THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH ĐỊNH VỊ TỰ ĐỘNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH ĐỊNH VỊ TỰ ĐỘNG PIN
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

SVTH:

TRỊNH THẾ VĨNH
MAI XUÂN TRIỀU

LỚP:

DH07CD

Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ
Niên khóa: 2007-2011
Tháng 06/2011

1 
 


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH ĐỊNH VỊ TỰ ĐỘNG PIN
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Tác giả
Trịnh Thế Vĩnh
Mai Xuân Triều

Khóa luận được đệ trình đề để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành
Cơ điện tử

Giáo viên hướng dẫn:
Ths.Nguyễn Lê Tường

Tháng 06 năm 2011

i 
 


Cảm tạ
Trước hết, chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo TS.Nguyễn
Văn Hùng và cô Ths.Nguyễn Lê Tường, người đã giúp đỡ rất nhiều về định hướng
nghiên cứu, thiết bị thí nghiệm phục vụ cho đề tài.
Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo đã giảng dạy chúng em,
đặc biệt là các thầy cô giáo trong Bộ môn Cơ điện tử.
Và cuối cùng, chúng em xin dành tất cả lòng biết ơn và kính trọng sâu sắc
nhất tới bố mẹ chúng em, những người đã sinh thành, nuôi dưỡng chúng em nên
người, đã lo lắng, chỉ bảo từ những việc nhỏ nhất, đã tạo mọi điều kiện cho chúng
em được sống và học tập một cách tốt nhất để vươn tới những ước mơ và hoài bão
của mình.
Mặc dù đã rất nỗ lực và cố gắng để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, song
chắc chắn không thể tránh khỏi sai sót. Vì vậy, chúng em rất mong nhận được sự
chỉ bảo của thầy cô giáo để đề tài hoàn thiện hơn.

ii 
 

TÓM TẮT
Đề tài nghiên cứu “THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH ĐỊNH VỊ TỰ ĐỘNG
PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI” được tiến hành tại trường Đại Học Nông Lâm
TP. Hồ Chí Minh, thời gian từ ngày 6 tháng 3 năm 2011 đến ngày 6 tháng 6 năm
2011.
Kết quả đạt được là tự động điều khiển pin năng lượng mặt trời quay theo hướng
mặt trời nhằm hấp thu tối đa nguồn ánh sáng nhận được để chuyển từ nhiệt năng
sang điện năng, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng của pin.
Mô hình tự động điều khiển nhờ vào cảm biến ánh sáng đặt trên pin, giá trị mà
cảm biến thu nhận được sẽ được vi điều khiển xử lý thông qua mạch chuyển đổi tín
hiệu từ tương tự sang tín hiệu số, kết quả sẽ được hiển thị trên LCD và điều khiển
động cơ hoạt động.
Điện năng mà pin xuất ra sẽ được nạp liên tục vào ắc quy thông qua mạch nạp
ắc quy. Khi ắc quy đầy mạch nạp có chế độ tự động ngắt, điện năng mà ắc quy lưu
trữ được dùng cho chính động cơ hoạt động trong mô hình và đem đi sử dụng với
những mục đích khác nhau như điều khiển đèn, biển quảng cáo…
 
 
 
 
 
 
 
 
 

iii 
 

 
 

MỤC LỤC
TRANG
Cảm tạ ............................................................................................................................ ii
TÓM TẮT ..................................................................................................................... iii
Chương 1. MỞ ĐẦU .................................................................................................... 1
1.1

Đặt vấn đề: ................................................................................................ 1

1.2

Mục đích của đề tài: .................................................................................. 2

1.3

Yêu cầu của đề tài: .................................................................................... 2

1.4

Giới hạn đề tài ........................................................................................... 2

Chương 2. TỔNG QUAN ............................................................................................. 3
2.1

Tình hình sử dụng điện năng từ năng lượng mặt trời trên thới giới.......... 3

2.2

Hiện trạng nguồn năng lượng mặt trời ở Nước ta ..................................... 4

2.3

Một số ứng dụng điện mặt trời trên Thế giới và ở Việt Nam ................... 7

2.3.1

Thế giới: ...................................................................................................... 7

Chương 3. PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN ................................................... 11
3.1

Phương pháp và phương tiện thực hiện đề tài ......................................... 11

3.1.1

Phương pháp ............................................................................................. 11

3.1.2

Phương tiện thực hiện đề tài ..................................................................... 12
3.2

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tấm pin mặt trời............................. 13

3.2.1

Cấu tạo: ..................................................................................................... 13

3.2.2

Nguyên lý hoạt động: ................................................................................ 13
3.3

Giới thiệu sơ lược về các linh kiện trong đề tài ...................................... 15

3.3.1

Vài nét về họ Vi điều khiển 8051 ............................................................. 15

3.3.2

Tìm hiểu sơ lược về LM7805 ................................................................... 22

3.3.3

Vài nét về quang trở .................................................................................. 22

3.3.4

Các linh kiện công suất ............................................................................. 23

3.3.5

Giới thiệu sơ lược về động cơ điện ........................................................... 24

iv 
 


3.3.6

Sơ lược về màn hình LCD ........................................................................ 25

3.3.7

Sơ lược về ADC 0809 ............................................................................... 27

3.3.8

Thiết bị đo cường độ ánh sáng (The daystar meter) ................................. 28

3.3.9

Vài nét về mạch nạp Ắc quy ..................................................................... 29

Chương 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................................. 31
4.1

Sơ đồ khối tổng quát ............................................................................... 31

4.2

Tấm Pin sử dụng...................................................................................... 32

4.3

Chế tạo phần cơ khí ................................................................................. 32

4.3.1

Chế phần khung mô hình .......................................................................... 32

4.3.2

Chế tạo trục quay cho tấm pin .................................................................. 35

4.3.3

Chế tạo trục bánh vít ................................................................................. 36

4.3.4

Chế tạo giá đỡ động cơ điện ..................................................................... 37

4.3.5

Chế tạo bộ cảm biến.................................................................................. 38
4.4

Chế tạo phần điện tử................................................................................ 39

4.4.1

Sơ đồ khối: ................................................................................................ 39

4.4.2

Mạch điều khiển........................................................................................ 39
4.5

Kết quả sau quá trình thiết kế, chế tạo .................................................... 48

4.5.1

Mô hình cơ khí sau khi thực hiện ............................................................. 48

4.5.2

Nguồn sử dụng cho mô hình ..................................................................... 49

4.5.3

Kết quả thi công mạch điều khiển ............................................................ 50
4.6

Ứng dụng ................................................................................................. 51

4.7

Khảo sát ................................................................................................... 51

Chương 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ...................................................................... 57
5.1

Kết luận ................................................................................................... 57

5.2

Kiến nghị ................................................................................................. 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 59
PHỤ LỤC: Chương trình điều khiển ............................................................................ 60

v 
 


DANH SÁCH CÁC BẢNG
TRANG
Bảng 2. 1.

Bảng thống kê tổng bức xạ trung bình theo vị trí địa lý .....................5

Bảng 2. 2.

Bảng thống kê tổng số giờ nắng trong năm của từng vùng ................6

Bảng 3. 1.

Bảng chức năng riêng thứ hai của P3................................................19

Bảng 3. 2.

Bảng tóm tắt chức năng của các chân LCD ......................................27

Bảng 3. 3.

Bảng chọn kênh ADC 0809 ..............................................................28

Bảng 4. 1.  Bảng khảo nghiệm đánh giá quá trình hoạt động của mô hình .......... 53 
Bảng 4. 2.      Bảng so sánh kết quả giữa hai phương pháp cố định và sử dụng cảm
biến ................................................................................................................... 53 

vi 
 


Hình 2. 1. Trạm điện mặt trời Archimede trên đảo Sicily, miền nam nước Ý
(Công suất 5MW)

7

Hình 2. 2. Máy bay Solar Impulse sử dụng năng lượng mặt trời đầu tiên trên thới
giới
................................................................................................8
Hình 2. 3. Máy lạnh ô tô dùng năng lượng mặt trời (Hệ thống i-Cool) ..................8
Hình 2. 4. Một ứng dụng năng lượng mặt trời trên dàn khoan ngoài biển ...............9
Hình 2. 5. Đèn đường sử dụng năng lượng mặt trời ở Mỹ Tho tỉnh Tiền Giang .....9
Hình 2. 6. Hệ Pin mặt trời 500W cho trạm xá Yên Lâp, Phú Thọ .........................10
Hình 3. 1. Cấu tạo Pin mặt trời ...............................................................................13
Hình 3. 2. Sơ đồ chân AT89S52.............................................................................17
Hình 3. 3. Kết nối chân Reset .................................................................................20
Hình 3. 4. Kết nối chân XTAL1 và XTAL2 ..........................................................21
Hình 3. 5. Sơ đồ chân Opto PC 817 .......................................................................24
Hình 3. 6. Sơ đồ chân LCD 16x2 ...........................................................................25

Hình 3. 7. Sơ đồ chân ADC 0809 ...........................................................................27
Hình 3. 8. Thiết bị đo bức xạ mặt trời ....................................................................29
Hình 4. 1. Sơ đồ khối tổng quát của mô hình .........................................................31
Hình 4. 2. Tấm Pin mặt trời ....................................................................................32
Hình 4. 3. Cấu tạo khung mô hình..........................................................................34
Hình 4. 4. Cấu tạo chân đế .....................................................................................34
Hình 4. 5. Cấu tạo thanh đỡ chính ..........................................................................35
Hình 4. 6. Cấu tạo thanh đỡ vít me .........................................................................35
Hình 4. 7. Cấu tạo trục quay ...................................................................................36
Hình 4. 8. Chế tạo trục quay ...................................................................................36
Hình 4. 9. Cấu tạo trục bánh vít..............................................................................37

vii 
 


Hình 4. 10. Chế tạo trục bánh vít..............................................................................37
Hình 4. 11. Giá đỡ động cơ điện ..............................................................................37
Hình 4. 12. Bộ cảm biến Cách cân chỉnh cảm biến: ................................................38
Hình 4. 13. Vị trí lắp đặt cảm biến ...........................................................................39
Hình 4. 14. Sơ đồ khối quá trình điều khiển ............................................................39
Hình 4. 15. Sơ đồ mạch nguồn .................................................................................40
Hình 4. 16. Sơ đồ mắc mạch cảm biến .....................................................................41
Hình 4. 17. Sơ đồ mạch bộ chuyển đổi ADC 0809 ..................................................41
Hình 4. 18. Sơ đồ mạch bô hiển thị ..........................................................................42
Hình 4. 19. Sơ đồ mạch vi điều khiển ......................................................................43
Hình 4. 20. Sơ đồ mạch cơ cấu chấp hành ...............................................................44
Hình 4. 21. Sơ đồ mạch nạp ắc quy ..........................................................................45
Hình 4. 22. Mô hình sau khi thực hiện .....................................................................49
Hình 4. 23. Ắc quy sử dụng cho mạch điều khiển ...................................................50

Hình 4. 24. Mạch ứng dụng điều khiển đèn từ xa ....................................................51
Hình 4. 25. Khảo sát mô hình ...................................................................................52
Hình 4. 26. Biểu đồ so sánh công suất giữa phương pháp cố định và tự động ........55
Hình 4. 27. Biểu đồ so sánh công suất trung bình giữa phương pháp cố định và tự
động
.....................................................................................55
Hình 4. 28. Biểu đồ so sánh hiệu suất trung bình giữa phương pháp cố định và tự
động
.....................................................................................56

viii 
 


Chương 1.
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề: 
Ngày nay trong bối cảnh nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng tăng mà các
nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng bị cạn kiệt và giá thành của nó cũng tăng
cao. Do vậy yêu cầu cấp thiết đặt ra là phải tìm một nguồn năng lượng mới có khả
năng đáp ứng được nhu cầu về tăng lượng cho con người trong tương lai một các
bền vững. Một trong những ưu tiên hàng đầu đó chính là năng lượng mặt trời một
nguồn năng lượng gần như vô tận.
Năng lượng mặt trời cung cấp cho ta một nguồn nhiệt năng, quang năng khổng
lồ vô cùng bất tận, từ nguồn nhiệt năng và quang năng đó con người đã biết sử dụng
và chuyển đổi thành các nguồn năng lượng khác, ứng dụng vào các mục đích khác
nhau.
Trong đó sự chuyển hóa từ quang năng sang điện năng là một bước tiến vô cùng
quan trọng, mang lại cho loài người một nguồn năng lượng mới vô tận cho tương
lai. Ngoài ra việc sử dụng nguồn năng lượng này góp phần không nhỏ cho việc bảo

vệ môi trường, góp phần to lớn cho việc bảo vệ hành tinh xanh của chúng ta.
Ngày nay, năng lượng mặt trời đã được nhiều Quốc gia ứng dụng và đạt khá
nhiều thành công. Tuy nhiên, ở Việt Nam việc sử dụng nguồn năng lượng này còn
nhiều hạn chế, một phần là vì giá thành vẫn còn khá cao và hệ thống vẫn còn thụ
động không linh hoạt nên hiệu suất chưa cao lắm.
Để khắc phục điều đó, muốn tăng hiệu suất chúng ta phải cần nâng cao quá trình
tự động hóa trong điều khiển thu nhận năng lượng mặt trời.

1 
 


1.2 Mục đích của đề tài: 
Nghiên cứu thiết kế chế tạo mô hình và lập trình điều khiên các tấm Pin xoay
theo hướng mặt trời, lấy điện năng một cách tối ưu nhất. Gồm các mục đích chính
sau:


Nâng cao hiệu suất sử dụng các tấm Pin. Có khả năng tự động nhận

biết và xoay theo hướng di chuyển của mặt trời một cách linh hoạt, chính
xác, phát huy tối đa khả năng thu nhận năng lượng.


Thay thế sức lao động của con người, giảm chi phí sản xuất, năng cao

năng suất lao động, bảo vệ môi trường và có khả năng đáp ứng nhu cầu về
điện trong tương lai.


Tạo ra điện năng ứng dụng trong sinh hoạt.

1.3 Yêu cầu của đề tài: 
Tìm hiểu về quá trình chuyển đổi từ quang năng sang điện năng trong tấm
Pin mặt trời.
Thiết kế, chế tạo mô hình.
Thiết kế mạch điều khiển, mạch công suất ứng dụng cho điều khiển mô hình.
Viết lưu đồ giải thuật, chương trình điều khiển cho vi xử lý AT89S52.
Khảo nghiệm, đánh giá hoạt động của mô hình và khả năng ứng dụng thực
tế.
1.4 Giới hạn đề tài 
Do hạn chế về thời gian và chi phí nên đề tài chỉ giới hạn trong những phần
sau:
-

Sử dụng tấm pin có công suất thấp loại 17 – 24 V, 20 W, cường độ 1 A.

-

Sử dụng vi điều khiển AT89S52.

-

Cảm biến: Sử dụng quang trở.

2 
 


Chương 2.

TỔNG QUAN
2.1 Tình hình sử dụng điện năng từ năng lượng mặt trời trên thới giới 
Hiện nay, các nguồn năng lượng mà con người đang tiêu dùng là 41,76% dầu
mỏ, 24,72% than, 21,16% gas, 6,25% năng lượng nguyên tử, 6,11% thuỷ điện, các
nguồn năng lượng khác như mặt trời, gió, sinh học, địa nhiệt, thuỷ triều... chỉ chưa
được 1% nhu cầu về năng lượng của nhân loại. Trong khi đó, các nguồn năng lượng
truyền thống: dầu khí, gas, than đá ngày càng cạn kiệt, giá cả bất ổn, năng lượng
nguyên tử ngày nay đã có những công nghệ an toàn hơn, song không phải là không
có rủi ro, lại còn phải lo đến "các kho chứa chất thải hạt nhân"...
Do đó, nhiệm vụ đặt ra cho các nhà quản lý, các nhà khoa học trên thế giới là
phải tìm kiếm những nguồn năng lượng mới có tính khả thi cao và bền vững để thay
thế các nguồn năng lượng truyền thống đang bị cạn kiệt dần. Nhiều Nước đã bắt
đầu chuyển sang nghiên cứu và sử dụng các nguồn năng lượng mới như : Gió, Thủy
Triều, Mặt Trời,… nhằm giảm bớt sự phụ thuộc của con người vào các nguồn năng
lượng truyền thống. Trong đó nguồn năng lượng vô tận và có khả năng ứng dụng
nhiều nhất là năng lượng mặt trời.
Nguồn năng lượng mặt trời đã được con người sử dụng cách đây hàng chục
năm, với những ứng dụng như : phơi, sấy, sưởi ấm,…đối với những quốc gia nghèo
về tài nguyên thì đây là một nguồn năng lượng vô cùng phong phú, nhưng vấn đề
đặt ra là phải biết cách sử dụng và chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác để
đáp ứng được các nhu cầu khác nhau của đời sống và sản xuất. Tiêu biểu là Quốc
gia Nhật Bản, là một Nước nghèo về tài nguyên, để đảm bảo nhu cầu về năng lượng
cho sinh hoạt và sản xuất Nhật đã không ngần ngại chi ra hàng tỉ đôla cho nghành
quang điện

3 
 


Ngày nay, Năng lượng mặt trời đã được con người sử dụng một cách có hiệu

quả hơn. Ngoài việc sử dụng nhiệt năng con người còn khả năng ứng dụng quang
năng chuyển hóa thành điện năng sử dụng trong đời sống, đồng thời cũng góp phần
tạo ra nguồn năng lượng sạch bảo vệ môi trường.
Hiện nay nhiều nước đã từ bỏ dần năng lượng hạt nhân chuyển sang điện sạch
(năng lượng mặt trời), Ở Nhật Bản, chỉ riêng năm 2000 đã tăng lượng điện mặt trời
lên tới 128 MW (gấp 4 lần trước đó); Philipines điện mặt trời đảm bảo nhu cầu sinh
hoạt cho 400.000 dân, 250.000 ngôi nhà được lắp đặt pin mặt trời ở Sri Lanka. Từ
những năm 90 ở Đức, Thuỵ Sỹ đã có hàng ngàn toà nhà được lắp đặt các tấm pin
thu năng lượng mặt trời theo chương trình hỗ trợ tài chính của Chính phủ, ở Kenya,
từ 1993 số nhà sử dụng năng lượng điện mặt trời còn nhiều hơn số nhà được hệ
thống điện quốc gia cung cấp, Khối EU có trên 25 triệu m2 thu năng lượng mặt trời
dùng để phát điện và đun nước nóng…Ngoài ra nó còn ứng dụng trong khoa học
như tạo năng lượng cho các vệ tinh và các con tàu vũ trụ thông qua các tấm Pin mặt
trời bằng Sillicon,…
Nhờ chính sách khuyến khích đầu tư khai thác năng lượng mặt trời, giá thành 1
kWh điện mặt trời chỉ còn 3 - 23 cent, so với 20 năm trước người sử dụng phải tốn
2,5 USD. Theo dự tính đến năm 2020, điện năng lượng mặt trời ở Mỹ sẽ đảm bảo
15% năng lượng tiêu thụ của cả nước. Nhiều tập đoàn lớn đã đầu tư vào lĩnh vực
này như Shap Corporation của Nhật Bản hiện chiếm 27% thị trường sản xuất pin
mặt trời của thế giới.
2.2 Hiện trạng nguồn năng lượng mặt trời ở Nước ta 
Vị trí địa lý đã ưu ái cho Việt Nam một nguồn năng lượng tái tạo vô cùng lớn,
đặc biệt là năng lượng mặt trời. Trải dài từ vĩ độ 23023’ Bắc đến 8027’ Bắc, Việt
Nam nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao. Trong đó,
nhiều nhất phải kể đến thành phố Hồ Chí Minh, tiếp đến là các vùng Tây Bắc (Lai
Châu, Sơn La, Lào Cai) và vùng Bắc Trung Bộ (Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh)…

4 
 

Hằng năm các vùng ở phía Bắc Việt Nam có khoảng 1400-2000 giờ nắng và các
vùng miền Trung và một số vùng miền Nam có từ 2000-3000 giờ nắng. Riêng ở
miền Nam theo kết quả đo đạt của Trương trình khoa hoc công nghệ ICC-01 phối
hợp với đài thủy văn TP.HCM thì tổng số giờ nắng trung bình là 6,5h/ngày. Tuy
nhiên có sự chênh lệch khá lớn về giữa các địa phương như ở Cần Thơ là 6,9h/ngày,
Đà Lạt là 6,1h/ngày.
Theo kết quả khảo sát thì tổng cường độ bức xạ trung bình trong ngày của tháng
12 chỉ đạt 4kW/m2/ngày.
Nếu tính trung bình thì giá trị tổng bức xạ trên toàn lãnh thổ đạt khoảng 69,8 –
122,2kW/m2/năm, độ giao động này thay đổi tùy theo vị trí địa lý của từng vùng.
 Bảng thống kê tổng bức xạ trung bình theo vị trí địa lý
Tổng bức xạ trung bình

Vùng lãnh thổ

( kW/m2/năm )

Từ vĩ độ 17N ra Bắc (Trừ vùng Tây 69,80 – 87,25
Bắc)
Tây Bắc, Phía Tây dãy Hoàng Liên Sơn

87,25 – 104,70

Từ vĩ độ 17N xuống 14N

87,25 – 104,70

Nam Trung Bộ và Tây Nguyên

104,70 – 122,15

Nam Bộ

90,07 – 104,7

Bảng 2. 1.

Bảng thống kê tổng bức xạ trung bình theo vị trí địa lý

5 
 


 Bảng thống kê tổng số giờ nắng trong năm của từng vùng
Vùng lãnh thổ

Tổng số giờ nắng trong năm

Miền núi cực Bắc

< 1500 giờ

Tây Bắc và khu 4 cũ trở ra

< 1759 giờ

Trung Nam Bộ

1750 – 2000 giờ

Trung Nam Bộ và Nam Bộ

2000 – 2500 giờ

Bảng 2. 2.

Bảng thống kê tổng số giờ nắng trong năm của từng vùng

Tình hình sử dụng điện mặt trời tại Việt Nam
Tại Việt Nam, theo các nhà khoa học, nếu phát triển tốt điện mặt trời sẽ góp
phần đẩy nhanh Chương trình điện khí hóa nông thôn (Dự kiến đến năm 2020, cung
cấp điện cho toàn bộ 100% hộ dân nông thôn, miền núi, hải đảo…).
Từ những năm 1990, khi nhiều thôn xóm ngoại thành chưa có lưới điện quốc
gia, Phân viện Vật lý TP Hồ Chí Minh đã triển khai các sản phẩm từ điện mặt trời.
Tại một số huyện như: Bình Chánh, Cần Giờ, Củ Chi, điện mặt trời được sử dụng
khá nhiều trong một số nhà văn hoá, bệnh viện… Đặc biệt, công trình điện mặt trời
trên đảo Thiềng Liềng, xã Cán Gáo, huyện Cần Giờ cung cấp điện cho 50% số hộ
dân sống trên đảo.
Năm 1995, hơn 180 nhà dân và một số công trình công cộng tại buôn Chăm, xã
Eahsol, huyện Eahleo tỉnh Đắk Lắk đã sử dụng điện mặt trời. Gần đây, dự án phát
điện ghép giữa pin mặt trời và thuỷ điện nhỏ, công suất 125 kW được lắp đặt tại xã
Trang, huyện Mang Yang, tỉnh Gia Lai, và dự án phát điện lai ghép giữa pin mặt
trời và động cơ gió với công suất 9 kW đặt tại làng Kongu 2, huyện Đăk Hà, tỉnh
Kon Tum, do Viện Năng lượng (EVN) thực hiện, góp phần cung cấp điện cho khu
vực đồng bào dân tộc thiểu số.

6 
 

Từ thành công của Dự án này, Viện Năng lượng (EVN) và Trung tâm Năng
lượng mới (Trường Đại học Bách khoa Hà Nội) tiếp tục triển khai ứng dụng giàn
pin mặt trời nhằm cung cấp điện cho một số hộ gia đình và các trạm biên phòng ở
đảo Cô Tô (Quảng Ninh), đồng thời thực hiện Dự án “Ứng dụng thí điểm điện mặt
trời cho vùng sâu, vùng xa” tại xã Ái Quốc, tỉnh Lạng Sơn. Dự án được hoàn thành
vào tháng 11/2002.
2.3 Một số ứng dụng điện mặt trời trên Thế giới và ở Việt Nam 
2.3.1 Thế giới:
Hiện nay trên thới giới năng lượng mặt trời được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh
vực và đạt được nhiều kết quả rất khả quan, trong đó đáng kể nhất là việc sử dụng
điện năng từ năng lượng mặt trời, sau đây là một số ứng dụng khá thành công và nổi
bật như:

Hình 2. 1.

Trạm điện mặt trời Archimede trên đảo Sicily, miền
nam nước Ý (Công suất 5MW)

7 
 


Hình 2. 2. Máy bay Solar Impulse sử dụng năng lượng mặt trời đầu tiên trên thới
giới

Hình 2. 3. Máy lạnh ô tô dùng năng lượng mặt trời (Hệ thống i-Cool)

8 
 

Hình 2. 4. Một ứng dụng năng lượng mặt trời trên dàn khoan ngoài biển
2.3.1 Việt Nam
Ở Việt Nam mặc dù việc sử dụng điện mặt trời còn khá là mới mẻ và còn nhiều
hạn chế nhưng hiện nay cũng đã có những chuyển biến tích cực và khá rõ nét. Hiện
nay có nhiều công ty ở Việt Nam bắt đầu sản xuất về các tấm pin quang điện và
Nhà nước ta đã bắt đầu ứng dụng nguồn năng lượng sạch vào đời sống như:

Hình 2. 5. Đèn đường sử dụng năng lượng mặt trời ở Mỹ Tho tỉnh Tiền Giang

9 
 


Hình 2. 6. Hệ Pin mặt trời 500W cho trạm xá Yên Lâp, Phú Thọ


Các ưu điểm của việc sử dụng điện năng từ năng lượng mặt trời

-

Mặt trời cung cấp một nguồn năng lượng gần như vô tận.

-

Không làm ô nhiễm môi trường.

-

Không tạo ra phế thải rắn và khí từ các Nhà máy nhiệt điện, điện nguyên tử.

-

Không tạo ra hiệu ứng nhà kính.

-

Góp phần đảm bảo nhu cầu về năng lượng trong tương lai.

10 
 


Chương 3.
PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN
3.1 Phương pháp và phương tiện thực hiện đề tài 
3.1.1 Phương pháp
 Chọn phương pháp thiết kế mô hình
Mục đích của đề tài này đặt ra là tối ưu hóa khả năng nhận ánh sáng của các tấm
Pin làm tăng hiệu suất chuyển đổi từ quang năng sang điện năng. Do đó yêu cầu đặt
ra phải làm cho tấm pin có khả năng quay theo hướng của ánh sáng mặt trời một
cách linh hoạt và chính xác nhất.
Qua khảo sát ta thấy Nước ta nằm trên đường xích đạo, do đó mặt trời chỉ di
chuyển chủ yếu từ Đông sang Tây, sự sai lệch giữa các mùa trong năm cũng không
lớn lắm. Vì vậy trong đề tài quá trình điều khiển chủ yếu là làm cho các tấm Pin
quay từ Đông sang Tây, nhằm giảm bớt chi phí và giảm khó khăn trong thiết kế chế
tạo nhưng năng suất cũng không thay đổi nhiều.
Trong đề tài này quá trình quay theo hướng ánh sáng mặt trời của các tấm Pin
được thực hiện một cách linh hoạt, tự động thông qua việc so sánh tín hiệu điện áp

nhận về giữa hai mạch phân áp. Giá trị điện áp so sánh giữa hai quang trở sẽ được
hiển thị trên một LCD.
 Phương pháp thực hiện phần cơ khí
Lắp ráp các tấm Pin theo dạng khuôn chữ nhật, mặt trên thiết kế thêm phần kính
chịu lực nhằm tăng khả năng bảo vệ khi va đập nhẹ và có thể tránh thời tiết xấu.

11 
 


Để thực hiện phần cơ khí một cách chính xác và tiết kiệm được thời gian khi tiến
hành gia công các chi tiết ta tiến hành thực hiện theo trình tự các bước sau:
Phát thảo mô hình 3D trên phần mềm Autocad.
Vẽ bản vẽ của mô hình.
Lập quy trình công nghệ gia công chi tiết.
Chế tạo các chi tiết trục, ổ lăn.
Chế tạo khung đỡ, giá đỡ.
Lắp ráp các chi tiết, giá đỡ lên khung mô hình.
 Phương pháp thực hiện phần điện tử
- Thiết kế mạch điều khiển, mạch công suất cho mô hình.
- Viết chương trình điều khiển.
-

Chạy thử nghiệm mạch trên test board.

-

Hoàn thiện phần cứng và chương trình điều khiển.

3.1.2 Phương tiện thực hiện đề tài

 Máy tiện
 Máy phay
 Máy hàn hồ quang
 Máy cắt sắt
 Máy tính cá nhân
 Mỏ hàn chì
 Đồng hồ VOM
 Thiết bị “Daystar meter” dùng để đo bức xạ mặt trời
 Các dụng cụ hỗ trợ khác…

12 
 


3.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tấm pin mặt trời 
3.2.1 Cấu tạo:
Pin mặt trời (hay pin quang điện) là hệ thống các tấm vật liệu đặc biệt có khả
năng chuyển đổi quang năng của ánh sáng mặt trời thành điện năng. Pin mặt trời
được cấu tạo bằng các tế bào quang điện (cells) đơn tinh thể (monocrystalline) và đa
tinh thể (polycrystalline) có hiệu suất cao (15% - 18%). Pin có cấu tạo như hình 3.1

Hình 3. 1. Cấu tạo Pin mặt trời
3.2.2 Nguyên lý hoạt động:
Nguyên lý của pin mặt trời là hiệu ứng quang điện (photoelectric effect). Hiệu
ứng quang điện được xem là một trong những phát hiện to lớn của Einstein. Hiệu
ứng này mô tả khả năng của ánh sáng (quang) khi được chiếu trên bề mặt vật liệu có
thể đánh bật điện tử (điện) ra khỏi bề mặt này.

13 
 

Để giải thích hiệu ứng quang điện Einstein đưa ra khái niệm quang tử (photon).
Ánh sáng là những quang tử được bắn lên vật liệu để tống điện tử của vật liệu thành
điện tử tự do. Sự di động của các điện tử này sẽ cho ta dòng điện.

 Sơ lược về hiện tượng quang điện:
Khi một thông lượng bức xạ điện từ đập lên bề mặt một vật thể bất kỳ thì một
phần của nó bị phản xạ, một phần xuyên sâu vào bên trong vật thể và chúng bị hấp
thụ. Bức xạ bị hấp thụ này có thể:
 Làm xuất hiện những hạt tải điện mới: điện tử trong vùng dẫn và lỗ trống
trong vùng hóa trị làm tăng độ dẫn điện. Hiện tượng này gọi là hiện tượng quang
dẫn (hiệu ứng quang điện nội).
Hiện tượng quang dẫn dễ xuất hiện đối với chất bán dẫn và chất cách điện, làm
thay đổi độ dẫn điện của chúng.Và hiện tượng quang dẫn không xuất hiện trong
kim loại vì trong kim loại đã có rất nhiều điện tử tự do.
 Làm xuất hiện những điện tử có năng lượng đủ lớn để vượt qua rào thế trên
bề mặt vật thể và phát xạ ra ngoài. Hiện tượng này gọi là hiện tượng quang điện
ngoại hay phát xạ quang điện tử.
Cho tới hiện tại thì vật liệu chủ yếu cho pin mặt trời (và cho các thiết bị bán dẫn)
là các silic tinh thể. Pin mặt trời từ tinh thể silic chia ra thành 3 loại:
-

Một tinh thể hay đơn tinh thể module sản xuất dựa trên quá trình
Czochralski. Đơn tinh thể loại này có hiệu suất tới 16%. Chúng thường rất
mắc tiền do được cắt từ các thỏi hình ống, các tấm đơn thể này có các mặt
trống ở góc nối các module.

-

Đa tinh thể làm từ các thỏi đúc - đúc từ silic nung chảy cẩn thận được làm
nguội và làm rắn. Các pin này thường rẻ hơn các đơn tinh thể, tuy nhiên hiệu
suất kém hơn. Tuy nhiên chúng có thể tạo thành các tấm vuông che phủ bề
mặt nhiều hơn đơn tinh thể bù lại cho hiệu suất thấp của nó.

14 
 


-

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, tuy nhiên loại này rẻ nhất
trong các loại vì không cần phải cắt từ thỏi silicon.

3.3 Giới thiệu sơ lược về các linh kiện trong đề tài 
3.3.1 Vài nét về họ Vi điều khiển 8051
a. Tìm hiểu tổng quan về vi điều khiển
Vi điều khiển là một máy tính được tích hợp trên một chíp, nó thường được sử
dụng để điều khiển các thiết bị điện tử.
Vi điều khiển, thực chất, là một hệ thống bao gồm một vi xử lý có hiệu suất đủ
dùng và giá thành thấp (khác với các bộ vi xử lý đa năng dùng trong máy tính) kết
hợp với các khối ngoại vi như bộ nhớ, các mô đun vào/ra, các mô đun biến đổi số
sang tương tự và tương tự sang số,... Ở máy tính thì các mô đun thường được xây
dựng bởi các chíp và mạch ngoài.
Vi điều khiển có rất nhiều và nhiều giá thành khác nhau tùy theo chức năng của
từng loại mà ta có thể chọn lựa thích hợp. Trong đề tài này việc điều khiển chủ yếu
dựa vào con AT89S52.
b. Sơ lượt về AT89S52
AT89S52 là một Microcomputer 8 bit, loại CMOS, có tốc độ cao và công suất

thấp với bộ nhớ Flash có thể lập trình được. AT89S52 là một bộ vi xử lý 8 bit có
nghĩa là CPU chỉ có thể làm việc với 8 bit dữ liệu tại một thời điểm. Dữ liệu lớn
hơn 8 bit được chia thành các dữ liệu 8 bit để cho xử lý. Với các đặt điểm sau:
-

Tương thích với các sản phẩm MCS-51

-

4K byte bộ nhớ Flash có thể lập trình lại 1000 chu kỳ đọc/xóa.

-

Hoạt động tĩnh đầy đủ: 0 – 24 MHZ.

-

Khóa bộ nhớ chương trình 3 cấp.

-

128x8 bit RAM nội.

15 
 


-

32 đường xuất nhập lập trình được (tương ứng 4 Port).

-

Hai timer/counter 16 bit .

-

Mạch đồng hồ và bộ dao động trên chip.

-

Có thể mở rộng không gian nhớ chương trình ngoài 64 KByte (bộ nhớ
ROM ngoại).

Vi điều khiển AT89S52 là một IC đơn phiến có kích thước nhỏ gọn, nhiều chức
năng có khả năng đáp ứng được các yêu cầu trong quá trình điều khiển, ngoài ra đây
cũng là một IC căn bản vì sau khi sử dụng ta có thể sử dụng các IC khác. Trong đề
tài này nhóm đã quyết định chọn IC AT89S52 vì:
Tư liệu về dòng IC này có rất nhiều, dễ tìm, giá thành thấp.
Có trình dịch các câu lệnh viết ở dạng Assembler ra dạng mã máy.
Có board nạp ROM để nạp các mã máy vào bộ nhớ EEPROM của IC.
Có nhiều dạng board test dùng để kiểm tra nhanh các trương trình đã có
trong bộ nhớ EEPROM của IC AT89S52.
Có nhiều tài liệu viết về các ứng dụng thực tế về IC AT89S52, có nhiều
sách hướng dẫn cách sử dụng IC này.
 Cấu tạo vi điều khiển AT89S52:
AT89S52 có tất cả 40 chân, mỗi chân có chức năng như các đường I/O
(xuất/nhập), trong đó 24 chân có công dụng kép: mỗi đường có thể hoạt động như
một đường I/O hoặc như một đường điều khiển hoặc như thành phần của bus địa chỉ
và bus dữ liệu. Có cấu tạo như hình 3.2:

16