 

 2.3.8.

•

δ: Xích vĩ độ 

•

Φ: Vĩ độ 

•

ω: Góc giờ  

Góc phươ  ng vị  (Azimuth) (β) 

Góc phương vị (β) (Hình 2.12) là hướ ng la bàn mà từ đó ánh nắng Mặt Tr ời  chiếu
tớ i. Vào giữa trưa, Mặt Tr ời  luôn ở  chính nam tại Bắc bán cầu và chính bắc tại Nam bán
cầu. Góc phương vị ln thay đổi trong ngày, vào ngày xn phân và thu phân, Mặt Tr ời 
ln mọc chính đơng và lặn chính tây tại bất kì vị trí nào trên Trái Đất, do đó góc phương
vị là 90o lúc mọc và 270o lúc lặn. Tuy nhiên do Trái Đất nghiêng tr ục quay quanh nó
nên, góc phương vị  này thay đổi theo từng vĩ độ trên Trái Đất và vào từng thời điểm
khác nhau trong năm. 

 Hình 2.12

SVTH: Nguyễn Thành Trung

Góc phương vị 

GVHD: PGS.TS Lê Kim Hùng

14


 

Thiết k ế, chế tạo hệ thống điều hướ ng pin NLMT 1 tr ục theo thờ i gian thực
Góc phương vị giống vị trí góc ở   la bàn vớ i 0o tại chính Bắc và 180o  ở   chính
 Nam. Góc phương vị đượ c tính theo cơng thức (2.4):

β = cos− −

    (2.4)
Trong đó β = β vớ i ω ≥ 0 
β = 360  –  β vớ i ω < 0 
o

 2.3.9.

Góc điều khiề n củ a hệ thố  ng

Giả sử góc nghiêng cần điều khiển (μ) là góc như hình dưới đây. Từ các cơng
thức (2.1), (2.2), (2.3), (2.4), góc nghiêng μ sẽ đượ c tính tốn theo cơng thức (2.5):

 Hình 2.13 Góc điề u khiể n của hệ thố ng

    (2.5)
μ = tan− −

Trong đó μ = μ vớ i β ≤ 180  
μ = 180  + μ vớ i β > 180  
o

SVTH: Nguyễn Thành Trung

GVHD: PGS.TS Lê Kim Hùng

15


 

Thiết k ế, chế tạo hệ thống điều hướ ng pin NLMT 1 tr ục theo thờ i gian thực
 2.3.10. Mô phỏ ng kế 
 t quả bằ ng phầ n mề m Cabri 3D

 Hình 2.14 Mơ phỏng khi M ặt Tr ờ i ở  phần phía Đơng (từ  lúc M ặt Tr ờ i mọc đế n giữa trưa)

Thay thế các biến α = 35o, β = 122o vào cơng thức, ta có
−      
  (Trùng vớ i k ết quả mô phỏng)
  − 

μ = tan 

 = 39.54

 Hình 2.15 Mơ phỏng khi M ặt Tr ờ i ở  phần phía Tây (t ừ  lúc giữ a trưa đế n lúc M ặt Tr ờ i lặn)

Vì góc azimuth được xác định bở i 1 cung tròn với điểm gốc là cực N, chiều quay
là chiều từ N sang E nên góc azimuth trong trườ ng hợ  p mày sẽ có giá tr ị β = 360o –  139o 
= 221o.

Thay thế các biến α = 45o, β = 221o vào cơng thức, ta có

−      
  (Trùng vớ i k ết quả mô phỏng)
  − 

μ = 180  + tan 

SVTH: Nguyễn Thành Trung

 = 123,27

GVHD: PGS.TS Lê Kim Hùng

16


 

Thiết k ế, chế tạo hệ thống điều hướ ng pin NLMT 1 tr ục theo thờ i gian thực
2.4. Kết luận
Việc tìm hiểu các loại phương pháp điều hướ ng giúp ta phân tích đượ c ưu, nhượ c
điểm c ủa các phương pháp điều hướ ng. Đồng thờ i, việc tìm hiểu cơ sở   lý thuyết điều
hướ ng giúp ta hiểu đượ c bản chất của phương pháp đó, từ đó giúp phát triển hoàn thiện
sản phẩm

SVTH: Nguyễn Thành Trung

GVHD: PGS.TS Lê Kim Hùng

17