BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2 second verson (1)

BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2

i.

TÍNH TỐN HỆ THỐNG PIN
1. Các loại phụ tải
Loại phụ tải
Bóng đèn tube
LED 1,2m
TV LCD
Tủ lạnh lớn
Personal
computer
Quạt trần
Nồi cơm điện
Bếp điện từ
Máy bơm
Máy lạnh
TỔNG

Số
lượn
g
8

Công suất(W)
16

Thời gian sử
dụng trong 1
ngày (h)

6

Điện năng
tiêu thụ
(Wh/ngày)
768

3
1
1

90
235
150

4
12
2

1080
2820
300

2
1
1
1
1

75

500
2000
1500
1500

2
1
1
2
3

300
500
2000
3000
4500

Từ bảng trên ta rút ra kết luận, điện năng tiêu thụ trong một ngày của một họ gia đình
tiêu chuẩn là 15268 Wh.
2. Tính tốn cơng suất dàn pin mặt trời
Sơ đồ 1.2.1 Bức xạ mặt trời tại TPHCM ( nguồn PHOTOVOLTAIC GEOGRAPHICAL
INFORMATION SYSTEM)

Theo như sơ đồ trên thì bức xạ mặt trời trung bình của năm 2016 là:

Sơ đồ 1.2.2 Nhiệt độ trung bình tại TPHCM (nguồn PHOTOVOLTAIC GEOGRAPHICAL
INFORMATION SYSTEM)


Nhiệt độ trung bình :

Điện năng căn hộ sử dụng trong một ngày là : E ngày=48388 Wh
Như vậy điện năng là solar panels cung cấp phải là :

Trong thực tế, hệ thống điện mặt trời còn bị tiêu hao do nhiều yếu tố như là điện trở dây
dẫn, bụi phủ tấm PV, ta cần chọn hệ số bù dự trữ trong khoảng (1.1-1.3). Trong bài luận này ta
chọn

Tổng số WP (Watt-peak) mà PV panel cần cung cấp:


Chọn PV panel : PMT-325W-HIT-PANA

Ảnh

hưởng
của
nhiệt
độ:
Theo
sơ đồ
1.2.2,
nhiệt
độ
trung
bình ở


TPHCM năm 2016 là 27,2 , chọn NOCT (Nominal Operating Cell Temperature) là 44, S=1-sun, ta có
cơng thức:

Theo specification của PMT-325W-HIT-PANA thì cơng suất cực đại suy giảm 0.258 %/ ở điều kiện
chuẩn 25:

Vậy, số lượng tấm pin cần thiết là:
Tổng số mà hệ thống cung cấp:
Với 18 tấm pin ta mắc 9 hàng song song với mỗi hàng 2 PV panels:

Tính tốn battery cho hệ thống
Hiệu suất nạp và xả của battery chỉ khoảng 80% cho nên lượng điện năng cần nạp vào
battery để cung cấp cho tải là
Dung lượng của bộ battery:
Ta chọn battery 12V-100Ah.
3. Chọn lựa thực tế các bộ phận trong hệ thống PV
Theo các dữ kiện đã tính tốn ở các phần trên, ta có thông số PV như sau:

Lựa chọn bộ solar controller: ROVER LI 60 AMP MPPT SOLAR CHARGE CONTROLLER


Identification of Parts
09

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.

9.

Charging Indicator
Battery Indicator
Load Indicator
Abnormality Indicator
LCD Screen
Operating Keys
Installation Hole
Solar panel “+” Interface
Solar panel “-” Interface

Key Parts

10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.

Battery “-” Interface
Load “-” Interface
Battery “+” Interface
Load “+” Interface
External Temperature Sampling Interface
Battery Voltage Compensation Interface

Controller Parallel Port
RS232 Communication Interface
RS485 Communication Interface


Hình 3.1 bộ solar controller: ROVER LI 60 AMP MPPT SOLAR CHARGE CONTROLLER

Lựa chọn tấm Pin


Hình 3.2 PV panel : PMT-325W-HIT-PANA
Lựa chọn hệ thống battery
Ta chọn bộ battery 12V-100Ah
Lựa chọn bộ off-grid inverter
MODEL
Rated Power

Axpert MKS 2K-24 Plus

Axpert MKS 2K-48 Plus

Axpert MKS 3K-24 Plus

Axpert MKS 3K-48 Plus

2000VA/2000W

2000VA/2000W

3000VA/3000W

3000VA/3000W

INPUT
Voltage

230 VAC
170-280 VAC (For Personal Computers)
90-280 VAC (For Home Appliances)

Selectable Voltage Range
Frequency Range

50 Hz/60 Hz (Auto sensing)

OUTPUT
AC Voltage Regulation (Batt. Mode)

230VAC ± 5%

Surge Power

4000VA

Efficiency (Peak)

6000VA
90% - 93%
10 ms (For Personal Computers)
20 ms (For Home Appliances)

Transfer Time
Waveform

Pure sine wave

BATTERY
Battery Voltage

24 VDC

48 VDC

24 VDC

48 VDC

Floating Charge Voltage

27 VDC

54 VDC

27 VDC

54 VDC

Overcharge Protection

31 VDC

62 VDC

31 VDC

62 VDC

SOLAR CHARGER & AC CHARGER
Maximum PV Array Power
MPPT Range @ Operating Voltage

1500 W

3000 W

1500 W

3000 W

30 ~ 115 VDC

60 ~ 115 VDC

30 ~ 115 VDC

60 ~ 115 VDC


Maximum PV Array Open Circuit Voltage

145 VDC

Maximum Solar Charge Current
Maximum AC Charge Current
Maximum Charge Current

60A
20 A or 30 A (Selectable)

10 A or 15 A (Selectable)

20 A or 30 A (Selectable)

10 A or 15 A (Selectable)

90 A

75 A

90 A

75 A

Maximum Efficiency

98%

Standby Power Consumption

2W

PHYSICAL
Dimension, D x W x H (mm)

140 x 295 x 479

Net Weight (kgs)

11.5

ENVIRONMENT
Humidity

5% to 95% Relative Humidity (Non-condensing)

Operating Temperature

0°C - 55°C

Storage Temperature

-15°C - 60°C

Bảng 3.3 Thông số của Axpert MKS Plus Off-Grid Inverter
Pure sine wave inverter
Output power factor 1
Built-in MPPT solar charge controller
Selectable input voltage range for home appliances and personal computers
Selectable charging current based on applications
Configurable AC/Solar input priority via LCD setting

Compatible to AC mains or generator power
Optional remote panel available

Remote panel

Hình 3.4 Axpert MKS Plus Off-Grid Inverter

ii.

Thiết kế thi cơng mơ hình PV
1. Tính tốn thiết kế và thi công hệ thống pin mặt trời dành cho hộ gia đình


DC/DC
Converter

Charging
controller

Inverter

Battery
DC load

Sơ đồ II.1 sơ đồ khối hệ thống PV độc lập
1.1 tính tốn chọn linh kiện bộ DC/DC converter
do bộ Sepic có nhiều ưu thế hơn bộ Buck-Boost như là điện áp ngõ ra không đảo đầu so
với đầu vào. Dịng điện bộ Buck-Boost có độ gợn sóng lớn. Độ gợn sóng này làm sinh ra
làn sóng hài sản sinh ra nhiệt lượng cao làm nóng cuộn dây, MOSFET,... ảnh hưởng tới
các linh kiện điện tử. Bộ Sepic không có những khuyết điểm trên

Hình II.1.2 sơ đồ ngun lí mạch Sepic converter

1.1.1

lựa chọn tấm pin mặt trời PMT-325W-HIT-PANA

AC load


Thơng số PMT:

Dựa trên hình bên, ta có thể xác định điện
áp PMT dao độn từ 64V-70V khi được
chiếu sáng ở bức xạ 1000N/m2 ở 25
Tần số đóng ngắt:
Để thử nghiệm mạch tơi chọn

Hình II.1.4 Difference on irradiance of solar panel


1.1.2

Duty cycle

Quan hệ giữa điện áp đầu vào và điện áp đầu ra là:

Vậy, Duty Cycle để mạch có thể hoạt động ở dòng liên tục được xác định theo cơng thức sau đây

Trong đó là điện áp rơi của Skottky diode.

1.1.3

Tính tốn các thơng số linh kiện điện tử trong mạch
• Theo lí thuyết thì cuộn dây càng lớn sẽ càng làm giảm độ gợn của dòng điện.
Tuy nhiên, cách làm này làm cho giá trị điện trở của cuộn dây dẫn tăng theo
dẫn đến hao phí và giảm hiệu suất của mạch, do đó , lựa chọn cuộn dây là 1
bước rất quan trọng. Trong bài luận này, tơi chọn cuộn dây đơi thay cho 2
cuộn dây đơn.
• Vì khi chọn cuộn dây đơi thì diện tích sẽ nhỏ hơn do chỉ có 1 lõi từ, thứ 2 khi
quân 2 cuộn trên cùng 1 lõi thì từ cảm sẽ ít hơn, và cuối cùng là nhờ vào
hiện tượng rò rĩ từ cảm sẽ làm giảm tổn thất dòng AC trong mạch.
• Một trong những bước đầu tiên trong thiết kế bất kì bộ điều chỉnh đóng
ngắt PWM là xác định độ gợn sóng của cuộn cảm. Sự gia tăng của
EMI(Electromagnetic interference) có thể làm xung PWM khơng ổn định,
theo ngun tắc ngón tay cái thì phải dao động từ 20% đến 40% dòng điện
đầu vào xác định qua công thức:
: công suất đầu ra
: điện áp đầu vào
hiệu suất của mạch

Độ từ cảm của cuộn dây được tính theo công thức:

Đây là độ từ cảm thấp nhất cần thiết cho mạch khi mạch chạy ở chế độ dòng liên tục, tải cao nhất và
điện áp đầu vào thấp nhất.
Dịng điện qua cuộn dây :

Tính tốn tụ điện


Tụ

Khi khóa SW đóng, tụ cung cấp năng lượng cho tải vì thế dung lượng phải đủ để tụ tích xả điện áp đủ
lâu và đủ dài nhưng nội trở của tụ không được quá lớn để đảm bảo độ gợn sóng khơng q lớn
Dung lượng của tụ được tính theo cơng thức:

Dịng điện hiệu dụng qua tụ

Tụ có chức năng lọc phẳng nguồn đầy vào cà cấp năng lượng thêm cho cuộn kháng
Dịng điện qua tụ là:

Tụ có chức năng chính như 1 cầu chuyển năng lượng từ nguồn điện đầu vào tới ngõ ra của mạch và sạc
cho cuộn kháng khi khóa SW đóng.
Dịng điện hiệu dụng qua tụ được tính theo cơng thức:

Vì tụ điện là tụ có chức năng dẫn năng lượng nên ta chọn tụ AC 100
Năng lượng mà tụ có thể truyền được là:


Giả sử D=50% với tần số đóng cắt là 40kHz suy ra thời gian mà khóa SW mở là vậy cơng suất của tụ điện
P có thể truyền được trong 1 chu kì xung là:

Tính tốn thơng số MOSFET
Khóa SW trong mạch là linh kiện điện tử đóng ngắt ở tần số cao bằng điện áp. Thực tế các mạch điện tử
công suất thường dùng MOSFETs để là switches.
là 1 trong những thông số để đánh giá khả năng làm việc là cơng suất tiêu tán của MOSFETs. càng lớn
thì khả năng tiêu tán càng lớn, cho nên khi chọn MOSFETs thì nên chọn càng nhỏ càng tốt. Cơng suất của
MOSFET được tính theo cơng thức:

Đối với MOSFETs loại P, để MOSFETs dẫn thì =0, đảm bảo sao cho . Khi đó dịng điện sẽ chạy từ cực S đến
cực D

Đối với MOSFETs loại N, để MOSFETs dẫn thì > 0, đảm bảo sao cho . Khi đó dịng điện sẽ chạy từ cực D
đến cực S.
Trong bài luận này tơi chọn MOSFET kênh N mã hiệu IRF3205 có
Cơng suất tiêu tán trên MOSFET này là:
.8W
Tính tốn thơng số diode
Diode trong mạch DC/DC phải là diode xung chịu được tần số cao và dịng điện đầu ra
Cơng suất tiêu tán trên diode tính theo cơng thức: