THIẾT kế CHIẾU SÁNG đèn ĐƯỜNG tự ĐỘNG DÙNG hệ PIN mặt TRỜI có dự TRỮ

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN VÀ BDCN
====o0o====

ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP CAO ĐẲNG NGHỀ
Đề tài: THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG ĐÈN ĐƯỜNG TỰ ĐỘNG DÙNG
HỆ PIN MẶT TRỜI CÓ DỰ TRỮ

Giáo viên hướng dẫn : Ths. Nguyễn Việt Hiếu
Sinh viên thực hiện

: Ngô Hữu Thắng
Hà Bùi Thành
Hoàng Văn Thắng

Lớp

: Điện 4- K5

Hà Nội, 06-2016


BỘ LAO ĐỘNG TB & XÃ HỘI

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG CĐN BÁCH KHOA HÀ NỘI

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: .…………….………….…….. Mã số sinh viên: ………..
Khoá:…………………….Khoa: ………………………Nghề: ……………...
1. Tên đồ án:

………………………………………………..………………………………...
………………………………………………………………………………….
…………………………..……………………………………………………...
2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

……………………………………..…………………………………………..
…..……..……………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………
…………………………………………….…..………………………..
…………………………………………………………………………………
……….
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

…………………………………………………………………………………
……………………………..….……………………………………………….
…………………………………………………………………………………
…..….
…………………………………………………………………………………
……………………………………………………..….
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ BÁCH KHOA

2

…………………………………………………………………………………
………………
4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

…………………………………………………………………………………
……………………………………..….
…………………………………………………………………………………
…………………………………………..……….
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………….
5. Họ tên giảng viên hướng dẫn: …………………………………………….
6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:......................................................................
7. Ngày hoàn thành đồ án: ……………………………………………….…

Ngày
Chủ nhiệm khoa

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ BÁCH KHOA

tháng

năm

Giảng viên hướng dẫn

3


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, chúng em xin chân thành cảm ơn đến Ths. Nguyễn Việt Hiếu –

Cục Tiêu chuẩn Đo lường chất lượng – Bộ Quốc Phòng đã tận tình hường dẫn giúp
đỡ chúng em trong suốt quá trình thực hiện đồ án này .
Chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể các thầy cô trong khoa Điện
đã tận tình giảng dạy, chỉ bảo, truyền đạt nguồn kiên thức sâu rộng và những kinh
nghiệm quý báu cho chúng em trong suốt quá trình học tập tại trường.
Xin cảm ơn đến tất cả bạn bè, những người đã giúp đỡ chúng tôi trong suốt
thời gian học tập cũng như thực hiện đồ án.
Và cuối cùng chúng em xin cảm ơn đến gia đình đã giúp đỡ, ủng hộ và tạo
điều kiện cho chúng em thực hiện hoàn thành đồ án.
Mặc dù đã cố gắng nỗ lực hết mình, nhưng do khả năng, kiến thức và thời
gian có hạn nên không thể tránh được những sai sót trong lúc thực hiện đồ án,
chúng em kính mong thầy quý cô chỉ dẫn để chúng em có thể hoàn thiện kiên thức
để tự tin bước vào cuộc sống với vốn kiến thức đã học được.

Nhóm Sinh Viện Thực Hiện

4


MỤC LỤC
……………………………

5


LỜI NÓI ĐẦU
Trong quá trình phát triển của loài người , việc sử dụng năng lượng là đánh
dấu cột mốc rất quan trọng. Từ đó đến nay, loài người sử dụng năng lượng ngày
càng nhiều, nhất là trong vài thế kỷ gần đây. Trong cơ cấu năng lượng hiện nay,
chiếm phần chủ yếu là năng lượng tàn dư sinh học than đá, dầu mỏ, khí tự nhiên.

Kế là năng lượng nước thủy điện, năng lượng hạt nhân, năng lượng sinh khối ( bio
gas…), năng lượng mặt trời , năng lượng gió chỉ chiếm một phần nhỏ khiêm tốn.
Xã hội loài người sẽ không phát triển nếu không có năng lượng.
Ngày nay, năng lượng tàn dư sinh học, năng luọng không tái sinh đang ngày
càng cạn kiệt, giá dầu mỏ tăng từng ngày, ảnh hưởng xấu đên sự phát triển của kinh
tế xã hội và môi trường sống. Tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế là nhiệm vụ cấp
bách của các nhà khoa học, kinh tế, chính trị gia… và mỗi con người chúng ta.
Nguồn năng lượng thay thế đó phải sạch, thân thiện với môi trường, chi phí thấp,
không cạn kiệt mà còn là năng lượng hiện đại. Vì lẽ đó, năng lượng mặt trời đang là
nguồn năng lượng được đặc biệt quan tâm nghiên cứu.
Chính vì vậy, chúng em đã chọn đề tài : “Thiết kế chiếu sáng đèn đường
tự động dùng pin mặt trời” làm đề tài tốt nghiệp của mình.

6


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI OFF – GRID

1.1 Năng lượng mặt trời
Mặt trời là quả cầu lửa khổng lồ, trong lòng nó diễn ra phản ứng nhiệt hạch với
nhiệt độ rất cao lên tới hàng trăm triệu 0C. Năng lượng mặt trời gần như vô tận, bức
xạ ra không gian xung quanh với mật độ công suất là 1353 W/m 2 và là nguồn gốc
của mọi sự sống trên trái đất. Khi xuyên qua lớp khí quyển một phần năng lượng
mặt trời bị không khí hấp thụ. Kết quả là năng lượng mặt trời phân bố trên bề mặt
trái đất với mật độ năng lượng trung bình cứ mỗi mét vuông hàng năm nhận được
năng lượng từ mặt trời tương đương với khoảng 1,5 thùng dầu.
1.2 Tiềm năng về năng lượng mặt trời trên thế giới
Tiềm năng về năng lượng mặt trời của các nước trên thế giới không đều,
mạnh nhất ở vùng xích đạo và những khu vực khô hạn, giảm dần về phía địa cực.

Tiềm năng kinh tế của việc sử dụng năng lượng mặt trời phụ thuộc vào vị trí
địa điểm trên trái đất, phụ thuộc vào đặc điểm khí hậu, thời tiết cụ thể của vùng
miền. Theo số liệu thống kê, bức xạ trung bình của một địa điểm trên thế giới vào
khoảng 2000kWh/m2/năm.
1.3 Tiềm năng về năng lượng mặt trời ở Việt Nam
Năng lượng mặt trời phân bố không đều trên toàn lãnh thổ Việt Nam do đặc
điểm địa hình, khí hậu khác nhau giữa hai miền từ vĩ tuyến 17 trở ra Bắc và trở vào
Nam.

7


Bảng 1.1 Dữ liệu về bức xạ năng lượng mặt trời ở Việt Nam
Nguồn Tổng cục Khí tượng thủy văn
Vùng

Giờ nắng

Bức xạ

Khả năng ứng dụng

trong năm

kcal/cm2/năm

Đông Bắc

1500-1700

100-125

Thấp

Tây Bắc

1750-1900

125-150

Trung bình

Bắc Trung Bộ

1700-2000

140-160

Tốt

Tây Nguyên, Nam TB

2000-2600

150-175

Rất tốt

Nam Bộ

2200-2500

130-150

Rất tốt

Trung bình cả nước

1700-2500

100-175

Tốt

1.4 Công nghệ sử dụng năng lượng mặt trời
Việc sử dụng năng lượng mặt trời được chia thành hai nhóm chính:
•

Biến đổi trực tiếp ánh sáng mặt trời thành điện năng bằng cách sử dụng hiệu ứng
quang điện trong pin mặt trời (pin quang điện, PhotoVoltaics - PV).

•

Sử dụng nhiệt năng của mặt trời thông qua các bình đun nước nóng, lò sấy sưởi, bếp
mặt trời.
1.5 Pin mặt trời (PV)
Hiện tượng biến đổi trực tiếp ánh sáng thành điện năng đã được nhà khoa
học Pháp Alexandre Edmond Becquerel phát minh từ năm 1831, tuy nhiên những
ứng dụng thực tế của nó mới chỉ bắt đầu khi những linh kiện bán dẫn silic được sản
xuất hàng loạt vào năm 1954.

Ứng dụng đầu tiên của pin mặt trời là trong lĩnh vực vệ tinh nhân tạo. Dàn
pin mặt trời lắp trên vệ tinh, tầu vũ trụ đảm bảo năng lượng cho các hoạt động của
chúng. Từ những năm 1970 Hoa Kỳ, Châu Âu và Nhật Bản đã nghiên cứu, triển
khai ứng dụng thương mại của pin mặt trời trong mọi lĩnh vực. Ngày nay, Pin mặt
trời đã được khai thác và ứng dụng tại nhiều nước trên thế giới. Ngoài ứng dụng
trong khoa học vũ trụ, thông tin liên lạc, đảm bảo tín hiệu hàng hải, pin mặt trời đặc
8


biệt thích hợp trong việc cung cấp điện cho các khu vực dân cư miền sâu, miền xa,
hải đảo, ở những vùng xa lưới điện có yêu cầu điện năng tiêu thụ dưới 100 kWh/
tháng. Bên cạnh đó, dàn pin mặt trời còn được sử dụng lắp trên cột đèn đường nạp
cho ăcquy để chiếu sáng cho các tuyến đường không yêu cầu cao về chiếu sáng.
Năm 2007 tổng công suất của các dàn pin mặt trời toàn thế giới là 12.400
MW, trong đó 8 nước ứng dụng nhiều nhất là:
Nhật Bản

Đức

Hoa Kỳ

Ấn Độ

Australia

Hà Lan

Tây
Nha

1.132 MW

794 MW

365 MW

56 MW

52 MW

49 MW

37 MW

Ban

Italia

30 MW

Trạm pin mặt trời lớn nhất thế giới hoàn thành vào tháng 8-2004 tại Leipzig,
CHLB Đức. Trạm được lắp ghép từ 33.500 tấm pin mặt trời có tổng công suất 5
MW đủ phục vụ nhu cầu dùng điện cho 1800 hộ. Khó khăn chủ yếu cho việc ứng
dụng dàn pin mặt trời là giá thành đầu tư cao, đòi hỏi mặt bằng lắp đặt lớn.
Silic là vật liệu cơ bản để chế tạo pin mặt trời. Hai loại công nghệ cơ bản để
chế tạo pin mặt trời là silic tinh thể (Crystalline silicon) được cắt mỏng từ các thỏi
silic kết tinh và màng mỏng (Thin film) bằng cách lắng đọng màng mỏng các
nguyên tố hóa học trên lớp đế cách điện. Công nghệ màng mỏng có giá thành thấp
hơn, dễ tự động hóa nên ngày nay các môđun dàn pin mặt trời đều được chế tạo
theo công nghệ màng mỏng.

Cấu tạo cơ bản của pin mặt trời là hai lớp bán dẫn: lớp silic kích tạp Phốt pho
(bán dẫn loại n) và lớp bán dẫn silic kích tạp Bo (bán dẫn loại p) được ghép với
nhau và tạo nên lớp chuyển tiếp p-n với chiều dày khoảng 0,2-0,3 mm. Khi ánh
sáng chiếu vào bề mặt lớp chuyển tiếp p-n tạo nên các điện tử bị kích thích bởi ánh
sáng, vượt qua hàng rào chuyển tiếp và tạo nên dòng điện chạy qua tải như hình 1.1.

9


Hình 1.1. Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời
Dòng quang điện tỷ lệ thuân với quang thông chiếu vào pin mặt trời vào bản
chất của vật liệu bán dẫn, diện tích bề mặt và nhiệt độ một trường và có giá trị từ
(20-40) mA đối với mỗi cm2 bản cực. Điện áp một chiều do chuyển tiếp bán dẫn
silic p-n tạo nên của một mô đun nguyên tố vào khoảng 0,5-0,6 V khi hở mạch . Để
tạo nên điện áp lớn hơn cần mắc nối tiếp nhiều pin nguyên tố. Để tăng dòng điện
cần nối song song các môđun pin nguyên tố tạo thành dàn pin mặt trời (hình 1.2).

Hình 1.2 Dàn pin mặt trời
Công suất của dàn pin mặt trời phụ thuộc vào số lượng các môđun nguyên
tố. Công nghệ pin mặt trời ngày nay trung bình diện tích pin quang điện 120 cm 2 tạo
nên công suất cực đại 2W. Khi cường độ ánh sáng vào khoảng 40% cường độ cực
đại sẽ tạo nên công suất khoảng 0,8W. Dàn pin mặt trời hình 1.2 gồm nhiều mô đun
ghép nối tiếp và song song. Dàn pin được phủ một lớp chống ẩm trong suốt, hoạt
10


động tin cậy, chắc chắn, tuổi thọ trung bình từ 20-30 năm. Nếu có thêm hệ thống
hội tụ ánh sáng cho phép giảm diện tích các mô đun mà vẫn đảm bảo công suất so
với hệ thống thông thường và cho phép giảm 10 % chi phí. Tuy nhiên hệ thống này
đòi hỏi thiết bị định hướng dàn pin. Điều kiện làm việc tiêu chuẩn của các dàn pin

mặt trời ứng với mật độ năng lượng 1 kWh/m 2/1năm, nhiệt độ môi trường 25 0C.
Dàn pin công suất 50W đi kèm ăcquy và bộ nghịch lưu có kích thước 40x100 cm có
thể dùng cho 3 đèn huỳnh quang compact, 1 TV nhỏ có giá 700 USD.
Ở Việt Nam các dàn pin mặt trời đã được lắp đặt từ đầu năm 1990. Đi đầu
trong lĩnh vực này là ngành bưu chính viễn thông và ngành hàng hải. Tính đến năm
2004 tổng công suất lắp đặt của các dàn pin mặt trời là 800 kW. Khu vực phía Nam
đã triển khai sớm nhất dàn pin mặt trời cho khu vực dân cư. Tháng 11 năm 2000 đã
lắp đặt 7 kW pin mặt trời cho làng Kongu 2, tỉnh Kon tum cung cấp điện cho bản
dân tộc thiểu số với 42 gia đình. Đến 2004 có khoảng 800 dàn công suất dưới 50 W
đã được lắp đặt. Tính đến năm 2005 có 1150 kW dàn pin mặt trời đã lắp đặt. Tại
trung tâm hội nghị quốc gia đã lắp đặt dàn pin mặt trời với công suất đặt 150 kW.
Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật của một số dàn pin mặt trời thông dụng
Dàn pin mặt trời

Điện áp hở mạch (V)

Dòng điện ngắn mạch (A)

Công suất (W)

BP-275 Úc

21,4

4,6

75

M55 Siemens

21,7

3,4

53

NESIA 68E Sharp

19,7

4,3

68

Công nghệ chế tạo các pin mặt trời có hiệu quả nhất dựa trên công nghệ
màng mỏng. Thế hệ pin mặt trời thứ nhất dựa trên Silic đơn tinh thể. Thế hệ thứ hai
bắt đầu từ năm 1970 với màng mỏng GaAs do nhà vật lý Nga Zhore Alferov chế
tạo. Có ba loại công nghệ màng mỏng có triển vọng là: Silic vô định hình (a-Si),
Hợp chất CIS, Hợp chất CeTd. Hiệu suất chuyển đổi năng lượng của chúng vào
khoảng 10% và sẽ đạt tới 13-15% trong tương lai gần. Thế hệ thứ ba liên quan đến
công nghệ nano và hi vọng sẽ đạt được hiệu suất biến đổi năng lượng 36%. Đặc tính
kỹ thuật của một số pin mặt trời theo công nghệ màng mỏng được cho trong bảng
1.3
11


Bảng 1.3 Đặc tính kỹ thuật của PV theo công nghệ màng mỏng
Công ty chế tạo

Vật liệu

Hiệu suất

Công suất

Kích cỡ

(%)

(W)

(cm2)

Solar Cells Inc

CdTe

9,1

63,1

6.728

Solarex

a-Si

7,6

56,0

7.417

Siemens Solar

CIS

10,2

39,3

3.859

ARCO Solar

CIS

11,1

10,4

938

Matsushita

CdTe

8,7

10,4

1.200

USSC

a-Si

8,7

10,0

902

Golden Photon

CdTe

9,2

31,3

3.366

Energy
Conservation
Devices

a-Si

7,8

30,6

3.906

Nói chung các dàn pin mặt trời công suất nhỏ làm việc độc lập với lưới.
Trong trường hợp dàn công suất lớn được kết nối với lưới cung cấp qua bộ nghịch
lưu. Bộ nghịch lưu làm nhiệm vụ biến đổi dòng điện một chiều của các tấm pin mặt
trời thành dòng xoay chiều có điện áp phù hợp.
Một số vấn đề lưu ý khi lắp đặt dàn pin mặt trời: Đối với các dàn công suất
nhỏ lắp cố định không có bộ tự động điều chỉnh hướng cần định hướng dàn pin mặt
trời về phía mặt trời theo hướng Đông-Tây tại vị trí không bị mái nhà và cây cối che
khuất.
1.6 Hệ thống điện mặt trời OFF – GRID
1.6.1 Hệ thống điện mặt trời có dự trữ nạp cho ắc quy
Ứng dụng: Hộ gia đình, trang trại, trạm y tế, trạm kiểm lâm, trường học, nhà nghỉ,
resort sinh thái...những nơi chưa có điện lưới kéo tới hoặc điện lưới bị chập chờn,
hay bị cúp điện. Công suất từ : 100Wp tới 5KWp.
Sơ đồ nguyên lý (hình 1.3):

12


Hình 1.3. Nguyên lý hoạt động của hệ thống điện mặt trời OFF-GRID có dự trữ nạp
cho ắc quy
Nguyên lý hoạt động:
Từ giàn pin mặt trời (solar cells), ánh sáng được biến đổi thành điện năng,
tạo ra dòng điện một chiều (DC Power). Dòng điện này được dẫn tới bộ điều khiển
(charge controller) là một thiết bị có chức năng tự động điều hòa dòng điện từ pin
mặt trời và dòng điện nạp cho acquy (Battery). Thông qua bộ đổi điện DC/AC

(Inverter) tạo ra dòng điện xoay chiều chuẩn 220V/50Hz để chạy các thiết bị trong
gia đình như đèn chiếu sáng, quạt, tivi, máy tính, tủ lạnh, máy bơm.
1.6.2 Hệ thống điện mặt trời hòa lưới
Ứng dụng: Văn phòng, doanh nghiệp, nhà xưởng sản xuất, trường học…những nơi
hoạt động chủ yếu vào ban ngày từ 7h – 17h30”. Công suất từ 2Kwp - 10MWp.

13


Hình 1.4. Nguyên lý hoạt động của hệ thống điện mặt trời OFF-GRID hòa lưới
Mô tả họat động:
- Khi không có mặt trời: (Buổi tối hoặc trời mưa) Các tấm pin mặt trời Solar
Panel sẽ không sản sinh ra điện nên các phụ tải sẽ sử dụng điện từ lưới một cách
bình thường.
- Khi trời có nắng: Các solar panel sẽ có điện và lúc này hệ thống sẽ biến đổi
điện năng DC từ các solar panel trên thành điện AC có tần số, pha và điện áp trùng
với điện lưới. Điện năng từ mặt trời sẽ được hòa với điện lưới qua chỉ số của đồng
hồ.
- Khi mất điện lưới, hệ thống ngưng họat động đảm bảo sự an toàn cho lưới
điện.
Hệ thống này có các ưu điểm sau:
- Không sử dụng bình acquy: giảm được đáng kể chi phí đầu tư và bảo
dưỡng cho hệ thống acquy.
- Khai thác điện năng hiệu quả nhất từ nguồn năng lượng mặt trời do có cơ
cấu nổi bật là thu nhận, biến đổi và bổ xung trực tiếp ngay vào lưới điện không bị
tổn hao trên acquy dự trữ.
14


- Bền vững, lâu dài : Do máy luôn được vận hành song song với lưới điện

nên mọi đột biến của tải hay điện áp trên đường dây và nguồn điện đều không thể
tác động trực tiếp vào máy. Tuổi thọ của hệ thống là tuổi thọ của các linh kiện điện
tử cao cấp, có thể lên tới 25 năm.
- Ứng dụng rộng rãi cho mọi nơi như: các hộ dân, cơ quan, đơn vị đang có
điện lưới quốc gia.
- Việc lắp đặt và sử dụng đơn giản, chi phí bảo trì bảo dưỡng thấp, gần như
bằng không, nên thời gian thu hồi vốn được rút ngắn tối đa và chắc chắn theo dự
tính đầu tư ban đầu.
1.6.3 Hệ thống điện mặt trời hòa lưới có dự trữ
Ứng dụng: Hộ gia đình, trang trại, trạm y tế, cơ sở sản xuất kinh doanh, nhà máy,
khu công nghiệp
Sơ đồ nguyên lý:

Hình 1.5. Hệ thống điện mặt trời hòa lưới có dự trữ
Nguyên lý hoạt động:
Đây là sự tích hợp của hai hệ thống thành một hệ thống liên hoàn bao gồm:
15


- Hệ thống on - grid (hệ thống nối lưới): Sản xuất điện năng từ các tấm pin
mặt trời (Solar Panel) thành điện 220V AC /50Hz để hòa vào điện lưới
- Hệ thống off - grid (hệ thống độc lập): Lưu trữ điện năng từ các tấm pin
mặt trời (Solar Panel) vào Acquy để sẵn sàng biến đổi thành điện 220VAC /50Hz để
cung cấp cho tải khi không có điện lưới.
- Khi khởi động hệ thống, Acquy (battery) luôn được ưu tiên nạp điện từ
Mặt trời cho đến khi đầy. Lúc này hệ thống On Grid chưa làm việc.
- Khi acquy đầy, hệ thống sẽ tự động biến đổi điện DC từ Sola Panel thành
điện AC 220V để hòa với điện lưới. (Điện áp ra của hệ thống có tần số, pha trùng
với điện lưới có thể là 1 pha hoặc 3 pha)
- Khi mất điện lưới, hệ thống sẽ tự động lấy điện DC từ Acquy và Solar để

biến đổi thành điện AC 220V cung cấp cho tải ưu tiên.
1.7. Những khó khăn chính trong quá trình triển khai ứng dụng:
1.7.1. Về kỹ thuật
- Người sử dụng không tuân theo qui trình vận hành. Đấu tắt không qua bộ
điều khiển khi ắc qui yếu, làm ắc qui cạn kiệt, dẫn đến mau hỏng.
- Trong 100 dàn đầu tiên cho các hộ gia đình lắp tại tỉnh Tiền Giang và Trà
Vinh, vì công suất mỗi dàn quá nhỏ (22,5 Wp), nhu cầu dùng lại lớn nên ắc qui luôn
luôn ở trạng thái cạn kiệt và dẫn đến hỏng hàng loạt ắc qui.
1.7.2. Về kinh tế
Trước mắt, PMT chỉ ứng dụng ở các vùng sâu, vùng cao và hải đảo, nơi không
thể đưa lưới điện quốc gia đến được. Song phần lớn thu nhập của người dân vùng
này thấp, trong khi giá thành đầu tư ban đầu của pin mặt trời hiện tại còn rất cao.
Giá thành lắp đặt dàn pin mặt trời bình quân chung trong cả nước vào
khoảng 12 - 14 USD/Wp (áp dụng cho hộ gia đình và dàn tập thể). Giá thành trên
không bao gồm chi phí vận chuyển. Chi phí vận chuyển vào khoảng 5 - 7% giá trị
thiết bị.

16


1.8. Kinh nghiệm triển khai ứng dụng:
Để việc triển khai ứng dụng đạt được hiệu quả tốt, cần tiến hành những bước
sau:
- Các sở khoa học công nghệ hoặc các sở công nghiệp của các tỉnh nên mở
các lớp tập huấn và tuyên truyền, quảng cáo về phương pháp lắp đặt, vận hành, bảo
dưỡng và sửa chữa nhỏ.
- Sau khi lắp đặt, cần hướng dẫn cặn kẽ cho các hộ sử dụng về qui định vận
hành, bảo quản và bảo dưỡng thiết bị.
- Trên cơ sở kết quả ứng dụng thí điểm, nghiên cứu thiết kế kỹ thuật lắp đặt
phù hợp với trình độ dân trí và hợp lý về qui mô công suất để đáp ứng nhu cầu và

khả năng kinh tế của dân địa phương.

Kết luận: Sau khi phân tích các lý thuyết liên quan đến hệ thống pin năng lượng
mặt trời nhận thấy phương án thích hợp sử dụng cho đề tài là sử dụng Pin mặt trời
sạc bình ắc quy để chiếu sang đèn đường.
Với giải pháp này, năng lượng dự trữ trong bình ắc quy sẽ được biến đổi thành
điện AC nhờ vào Inverter để cung cấp cho tải sử dụng
-

Công suất được thiết kế tùy theo nhu cầu cụ thể.
Chất lượng điện áp ngõ ra sin chuẩn, 220VAC, 1 pha, 50Hz. (Có
thể tùy chọn thông số khác).
Thiết kế theo dạng module, nên dễ dàng nâng cấp công suất sau
này.
-

Cấu hình điện áp hệ ắc quy có thể là: 12V, 24V, 36V, 48V hay 60V.

17


CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC VÀ THI CÔNG
HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI CÓ DỰ TRỮ

2.1 Cấu trúc hệ thống điện năng lượng mặt trời có dự trữ

Hình 2.1.Sơ đồ cấu trúc hệ thống điện năng lượng mặt trời có dự trữ
Trong đó :
•

1 : Tấm pin mặt trời (Solar Panel)

•

2: Bộ điều khiển sạc mặt trời (Solar Charger Controller)

•

3 : Bộ biến đổi điện DC-AC (Solar Inverter)

•

4 : Cầu dao chuyển mạch (Solar Inverter)

•

5 : Ắc quy (Battery)

•

6. Khung, gá

18


Bảng 2.1. Bảng thống kê thiết bị sử dụng
Stt
1

Tên thiết bị

Solar Cells Panel
2 Solar Regulator

Ghi chú
Monocrystalline (đơn tinh thể )
Polycrytalline (đa tinh thể)
Lựa chọn tùy mức điện thế và công suất của hệ thống

3

DC-AC Inverter

Dạng sóng ra : Step Wave hoặc Sine Wave

4

Battery (ắc-quy)

Bình khô, kín khí, không cần bảo dưỡng.

5

Khung, gá

Chuyên dụng cho hệ thống

6

Dây cáp

Chuyên dụng cho hệ thống (ngoài trời và trong nhà)

7

Phụ kiện lắp đặt

Linh, phụ kiện đồng bộ khác

2.1.1. Tấm pin mặt trời

Hình 2.2. Tấm pin mặt trời
Các tấm pin mặt trời được ghép từ các cell pin có công suất khác nhau, phổ
biến là 3w; 6w, 10w, 15w, 30w,50w, 80w, 100w, 150w, 200w có khi tới 300w. Điện
áp ra có thể là 12V; 24V; 48V hay 60V một chiều. Tùy vào nhu cầu sử dụng có thể

19


ghép song song hoặc nối tiếp các tấm pin với nhau tạo thành hệ thống pin có công
suất ra và điện áp theo nhu cầu người sử dụng.
2.1. 2. Bộ điều khiển sạc
Bộ điều khiển sạc là thiết bị thực hiện chức năng điều tiết sạc cho ắc-quy, bảo
vệ cho ắc-quy chống nạp quá tải và xả quá sâu nhằm nâng cao tuổi thọ của bình ắcquy và giúp hệ thống pin mặt trời sử dụng hiệu quả và lâu dài.
Bộ điều khiển còn cho biết tình trạng nạp điện của Panel mặt trời vào ắc-quy
giúp cho người sử dụng kiểm soát được các phụ tải.
Ngoài ra, Bộ điều khiển còn thực hiện việc bảo vệ nạp quá điện thế. Mạch
bảo vệ của bộ điều khiển sẽ thực hiện việc ngắt mạch khi bộ điều khiển xác nhận
bình ắc-quy đã được nạp đầy hoặc điện áp bình quá thấp.

a. Bộ điều khiển sạc

b. Bộ điều khiển sạc năng

năng Solar 12V/20AH

c. Bộ điều khiển sạc

lượng mặt trời 24V/20AH lượng mặt trời

48V/30AH
Hình 2.3. Một số bộ điều khiển sạc thông dụng
Dựa trên cơ sở so sánh điện áp của IC khuếch đại thuật toán đối chiếu với lưu
lượng điện trong bình mà mạch dưới đây có khả năng nạp tự động điều chỉnh lượng
điện áp nạp cho bình (Mạch đâu)

Hình 2.4. Mạch sạc ắc quy

20


Nguyên lý hoạt động như sau :
Điotzen tạo điện áp tham chiếu ở đây sử dụng điotzen 6V. Nhờ điot này
mà điện áp tham chiếu vào chân 2 luôn được giữ cố định dù bình đã vơi điện.
Biến trở và các điện trở phân áp vào chân số 3 lấy điện áp thực tế của bình so
sánh với điện áp tham chiếu ở chân số 2 . Khi điện áp của bình chứa đầy điện áp ở
chân số 3 nhỏ hơn điện áp chân 2 đầu ra khuếch đại thuật toán ở mức 0, rơle chưa
có điện áp kích mở , dòng điện được nạp ở bình nhờ cầu điot. Khi bình đầy chân số
3 điện áp lớn hơn điện áp so sánh , lúc này chân 6 cấp dòng kích mở transitor đóng
điện cho rơle, khi đó sẽ cách ly bình với dòng nạp, đèn led báo sáng, khi đó ta có
thể ngắt bình ra được.

Chú ý: Loại bình ắc quy 12V đầy ở điện áp tầm 13,7V sử dụng biến trở điều
chỉnh đúng điện áp sao cho rơle tự ngắt ở điện áp này, nếu không có điotzen 6v thì
dùng điotzen 3v nhưng cần phân áp lại, IC ở đây là Lm741 có thể thay thế bằng các
loại khác như Lm358, 324... Cần xác định đúng chân trước khi dùng. Dòng nạp nhỏ
hơn 1/10 dung lượng ắc quy sẽ kéo dài tuổi thọ của bình , với loại bình 25A thì biến
áp chọn loại 3A là hợp lý.
2.1.3 Bộ biến đổi AC-DC (AC-DC Inverter)
Là bộ biến điện nghịch lưu. Inverter chuyển đổi dòng điện 12V; 24V; 48V,
60V một chiều( DC ) từ ăc-quy thành dòng điện xoay chiều ( AC ) (110VAC,
220VAC). Được thiết kế với nhiều cấp công suất từ 0.3kVA – 10kVA.
Inverter có nhiều loại và cách phân biệt chúng bằng dạng sóng của điện áp
đầu ra : dạng sóng hình sin, giả sin, sóng vuông, sóng bậc thang…
2.1.4 Ắc quy (BATTERY)
Là thiết bị lưu trữ điện để sử dụng vào ban đêm hoặc lúc trời ít hoặc không
còn ánh nắng.
Ắc-quy có nhiều loại, kích thước và dung lượng khác nhau, tùy thuộc vào
công suất và đặc điểm của hệ thống pin panel mặt trời. Hệ thống có công suất càng
lớn thì cần sử dụng ăc-quy có dung lượng lớn hoặc dùng nhiều bình ắc-quy kết nối
lại với nhau.
21


Hình 2.5. Một số loại bình ắc quy thông dụng
Các tính năng cơ bản của ắc-quy:
-

Sức điện động lớn, ít thay đổi khi phóng điện nạp.
Sự tự phóng điện bé nhất.
Năng lượng nạp vào bao giờ cũng bé hơn năng lượng điện mà ắc-quy phóng ra.
Điện trở của ắc-quy nhỏ. Nó bao gồm điện trở của các bản cực, điện trở dung dịch

điện phân có xét đến sự ngăn cách của các tấm ngăn giữa các bản cực. Thường trị
số điện trở trong của ắc-quy khi nạp điện đầy là 0,001 ôm -0.0015 ôm và ắc-quy
phóng điện hoàn toàn là 0.02-0.025.
Các loại ắc quy thì có lẽ có thể có nhiều cách gọi như: ắc quy nước, ắc quy
axít, ắc quy axít kiểu hở, ắc quy kín khí, ắc quy không cần bảo dưỡng, ắc quy khô,
ắc quy GEL, ắc quy kiềm... Trên thực tế thường phân biệt thành hai loại ắc quy
thông dụng hiện nay là ắc quy sử dụng điện môi bằng a xít (gọi tắt là ắc quy a xít
hoặc ắc quy Chì-Axít) và ắc quy sử dụng điện môi bằng kiềm (gọi tắt là ắc quy
kiềm). Tuy có hai loại chính như vậy nhưng ắc quy kiềm có vẻ ít gặp nên đa số các
ắc quy gặp trên thị trường hiện nay là ắc quy a xít.
Trong cùng loại ắc quy axít cũng được phân chia thành hai loại chính: ắc quy
axít kiểu hở thông thường và ắc quy axít kiểu kín khí. Hai loại này đang bị gọi
nhầm một cách thông dụng là: ắc quy nước và ắc quy khô (đúng ra thì ắc quy điện
môi dạng keo mới gọi là ắc quy khô). Khi đã hiểu về nguyên lý hoạt động của ắc
quy axít thì dễ dàng phân biệt được chúng và các đặc tính riêng của từng loại ắc quy
này.
22


Hình 2.6. Cấu tạo của bình ắc quy
1.2.5 Khung gá và dây cáp
Để đảm bảo cho hệ thống pin Panel mặt trời đặt đúng vị trí tốt nhất (nắng
nhiều nhất và lâu nhất) và hiệu suất sử dụng hệ thống luôn được ổn định lâu dài,
chúng ta cần dùng đến bộ khung gá và dây cáp chuyên dụng.
Để tối đa hóa hiệu suất của hệ thống, các tấm pin Panel mặt trời cần được lắp
đặt theo một góc nghiêng và một hướng nhất định (tùy thuộc từng vị trí lắp đặt cụ
thể).
Lưu ý khi lắp đặt tránh các vùng có khả năng bị che, khuất nắng, nên lựa chọn
những vị trí có thể hứng được nắng tốt nhất cho cả ngày.
Các phụ kiện đồng bộ kèm theo : ống, công tắc, bảng điện, ổ cắm… để lắp

hoàn chỉnh hệ thống điện mặt trời
2.2. Hướng đặt

23


Điều khiển tấm pin theo mùa (xuân, hạ, thu, đông) cũng là một vấn đề vì
với mỗi mùa khác nhau, tại 1 địa điểm nhất đinh, mặt trời sẽ có 1 góc chiếu khác
nhau.
Quan niệm phổ biến là hướng các tấm pin mặt trời về phía nam để chúng
được tiếp xúc nhiều nhất với ánh nắng ban ngày. Các kiến trúc sư và kỹ thuật viên
luôn tuân thủ nguyên tắc này, đặc biệt trong việc lắp đặt thiết bị cho các hộ gia đình.
Tuy nhiên, nghiên cứu mới của Viện Pecan Street (Mỹ) cho rằng, các tấm pin
mặt trời hướng về phía tây mới thực sự thu nhận được nhiều năng lượng hơn từ mặt
trời.
Các nhà nghiên cứu phát hiện, những hộ gia đình ở Austin, Texas (Mỹ) cho
lắp đặt pin mặt trời hướng về phía tây có thể sản sinh được nhiều điện hơn mỗi
ngày. Họ cũng thu được nhiều năng lượng hơn nhờ thiết bị vào buổi chiều, khi
mạng lưới điện phải đáp ứng nhu cầu tăng đến đỉnh điểm.

Hình 2.7. Hướng đặt pin mặt trời

24


CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG ĐÈN ĐƯỜNG TỰ
ĐỘNG DÙNG HỆ PIN MẶT TRỜI CÓ DỰ TRỮ

3.1. Nguyên lý chiếu sáng đèn đường tự động dùng pin mặt trời

Hình 3.1: Thu Năng Lượng Vào Ban Ngày
Nhờ vào tấm pin mặt trời thu năng lượng từ ánh nắng mặt trời vào ban ngày
chuyển hóa thành điện năng, đi qua bộ điều khiển sạc và lưu trữ điện năng vào bình
ắc quy.

25