(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế, chế tạo hệ thống thu năng lượng mặt trời tự động điều chỉnh theo cường độ ánh nắng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.72 MB, 81 trang )
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG THU
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TỰ ĐỘNG ĐIỀU
CHỈNH THEO CƯỜNG ĐỘ ÁNH NẮNG
Người hướng dẫn : ThS. TRẦN NGỌC HẢI
Sinh viên thực hiện : HOÀNG QUÝ QUYỀN
NGUYỄN HOÀNG THIỆN
Số thẻ sinh viên
: 101130172
101130218
Lớp
: 13CDT2
Đà Nẵng, 06/2019
TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TÊN ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG THU NĂNG
LƯỢNG MẶT TRỜI TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH THEO CƯỜNG ĐỘ ÁNH
NẮNG
Họ và tên SV
: Hoàng Quý Quyền
Mã SV
: 101130172
Lớp
: 13CDT1
Họ và tên SV
Mã SV
Lớp
: Nguyễn Hoàng Thiện
: 101130218
: 13CDT2
GV hướng dẫn : ThS. Trần Ngọc Hải
GV duyệt
: ThS. Châu Mạnh Lực
Tóm tắt nội dung đề tài:
1. Nhu cầu thực tế của đề tài.
Để kết thúc chương trình thì sinh viên ngành cơ điện tử cần phải hoàn thành đồ án
tốt nghiệp theo đúng yêu cầu. Để chế tạo được một cơ cấu, hệ thống thì sinh viên cần
phải nắm chắc các kiến thức cả phần cơ khí cũng như điện tử. Đồ án tốt nghiệp là cơ
hội để xâu chuỗi và vận dụng tất cả các kiến thức đã học.
Tình trạng ơ nhiễm mơi trường đang ngày một gia tăng. Do đó việc nghiên cứu và
ứng dụng nguồn năng lượng sạch vào đời sống là hết vấn đề nóng hổi. Đặc biệt với việc
sử dụng điện quá tải hiện nay đã gây ra rất nhiều vẫn đề rất đáng được quan tâm là cần
phải có giải pháp cấp bách.
Từ những yêu cầu đó nhóm quyết định tiến hành lên ý tưởng và tiến hành thực hiện
đề tài “Thiết kế, chế tạo hệ thống thu năng lượng mặt trời tự động điều chỉnh theo
cường độ ánh nắng”. Hệ thống sẽ điều hướng về vị trí nhận được năng lượng mặt trời
lớn nhất.
2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài tốt nghiệp.
Trong đề tài này, nhóm tác thiết kế cơ cấu cho máy, tìm hiểu các phương pháp điều
khiển để đưa ra phương án tối ưu nhất, nghiên cứu tính thiết thực của sản phẩm và đưa
ra giải pháp phù hợp để đảm bảo năng suất chất lượng sản phẩm, từ đó:
- Tính tốn thiết kế các hệ truyền động chính..
- Thiết kế và thi cơng hệ thống hướng sáng cho tấm pin mặt trời.
3. Nội dung thực hiện.
- Số trang thuyết minh: 78 trang.
- Số bản vẽ: 6A0
i
- Mơ hình: 1 hệ thống hệ thống thu năng lượng mặt trời tự động điều chỉnh theo
cường độ ánh nắng.
Kết quả.
- Tính thiết thực và lý do lựa chọn đề tài.
- Đưa ra các phương án thiết kế và lựa chọn phương án tối ưu nhất.
- Tính tốn các cơ cấu và lựa chọn đọng cơ và hệ dẫn động.
- Thực hiện lập trình và điều khiển hệ thống đúng yêu cầu.
- Sử dụng phần mềm matlab để đánh giá công suất.
- Cung cấp điện cho thiết bị xoay chiều.
ii
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên
Số thẻ SV
Lớp
Ngành
Hoàng
1 Quý Quyền
101130172
13CDT1
CƠ ĐIỆN TỬ
Nguyễn
2
Hoàng Thiện
101130218
13CDT2
CƠ ĐIỆN TỬ
1. Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo hệ thống thu năng lượng mặt trời tự động điều chỉnh
theo cường độ ánh nắng
2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
4. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
a) Phần chung:
Họ tên sinh viên
STT
Nội dung
4.a1. Tổng quan các vấn đề liên quan và tính cấp
thiết của đề tài.
4.a2. Thiết kế phương án và sơ đồ động học tồn
máy.
4.a3. Tính tốn sức bền và thiết kế các kết cấu
Hồng Q Quyền
1
chính của máy.
4.a4 Thiết kế hệ thống điều khiển:
- Cơ sở lý thuyết có liên quan.
Nguyễn Hồng Thiện
2
- Xây dựng hệ thống điều khiển.
4.a5. Nghiên cứu thực nghiệm:
- Chế tạo, lắp ráp thiết bị thực nghiệm;
- Khảo sát thực nghiệm: Nghiên cứu đáp ứng
hệ thống bằng giao diện phần mềm Matlab
(nội dung cụ thể do GVHD chỉ định).
4.a6. Kết luận và hướng phát triển.
b) Phần riêng:
STT
Họ tên sinh viên
1
Hoàng Quý Quyền
2
Nguyễn Hoàng Thiện
Nội dung
Hệ thống điều khiển và Khảo sát thực nghiệm
bằng Matlab
Hệ thống điện và các vấn đề liên quan
iii
5. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
a) Phần chung:
STT
Họ tên sinh viên
1 Hoàng Quý Quyền
2 Nguyễn Hoàng Thiện
Nội dung
- Bản vẽ sơ đồ động học
- Bản vẽ mơ hình 3D:
- Bản vẽ kết cấu:
1A0
1A0
2-3A0
- Bản vẽ hệ thống điều khiển:
2A0
- Bản vẽ đáp ứng quá độ hệ thống
1A0
b) Phần riêng :
STT
Họ tên sinh viên
Nội dung
1 Hoàng Quý Quyền
2 Nguyễn Hoàng Thiện
6. Họ và tên người hướng dẫn: Th.S. Trần Ngọc Hải
7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 01/02/2019
8. Ngày hoàn thành đồ án: 5/06/ 2019
Trưởng Bộ môn
Kỹ thuật Cơ điện tử
Đà Nẵng, ngày 5 tháng 6 năm 2019
Người hướng dẫn
Th.S. Trần Ngọc Hải
iv
LỜI NÓI ĐẦU.
Trong những năm gần đây, cùng với đà phát triển của đất nước trên con đường đổi
mới, ngành cơ khí nói chung, ngành kĩ thuật chế tạo nói riêng cũng đã có những tiến
triển và đóng góp nhất định cho sự phát triển chung.
Tuy nhiên, khoa học ngày càng phát triển, những thiết bị và hệ thống cũ đều trở nên
lạc hậu và không đáp ứng được quá trình phát triển nhanh chóng của các ngành liên
quan
Đồ án tốt nghiệp có vị trí quan trọng trong chương trình đào tạo kỹ sư và cán bộ kĩ
thuật về thiết kế,chế tạo các loại máy và thiết bị cơ khí phục vụ các ngành kinh tế như
nông nghiệp, công nghiệp, giao thông vận tải, điện lực …vv
Để giúp cho sinh viên nắm vững được các kiến thức cơ bản của môn học và giúp
cho họ làm quen với nhiệm vụ thiết kế trong chương trình đào tạo,đồ án tốt nghiệp là
một yêu cầu không thể thiếu được của sinh viên khi kết chương trình đại học.
Sau một thời gian tìm hiểu và với sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của thầy giáo ThS.
Trần Ngọc Hải đến nay em đã hồn thành đồ án tốt nghiệp. Trong q trình thiết kế tất
nhiên sẽ có những sai sót do thiếu thực tế và kinh nghiệm thiết kế, rất mong được sự chỉ
bảo và thông cảm của quý thầy cô để lần thiết kế sau và trong thực tế sau này được hoàn
thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Đà Nẵng, 5 tháng 6 năm 2019.
Hoàng Quý Quyền
Nguyễn Hoàng Thiện.
CAM ĐOAN
Chúng tôi xin cam đoan nội dung của đồ án không phải sao chép bất cứ đồ
án hay công trình nào đã có trước đây. Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện đồ án
này đã được cảm ơn, các thơng tin trích dẫn trong đồ án đã được ghi nguồn gốc
rõ ràng và được phép cơng bố.
Nhóm sinh viên thực hiện:
Hoàng Quý Quyền
Nguyễn Hoàng Thiện
MỤC LỤC
TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ VÀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI. ........ 2
1.1. Mở đầu ........................................................................................................................... 2
Nhu cầu sử dụng năng lượng điện tại VN. ................................................................. 2
Năng lượng tái tạo tại Việt Nam................................................................................. 2
1.2. Các nguồn năng lượng điện chính tại Việt Nam ........................................................... 4
Sử dụng năng lượng điện thủy: .................................................................................. 4
Ưu điểm nổi trội của thủy điện ở Việt Nam ............................................................ 4
Những bất cập đã xảy ra trong quá trình xây dựng và quản lý vận hành thủy điện
ở Việt Nam ........................................................................................................................... 5
Sử dụng năng lượng điện mặt trời : ............................................................................ 5
Sử dụng năng lượng điện gió ...................................................................................... 7
1.3. Giới thiệu chung về hệ thống hướng sáng tấm pin mặt trời. ......................................... 8
Tính cấp thiết của đề tài.............................................................................................. 8
Các ứng dụng. ............................................................................................................. 9
Lý do chọn đề tài. ..................................................................................................... 11
Cấu trúc của đồ án. ................................................................................................... 12
1.4. Nhận xét:...................................................................................................................... 12
THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN VÀ SƠ ĐỒ ĐỘNG HỌC TOÀN MÁY ........... 13
2.1. Chọn bậc tự do. ............................................................................................................ 13
2.2. Chọn hệ thống truyền động. ........................................................................................ 15
2.3. Tính tốn và thiết kế phần cơ khí và chọn động cơ. .................................................... 18
Chọn động cơ. ........................................................................................................... 19
Thiết lập bộ truyền đai . ............................................................................................ 20
Thiết lập bộ truyền đai cho động cơ 1. .................................................................. 20
Thiết lập bộ truyền đai cho động cơ 2. .................................................................. 23
2.4. Nhận xét:...................................................................................................................... 26
TÍNH TỐN SỨC BỀN VÀ THIẾT KẾ CÁC KẾT CẤU CHÍNH CỦA
MÁY ................................................................................................................................... 27
3.1. Thiết kế kết cấu chính của máy ................................................................................... 27
Chọn trục quay.......................................................................................................... 27
Lựa chọn kích thước trục 1. ................................................................................... 27
Lựa chọn kích thước trục 2. ................................................................................... 27
Chọn ổ bi. ................................................................................................................. 28
3.2. Nhận xét:...................................................................................................................... 30
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ......................... 31
4.1. Giới thiệu ý tưởng: ...................................................................................................... 31
Phương án điều khiển. .............................................................................................. 31
Mô tả bộ điều khiển. ................................................................................................. 32
............................................................................................................................................ 32
4.2. Giới thiệu các linh kiện sử dụng .................................................................................. 34
Arduino Uno R3. ................................................................................................... 34
Mạch cầu H – L298N. ........................................................................................... 37
Quang trở. .............................................................................................................. 39
Biến trở. ................................................................................................................. 39
Pin mặt trời. ........................................................................................................... 40
Bộ lưu trữ điện năng .............................................................................................. 45
Các loại ắc quy ...................................................................................................... 46
Các sự cố cần bảo vệ đối với ác quy chì – axit...................................................... 46
4.3. Bộ nghịch lưu. ............................................................................................................. 47
Nguyên lý làm việc ................................................................................................... 47
Các linh kiện sử dụng ............................................................................................... 48
Arduino nano ......................................................................................................... 48
Mosfet .................................................................................................................... 49
Biến áp xung. ......................................................................................................... 50
Mạch Giảm Áp LM2596 ....................................................................................... 51
4.4. Nhận xét:...................................................................................................................... 53
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ................................................................ 54
5.1. Phần mềm Matlab ........................................................................................................ 54
Giới thiệu về phần mềm Matlab. ........................................................................... 54
5.2. Kết quả. ........................................................................................................................ 60
5.3. Nhận xét:...................................................................................................................... 63
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁP TRIỂN. ......................................................................... 64
Những phần đạt được của đề tài. ........................................................................................ 64
Những hạn chế của đề tài. .................................................................................................. 64
Hướng phát triển đề tài. ...................................................................................................... 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................. 66
PHỤ LỤC
MỤC LỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1: Đẩy mạnh phát triển điện mặt trời mái nhà .................................................. 6
Hình 1. 2: Ơ nhiễm mơi trường ....................................................................................... 8
Hình 1. 3: Trạm sạc điện sử dụng hệ thống hướng sáng tấm pin mặt trời. .................. 10
Hình 1. 4: Hệ thống năng lượng Sun Flowers. ............................................................. 10
Hình 1. 5: Hệ thống pin năng lượng mặt trời ở Maroc. ................................................ 11
Hình 2. 1: Sơ đồ động cơ cấu một bậc tự do ................................................................. 13
Hình 2. 2: Sơ đồ động cơ cấu hai bậc tự do .................................................................. 14
Hình 2. 3: Bộ truyền đai. ............................................................................................... 15
Hình 2. 4: Bộ truyền xích. ............................................................................................. 16
Hình 2. 5: Bộ truyền bánh răng..................................................................................... 17
Hình 2. 6: Bộ truyền trục vít bánh vít. ........................................................................... 18
Hình 2. 7: Bộ truyền lựa chọn. ...................................................................................... 18
Hình 2. 8: Sơ đồ động hệ thống hướng sáng pin mặt trời. ............................................ 19
Hình 2. 9: Cách tính khoảng cách hai trục lắp bánh đai .............................................. 22
Hình 2. 10: Cách tính khoảng cách hai trục lắp bánh đai ............................................ 25
Hình 3. 1: Kích thước trục 1.......................................................................................... 27
Hình 3. 2: Kích thước trục 2.......................................................................................... 28
Hình 3. 3: Ổ bi của trục 1.............................................................................................. 28
Hình 3. 4: Ổ bi của trục 2.............................................................................................. 29
Hình 3. 5: Bản vẽ tổng thể cơ khí hệ thống hướng sáng. .............................................. 29
Hình 3. 6: Mơ phỏng 3D hệ thống ................................................................................. 30
Hình 4. 1: Cảm biến 2 quang trở................................................................................... 31
Hình 4. 2: Cảm biến 4 quang trở................................................................................... 32
Hình 4. 3: Tấm cảm biến ............................................................................................... 32
Hình 4. 4: Sơ đồ mạch điều khiển. ................................................................................ 33
Hình 4. 5: Biến trở được sử dụng như cảm biến góc xoay. ........................................... 34
Hình 4. 6: Arduino Uno R3. .......................................................................................... 35
Hình 4. 7: Mạch cầu H-L298N. ..................................................................................... 38
Hình 4. 8: Quang trở. .................................................................................................... 39
Hình 4. 9: Một số loại biến trở. ..................................................................................... 40
Hình 4. 10: Cấu tạo của biến trở................................................................................... 40
Hình 4. 11: Pin năng lượng mặt trời. ............................................................................ 41
Hình 4. 12: Cấu tạo tấm pin mặt trời. ........................................................................... 42
Hình 4. 13: Mơ hình nối dây song song. ....................................................................... 43
Hình 4. 14: Mơ hình nối dây nối tiếp. ........................................................................... 44
Hình 4. 15: Mơ hình nối dây nối tiếp và song song ...................................................... 44
Hình 4. 16: Cấu tạo bình ắc quy. .................................................................................. 45
Hình 4. 17: Sơ đồ ngun lích mạch nghịch lưu ........................................................... 48
Hình 4. 18: Arduino Nano. ............................................................................................ 49
Hình 4. 19: Mosfet 10N60 ............................................................................................. 50
Hình 4. 20: Biến áp xung. .............................................................................................. 51
Hình 4. 21: Mạc giảm áp LM2596. ............................................................................... 52
Hình 5. 1: Giao diện làm việc của matlab.....................................................................55
Hình 5. 2: Thư viện trong Simulink. ..............................................................................56
Hình 5. 3: Giao diện biểu đồ .........................................................................................57
Hình 5. 4: Module ASC712. .......................................................................................... 57
Hình 5. 5: Sơ đồ nối dây của ASC712. ..........................................................................58
Hình 5. 6: Đáp ứng về công suất theo thời tiết. Nhiệt độ 28-39 (Ngày 19-5-2019) .....60
Hình 5. 7: Đáp ứng về cơng suất theo thời tiết. Nhiệt độ 26-37.(Ngày 21-5-2019) .....61
Hình 5. 8: Đáp ứng về công suất theo thời tiết. Nhiệt độ 25-33.(Ngày 28-5-2019) .....62
Hình 5. 9: Hình ảnh thực tế của hệ thống điều hướng pin mặt trời. ............................ 65
MỤC LỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2. 1: Thông số đai răng theo module M ............................................................... 21
Bảng 2. 2: Số răng tối thiểu của bánh đai. .................................................................... 22
Bảng 2. 3: Thông số đai răng theo module M ............................................................... 24
Bảng 2. 4: Số răng tối thiểu của bánh đai. .................................................................... 25
Bảng 5. 1: Thống kê, so sánh công suất thu được của 2 hệ thống. ............................... 60
Bảng 5. 2: So sánh công suất thu được giữ hai hệ thống. ............................................. 61
Bảng 5. 3: So sánh công xuất thu được giữa hai hệ thống. .......................................... 62
Thiết kế, chế tạo hệ thống thu năng lượng mặt trời tự động điều chỉnh theo cường độ ánh nắng
MỞ ĐẦU
Hiện nay, những nguồn năng lượng mới đang được khai thác sử dụng như
năng lượng gió, năng lượng sinh học, …năng lượng mặt trời được xem là nguồn
năng lượng rẻ, vô tận và không gây hại cho môi trường. Nguồn năng lượng mới
này đang thu hút nhiều 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 (pin năng lượng mặt trời) có nhiều ưu điểm như
khơng cần ngun liệu, khơng gây ơ nhiễm mơi trường, ít bảo dưỡng, không gây
tiếng ồn,… Hiện nay, năng lượng mặt trời đã được khai thác nhiều càng nhiều để
đưa vào đời sống, cũng như trong công nghiệp dưới nhiều dạng và hình thức
khác nhau, thơng thường dùng để cấp nhiệt và điện .
Trên vấn đề đó nhóm chúng em đưa ra giải pháp sử dụng pin năng lượng mặt
trời để tạo nguồn điện cung cấp cho các thiết bị trong gia đình. Nhóm tiến hành
phát triển đề tài “thiết kế và chế tạo hệ thống hướng sáng cho tấm pin mặt trời”
với mong muốn tăng công suất cung cấp điện so với cơ cấu tĩnh.
Với đề tài lựa chọn nhóm tiến hành nghiên cứu và đưa ra phương án thiết kế
hiệu quả nhất và thực hiện chế tạo hệ thống hoạt động thực tế. Nội dung bao gồm
các phần:
- Giới thiệu đề tài.
- Tính tốn thiết kế phần cơ khí.
- Tính toán thiết kế phần điều khiển.
- Kết luận đề tài.
Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp chúng em sẽ khơng thiếu khỏi những
sai sót, mong thầy chỉ bảo thêm cho chúng em. Với sự chỉ bảo tận tình của thầy
Trần Ngọc Hải nên chúng em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp thành công, chúng
em xin chân thành cảm ơn thầy.
Đà Nẵng, 4 tháng 6 năm 2019
Nhóm sinh viên thực hiện:
Hoàng Quý Quyền
SVTH: Nguyễn Hoàng Thiện & Hoàng Quý Quyền
Nguyễn Hoàng Thiện
GVHD: ThS.Trần Ngọc Hải
1
Thiết kế, chế tạo hệ thống thu năng lượng mặt trời tự động điều chỉnh theo cường độ ánh nắng
TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ VÀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA
ĐỀ TÀI.
1.1. Mở đầu
Nhu cầu sử dụng năng lượng điện tại VN.
Nhu cầu sử dụng điện tại Việt Nam là rất lớn kể cả trong ngắn hạn, trung hạn và dài
hạn. Theo tính tốn của EVN, để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế với tốc độ tăng
trưởng từ 7,5% -8% và thực hiện được mục tiêu đến năm 2020 Việt Nam cơ bản trở
thành một nước cơng nghiệp thì trong 20 năm tới nhu cầu điện sẽ phải tăng từ 15%-17%
mỗi năm. Do đó, phương án đầu tư vào nguồn năng lượng tái tạo nhưgióvà mặt trời tỏ
ra có hiệu quả đối với một quốc gia có nhiều điều kiện thuận lợi về địa lý như Việt Nam.
Theo đó, chiến lược phát triển năng lượng trong thời gian tới là sản lượng điện tái
tạo chiếm khoảng 5% tổng nguồn điện (tương ứng 2.400MW vào năm 2020). Trong đó,
phát triển năng lượng tái tạo sẽ được ưu tiên nhằm tăng tỉ lệ các nguồn năng lượng mới
và tái tạo chiếm khoảng 3% tổng năng lượng thương mại sơ cấp vào năm 2010 và 11%
vào năm 2050.Năng lượng tái tạo như gió và mặt trời được đánh giá là thân thiện nhất
với mơi trường và ít gây ảnh hưởng xấu về mặt xã hội. Trong khi xây dựng nhà máy
thủy điện yêu cầu diện tích lớn, di dời dân cư, gây mất các vùng đất canh tác truyền
thống; nhà máy nhiệt điện luôn là thủ phạm ô nhiễm môi trường nặng nề, nguồn nhiêu
liệu kém ổn định và giá ngày một tăng cao; nhà máy điện hạt nhân có nguy cơ ảnh hưởng
tới sức khỏe lâu dài của người dân xung quanh nhà máy do rỏ rỉ hạt nhân thì năng lượng
gió và mặt trời lại tốt cho mơi trường và có khả năng tái tạo, chi phínhiên liệu và bảo
dưỡng thấp, an tồn cho người sử dụng.Bên cạnh đó, do đặc trưng phân tán và nằm sát
dân cư nên loại hình này dễ áp dụng tới vùng nông thôn, miền núi, nơi nằm xa khu vực
trung tâm khiến điện lới khó tiếp cận. Các tourbin gió có thể đặt ngay trên mảnh đất của
nông dân hay các tấm phát điện năng mặt trời đặt trên nóc nhà nhằm đáp ứng các yêu
cầu cơ bản như đun nước nước, lòsấy…
Năng lượng tái tạo tại Việt Nam
Mặt khác, năng lượng gió và mặt trời cũng giúp tiết kiệm chi phí truyền tải so với
các hình thức sản xuất điện khác.Phát triển năng lượng gió cũng tạo thêm nhiều cơng ăn
việc làm do nhu cầu cần một lực lượng lao động là các kỹ sưkỹ thuật vận hàng và giám
sát lớn hơn các loại hình khác. Gia tăng cơng việc giúp gia tăng thu nhập cho người dân,
tránh đi một phần gánh nặng xã hội.Cuối cùng, năng lượng sạch như gió và mặt trời
giúp đa dạng hóa các nguồn năng lượng như nhiệt điện, thủy điện hay điện nguyên tử,
giúp phân tán rủi ro và tăng cường an ninh năng lượng.
Thuận lợi đầu tiên phải kể đến khi phát triển nguồn năng lượng sạch tại Việt Nam
là một ví trí địa lý thuận lợi so với các quốc gia khác trong khu vực. Việt Nam nằm trong
SVTH: Nguyễn Hoàng Thiện & Hoàng Quý Quyền
GVHD: ThS.Trần Ngọc Hải
2
Thiết kế, chế tạo hệ thống thu năng lượng mặt trời tự động điều chỉnh theo cường độ ánh nắng
khoảng 80 – 230 vĩ độ Bắc thuộc khu vực nhiệt đới gió mùa, có 3000km bờ biển, mỗi
năm có 2 mùa gió chính là Đơng Bắc và Đơng Nam. Theo báo cáo của Ngân hàng Thế
giới WB, vùng có tiềm năng gió tốt chiếm khoảng hơn 8.6% diệntích lãnh thổ để xây
dựng các trạm điện gió cỡ lớn. Trong khi đó, số liệu này ở Campuchia là 0.2%, Thái
Lan 0.2%, Lào là 2.9%. Nếu xét tiêu chuẩn để xây dựng các trạm điện gió cỡ nhỏ phục
vụ phát triển kinh tế ở những khu vực khó khăn thì Việt Nam có đến 41% diện tích nơng
thơn.So sánh với con số này ở 3 quốc gia trên là 6%, 9% và 13%. Tổng tiềm năng điện
gió của Việt Nam khoảng 713,000MW, tương đương 250 lần công suất của thủy điện
Sơn La và hơn 13 lần tổng công suất dự báo của ngành Điện năm 2020. Hai vùng giàu
tiềm năng về điện gió ở Việt Nam là Sơn Hải (Ninh Thuận) và Mũi Né (Bình Thuận)
với vận tốc trung bình có thể lên tới 6 – 7m/s và gió có xu thế ổn định, số lượng các cơn
bão khu vực ít, thích hợp với các trạm điện gió cơng suất 3 – 3,5 MW.
Năng lượng mặt trời cũng được vị trí địa lý ưu ái, với cường độ bức xạ mặt trời
tương đối cao. Số giờ nắng trung bình khoảng 2000 – 2500 giờ/năm, tổng năng lượng
bức xạ mặt trời trung bình khoảng 150kCal/cm2. Tiềm năng lý thuyết được các chuyên
gia đánh giá khoảng 43,9 tỷ TOE/năm. Trong đó, nhiều nhất phải kể đến các thành phố
nhưHồ Chí Minh, vùng Tây Bắc (Lai Châu, Sơn La…) và vùngBắc Trung Bộ (Thanh
Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh)…
Bên cạnh đó, khung chính sách về phát triển năng lượng đã hình thành. Nghị định
Chính phủ được ban hành năm 2003 nhằm hướng dẫn thực thi quy định sử dụng năng
lượng tiết kiệm và hiệu quả.Luật Bảo vệ mơi trường 2005, Điều 33 quy định Chính phủ
xây dựng, thực hiện chiến lượng phát triển năng lượng sạch, năng lượng tái tạo nhằm
tăng cường năng lượng quốc gia, đồng thời hợp tác quốc tế, huy động nguồn lực khaithác
và sử dụng năng lượng tái tạo, lồng ghép chương trình phát triển năng lượng tái tạo với
các chương trình phát triển kinh tế xã hội khác. Luật cũng khuyến khích bằng cách hỗ
trợ ưu đãi về thuế, vốn, đất đai để xây dựng cơ sở sản xuất sử dụng năng lượng tái tạo,
năng lượng sạch thân thiện với môi trường cho các tổ chức,cá nhân tham gia vào ngành.
Ngoài luật Bảo vệ mơi trường,
Luật Điện lực 2004 cũng có những quy định khuyến khích việc khai thác sử dụng
các nguồn năng lượng tái tạo để phát điện. Các dự án khi đầu tư phát triển nhà máy phát
điện sử dụng nguồn năng lượng tái tạo sẽ được hưởng ưu đãi về đầu tư, giá điện và thuế.
Các thành phần kinh tế khác nhau cũng được tạo điều kiện đầu tư phát triển sử dụng
năng lượng tái tạo không gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt ở khu vực nông thơn, miền
núi, hải đảo và khuyến khích các tổ chức và cá nhân đầu tư xây dựng mạng lưới điện
hoặc các trạm phát điện sử dụng năng lượng tái tạo.
SVTH: Nguyễn Hoàng Thiện & Hoàng Quý Quyền
GVHD: ThS.Trần Ngọc Hải
3
Thiết kế, chế tạo hệ thống thu năng lượng mặt trời tự động điều chỉnh theo cường độ ánh nắng
Về Chiến lược phát triển năng lượng quốc gia của Việt Nam đến năm 2020, tầm
nhìn đến năm 2050 theo Quyết định 1855/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ ngày
27/12/2007, một điểm quan trọng là phát triển đồng bộ và hợp lý hệ thống năng lượng
bao gồm điện, dầu, khí, than năng lượng mới và tái tạo; trong đó quan tâm phát triển
năng lượng sạch, năng lượng mới và tái tạo. Thực hiện điều tra quy hoạch các dạng năng
lượng mới và tái tạo chưa được đánh giá đầy đủ, tiến tới quy hoạch, phân vùng các dạng
năng lượng này để có kế hoạch đầu tư, khai thác hợp lý, tăng cường tuyên truyền sử
dụng các nguồn năng lượng mới và tái tạo để cấp cho các khu vực vùng sâu, vùng xa,
biên giới, hải đảo. Hỗ trợ đầu tư cho các chương trình điều tra, nghiên cứu, chế thử, xây
dựng các điểm điển hình sử dụng năng lượng mới và tái tạo; ưu đãi thuế nhập thiết bị,
công nghệ mới, thuế sản xuất, lưu thông các thiết bị; bảohộ quyền tác giả cho các phát
minh, cải tiến kỹ thuật có giá trị;
Cho phép các cá nhân, tổ chức kinh tế trong và ngoài nước phối hợp đầu tư khai
thác nguồn năng lượng mới và tái tạo trên cơ sở đôi bên cùng có lợi. Ưu tiên bố trí nguồn
vốn tín dụng ưu đãi từ quỹ hỗ trợ phát triển, nguồn vốn ODA và các nguồn vốn vay song
phương khác của nước ngồi cho các dự án năng lượng như: tìm kiếm thăm dò, phát
triển nguồn năng lượng mới tái tạo, năng lượng sinh học. Tập trung đào tạo, nâng cao
trình độ chuyên môn của đội ngũ cán bộ quản lý, kỹ thuật và cơng nhân lành nghề; đào
tạo bổ sung, đón đầu cho những ngành còn thiếu, còn yếu, nhất là các ngành năng lượng
mới và tái tạo, năng lượng sinh học.Việt Nam có điều kiện vị trí thuận lợi và hệ thống
pháp luật khuyến khích phát triển nguồn năng lượng sạch, song đểchuyển các điều kiện
thuận lợi đó thành các dự án khả thi là một bài tốn khó.
1.2. Các nguồn năng lượng điện chính tại Việt Nam
Sử dụng năng lượng điện thủy:
Ưu điểm nổi trội của thủy điện ở Việt Nam
Thứ nhất: Tiềm năng thủy điện được phân bố tương đối đều trên cả 3 miền của đất
nước, tại mỗi miền đều có các cơng trình quy mơ từ nhỏ, vừa, đến lớn nên thuận lợi cho
việc xây dựng cũng như vận hành. Do chế độ thủy văn ở các miền chênh lệch nhau về
mùa mưa và mùa khô từ một đến hai tháng và đặc biệt là chênh lệch nhau về lượng nước
giữa các miền trong cùng một năm nên có điều kiện hỗ trợ nhau rất tốt.
Thứ hai: Hầu hết các dự án NMTĐ của Việt Nam có chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật tốt,
suất đầu tư chấp nhận được, chi phí ngoại tệ để nhập thiết bị thấp do tỷ lệ vốn thiết bị
chỉ chiếm khoảng 20~30%. Giá thành sản xuất điện năng của NMTĐ thường chỉ bằng
15-20% giá thành sản xuất điện năng của nhà máy nhiệt điện chạy than. Các thiết bị
thủy điện có độ an toàn cao, bền và rất linh hoạt trọng vận hành.
Thứ ba: Đa số các cơng trình đầu mối thủy điện đều có hồ chứa nước nên có khả
SVTH: Nguyễn Hoàng Thiện & Hoàng Quý Quyền
GVHD: ThS.Trần Ngọc Hải
4
Thiết kế, chế tạo hệ thống thu năng lượng mặt trời tự động điều chỉnh theo cường độ ánh nắng
năng lợi dụng tổng hợp cao. Ngồi nhiệm vụ tích nước để phát điện, hồ chứa còn điều
tiết dòng chảy làm giảm dòng chảy mùa lũ và tăng dòng chảy mùa kiệt, tạo thuận lợi
cho việc sử dụng dòng chảy trong cả mùa lũ và mùa kiệt. Việc cung cấp bổ sung nước
cho hạ lưu vào mùa kiệt đảm bảo sinh hoạt, đồng thời tăng độ sâu vận tải hạ lưu nên đáp
ứng được giao thông thủy. Việc xây dựng thành cơng ba NMTĐ lớn (Hịa Bình, Sơn La,
Lai Châu trên sơng Đà) đã chứng minh ưu điểm nổi trội này.
Ngồi ra, thủy điện cịn có một tác dụng nữa là đẩy mặn như ở cơng trình NMTĐ
Trị An.
Thứ tư: Phát triển thủy điện ở Việt Nam đã góp phần tích cực trong việc phân bổ
lực lượng sản xuất, tạo ra cơ sở hạ tầng để phát triển kinh tế - xã hội - văn hóa các vùng,
đặc biệt là các vùng dân tộc thiểu số.
Những bất cập đã xảy ra trong quá trình xây dựng và quản lý vận
hành thủy điện ở Việt Nam
Bên cạnh những ưu điểm nêu trên, việc phát triển thủy điện cũng đã gây ra
những bất cập đáng tiếc tại nước ta, đặc biệt là tại miền Trung và Tây Nguyên
trong những năm qua và năm 2009 được coi là nghiêm trọng nhất.
Dưới đây chỉ ra cần nhắc lại một số tiêu đề mà báo chí đã đưa lên công luận để thấy
được mặt trái của việc phát triển thủy điện nếu không được quản lý tốt và kiểm soát chặt
chẽ từ khâu lập quy hoạch đến khi đưa nhà máy vào vận hành thương mại: "Thủy điện
khiến lũ hung dữ hơn", "Quy hoạch thủy điện: Phải thật sự lắng nghe", "Một tỉnh có 50
thủy điện: Ghê quá!", "Đánh cược với thiên nhiên: Hiểm họa khó lường từ thủy điện",
"Thủy điện nhỏ: Đâu chỉ phát triển là xong?", "Lũ lụt lớn: Có nguyên nhân từ hồ thủy
điện", "Thủy điện ở Tây Nguyên: Tác động tiêu cực đến môi trường", "Để không xảy ra
những 'A Vương' khác", vv...
Ngồi ra, thủy điện cịn có một số nhược điểm là: phát triển thủy điện tất nhiên
không tránh khỏi tác động đến đời sống nhân dân cụ thể là phải tái định cư. Ở Việt Nam
đã có số liệu thống kê: đối với dự án thủy điện lớn và vừa số hộ dân phải di dời bình
quân là 3.296 hộ dân/1MW, còn đối với dự án thủy điện nhỏ là 0,16 hộ dân/1MW.
Việc chiếm đất chủ yếu là rừng, rất lớn bình qn 9,761 ha/1MW, diện tích rừng bị
phá là nghiêm trọng, diện tích rừng trồng thay thế rất ít do khơng cịn quỹ đất, chính
sách khơng thống nhất. Các NMTĐ được xây dựng rải rác tại các tỉnh miền núi và cao
nguyên trong cả nước, việc đầu tư lưới truyền tải rất lớn. Khi nhà máy được đưa vào
vận hành, việc điều hành giữa phát điện và chống lũ chưa tốt nên gây ra thiệt hại lớn
cho vùng hạ du.
Sử dụng năng lượng điện mặt trời :
SVTH: Nguyễn Hoàng Thiện & Hoàng Quý Quyền
GVHD: ThS.Trần Ngọc Hải
5
Thiết kế, chế tạo hệ thống thu năng lượng mặt trời tự động điều chỉnh theo cường độ ánh nắng
Giải pháp cung cấp điện bằng cách đầu tư điện mặt trời mái nhà (ĐMTMN) gắn với
cơng trình xây dựng hiện đang là xu hướng của các nước trên thế giới. Bởi đây là nguồn
năng lượng tái tạo, bảo vệ môi trường, khơng bị cạn kiệt như nguồn năng lượng hố
thạch.
Trong khi đó, với địa bàn miền Trung – Tây Nguyên, nơi có bức xạ mặt trời và số
giờ nắng trung bình cao là nơi có tiềm năng phát triển ĐMTMN.
Bên cạnh đó, khách hàng lắp đặt ĐMTMN tiết kiệm chi phí tiền điện nhờ giảm mua
điện lưới quốc gia, có thể bán phần điện không sử dụng hết cho ngành điện với giá cao,
có thời gian hưởng lợi lâu dài sau thời gian thu hồi vốn. Cơng trình cịn có tác động
chống nóng hiệu quả cho nhà ở, nâng cao thương hiệu, hình ảnh của doanh nghiệp khi
sử dụng năng lượng sạch.
Với thực tế đó, hội thảo phát triển điện mặt trời tại miền Trung – Tây Nguyên được
tổ chức nhằm tạo ra môi trường để nhà đầu tư, nhà cung cấp giải pháp, nhà tài chính và
ngành điện miền Trung gặp nhau để thảo luận về những chính sách mà các Bộ ngành
triển khai, sự quan tâm của nhà đầu tư đối với ĐMTMN.
Hình 1. 1: Đẩy mạnh phát triển điện mặt trời mái nhà
Phát biểu tại hội thảo, ông Phạm Sỹ Hùng – Phó Tổng Giám đốc EVNCPC chia sẻ,
mục tiêu của EVNCPC năm 2019 là ngoài các dự án điện mặt trời do đơn vị đầu tư, hỗ
trợ nối lưới cho khách hàng một cách nhanh chóng.
Riêng đối với ĐMTMN, EVN giao cho Tổng công ty vận động, hỗ trợ để khuyến
khích các nhà đầu tư phải thực hiện được ĐMTMN với công suất 48MWp trên địa bàn
quản lý của 13 tỉnh, thành phố miền Trung – Tây Nguyên và 9,4MWp trên mái nhà các
văn phòng, các điện lực, trạm biến áp của Tổng công ty.
SVTH: Nguyễn Hoàng Thiện & Hoàng Quý Quyền
GVHD: ThS.Trần Ngọc Hải
6
Thiết kế, chế tạo hệ thống thu năng lượng mặt trời tự động điều chỉnh theo cường độ ánh nắng
Ông Hùng mong muốn đây là diễn đàn kết nối các khách hàng tiềm năng trên địa
bàn miền Trung và Tây Nguyên, với các nhà cung cấp hệ thống điện mặt trời, tổ chức
tài chính và ngành điện. Qua đó, cung cấp cho khách hàng đẩy đủ thơng tin về chính
sách, cơ chế của nhà nước, giải đáp các ý kiến thắc mắc về đầu tư ĐMTMN.
Tính đến tháng 2.2019, khu vực miền Trung – Tây Nguyên đã có 330 khách hàng
lắp đặt ĐMTMN đấu nối vào lưới điện EVNCPC với tổng công suất 2,1MWp, EVNCPC
đã đầu tư lắp đặt ĐMTMN ở các trụ sở Điện lực, đến ngày 30.6.2019 sẽ đạt mức cơng
suất 7,2MWp.
Sử dụng năng lượng điện gió
Ở Việt Nam, các khu vực có thể phát triển năng lượng gió khơng trải đều trên tồn
bộ lãnh thổ. Với ảnh hưởng của gió mùa thì chế độ gió cũng khác nhau. Nếu ở phía bắc
đèo Hải Vân thì mùa gió mạnh chủ yếu trùng với mùa gió đơng bắc, trong đó các khu
vực giàu tiềm năng nhất là Quảng Ninh, Quảng Bình, và Quảng Trị. Ở phần phía nam
đèo Hải Vân, mùa gió mạnh trùng với mùa gió tây nam, và các vùng tiềm năng nhất
thuộc cao nguyên Tây Nguyên, các tỉnh ven biển đồng bằng sông Cửu Long, và đặc biệt
là khu vực ven biển của hai tỉnh Bình Thuận, Ninh Thuận.
Theo nghiên cứu của NHTG, trên lãnh thổ Việt Nam, hai vùng giàu tiềm năng nhất
để phát triển năng lượng gió là Sơn Hải (Ninh Thuận) và vùng đồi cát ở độ cao 60-100m
phía tây Hàm Tiến đến Mũi Né (Bình Thuận). Gió vùng này khơng những có vận tốc
trung bình lớn, cịn có một thuận lợi là số lượng các cơn bão khu vực ít và gió có xu thế
ổn định là những điều kiện rất thuận lợi để phát triển năng lượng gió. Trong những tháng
có gió mùa, tỷ lệ gió nam và đơng nam lên đến 98% với vận tốc trung bình 6-7 m/s tức
là vận tốc có thể xây dựng các trạm điện gió công suất 3 - 3,5 MW. Thực tế là người
dân khu vực Ninh Thuận cũng đã tự chế tạo một số máy phát điện gió cỡ nhỏ nhằm mục
đích thắp sáng. Ở cả hai khu vực này dân cư thưa thớt, thời tiết khơ nóng, khắc nghiệt,
và là những vùng dân tộc đặc biệt khó khăn của Việt Nam.
Mặc dù có nhiều thuận lợi như đã nêu trên, nhưng khi nói đến năng lượng gió, chúng
ta cần phải lưu ý một số đặc điểm riêng để có thể phát triển nó một cách có hiệu quả
nhất. Nhược điểm lớn nhất của năng lượng gió là sự phụ thuộc vào điều kiện thời tiết và
chế độ gió. Vì vậy khi thiết kế, cần nghiên cứu hết sức nghiêm túc chế độ gió, địa hình
cũng như loại gió khơng có các dịng rối vốn ảnh hưởng khơng tốt đến máy phát. Cũng
vì lý do phụ thuộc trên, năng lượng gió tuy ngày càng hữu dụng nhưng không thể là loại
năng lượng chủ lực. Tuy nhiên, khả năng kết hợp giữa điện gió và thủy điện tích năng
lại mở ra cơ hội cho chúng ta phát triển năng lượng ở các khu vực như Tây Nguyên vốn
có lợi thế ở cả hai loại hình này. Một điểm cần lưu ý nữa là các trạm điện gió sẽ gây ơ
nhiễm tiếng ồn trong khi vận hành cũng như phá vỡ cảnh quan tự nhiên và có thể ảnh
SVTH: Nguyễn Hồng Thiện & Hồng Q Quyền
GVHD: ThS.Trần Ngọc Hải
7
Thiết kế, chế tạo hệ thống thu năng lượng mặt trời tự động điều chỉnh theo cường độ ánh nắng
hưởng đến tín hiệu của các sóng vơ tuyến. Do đó, khi xây dựng các khu điện gió cần
tính tốn khoảng cách hợp lý đến các khu dân cư, khu du lịch để không gây những tác
động tiêu cực
1.3. Giới thiệu chung về hệ thống hướng sáng tấm pin mặt trời.
Hệ thống bao gồm 3 bộ phận chính: tấm pin năng lượng mặt trời, cơ cấu cơ khí và
bộ điều khiển. Tấm pin năng lượng mặt trời được đặt trên kết cấu cơ khí gồm 2 bậc tự
do (quay quanh trục Oz và quay quanh trục Ox khi đặt cơ cấu trong hệ trục không gian
Oxyz). Với bộ điều khiển đã qua lập trình với mục đích sao cho tấm pin năng lượng
nhận được nhiều năng lượng nhất. Hay nói cách khác tấm pin sẽ quay về hướng có ánh
sáng vng góc với tấm pin vào thời điểm hiện tại.
Tính cấp thiết của đề tài.
Với nhu cầu sử dụng năng lượng điện lớn và những bất cập về nguồn thủy điện như
đã trình bày ở trên. Thì việc phát triển hệ thống điện mặt tái tạo đang rất cần thiết.
Hình 1. 2: Ơ nhiễm mơi trường
Tình trạng ơ nhiễm mơi trường đang ngày một gia tăng. Do đó việc nghiên cứu và
ứng dụng nguồn năng lượng sạch vào đời sống là hết vấn đề nóng hổi. Đặc biệt với việc
sử dụng điện quá tải hiện nay đã gây ra rất nhiều vẫn đề rất đáng được quan tâm là cần
phải có giải pháp cấp bách. Việc sử dụng điện nhiều sẽ dẫn đến lãng phí tiền bạc để chi
trả khoản tiền mà có thể tiết kiệm được. Hơn nữa, các hoạt động sản xuất điện như xậy
dựng các hồ thủy điện sẽ ảnh hưởng nhiều đến thàm thực vật, phá vỡ cấu trúc địa chất,
phá hủy tài nguyện thiên nhiên và còn rất nhiều các vấn đề hệ lụy kéo theo khác.
SVTH: Nguyễn Hoàng Thiện & Hoàng Quý Quyền
GVHD: ThS.Trần Ngọc Hải
8
Thiết kế, chế tạo hệ thống thu năng lượng mặt trời tự động điều chỉnh theo cường độ ánh nắng
So với những nguồn năng lượng mới đang được khai thác sử dụng như năng lượng
gió, năng lượng sinh học, …năng lượng mặt trời được xem là nguồn năng lượng rẻ, vô
tận và không gây hại cho môi trường. Nguồn năng lượng mới này đang thu hút nhiều 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 (pin năng
lượng mặt trời) có nhiều ưu điểm như khơng cần ngun liệu, khơng gây ơ nhiễm mơi
trường, ít bảo dưỡng, không gây tiếng ồn,… Hiện nay, năng lượng mặt trời đã được khai
thác nhiều càng nhiều để đưa vào đời sống, cũng như trong cơng nghiệp dưới nhiều
dạng và hình thức khác nhau, thông thường dùng để cấp nhiệt và điện .
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. Bộ phận điều
khiển sạc pin mặt trời sử dụng thuật tốn điều khiển tìm điểm cơng suất tối ưu để làm
tăng hiệu quả làm việc của tấm pin quang điện. Ắc quy giúp dự trữ năng lượng điện.
Trên vấn đề đó nhóm chúng em đưa ra giải pháp sử dụng pin năng lượng mặt trời
để tạo nguồn điện cung cấp cho các thiết bị trong gia đình . Việc sử dụng pin năng lượng
mặt trời là một dạng năng lượng sạch mà các nước trên thế giới đang trên đà phát triển
rất mạnh. Nhưng nhóm nhận thấy với các hệ thống phổ biến hiện nay thì chỉ tập trung
khai thác cơ cấu ở dạng tĩnh. Với nhược điểm như ngồn năng lượng mà tấm pin nhận
được chỉ là một phần ít. Nhận thấy được nhược điểm này, nhóm tiến hành phát triển đề
tài “Thiết kế, chế tạo hệ thống thu năng lượng mặt trời tự động điều chỉnh theo cường
độ ánh nắng” với mong muốn tăng công suất cung cấp điện so với cơ cấu tĩnh.
Các ứng dụng.
➢ Trạm sạc điện bằng hệ thống hướng sáng tấm pin mặt trời tại Milford.
SVTH: Nguyễn Hoàng Thiện & Hoàng Quý Quyền
GVHD: ThS.Trần Ngọc Hải
9
Thiết kế, chế tạo hệ thống thu năng lượng mặt trời tự động điều chỉnh theo cường độ ánh nắng
Hình 1. 3: Trạm sạc điện sử dụng hệ thống hướng sáng tấm pin mặt trời.
Hệ thống hướng sáng tấm pin mặt trời do General Motors thiết kế nhắm cung cấp
điện cho các loại xe sử dụng điện tại Milford. Hệ thống cung cấp được 30.000 kWh mỗi
năm và cung cấp đủ năng lượng cho 6 xe điện mỗi ngày. Hệ thống hoạt động với mục
đích điều hướng sao cho tấm pin mặt trời nhận năng lượng lớn nhất. Theo đánh giá thì
hệ thống này có khả năng thu năng lượng lớn hơn 25% so với hệ thống tấm pin mặt trời
cố định.
➢ Hệ thống năng lượng Sun Flowers tại trường MUSE nước Mỹ.
Hình 1. 4: Hệ thống năng lượng Sun Flowers.
SVTH: Nguyễn Hoàng Thiện & Hoàng Quý Quyền
GVHD: ThS.Trần Ngọc Hải
10
Thiết kế, chế tạo hệ thống thu năng lượng mặt trời tự động điều chỉnh theo cường độ ánh nắng
Mang hình dáng của những bơng hoa khổng lồ, hệ thống Sun Flowers có khả năng
tự động quay về hướng mặt trời trong cả ngày, nhằm thu được lượng điện năng nhiều
nhất có thể. Với phần thân dài hơn 10 mét, “bơng hoa” này có tất cả 14 “cánh”, với
hàng loạt các tấm pin mặt trời khác nằm gọn ở trung tâm.
Hiện Sun Flowers đã được lắp đặt thử nghiệm tại khuôn viên trường MUSE School
(Mỹ), với khả năng sản xuất lượng điện vào khoảng 260 kWh mỗi ngày.
Điện năng này đủ cung cấp từ 75 đến 90% nhu cầu điện của nhà trường. Kể từ khi
các “bông hoa” mặt trời được lắp đặt và có hình dạng như những chiếc ô, chúng cũng
cung cấp nhiều bóng mát cho học sinh thư giãn bên dưới.
➢ Cánh đồng pin năng lượng mặt trời ở Maroc.
Hình 1. 5: Hệ thống pin năng lượng mặt trời ở Maroc.
Hệ thống gồm 500.000 tấm kính mặt trời hình lưỡi liềm, cao 12m hiện diện trên sa
mạc theo 800 dãy để hạn chế hư hại va đập từ gió cát sa mạc. Cơng nghệ kính được sử
dụng tại đây có ưu điểm tiết kiệm diện tích và chi phí so với những tấm pin quang điện
phổ biến hiện nay, lại vừa có khả năng tiếp tục tạo ra năng lượng ngay cả khi mặt trời
đã lặn.
Lý do chọn đề tài.
Đối với loài người, năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng vô tận và quý báo.
Chúng ta đã biết tận dụng nguồn năng lượng tái tạo này dựa trên các tấm pin mặt trời để
tạo ra nhiều sản phẩm phục vụ cho lợi ích cá nhân như : hệ thống nước nóng, phương
tiện đi lại, hệ thống đèn chiếu sáng, hệ thống điện trong dân dụng...
Tuy nhiên hiệu suất tối đa của tấm pin quang điện này chỉ đạt tối đa là 17,6% so với
nhiệt lượng mà nó nhận được từ mặt trời. Do giá thành đắt đỏ và hiệu suất khơng cao
SVTH: Nguyễn Hồng Thiện & Hoàng Quý Quyền
GVHD: ThS.Trần Ngọc Hải
11
Thiết kế, chế tạo hệ thống thu năng lượng mặt trời tự động điều chỉnh theo cường độ ánh nắng
nên pin quang điện chưa được sự quan tâm nhiều ở các nước đang phát triển.
Vì vậy, vấn đề là làm sao để nâng cao công suất tối ưu của pin mặt trời là
một việc làm thiết yếu nhất.
Từ những yêu cầu đó nhóm quyết định tiến hành lên ý tưởng và tiến hành
thực hiện đề tài “Thiết kế, chế tạo hệ thống thu năng lượng mặt trời tự động
điều chỉnh theo cường độ ánh nắng”. Hệ thống sẽ điều hướng về vị trí nhận
được năng lượng mặt trời lớn nhất.
Cấu trúc của đồ án.
Đồ án gồm có 5 phần chính với các nội dung như sau:
➢ Tổng quan các vấn đề và tính cấp thiết của đề tài : Trong phần này sẽ giới thiệu
tổng quát về hệ thống. Trình bày tính cấp thiết và các ứng dụng về đề tài đã lựa
chọn. Từ đó, kết luận lý do lựa chọn đề tài.
➢ Thiết kế phương án và sơ đồ động học toàn máy: Phần này sẽ đưa ra các phương
án thiết kế, phân tích ưu nhược điểm của từng phương án. Từ đó, chọn phương
án phù hợp để tiến hành thực hiện tính tốn cơ cấu và chế tạo hệ thống hướng
sáng cho tấm pin mặt trời.
➢ Tính tốn sức bền và thiết kế các kết cấu chính của máy.
➢ Thiết kế hệ thống điều khiển. Thiết kế mạch, lựa chọn linh kiện và lập trình.
➢ Nghiên cứu thực nghiệm: đo lường thực nghiệm và đánh giá hiệu quả so với
phương pháp bình thường.
➢ Kết luận và hướng phát triển: Đánh giá kết quả đạt được. Nêu cách khắc phục
những hạn chế, hướng phát triển đề tài.
1.4. Nhận xét:
Nội dung đã thực hiện bao gồm:
-
Thông tin tổng quát về nguồn năng lượng điện tại Việt Nam, những thuận
lợi, khó khăn trong lúc đầu tư, khai thác các nguồn năng lượng.
Giới thiệu được đề tài và tính cấp thiết của đề tài.
Đưa ra được cấu trúc của đồ án.
SVTH: Nguyễn Hoàng Thiện & Hoàng Quý Quyền
GVHD: ThS.Trần Ngọc Hải
12
Thiết kế, chế tạo hệ thống thu năng lượng mặt trời tự động điều chỉnh theo cường độ ánh nắng
THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN VÀ SƠ ĐỒ ĐỘNG HỌC TOÀN
MÁY
Trong phần này nhóm sẽ đưa ra các phương án cho phần cơ khí từ đó phân tích ưu
nhược điểm và chọn phương án phù hợp nhất.
2.1. Chọn bậc tự do.
Phương án 1 : Cơ cấu một bậc tự do.
• Đặc điểm : cơ cấu cơ khí với một bậc tự do. Tấm pin năng lượng mặt trời
sẽ được điều khiển quay quanh trục Ox. Tâm pin sẽ quay để nhận được
năng lượng lớn nhất có thể vào các thời điểm trong ngày.
Hình 2. 1: Sơ đồ động cơ cấu một bậc tự do
➢ Ưu điểm:
▪ Với cơ cấu một bậc tự do thì dễ dàng trong quá trình thiết kế và q
trình gia cơng.
▪ Tiết kiệm một cơ cấu truyền động. Dễ dàng hơn để lập trình điều
khiển.
➢ Nhược điểm:
▪ Năng lượng nhận được của tấm pin không được cao so với phương
án 2.
▪ Cơ cấu điều khiển không tối ưu chưa có nhiều cải tiến vượt bậc so
SVTH: Nguyễn Hồng Thiện & Hoàng Quý Quyền
GVHD: ThS.Trần Ngọc Hải
13
Thiết kế, chế tạo hệ thống thu năng lượng mặt trời tự động điều chỉnh theo cường độ ánh nắng
với cơ cấu tĩnh.
▪ Công suất cung cấp chưa đạt giá trị mong muốn.
Phương án 2 : cơ cấu hai bậc tự do.
➢ Đặc điểm : Cơ cấu cơ khí có hai bậc tự do. Tâm pin năng lượng mặt trời
sẽ được điều khiển quay quanh trục Ox và quay quanh trục Oz. Tấm pin
sẽ quay để nhận được năng lượng lớn nhất vào các thời điểm trong ngày.
Hình 2. 2: Sơ đồ động cơ cấu hai bậc tự do
➢ Ưu điểm:
▪ Với cơ cấu hai bậc tự do thì năng lượng nhận được sẽ lớn nhất .
▪ Công suất tạo ra từ tấm pin sẽ lớn nhất
▪ Thỏa mãn tính tối ưu về u cầu cơng nghệ.
▪ Mang tính đột phá trong hướng đi mới về pin năng lượng mặt trời.
➢ Nhược điểm:
▪ Tốn nhiều nguyên vật liệu hơn và q trình điều khiển sẽ có phần
phức tạp hơn ở phương án 1. Tuy nhiên nhược điểm này có thể
chấp nhận để đổi lại một công suất cao hơn so với phương án trên.
Lựa chọn phương án :
Qua phân tích các ưu nhược điểm của cả hai phương án thì nhóm tiến hành
chọn phương án thứ hai để thực hiện đề tài. Mỗi phương án đều có những ưu và
nhược điểm khác nhau nhưng vấn đề đặt lên hàng đầu là khả năng cung cấp cơng
SVTH: Nguyễn Hồng Thiện & Hoàng Quý Quyền
GVHD: ThS.Trần Ngọc Hải
14
