Nâng cao hiệu suất quang điện của tấm pin năng lượng mặt trời độc lập

NGHIÊN CỨU TRAO ĐỔI

NÂNG CAO HIỆU SUẤT QUANG ĐIỆN CỦA TẤM PIN
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỘC LẬP
OPTIMIZING THE EFFICIENCY OF PHOTOVOLTAIC SYSTEM
Lê Minh Tân1
Tóm tắt:
Theo nghiên cứu về việc ứng phó với biến đổi khí hậu và mơi trường. Hiện nay năng lượng mặt trời
trở nên thực sự quan trọng.
Vấn đề tối ưu hóa hiệu quả của hệ thống điện năng lượng mặt trời là vấn đề đặt ra của nhiều nhà
khoa học. Các tấm Pin năng lượng mặt trời dưới tác động của ánh sáng sẽ làm cho nhiệt độ tăng và giảm
hiệu suất.
Do đó dùng hệ thống giám sát và kết hợp với nước làm mát để làm tăng hiệu suất Pin so với hiện
tại là một phương pháp được nghiên cứu. Vì nó đơn giản và hiệu quả có thể áp dụng trong cuộc sống
hàng ngày.
Từ khóa: Tấm Pin năng lượng mặt trời; Vi điều khiển giám sát hệ thống
Abstract:
According to research on coping with climate change and environment. Solar energy becomes really
important in everyday life today.
The problem of optimizing the efficiency of solar power systems is a problem for many scientists.
Solar panels under the action of light will cause temperatures to increase and reduce performance.
Therefore, using a monitoring system and combining with cooling water to increase battery
performance compared to the present is a simple and effective research method. Because it can be
applied in everyday life.
Keywords: PV Photovoltaic; Arduino
1. Đặt vấn đề
Một trong những nguồn năng lượng tái tạo phổ biến được sử dụng phổ biến là năng lượng mặt trời.
Pin năng lượng mặt trời có loại thông thường là Poly và Mono. Tuy nhiên, cả 2 chỉ đạt hiệu suất từ 1520%. Nhiều nhà nghiên cứu trên muốn cải thiện hiệu quả của nó.
Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu: Chẳng hạn như việc sử dụng nước làm mát để làm giảm nhiệt
độ ở bề mặt sau của tấm Pin để cải thiện 4,7-5,2% [1, 2] ; Phun nước trên bề mặt của tấm Pin cũng làm
tăng 3,6-12,5%[3]; Đối lưu khơng khí cũng được áp dụng để nâng cao hiệu quả 4-6% [4];

Khi sử dụng phương pháp xoay (tracking) theo dõi mặt trời, để cường độ ánh sáng tối đa bằng cách
làm cho bề mặt tấm Pin vng góc với ánh sáng thì hiệu quả của nó cũng có thể đạt được lên đến xấp xỉ
20% [5-6]. Tuy nhiên, dùng hai trục theo dõi mặt trời thì hiệu quả sẽ tăng khoảng 45% [7].
Việc theo dõi và điều khiển có thể thơng qua hệ thống giám sát Arduino được tích hợp, làm hiệu suất
Pin đạt hiệu quả cao hơn [8]. Đặc biệt, với nhiều thuật tốn được điều khiển, có thể được áp dụng cho
các hệ thống điện năng lượng mặt trời [9-10].
80 Soá 39 - Quý I năm 2020


NGHIÊN CỨU TRAO ĐỔI
Trong nghiên cứu này, hai trường hợp: Một là đặt tấm Pin vng góc với ánh sáng mặt trời và làm
giảm nhiệt độ của nó bằng nước; Hai là điều khiển bằng Arduino để nâng cao hiệu suất của hệ thống kết
hợp với việc tạo trục xoay (tracking). Các tài liệu và phương pháp được đề xuất có thể được ứng dụng
cho các cơng trình hiện tại và tương lai.
2. Vật liệu và phương pháp
Hai tấm Pin Poly 280W được sử dụng trong nghiên cứu này là CS6K 280P, Canadian Solar của Việt
Nam. Một tấm đặt cố định và tấm thứ hai được điều khiển theo dõi và làm mát bằng nước.
Để theo độ ánh sáng đạt mức tối ưu có thể dùng hai động cơ DC với bánh răng; Arduino ATMega
2560 , và bốn cảm biến phụ thuộc ánh sáng (LDR). Bốn cảm biến hoạt động để theo dõi cường độ ánh
sáng mặt trời.
Động cơ đầu tiên được điều khiển để xoay 3600, động cơ thứ hai có thể xoay 900 ln chuyển bởi
việc kiểm sốt cường độ ánh sáng do bốn cảm biến hấp thụ. Điện áp đầu ra của hai tấm Pin được đo bằng
tỷ lệ lấy mẫu thời gian 1 phút bằng cách sử dụng thiết bị đo điện áp (F205, Chauvin Arnoux). Các thí
nghiệm được thực hiện trên cơ sở tiến hành theo thời gian để có được ánh sáng mặt trời tối đa.

Hình 1. Tấm Pin được đặt cố định.

Hình 2. Tấm Pin được đặt trên trục xoay và làm mát bằng nước.
Thông tin KH - GD Trường Đại học Xây dựng Miền Tây

81


NGHIÊN CỨU TRAO ĐỔI
Để đánh giá hiệu quả của phương pháp này, sử dụng công thức

Sản lượng điện tối đa - Watt (W), E biểu thị lượng bức xạ trên mét vuông (W/m2). Theo các thông
số của nhà sản xuất E = 800 (W/m2).
3. Kết quả và quá trình nghiên cứu

Hình 3. Sơ đồ so sánh điện áp, dịng điện và cơng suất ngõ ra
trong trường hợp có và khơng có điều khiển tracking.
Kết quả hiện tại, điện áp đầu ra, và công suất đầu ra trong 2 trường hợp cho thấy công suất đầu ra
là cao hơn. Tuy nhiên, điện áp đầu ra của hai tấm Pin là không giống nhau. Thêm vào đó, cường độ ánh
sáng mặt trời cũng khác nhau. Do đó, điện áp đầu ra ít hơn tiêu chuẩn của nhà sản xuất.
Để nâng cao hiệu quả, nước được bơm dưới tấm Pin để giảm nhiệt độ, tạo ra từ các bức xạ ánh sáng
mặt trời. Nước được lưu trữ, bơm và chảy liên tục bên dưới.

82 Số 39 - Quý I năm 2020


NGHIÊN CỨU TRAO ĐỔI

Hình 4. So sánh các điện áp đầu ra dịng điện và cơng suất kết hợp với trục xoay,
nước làm mát và hệ thống giám sát tối ưu.
Kết quả cho thấy sự kết hợp của việc sử dụng giám sát, điều khiển hướng xoay của mặt trời và
nước bơm là tối ưu. Sản lượng thu được cao hơn so với việc đặt tấm Pin cố định. Theo nghiên cứu
thực nghiệm thì hiệu suất tăng, đạt 4,23% phù hợp với các nghiên cứu trước đó [3, 11, 12]. Tuy nhiên
trong tương lai có thể tin rằng hiệu quả của tấm Pin có thể đạt đến 15%. Vì các nghiên cứu trước
đây đã chỉ ra rằng nếu nước được phun lên trên bề mặt của tấm Pin, các hiệu quả có thể tăng 12,5%

[13-14].
Trong nghiên cứu này có một số khó khăn là do nhiệt độ của cả hai tấm Pin khơng đo được. Do đó,
mối quan hệ giữa nhiệt độ của tấm Pin và công suất đầu ra khơng có sự so sánh. Tuy nhiên, nhiệt độ nước
bơm và vị trí của tấm Pin có thể khơng đạt tối ưu.
Các chỉ số hiện tại như: Điện áp đầu ra, công suất đầu ra, hiệu suất được khai thác từ xa. Do đó, trong
tương lai việc giám sát sẽ được thuận tiện hơn.
4. Kết luận
Với nghiên cứu này, thông qua Arduino để kiểm tra và so sánh dữ liệu điều khiển, kết hợp bơm nước
làm mát. Cho ta thấy rằng phương pháp này có thể cải thiện khoảng 20% ​​năng lượng và 4% về hiệu quả
so với truyền thống là các hệ Pin cố định.
Thoâng tin KH - GD Trường Đại học Xây dựng Miền Tây

83


NGHIÊN CỨU TRAO ĐỔI
Tài liệu tham khảo
[1]. M. Kolhe, D. Bin, E. Hu, Int J. Smart Grid Clean Energy 2, 2013.
[2]. M. Chandrasekar, S. Sivan, T. Senthilkumar, M.G.Karthikeyan, Energy Conversion and
Management 71, 2013.
[3]. M. Abdolzadeh, M. Ameri, Renewable Energy 34, 2009.
[4]. H.G. Teo, P.S. Lee, M.N.A. Hawlader, Appl. Energy 1, 2012.
[5]. G.C. Lazaroiu, M. Longo, M. Roscia, M. Pagano, Energy Conversion and Management 92,
2015.
[6]. S.A. Sharaf Eldin, M.S. Abd-Elhady, H.A. Kandil, Renewable Energy 85, 2016.
[7]. U. Sajjad, M. Amer, H.M. Ali, A. Dahiya, N.Abbas, Case Studies in Thermal Engineering
100420, 2019.
[8]. H.-D. Nguyen and T.H Huynh, 2018 18th International Conference on Control, Automation and
Systems (ICCAS 2018), 2018.
[9]. H.-D. Nguyen, K.-S. Hong, Proceedings of IEEE/ASME International Conference on Advanced

Intelligent Mechatronics (AIM), 2015.
[10]. H.‑ D. Nguyen, S.‑ H. Yoo , M.R. Bhutta, K.‑ S.Hong, Biomedical Engineering Online 17,
2018
[11]. H.G. Teo, P.S. Lee, M.N.A. Hawlader, Appl. Energy 1, 2012.
[12]. U. Sajjad, M. Amer, H.M. Ali, A. Dahiya, N. Abbas, Case Studies in Thermal Engineering
2019.
[13]. G. Fraisse, C. Ménézo, K. Johannes, Sol. Energy 81, 2007.
[14]. M.A. Bashir, H.M. Ali, K.P. Amber, M.W. Bashir, A. Hassan, S. Imran, M. Sajid, Therm. Sci.
2016.
Ngày nhận bài: 20/02/2020
Ngày gửi phản biện: 04/3/2020
Ngày chấp nhận đăng: 20/3/2020
1

Trường ĐHXD Miền Tây.



84 Số 39 - Quý I năm 2020