đồ án sử dụng năng lượng mặt trời ứng dụng pin năng lượng mặt trời

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A


GVHD: VŨ HOÀNG HẢI 1 NHÓM SVTH

LỜI CẢM ƠN

Kính thưa quý thầy cô!
Chúng 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 Trường Đại Học Công Nghiệp
TPHCM, 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.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy VŨ HOÀNG HẢI đã dành nhiều thời gian
công sức, quan tâm theo dõi, tận tình hướng dẫn, động viên và nhắc nhở chúng em
hoàn thành tốt đồ án này.
Qua đây , chúng 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.
Nhóm Sinh Viên Thực Hiện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A


GVHD: VŨ HOÀNG HẢI 2 NHÓM SVTH

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A


GVHD: VŨ HOÀNG HẢI 3 NHÓM SVTH

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A


GVHD: VŨ HOÀNG HẢI 4 NHÓM SVTH

MỤC LỤC


Lời cảm ơn 1
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn 2
Nhận xét của giáo viên phản biện 3
Mục lục 4
Danh mục các bảng, sơ đồ & hình ảnh 7
Mở đầu 9
1. Lý do chọn đề tài 9
2. Mục đích. 10
3. Đối tượng nghiên cứu. 10
4. Pham vi nghiên cứu 12
Chương 1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động . 13
1.1. Giới thiệu về pin mặt trời. 12
1.1.1. Đặc tính làm việc của pin mặt trời 13

1.1.2. Ưng dụng. 17
1.1.3. Tấm năng lượng mặt trời 17
1.1.4. Cách ghép nối các tấm năng lượng mặt trời. 18
a. Phương pháp ghép nối tiếp các tấm môdun mặt trời. 19
b. Ghép song song các tấm môdun mặt trời. 20
c. Hiện tượng điểm nóng. 21
1.1.5. Giới thiệu pin mặt trời pv-te130mf5n 22
1.2. Nguyên lý hoạt động và chức năng của bộ điều khiển sạc. 26
1.2.1. Sơ lược về bộ điều khiển sạc 26
1.2.2. Bộ điều khiển sạc sunlight SL- 10 27
1.3. Bộ lưu trữ năng lượng(ac-quy) 30
1.3.1. Các loại ac-quy. 31
1.3.2. Các đặc tính của ac-quy 32
1.3.3. Chế độ làm việc của ac-quy 32
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A


GVHD: VŨ HOÀNG HẢI 5 NHÓM SVTH

1.3.4. Các chế độ của bộ nạp ac-quy 33
1.3.5 Các sự cố cần bảo vệ ac-quy 36
1.3.6. Các tiêu chí lựa chọn ac-quy 37
1.3.7. Giới thiệu về ac-quy Ritar RA 12-150DG. 38
1.4. Nguyên lý hoạt động của đèn LED chiếu sáng 40
1.4.1 Tính chất của đèn LED chiếu sáng. 40
1.4.2 Giới thiệu đèn chiếu sáng dùng LED SP-90 41
1.4.3. Các loại bóng đèn đường NLMT 45
Chương 2. Phương pháp thiết kế hệ thống điện NLMT 49
2.1. Nội dung thiết kế 49
2.1.1. Tính tổng lượng tiêt thụ điện của hệ thống phải cung cấp 49

2.1.2. Tính số watt-hour các tấm pin mặt trời pải cung cấp 49
2.1.3. Tính toán kích cỡ tấm pin mặt trời cần sử dụng 49
2.1.4. Tính toán bộ inverter. 50
2.1.5. Tính toán battery 50
2.1.6. Thiết kế solar charge controller 51
2.2 Tính toán hệ thống chiếu sáng đèn đường dùng NLMT. 52
2.2.1. Thông số khí tượng 52
2.2.2. Tính toán thiết bị sử dụng 52
2.2.2.1. Pin năng lượng mặt trời. 52
2.2.2.2. Ăc quy 53
2.2.2.3. Bộ đièu khiển đèn đường sunlight 54
2.3. Một số hình ảnh chiếu sáng đèn đường NLMT. 55
Chương 3. Lắp đặt và bảo trì hệ thống 57
3.1. Sơ đồ nguyên lý lắp đặt một cột đèn chiếu sáng: 57
3.1.1. Quy trình lắp đặt trụ đèn 58
3.1.2. Lắp đặt hộp đèn SP-90 vào giá đèn 60
3.1.3. Lắp đặt giá đèn cùng với đèn vào cột 63
3.1.4. Cách luồn dây điện 64
3.1.5. Lắp đặt bộ điều khiển sạc 65
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A


GVHD: VŨ HOÀNG HẢI 6 NHÓM SVTH

3.1.6. Lắp đặt ac-quy RA12v 150dg và kết nối điện cho bộ điều khiển 67
3.1.7. Hướng dẫn chi tiết kết nối điện cho bộ điều khiển sạc 71
3.2. Bảo trì,thay thế, sửa chữa hệ thống 73
3.2.1. Cột đèn, vỉ đỡ pin, giá đỡ đèn 73
3.2.2. Đường cáp điện 74
3.2.3. Tấm pin mặt trời PV-TE130MF5N. 74

3.2.4. Bộ điều khiển sạc SL-10 75
3.2.5. Những vấn đề có thể xảy ra với SL-10 và cách khắc phục. 75
3.2.5.1. Ac-quy không sạc 75
3.2.5.2. Điện áp Ac-quy quá cao 76
3.2.5.3. Tải không hoạt động bình thường 77
3.2.6. Đèn LED SP-90 77
3.2.7. Ac-quy RA12V 150DG 77
Kết luận và đề xuất hướng phát triển 78
Tài liệu tham khảo 79








TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A


GVHD: VŨ HOÀNG HẢI 7 NHÓM SVTH

DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ & HÌNH ẢNH


Hình 1.Sơ đồ nguyên lý một hệ thống năng lượng mặt trời 10
Hình 1.1.Cấu tạo của pin mặt trời 13
Hình 1.2.Đường đặc tính làm việc cùa pin mặt trời 14
Hình 1.3. Sơ đồ tương đương của pin mặt trời 14
Hình 1.4. Sự phụ thuộc đăc trưng của pin mặt trời 15

Hình 1.5. Sự phụ thuộc của pin mặt trời vào nhiệt độ của pin. 16
Hình 1.6.Đường đặc tính tải và đặc tính của pin mặt trời 16
Hình 1.7.Ghép nối tiếp 2 môdun mặt trời. 18
Hình 1.8. Ghép song song 2 môdun mặt trời 19
Hình 1.9. Đốt bảo vệ môdun và dàn pin mặt trời 21
Hình 1.10. Sơ đồ khối pin mặt trời PV- TEMF5N 22
Bảng 1.11. Vĩ độ và góc đặt cùa mo6dun và mặt đất 24
Bảng 1.12. Thông số kỹ thuật của PV–TE130MF5N 24
Hình 1.13. Kích thước của tấm pin PV–TE130MF5N 26
Hình 1.14. Bộ điều khiển sạc và bộ điều khiển sạc đa năng. 26
Hình 1.15. Chu kỳ sạc của bộ điều khiển sạc . 27
Hình 1.16. Chế độ vận hành của bộ điều khiển sạc. 28
Hình 1.17. Sơ đồ nguyên lý bộ điều khiển sạc. 29
Bảng 1.18. Thông số kỹ thuật của SL-10 30
Hình 1.19.Các chế độ nạp của acquy. 34
Hình 1.20. Sơ đồ chuyển trạng thái lôgic quá trình nạp ắc quy tự động 36
Hình 1.21.Sơ đồ khối của ac-quy Ritar RA 12-150DG. 38
Hình 1.22. Thông số kỹ thuật của RA 12-150DG. 38
Hình 1.23. Tuổi thọ ac-quy phụ thuộc vào nhiệt độ hoạt động của ac-quy. 39
Hình 1.24. Các loại đèn LED. 41
Hình 1.25. Đèn LED SP-90 42
Hình 1.26. Độ sáng và diện tích chiếu sáng của đèn LED SP-90 43
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A


GVHD: VŨ HOÀNG HẢI 8 NHÓM SVTH

Hình 1.27. Thông số kỹ thuật của đèn LED SP-90. 44
Hình 1.28. So sánh đèn sử dụng LED với đèn Natri cao áp . 45
Hình 2.1.Bức xạ và nhiệt độ trung bình trong năm . 53

Hình 2.2. Một số hình ảnh của hệ thống điện NLMT 56
Hình 3.1. Bản vẽ hoàn chỉnh cột đèn 59
Hình 3.2. Bản vẽ trụ đèn 60
Hình 3.3. Bạc lót trụ đèn 60
Hình 3.4. Quá trình chuẩn bị đèn phía dưới trước khi đưa lên gắn trên trụ đèn. 62
Hình 3.5. Định vị thanh giữ của giá đèn vào hộp đèn 63
Hình 3.6. Cố định thanh giữ của giá đèn vào hộp đèn 63
Hình 3.7. Các bước kết nối dây cáp điện vào đèn và đóng hộp đèn. 66
Hình 3.8. Lắp đặt giá đỡ cùng với đèn vào cột đèn 67
Hình 3.9. Hai đoạn dây nối Bộ điều khiển – Ac-quy và CB 68
Hình 3.10. Bắt vít giữ Bộ điều khiển vào bát giữ trên tủ điện . 69
Hình 3.11. Bắt vít giữ CB đã chuẩn bị trước đó vào bát giữ. 69
Hình 3.12. Bình Ắc Quy 70
Hình 3.13. Kết nối 2 đoạn dây “Bộ điều khiển – Ac-quy 70
Hình 3.14. Bắt chặt 2 đầu còn lại của cáp nối “Bộ điều khiển – Ac-quy” 71
Hình 3.15. Đấu 2 đầu dây còn lại của cáp Tấm pin vào bộ điều khiển 71
Hình 3.16. Đấu dây kết nối CB – Bộ điều khiển 72
Hình 3.17. Đấu dây kết nối cáp đèn váo CB 72
Hình 3.18. Bộ điều khiển đã kết thúc việc đấu nối dây 73
Hình 3.19. Đóng tủ điện và vặn ốc để chốt cửa tủ . 73







TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A

GVHD: VŨ HOÀNG HẢI 9 NHÓM SVTH

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 môi trường sống của con
người. Còn nguồn năng lượng thuỷ điện (vốn cũng được coi là một loại năng lượng
sạch) thì cũng không 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
môi trường hoặc đang 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
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A


GVHD: VŨ HOÀNG HẢI 10 NHÓM SVTH

(Hệ pin mặt trời) có nhiều ưu điểm như không cần nguyên liệu, không gây ô nhiễm
môi trường, ít phải bảo dưỡng, không gây tiếng ồn… Hiện nay năng lượng mặt trời đã
được khai thác và đưa vào ứng dụng trong cuộc sống cũng như trong công 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.
Ngoài 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.

Ngoài 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.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A


GVHD: VŨ HOÀNG HẢI 11 NHÓM SVTH


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
ghép lại tạo công suất khác nhau tùy vào mục đích sử dụng. Việc tính toán, lựa chọn
công suất của hệ thống được tính toán 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. Ngoài ra, nó còn cho biết tình trạng nạp
điện của các tấm pin mặt trời vào ac-quy, giúp người sử dụng kiểm soát 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.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A


GVHD: VŨ HOÀNG HẢI 12 NHÓM SVTH

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
không những góp phần tiết kiệm điện cho gia đình, giảm tải nhu cầu ngày càng tăng
lên về năng lượng cho quốc gia, mà còn 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
măt trời
Trong quá trình thực hiện đồ án , chúng 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 chúng em đã được học và rèn luyện được phương pháp làm việc,
nghiên cứu một cách chủ động hơn, linh hoạt hơn và đặc biệt là phương pháp làm việc
theo nhóm. Quá trình làm đồ án thực sự đã rất có ích cho chúng em về nhiều mặt.










TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A

GVHD: VŨ HOÀNG HẢI 13 NHÓM SVTH

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, không 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 hoá trị lên vùng dẫn và để lại một lỗ trống tích điện dương trong vùng hoá 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 môdule.
 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
không 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
phần ánh sáng sẽ đến được lớp chuyển tiếp, nơi có các cặp electron và lỗ trống nằm
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A


GVHD: VŨ HOÀNG HẢI 14 NHÓM SVTH

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, còn 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 V
OC
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 công thức:
P = I.U (1-1)
Tại điểm làm việc U = U
OC

/ I = 0 và U = 0 / I = I
SC
, Công suất làm việc của pin
cũng có giá trị bằng 0.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A


GVHD: VŨ HOÀNG HẢI 15 NHÓM SVTH


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:
h
s
s
kT
)IRsv.(q
01sc
R
)IRV(
1eIII














(1-2)
Trong đó:
I
sc
là dòng quang điện (dòng ngắn mạch khi không có R
s
và R
sh
) (A/m
2
)
I
01
là dòng bão hòa (A/m
2
)
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)
I, V, R

s
, R
sh
lần lượt là dòng điện ra, điện áp ra, điện trở Rs và Rsh của pin trong
mạch tương đương ở hình 1.3.
* Nhận xét:
+

-

I
D
I
sh
I
sh
R
s
R
I

U
OC
I
SC
MPPT

I
PV
U

PV
u
MPP
, i
MPP
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A


GVHD: VŨ HOÀNG HẢI 16 NHÓM SVTH

 Dòng ngắn mạch I
sc
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 công
suất lớn nhất thể hiện trên hình vẽ sau. Điểm làm việc có công 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 V
oc
phụ thuộc trực tiếp vào nhiệt độ nên đường đặc tính VA
của pin mặt trời cũng phụ thuộc vào nhiệt độ của pin.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A

GVHD: VŨ HOÀNG HẢI 17 NHÓM SVTH

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 công 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 không 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 … Ngoài 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 ngôi 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
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A


GVHD: VŨ HOÀNG HẢI 18 NHÓM SVTH

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 công 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 panel 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 mòn của nước biển,
sự oxi hoá… Tuổi thọ của mỗi tấm pin khoảng 25 đến 30 năm.
1.1.4. Cách ghép nối các tấm năng lượng mặt trời.
Như ta đã biết các môđun pin mặt trời đều có công suất và hiệu điện thế xác
định từ nhà sản xuất. Để tạo ra công suất và điện thế theo yêu cầu thì phải ghép nối
nhiều tấm môdun đó lại với nhau. Có hai cách ghép cơ bản:
 Ghép nối tiếp các tấm mođun lại sẽ cho điện áp ra lớn hơn.
 Ghép song song các tấm môđun lại sẽ cho dòng điện ra lớn.
Trong thực tế phương pháp ghép hỗn hợp được sử dụng nhiều hơn để đáp ứng
cả yêu cầu về điện áp và dòng điện.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A


GVHD: VŨ HOÀNG HẢI 19 NHÓM SVTH

a, Phương pháp ghép nối tiếp các tấm môđun mặt trời.

(a) (b)
Hình 1.7. Ghép nối tiếp hai môđun pin mặt trời (a)
và đường đặc trưng VA của các môđun và của cả hệ (b)

Giả sử các môđun đều giống hệt nhau, có đường đặc tính V-A giống hết nhau,
các thông số dòng đoản mạch I
SC
, thế hở mạch V
OC
bằng nhau. Giả sử cường độ chiếu
sáng trên các tấm là đồng đều nhau. Khi ghép nối tiếp các tấm môđun này ta sẽ có:

I = I
1
= I
2
= … = I
i
(1-3)



n
1i
i
VV

(1-4)




n
1i
i
n
1i
i
PIVI.VP

(1-5)



n
1i
optiopt
n
1i
optioptioptopt
PP,VV,II

(1-6)
Trong đó:
I, P, V,… là dòng điện, công suất và hiệu điện thế của cả hệ.
I
i
, V
i

, P
i
… là dòng điện, công suất, hiệu điện thế của môđun thứ i trong hệ
I
opi
, V
opi
, P
opi
… là dòng điện làm việc tối ưu, điện thế làm việc tối ưu, công suất làm
việc tối ưu của các môđun thứ i trong hệ
I
op
, V
op
, P
op
… là dòng điện làm việc tối ưu, điện thế làm việc tối ưu, công suất làm
việc tối ưu của hệ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A


GVHD: VŨ HOÀNG HẢI 20 NHÓM SVTH

Khi tải có giá trị 0 < R <

, Các môđun làm việc như các máy phát tương đương.
Đường đặc tính vôn – ampe của hệ bằng tổng hình học của hai đường đặc trưng của
mỗi môđun.
b, Ghép song song các môđun mặt trời.

Ở cách ghép này, ta cũng giả sử các môđun đều giống hệt nhau, có đường đặc
tính V-A giống hết nhau, các thông số dòng đoản mạch I
SC
, thế hở mạch V
OC
bằng
nhau. Giả sử cường độ chiếu sáng trên các tấm là đồng đều nhau.


Hình 1.8. Ghép song song hai môđun pin mặt trời (a)
và đường đặc trưng VA của các môđun và của cả hệ (b)
Khi đó ta có:
U = U
1
= U
2
= … = U
i
(1-7)



n
1i
i
II

(1-8)




n
1i
i
n
1i
i
PVII.VP

(1-9)



n
1i
optiopt
n
1i
optioptioptopt
PP,II,VV

(1-10)
Đường đặc tính VA của hệ cũng được suy ra bằng cách cộng các giá trị dòng
điện I ứng với các giá trị điện thế V không đổi. Trong trường hợp này, các pin cũng
làm việc như các máy phát điện khi tải có giá trị 0 < R <

.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A

GVHD: VŨ HOÀNG HẢI 21 NHÓM SVTH

c, Hiện tượng “điểm nóng”
Xảy ra khi ta ghép nối các môđun không giống nhau, tức là khi các thông số
I
SC
, V
OC
, P
OPT
của các môđun pin khác nhau. Đây là hiện tượng tấm pin yếu hơn (tức
là pin kém chất lượng hơn so với các pin khác trong dàn hoặc khi nó bị che nắng trong
khi các pin khác trong dàn vẫn được chiếu sáng) sẽ hấp thụ hoàn toàn công suất điện
do các tấm pin khoẻ hơn phát ra và làm cho công suất điện mạch ngoài bằng 0. Phần
năng lượng điện tấm pin yếu nhận được từ tấm pin khoẻ hơn sẽ biến thành nhiệt, làm
nóng tấm pin này lên và có thể dẫn tới hư hỏng. Hiện tượng điểm nóng này chỉ xảy ra
trên các pin yếu hơn các pin khác trong hệ, dẫn tới sự hư hỏng hệ hay làm giảm đáng
kể hiệu suất biến đổi quang điện của hệ.
Để tránh hiệu ứng điểm nóng này, khi thiết kế phải ghép các tấm pin mặt trời
cùng loại, có cùng các thông số đặc trưng trong một dàn pin mặt trời. Vị trí đặt dàn
phải tránh các bóng che do cây cối, nhà cửa hay các vật cản khác trong những ngày có
nắng cũng như bảo vệ tránh bụi bẩn phủ bám lên một vùng nào đấy của tấm pin và có
thể sử dụng các điốt bảo vệ.

Hình 1.9. Điốt nối song song với môđun để bảo vệ môđun và dàn pin mặt trời.
Nhìn trên hình vẽ 1.8 ta thấy giả sử pin Ci là pin yếu nhất được bảo vệ bằng
điốt phân cực thuận chiều với dòng điện trong mạch mắc song song. Trong trường hợp
hệ làm việc bình thường, các pin mặt trời hoạt động ở điều kiện như nhau thì dòng
trong mạch không qua điốt nên không có tổn hao năng lượng. Khi có sự cố xảy ra, vì
một nguyên nhân nào đó mà pin Ci bị che và bị tăng nhiệt độ, điện trở của Ci tăng lên,

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A


GVHD: VŨ HOÀNG HẢI 22 NHÓM SVTH

lúc này một phần hay toàn bộ dòng điện sẽ rẽ qua Diốt để tránh gây hư hỏng cho Ci.
Thậm chí khi Ci bị hỏng hoàn toàn thì hệ vẫn có thể tiếp tục làm việc.
1.1.5.Giới thiệu Pin mặt trời PV–TE130MF5N

Hình 1.10. Sơ đồ khối pin mặt trời PV- TEMF5N
a. Giới thiệu
Với việc phát triển và ứng dụng công nghệ hàng đầu về vật liệu gốm/silic, Mitsubishi
là nhà cung cấp hàng đầu các tấm pin mặt trời sử dụng vật liệu silic tinh thể với chất
lượng tốt nhất cho nhiều công suất khác nhau.
b. Tấm pin năng lượng
Tấm pin năng lượng Mitsubishi gồm dải các tế bào pin mặt trời silic tinh thể được mắc
nối tiếp nhau, được đặt cố định trong 1 khung kín mỏng, bên trên là tấm kính chịu
nhiệt. Tất cả được bao bọc bởi 1 khung nhôm oxit anốt, dễ lắp đặt và bảo vệ các tế bào
pin mặt trời trong mọi thời tiết khắc nghiệt.
c. Ứng dụng
Tấm pin Mitsubish là nguồn điện 1 chiều (DC) an toàn, không cần bảo dưỡng. Nó
được thiết kế để hoạt động với hiệu suất cao. Tấm pin Mitsubishi lý tưởng cho gia đình
vùng hẻo lánh, phương tiện giao thông giải trí, bơm nước, viễn thông và nhiều ứng
dụng khác có sử dụng kèm ac-quy hoặc không.
d. Các khuyến cáo
Tấm pin mặt trời tạo ra điện khi nhận ánh sáng mặt trời. Hệ thống nhiều module có thể
gây nguy hiểm chết người hoặc bỏng nặng. Do đó, chỉ những nhân viên kỹ thuật được
đào tạo mới được tham gia vào các thao tác đối với module này. Để giảm rủi ro, các
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A

GVHD: VŨ HOÀNG HẢI 23 NHÓM SVTH

module nên được che phủ bằng vật liệu chắn sáng trong quá trình lắp đặt. Không được
chạm vào các cọc bình bằng tay không. Sử dụng các dụng cụ cách điện khi nối điện.
Khuyến cáo trong lắp đặt và trong quá trình hoạt động
 Chỉ được lắp đặt bởi nhân viên đã được đào tạo. Hệ thống liên quan đến điện
nên có thể gây nguy hiểm nếu người lắp đặt không quen với các nguyên tắc an
toàn.
 Không bước lên các module
 Mặc dù các tấm pin Mitsubishi khá chắc chắc nhưng kính có thể bị vỡ (nghĩa là
hệ thống không hoạt động tốt) nếu kính va đập mạnh với các dụng cụ và các vật
cứng khác
 Đảm bảo các tia sáng chiếu thẳng vào tấm pin mặt trời
 Do khung pin làm bằng vật liệu nhôm oxit hóa anod nên ăn mòn có thể xảy ra
nếu hệ thống được lắp đặt ở môi trường biển hoặc tiếp xúc với kim loại khác.
Do đó, có thể dùng vòng đệm long-đền PVC hoặc inox đặt giữa khung tấm và
giá đỡ.
e. Vị trí lắp đặt
Để nhận được lượng năng lượng mặt trời tốt nhất quanh năm, các hệ thống pin mặt trời
nên hướng về phía xích đạo.
 Hướng lệch 30º so với cực Bắc (Nam) thực, sẽ mất mát khoảng 10-15% công
suất
 Hướng lệch 60º so với cực Bắc (Nam) thực, sẽ mất mát khoảng 20-30% công
suất
Khi chọn vị trí lắp đặt, nên chọn nơi có vật cản như: cây cối, tòa nhà cao tầng… để
tránh bóng râm, nhất là vào mùa đông khi quỹ đạo của mặt trời thấp nhất so với mặt
ngang
f. Góc nghiêng
Góc nghiêng của module là góc giữa mặt module và mặt đất. Đối với các module pin

mặt trời được lắp cố định, các tấm pin mặt trời nên nghiêng một góc sao cho hoạt động
vào mùa đông là tốt nhất, vì nó sẽ thỏa mãn điều kiện trong suốt thời gian còn lại của
năm.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A


GVHD: VŨ HOÀNG HẢI 24 NHÓM SVTH

mùa đông là tốt nhất, vì nó sẽ thỏa mãn điều kiện trong suốt thời gian còn lại của năm.


Bảng 1.11.Vĩ độ và góc đặt của module và mặt đất
Vị trí vĩ độ Góc đặt cố định đề nghị
0º 15º
15º 25º
25º 30º
30º 35º
35º 40º
40º +
15 º
Cùng góc với vĩ độ
Góc vĩ độ + 5 º
Góc vĩ độ + 10 º
Góc vĩ độ + 15 º
Góc vĩ độ + 20 º

g. Lắp đặt tấm pin PV–TE130MF5N
Khoảng cách nhỏ nhất giữa module pin mặt trời và bề mặt bệ quanh module pin 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

không bị chạm, và để tạo thoáng khí phía dưới tấm.
Để ngăn ngừa sự giãn nở nhiệt của các module, khoảng cách giữa các modules nhỏ
nhất là 3.175mm.
h. Thông số kỹ thuật của PV–TE130MF5N
Bảng 1.12.Thông số kỹ thuật của PV–TE130MF5N
Nhà sản xuất MITSUBISHI ELECTRIC
Model PV-TE130MF5N
Loại tế bào điện Polycrystalline Silicon, 156mm x 156mm
Mặt ngang
Góc nghiêng
Ánh sáng
mặt trời
Module pin
mặt trời
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A


GVHD: VŨ HOÀNG HẢI 25 NHÓM SVTH

Số lượng tế bào 36 tế bào một cụm
Công suất định mức cao nhất
(Pmax)
130Wp
Công suất đạc được nhỏ nhất
(Pmin)
123.5Wp
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
của tế bào (NOCT)
47.5oC
Điện áp hệ thống cực đại DC 1000V
Dòng 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-
KST4/6II-UR)
Hiệu suất tấm 12.9%
Đóng gói 2 tấm / 1 thùng carton
Chứng chỉ IEC 61215 edition 2(static load test
2400Pa passed), EN 61730, TUV Safety
Class II