ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang i
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học:
Cán bộ chấm phản biện: ……………………………………….
Đồ án tốt nghiệp được bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG
ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
Ngày…. tháng…….năm 2013
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang ii
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP
NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: MSSV:
MSSV:
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện – Điện Tử Mã ngành: 01
Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1
Khóa học: 2007 – 2012 Lớp: 07101BD
I. TÊN ĐỀ TÀI: “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐỊNH HƯỚNG PIN NĂNG
LƯỢNG MẶT TRỜI”
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
ThS. Nguyễn Đình Phú
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang iv
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
ĐHSPKT, Ngày….tháng…năm 2013
Giáo viên phản biện
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN iii
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iv
Phần A.GIỚI THIỆU v
LỜI MỞ ĐẦU vi
2.7.1 Giới thiệu 27
2.7.2 Đặc điểm 27
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2.7.3 Phương pháp thiết kế 28
2.7.4 Hiệu suất của hệ thống 32
2.7.5 Những nhược điểm của hệ thống định hướng 35
CHƯƠNG III: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 36
3.1 Tổng quan về họ vi điều khiển AT89S52 36
3.2 Cấu trúc của vi điều khiển AT89S52 37
3.3 IC LM324N 42
CHƯƠNG IV. THIẾT KẾ THỰC THI 43
4.1 Thiết kế hệ thống 43
4.1.1 Động cơ DC 43
4.1.2 Mạch cầu H 44
4.1.3 Cảm biến và xử lý tín hiệu 45
4.2 Thiết kế mạch điều khiển: 48
4.3 Khối nguồn 49
CHƯƠNG V. LƯU ĐỒ - CHƯƠNG TRÌNH 51
5.1 Sơ đồ khối 51
5.2 Sơ đồ mạch in 51
5.3 Lưu đồ 52
5.4 Chương trình 53
CHƯƠNG VI: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU-KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT
TRIỂN 54
6.1Kết quả nghiên cứu 54
6.2 Kết luận và hướng phát triển 54
Phần C. PHỤ LỤC 55
Tài liệu tham khảo 56
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
LIỆT KÊ HÌNH ẢNH
Hình 4.7: Khối vi điều khiển AT89S52 49
Hình 4.8: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 50
Hình 5.1 Sơ đồ khối toàn mạch 51
Hình 5.2: Sơ đồ mạch in hoàn chỉnh 51
LIỆT KÊ BẢNG
Trang
Bảng 2.1: So sánh chỉ tiêu chất lượng của các topology cho bộ biến đổi DC-
DC 23
Bảng 2.2: So sánh dòng điện giữa có định hướng và không có định hướng 34
Bảng 3.1: Chức năng chuyển đổi đặc biệt 38
Bảng 3.2: Các cờ ngắt 40
Bảng 3.3: Các địa chỉ ngắt 40
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Phần A
GIỚI THIỆU
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
LỜI MỞ ĐẦU
So với những nguồn năng lượng mới đang được khai thác sử dụng như năng
lượng gió, năng lượng hạt nhân… Năng lượng mặt trời được coi là một nguồn năng
lượng rẻ, vô tận, là một nguồn năng lượng sạch không gây hại cho môi trường đang
thu hút 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 (Hệ pin mặt trời) có nhiều ưu điểm như không cần nguyên liệu,
không gây ô nhiễm môi trường, ít phải bảo dưỡng, không gây tiếng ồn… Hiện nay
năng lượng mặt trời đã được khai thác và đưa vào ứng dụng trong cuộc sống cũng
như trong công nghiệp dưới nhiều dạng và hình thức khác nhau, thông thường để
cấp nhiệt và điện.
Một hệ pin mặt trời sử dụng năng lượng mặt trời cơ bản bao gồm 2 loại: Hệ
pin mặt trời làm việc độc lập và hệ pin mặt trời làm việc với lưới. Tùy theo điều
kiện về nhu cầu sử dụng và vị trí địa lý lắp đặt mà hệ nào được ứng dụng. Trong
giúp đỡ của thầy giáo. Qua đây em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy
NGUYỄN ĐÌNH PHÚ đã hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình làm đồ án
tốt nghiệp nay.
Sinh viên thực hiện đề tài
Nguyễn Thiện Thanh Khang
Nguyễn Thị Ngọc Châu
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
LỜI CẢM ƠN
Kiến thức trong lĩnh vực điện tử vô cùng phong phú, mỗi lĩnh vực điều phục
vụ cho nhu cầu của cuộc sống và sinh hoạt. Do đó việc trau dồi, bổ sung kiến thức
cả về lý thuyết lẫn thực tiễn rất cần cho sinh viên chuẩn bị tốt nghiệp ra trường.
Thực hiện một đồ án tốt nghiệp sẽ giúp cho sinh viên trang bị thêm những kỹ năng
lý thuyết và thực hành từ đó có thể làm việc tốt nhất khi ra môi trường thực tế bên
ngoài. Với kiến thức hạn hẹp được học trên ghế nhà trường và kỹ năng thực hành
chưa được tốt, nhưng với sự giúp đỡ tận tình, chỉ bảo của các thầy cô trong khoa đã
giúp đỡ cho em hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp được giao.
Trong đó, đặc biệt em xin chân thành cảm ơn sâu sắc nhất đến với thầy
Nguyễn Đình Phú trong thời gian vừa qua đã không ngại về thời gian và công sức
đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em rất nhiều về kiến thức cũng như chuyên môn,
giúp em hoàn thành tốt được đề tài. Sản phẩm tuy chưa được tốt về mặt thẩm mỹ,
chi phí làm ra sản phẩm còn quá cao nhưng đó cũng là công sức giữa thầy và trò
cùng nhau hoàn thiện, giúp cho em hiểu để làm ra được một sản phẩm cần phải trải
qua nhiều lần nghiên cứu nữa thì sản phẩm mới đảm bảo được tốt nhất về kỹ thuật
cũng như làm thế nào để hạ giá thành sản phẩm mới đáp ứng tốt nhu cầu thực tiễn.
Đồng thời em cũng xin cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa đã tận tình dạy
dỗ em trong những năm học vừa qua đã giúp em có những kiến thức cơ sở để làm
đồ án này.
Xin chân thành cảm ơn!
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Sinh viên thực hiện đề tài
LƯỢNG MẶT TRỜI” nhằm phát triển hệ thống nguồn năng lượng sạch, tiết kiệm
chi phí và nâng cao chất lượng đầu tư hệ thống điện năng lượng mặt trời.
1.4 Nhiệm vụ của đề tài
Năng lượng mặt trời (NLMT) được khai thác chủ yếu hiện nay là biến đổi
trực tiếp thành điện năng nhờ các tế bào quang điện. Các tế bào quang điện ghép
CHƯƠNG I. DẪN NHẬP
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 3
với nhau tạo thành Pin mặt trời. Một trong những nhiệm vụ cơ bản được đặt ra
trong khai thác nguồn NLMT là lưu trữ bởi lý do chính như sau:
(1) Nguồn NLMT không ổn định hoặc yếu vì vậy không đảm bảo cung cấp
đủ công suất để được biến đổi trực tiếp thành điện theo nhu cầu tiêu thụ.
(2) Nguồn NLMT dư thừa có thể được tích trữ để sử dụng khi có nhu cầu.
(3) Nâng cao hiệu suất nhận được năng lượng của pin mặt trời.
Hệ thống năng lượng mặt trời có sơ đồ khối cấu trúc sau:
Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống năng lượng mặt trời
Bộ nạp NLMT thực hiện quá trình điều tiết luồng năng lượng từ pin mặt trời
dẫn vào acqui để tích trữ. Sau đó bộ DC – DC sẽ biến đổi điện áp 48V thành 400V
và bộ DC – DC sẽ nghịch lưu ra thành điện áp 380V xoay chiều. Bộ nạp NLMT
nhằm tối ưu hóa quá trình nạp nhằm đảm bảo tích trữ được công suất lớn nhất.
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Trong nghiên cứu thiết kế hệ thống nạp các vấn đề được quan tâm bao gồm:
Mức điện áp của hệ acqui (thường ở các mức 12V, 24V, 48V), đầu
vào là điện áp ra của pin mặt trời có dòng và áp thay đổi theo điều
kiện chiếu sáng của mặt trời.
Acqui và các phương pháp phóng nạp theo nguyên tắc hoạt động của
công nghệ.
Cải thiện nâng cao hiệu suất thu NLMT bằng cách tự động thay đổi
hướng của pin mặt trời nhằm bám theo mặt trời để thu được hiệu suất
cao nhất.
Thời gian và các phương pháp nạp cho Acquy.
1.5 Phương pháp nghiên cứu
CHƯƠNG I. DẪN NHẬP
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 5
Nghiên cứu phương pháp nhận biết vị trí mặt trời, dùng quang trở nhằm đơn
giản hóa chi phí thiết kế hệ thống.
Thiết kế mạch điều khiển tấm pin năng lượng theo vị trí mặt trời.
Nghiên cứu các bộ biến đổi DC-DC cấu trúc mạch Cuk để tạo ra giá trị điện
áp 48V nạp cho acquy.
CHƯƠNG I. DẪN NHẬP
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 6
CHƯƠNG II. TỔNG QUAN VỀ
HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI
2.1. Giới thiệu về pin mặt trời
2.1.1. Định nghĩa
Pin mặt trời còn gọi là pin quang điện là thiết bị ứng dụng hiệu ứng quang
điện trong bán dẫn (thường gọi là hiệu ứng quang điện trong – quang dẫn) để tạo ra
dòng điện một chiều từ ánh sáng mặt trời. Loại pin mặt trời thông dụng nhất hiện
nay là loại sử dụng Silic tinh thể. Tinh thể Silic tinh khiết là chất bán dẫn điện rất
kém vì các điện tử bị giam giữ bởi liên kết mạng, không có điện tử tự do. Khi bị ánh
sáng hay nhiệt độ kích thích, các điện tử bị bứt ra khỏi liên kết, hay là các điện tử
tích điện âm nhảy từ vùng hoá trị lên vùng dẫn và để lại một lỗ trống tích điện
dương trong vùng hoá trị. Lúc này chất bán dẫn mới dẫn điện. Có 3 loại pin mặt trời
làm từ tinh thể Silic:
− Một tinh thể hay đơn tinh thể module. Đơn tinh thể này có hiệu suất tới
16%. Loại này thường đắt tiền do được cắt từ các thỏi hình ống, các tấm
đơn thể này có các mặt trống ở góc nối các môdule.
− Đa tinh thể làm từ các thỏi đúc từ Silic nung chảy, sau đó được làm nguội
và làm rắn. Loại pin này thường rẻ hơn loại đơn tinh thể, nhưng lại có hiệu
suất kém hơn. Tuy nhiên chúng có thể tạo thành các tấm vuông che phủ bề
mặt nhiều hơn loại đơn tinh thể bù cho hiệu suất thấp của nó.
trời. Để đạt được hiệu năng tốt nhất, những tấm năng lượng phải luôn được phơi
nắng và hướng trực tiếp đến mặt trời. Hiệu suất thu được điện năng từ pin mặt trời ở
các vùng miền vào các giờ trong ngày là khác nhau, do bức xạ mặt trời trên bề mặt
trái đất không đồng đều nhau. Hiệu suất của pin mặt trời phụ thuộc vào nhiều yếu
tố:
− Chất liệu bán dẫn làm pin.
− Vị trí đặt các tấm panel mặt trời.
− Thời tiết khí hậu, mùa trong năm.
− Thời gian trong ngày: sáng, trưa, chiều.
Các tấm năng lượng mặt trời được lắp đặt ở ngoài trời nên thiết kế sản xuất đã
đảm bảo được các thay đổi của khí hậu, thời tiết, mưa bão, sự ăn mòn của nước
biển, sự oxi hoá… Tuổi thọ của mỗi tấm pin khoảng 25 đến 30 năm.
2.2. Cách ghép nối các tấm năng lượng mặt trời
Như ta đã biết các môđun pin mặt trời đều có công suất và hiệu điện thế xác
định từ nhà sản xuất. Để tạo ra công suất và điện thế theo yêu cầu thì phải ghép nối
nhiều tấm môdun đó lại với nhau. Có hai cách ghép cơ bản:
− Ghép nối tiếp các tấm mođun lại sẽ cho điện áp ra lớn hơn.
− Ghép song song các tấm môđun lại sẽ cho dòng điện ra lớn.
Trong thực tế phương pháp ghép hỗn hợp được sử dụng nhiều hơn để đáp ứng cả
yêu cầu về điện áp và dòng điện.
2.2.1 Phương pháp ghép nối tiếp các tấm môdun mặt trời.
Giả sử các môđun đều giống hệt nhau, có đường đặc tính V-A giống hết nhau,
các thông số dòng đoản mạch , thế hở mạch bằng nhau. Giả sử cường độ
chiếu sáng trên các tấm là đồng đều nhau. Khi ghép nối tiếp các tấm môđun này ta
sẽ có:
CHƯƠNG II. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 9
Hình 2.2: Ghép nối tiếp hai môđun pin mặt trời
Khi đó ta sẽ có:
I = = = … =
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 11
hơn sẽ biến thành nhiệt, làm nóng tấm pin này lên và có thể dẫn tới hư hỏng. Hiện
tượng điểm nóng này chỉ xảy ra trên các pin yếu hơn các pin khác trong hệ, dẫn tới
sự hư hỏng hệ hay làm giảm đáng kể hiệu suất biến đổi quang điện của hệ. Để
tránh hiệu ứng điểm nóng này, khi thiết kế phải ghép các tấm pin mặt trời cùng
loại, có cùng các thông số đặc trưng trong một dàn pin mặt trời. Vị trí đặt dàn phải
tránh các bóng che do cây cối, nhà cửa hay các vật cản khác trong những ngày có
nắng cũng như bảo vệ tránh bụi bẩn phủ bám lên một vùng nào đấy của tấm pin và
có thể sử dụng các điốt bảo vệ.
Hình 2.4: Điốt nối song song với môđun để bảo vệ môđun và dàn pin mặt trời.
Nhìn trên hình vẽ 1.8 giả sử pin Ci là pin yếu nhất được bảo vệ bằng điốt
phân cực thuận chiều với dòng điện trong mạch mắc song song. Trong trường hợp
hệ làm việc bình thường, các pin mặt trời hoạt động ở điều kiện như nhau thì dòng
trong mạch không qua điốt nên không có tổn hao năng lượng. Khi có sự cố xảy ra,
vì một nguyên nhân nào đó mà pin Ci bị che và bị tăng nhiệt độ, điện trở của Ci
tăng lên, lúc này một phần hay toàn bộ dòng điện sẽ rẽ qua Diốt để tránh gây hư
hỏng cho Ci. Thậm chí khi Ci bị hỏng hoàn toàn thì hệ vẫn có thể tiếp tục làm việc.
2.3 Hệ thống pin mặt trời.
Hệ pin mặt trời (hệ PV – photovoltaic system) nhìn chung được chia thành 2
loại cơ bản:
CHƯƠNG II. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 12
− Hệ PV làm việc độc lập.
− Hệ PV làm việc với lưới.
Hệ PV độc lập thường được sử dụng ở những vùng xa xôi hẻo lánh, nơi mà lưới
điện không kéo đến được. Sơ đồ khối của hệ này như sau:
CHƯƠNG II. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI
Copyright: Tài liệu đại học ©