LỜI CẢM ƠN
Qua một thời gian nghiên cứu và thưc hiện, đến nay đồ án tốt nghiệp với đề
tài: “THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BÁM CHO MODULE PIN
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI” do giảng viên -Thạc sĩ Đoàn Văn Điện hướng
dẫn đã được hoàn thiện. Trong suốt thời gian nghiên cứu và theo đuổi đề tài,
chúng em đã gặp một số vướng mắc nhất định và đã nhận được nhiều sự giúp
đỡ nhiệt thành và quý báu
Trước tiên, cho phép chúng em gửi lời cảm ơn sâu sắc tới giảng viên - Thạc
sĩ Đoàn Văn Điện đã tin tưởng giao đồ án, chỉ đạo và hướng dẫn tận tình
trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Chúng em xin được bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới các giảng viên
Nguyễn Thành Long, Nguyễn Ngọc Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho
chúng em được làm việc tại phòng thí nghiệm đo lường và điều khiển góp
phần quan trọng để hoàn thiện đề tài.
Chúng em cũng xin được gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo trong khoa
Điện-Điện tử, các anh chị lớp ĐK1, các bạn sinh viên lớp ĐK2 đã động viên,
góp ý, tạo điều kiện thuận lợi nhất giúp cho chúng em được hoàn thành đề tài
đúng tiến độ được giao.
Đây là một đề tài mới ở Việt Nam trong khi năng lực của nhóm còn hạn
chế nên việc tìm thêm nhiều tài liệu làm giàu cho đồ án còn thiếu sót. Chúng
em rất mong nhận được nhiều hơn nữa ý kiến phê bình của các thầy cô giáo,
sự chia sẻ tài liệu của các bạn sinh viên để chúng em có thể hoàn thiện hơn
kiến thức của mình.
Chúng em xin chân thành cảm ơn.
1
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN 1
MỤC LỤC 2
MỞ ĐẦU 5
PHẦN 1
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 7

3.5 Bộ tích trữ năng lượng(Ắc quy) 37
3.5.1 Quá trình hoá học trong ắc quy Chì/ Acid 37
3.5.2 Các sự cố thường gặp ở ắcquy và cách khắc phục 38
3.5.3 Bộ điều khiển nạp cho ắc quy 39
3.6 Bộ nghịch lưu điện áp 41
3.6.1 Tính toán và thiết kế mạch lực 42
3.6.2Tính toán và thiết kế mạch điều khiển 44
PHẦN 4
TÌM HIỂU PHÀN MỀM LABVIEW, CARD PCI-1710,
ỨNG DỤNG CÔNG CỤ ĐO LƯỜNG ẢO - LABVIEW
ĐO BỨC XẠ MẶT TRỜI, ĐO SỨC GIÓ, ĐO ĐỘ ẨM… 48
4.1 Tổng quan hệ thống đo lường ảo Labview 48
4.2 Các thành phần của Labview ứng dụng 50
4.2.1 Bảng giao diện (The Front Panel) 50
4.2.2. Sơ đồ khối (The Block Diagram) 52
4.2.3. Biểu tượng và ô vuông đầu nối 54
4.3 Những công cụ lập trình LabVIEW 54
4.3.1. Tools Palette 54
4.3.2 Bảng điều khiển (Controls Palette) 56
4.3.3. Bảng các hàm chức năng (Function palette) 58
3
4.4 Giới thiệu Labview 8.5 66
4.4.1 Nền tảng kiểm tra và đo lường tự động 66
4.4.2 LabVIEW 8.5 67
4.5 Giới thiệu Card PCI-1710 69
4.5.1 Khái quát chung 69
4.5.2 Bảng mô tả tín hiệu kết nối vào / ra : 71
4.6 Sử dụng phần mềm Labview phiên bản 8.5 đo bức xạ năng lượng Mặt
Trời tác động lên hệ thống 74
4.6.1 Front Panel – Giao diện 74

nguồn năng lượng mới như năng lượng hạt nhân, năng lượng gió, năng lượng
Mặt Trời là vô cùng bức thiết bởi sự dồi dào, sẵn có và đặc biệt là không gây
ô nhiễm môi trường của các nguồn năng lượng này.
Đối với năng lượng Mặt Trời nói riêng thì nhân loại đã nghiên cứu và ứng
dụng nó từ những năm 40 của thế kỷ trước để chế tạo các Pin Mặt Trời cung
cấp năng lượng cho các vệ tinh nhân tạo. Tuy nhiên phải đến những năm 70,
sau cuộc khủng hoảng dầu lửa đầu tiên trên thế giới thì việc nghiên cứu, phát
triển và ứng dụng Pin năng lượng Mặt Trời mới được quan tâm thực sự và đã
5
phát triển mạnh mẽ từ đó đến nay. Ở các nước phát triển như Đức, Mỹ, Nhật
Bản thì việc sử dụng năng lượng Mặt Trời thay cho các nguồn năng lượng
khác đã trở nên phổ biến và nhận được nhiều sự ủng hộ. Còn với các nước
nghèo hoặc đang phát triển thì việc nghiên cứu, sử dụng các nguồn năng
lượng này mới chỉ đạt được các kết quả ban đầu, bởi chi phí ban đầu của một
“HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MỚI” là khá lớn và để có thể thay đổi được
thói quen sinh hoạt của người dân thì còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố
Riêng ở Việt Nam, các hoạt động nghiên cứu, ứng dụng và sử dụng các
nguồn năng lượng mới và năng lượng tái tạo nói chung cũng như năng lượng
Mặt Trời nói riêng trong những năm gần đây được triển khai khá mạnh mẽ.
Tuy nhiên chưa được sâu rộng và mới chỉ dừng ở quy mô các dự án giành cho
người nghèo được chính phủ và các tổ chức nước ngoài tài trợ, còn đối với
đại đa số người dân thì vẫn không muốn sử dụng nguồn năng lượng này do
chưa nhận thức được ích lợi của nó cũng như giá thành chi phí ban đầu là quá
cao trong khi thu nhập bình quân của người dân lại ở mức thấp? Vì vậy việc
nghiên cứu, triển khai cho sinh viên tiếp cận đối với các hệ thống ứng dụng
các nguồn năng lượng mới là việc cần được sớm thực hiện.
Mục đích nghiên cứu của đồ án:
Đồ án hoàn thành nhằm thoả mãn ba mục đích chính: Một là thiết kế thành
công hệ thống điều khiển bám cho Module pin năng lượng Mặt Trời. Hai là
thiết kế thành công hệ thống đo lường bức xạ năng lượng Mặt Trời, sức gió,

PHẦN 1
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
7
1.1 Cấu trúc và nguồn năng lượng Mặt Trời
Năng lượng Mặt Trời là một trong các nguồn năng lượng tái tạo quan trọng
nhất mà thiên nhiên ban tặng cho hành tinh chúng ta. Đồng thời nó cũng là
nguồn gốc của các nguồn năng lượng tái tạo khác như năng lượng gió, năng
lượng các dòng sông… Năng lượng mặt trời có thể nói là vô tận. Tuy nhiên
để khai thác, sử dụng nguồn năng lượng này cần phải biết các đặc trưng và
tính chất cơ bản của nó, đặc biệt khi tới bề mặt Trái Đất.
1.1.1 Cấu trúc Mặt Trời
Có thể xem mặt trời là một quả cầu khí cách quả đất 1,495.10
8
km. Từ Trái
Đất chúng ta nhìn mặt trời dưới một góc mở là 31’59. từ đó có thể tính được
bán kính của Mặt Trời là R=1,4.10
6
km, tức là bằng 109 lần đường kính Trái
Đất và do đó thể tích của Mặt Trời cũng lớn hơn thể tích của Trái Đất khoảng
130.10
4
lần. Từ định luật Vạn Vật Hấp Dẫn người ta cũng tính được khối
lượng của mặt trời là 1,989.10
27
tấn, lớn hơn khối lượng của Trái Đất là
33.10
14
lần. Mật độ trung bình của mặt trời là 1,4 g/cm
3
, lớn hơn khối lượng

16
tấn than đá tiêu chuẩn. Tuy vậy nhưng bề mặt của Trái
Đất chỉ nhận được một năng lượng rất nhỏ khoảng 17,57.10
16
J tương đương
6.10
6
tấn than đá.
1.1.2 Năng lượng Mặt Trời
Năng lượng Mặt Trời được sử dụng trên Trái Đất dưới nhiều dạng khác
nhau và hình thức khác nhau. Thực tế hiện nay, chúng ta sử dụng năng lượng
Mặt Trời để cấp nhiệt và điện:
+ Năng lượng mặt trời dưới dạng nhiệt: Sinh nhiệt, giữ nhiệt
+ Năng lượng mặt trời dưới dạng điện: Tạo ra Điện năng
Năng lượng Mặt Trời được xác định là sản phẩm của các phản ứng nhiệt
hạt nhân. Theo thuyết tương đối của Einstein và qua phản ứng nhiệt hạch,
khối lượng có thể chuyển thành năng lượng. Nhiệt độ mặt ngoài của Mặt Trời
khoảng 6000K(độ Kenvin), còn ở bên trong nhiệt độ có thể lên đến hàng triệu
độ. áp suất bên trong Mặt Trời lớn hơn 340.10
8
MPa. Do nhiệt độ và áp suất
bên trong Mặt Trời cao như vậy nên vật chất đã nhanh chóng bị ion hoá và
chuyển động với năng lượng rất lớn, chúng va chạm vào nhau và gây ra hàng
loạt các phản ứng hạt nhân. Người ta đã xác định nguồn năng lượng Mặt Trời
chủ yếu do hai loại phản ứng hạt nhân gây ra; đó là các phản ứng tuần hoàn
giữa các hạt nhân Cacbon và Nitơ(C-N) và phản ứng hạt nhân proton-proton.
Mặt trời là Nguồn năng lượng vô tận mà thiên nhiên ban tặng cho con
người, hiện hữu khắp nơi trên Trái Đất và là người bạn thân thiết của môi
trường. Vượt trên tất cả các dạng năng lượng khác, hiện nay năng lượng mặt
trời đang được chọn là nguồn năng lượng tốt nhất cho tương lai.

=0,8
µ
m
đến bước sóng ngắn
λ
=0,4
µ
m ta nhận thấy màu sắc của ánh sáng thay đổi
liên tục từ đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Mắt người nhạy nhất đối với
11
ánh sáng màu vàng có bước sóng
λ
=580nm. Sự phân bố năng lượng đối với
các bước sóng khác nhau cũng khác nhau.
Bảng 1.1.3a sau đây sẽ cho chúng ta thấy quan hệ giữa mật độ năng lượng
của bức xạ điện từ phụ thuộc vào bước sóng của nó, còn bảng 1.1.3b là mối
quan hệ giữa màu sắc ánh sáng và bước sóng của nó.
Bảng 1.1.3a: Phân bố phổ bức xạ Mặt Trời theo bước sóng
Quang phổ Bước sóng Mật độ năng lượng
(W/m2)
Tỷ lệ(%)
Tia vũ trụ
Tia X
Tia tử ngoại C
Tia tử ngoại B
Tia tử ngoại A
< 0,1nm
0,1nm
0,2
÷

m
µ
0,62
÷
0,78
m
µ
2,240.102
1,827.102
2,280.102
16,39
13,36
16,68
Tia hồng ngoại
0,78
÷
1,4
m
µ
1,4
÷
3,00
m
µ
3,0
÷
100,0
m
µ
4,125.102

năng lượng không đáng kể.
Bảng 1.1.3b:Màu sắc và bước sóng của ánh sáng Mặt Trời
Màu sắc Bước sóng(nm) Vùng sóng(nm)
Đỏ
Cam
Vàng
Xanh
Lam
Tím
700
620
580
510
470
420
640
÷
760
600
÷
640
550
÷
600
480
÷
550
450
÷
480

không bị thay đổi hướng khi đi xuyên qua lớp khí quyển. Hướng của tia trực
xạ phụ thuộc vào vị trí của Mặt Trời trên bầu trời, tức là phụ thuộc vào thời
gian và địa điểm quan sát.
Bức xạ khuyếch tán(hay nhiễu xạ): gọi tắt là tán xạ là các thành phần các
tia Mặt Trời bị thay đổi hướng ban đầu do các nguyên nhân như khúc xạ,
phản xạ, vì vậy hướng của nhiễu xạ không xác định được.
Do các quá trình hấp thụ, tán xạ, phản xạ của tia Mặt Trời xảy ra khi nó đi
qua lớp khí quyển nên cường độ bức xạ khi tới mặt đất phụ thuộc vào độ dài
đường đi của tia trong lớp khí quyển, độ dài này phụ thuộc vào độ cao của
Mặt Trời hay chính xác hơn là khoảng cách từ Mặt Trời đến Trái Đất ở mỗi
thời điểm trong ngày khác nhau thì cường độ năng lượng bức xạ Mặt Trời là
khác nhau. Ví dụ như ở thời điểm 12h trưa, khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt
Trời là ngắn nhất, vì vậy bức xạ năng lượng bị hấp thụ và tán xạ là ít nhất.
Còn khi Mặt Trời mọc hoặc lặn thì khoảng cách là xa Trái Đất nhất nên bức
xạ bị hấp thụ và tán xạ là nhiều nhất.
1.2.2 Đo lường bức xạ năng lượng Mặt Trời
Ngoài phương pháp xác định cường độ Mặt trời tại một điểm bất kì dựa
trên vị trí địa lý (độ cao Mặt trời) trong thực tế người ta đó chế tạo các dụng
cụ đo cường độ bức xạ mặt trời trực tiếp tại điểm cần đo. Thiết bị đo bức xạ
Mặt trời thường có 2 loại : đo trực xạ (pyrheliometer, actinometer) và đo tổng
xạ (pyranometer, solarimeter).
Ngày nay người ta dùng các đầu đo hiện đại sử dụng cảm biến hiện đại, cho
độ nhạy và độ chính xác cao hơn rất nhiều.
14
Hình 1.2.2a. Trực xạ kế
Hình 1.22b. Nhật xạ kế
Hình 1.2.2c. Đầu đo bức xạ dùng Sensor
15
PHẦN 2
PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ

1
< E
2
.(hình vẽ)
Khi chiếu một chùm tia sáng vào mức năng lượng E
1
, các lượng tử ánh
sáng hay còn gọi là Photon có năng lượng là hv( với h là hằng số Planck, và v
là tần số ánh sáng) sẽ bị điện tử hấp thụ và chuyển sang mức năng lượng cao
hơn là E
2.
. Ta có phương trình cân bằng năng lượng: hv= E
2- E
1

Trong các vật rắn, do tương tác rất mạnh của mạng tinh thể lên điện tử
vành ngoài nên mức năng lượng của nó bị tách ra nhiều mức năng lượng nhỏ
rất sát nhau và tạo thành các vùng năng lượng. Vùng năng lượng thấp bị các
điện tử chiếm giữ khi ở trạng thái cân bằng gọi là vùng hoá trị mà bờ trên của
nó có năng lượng Ev. Vùng năng lượng ở phía trên tiếp theo hoàn toàn trống
hoặc bị chiếm một phần nhỏ gọi là vùng dẫn, Vùng dưới của vùng có năng
lượng Ec. Cách ly giữa hai vùng hoá trị và vùng dẫn là một vùng cấm có độ
rộng năng lượng Eg, trong đó không có mức năng lượng nào cao nhất của
điện tử.
Khi chiếu sáng vật rắn có cấu trúc vùng năng lượng nói trên, Photon có
năng lượng hv tới hệ thống và bị điện tử ở vùng hoá trị hấp thụ và nó có thể
chuyển lên vùng dẫn để trở thành điện tử tự do e

λ
C
=
EvEc
hc
−
=
Eg
hc
=
)(
24,1
m
Eg
µ
Trong thực tế cá hạt dẫn bị kích thích e
-
và h
+
đều tự tham gia quá trình
“hồi phục”, chuyển động tới bờ của các vùng năng lượng: điện tử e
-
giải
phóng năng lượng để chuyển tới bờ vùng dẫn Ec , còn lỗ trống tới bờ vùng
dẫn Ev. Quá trình hồi phục chỉ xẩy ra trong một thời gian rất ngắn, cỡ 10
-12

÷

10

Đối với pin Mặt Trời làm từ vật liệu tinh thể Si, khi được chiếu sáng thì hiệu
điện thế hở mạch giữa hai bản cực khoảng 0,55V, dòng đoản mạch của nó
dưới bức xạ Mặt Trời 1000W/m
2
khoảng 30mA/cm
2
.
Ngoài pin làm từ vật liệu tinh thể Si, người ta còn nghiên cứu chế tạo thử
nghiệm từ các loại vật liệu khác có nhiều hứa hẹn như hệ bán dẫn hợp chất
nhóm 3-5, như hợp chất đồng-cadimi sunfit(CuCdS), Galium-Arsent(GaAs),
tuy nhiên hiện nay việc nghiên cứu và chế tạo các loại pin này mới chỉ
dừng ở quy mô thí nghiệm
Một hướng khác nhằm nâng cao hiệu suất biến đổi quang điện của pin Mặt
Trời là thiết kế, chế tạo các pin gồm một số lớp tiếp xúc p-n để tăng cường
khả năng hấp thụ proton có năng lượng khác nhau trong phổ bức xạ Mặt Trời.
2.3.2 Nguyên lý hoạt động
Khi chiếu sáng lớp tiếp xúc p-n, dưới tác dụng của ánh sáng có bước sóng
thích hợp và cường độ đủ mạnh, các cặp điện tử - lỗ trống được tạo thành, và
do tác dụng của điện trường tiếp xúc E
TX
nên các cặp bị tách ra và bị gia tốc
về các phía đối diện tạo ra một suất điện động quang điện. Nếu nối các đầu
bán dẫn p và n bằng một dây dẫn thì trong dây dẫn sẽ xuất hiện một dòng điện
gọi là dòng quang điện và cho ở mạch ngoài một công suất hữu ích. Suất điện
động quang điện xuất hiện trong lớp tiếp xúc pn khi chiếu sáng nó, phụ thuộc
vào bản chất vật liệu tạo nên bán dẫn, nhiệt độ lớp tiếp xúc, cường độ bức xạ
và bước sóng của ánh sáng tác động.
20
2.3.3 Sơ đồ tương đương và các đặc trưng quang điện
Như chúng ta đã biết, khi được chiếu sáng, nếu ta nối các bán dẫn p và n

: dòng qua diode(A/m2)
sh
I
: điện trở sơn(điện trở dò) (
2
/ mΩ
)
SC
I
: dòng đoản mạch
OC
V
: thế hở mạch
PM: điểm làm việc công suất cực đại
- Chú ý:
+Dòng đoản mạch là dòng điện trong mạch của pin Mặt Trời khi làm ngắn
mạch ngoài. Lúc đó hiệu điện thế mạch ngoài của pin bằng 0.
+ Thế hở mạch V
OC
là hiệu điện thế được đo khi mạch ngoài của pin Mặt
Trời hở mạch, khi đó R=
∞
, I=0.
2.4 Hệ thống nguồn pin năng lượng Mặt Trời
Hiện nay có hai công nghệ chế tạo nguồn điện pin Mặt Trời thông dụng.
Đó là hệ nguồn điện pin Mặt Trời nối lưới và hệ nguồn độc lập. Trong hệ
nguồn pin nối lưới, điện năng một chiều từ dàn pin được biến đổi thành dòng
điện xoay chiều và hoà đồng bộ vào mạng lưới điện công nghiệp, ưu điểm của
loại nguồn này là không phải sử dụng bộ tích trữ năng lượng gây tốn kém và
ô nhiễm môi trường. Trong hệ nguồn điện pin Mặt Trời độc lập, người ta

một chiều sang xoay chiều hay còn gọi là bộ nghịch lưu điện áp(inverter).
Tất cả các thiết bị điều khiển quá trình phóng-nạp điện cho ắcquy, thiết bị
biến đổi điện…đều có nhiệm vụ chung là phối hợp, điều tiết sự cung cấp và
cân bằng năng lượng trong hệ thống; nên chúng được gọi chung là thành phần
cân bằng năng lượng BOS(Balance Of System).
24
PHẦN 3
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BÁM
CHO MODUL PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
3.1 Đặt vấn đề
Trong hệ nguồn pin Mặt Trời, thành phần quan trọng nhất là dàn Pin. Tùy
thuộc vào công suất của hệ, dàn Pin có thể có diện tích chỉ khoảng 0.5m
2
nhưng cũng có thể diện tích đến hàng chục hay hàng trăm m
2
. Với Pim Mặt
Trời tinh thể silic hiện nay thì 1 Panel Pin công suất khoảng 100W có diện
tích 1m
2
.
Việc định hướng Pin Mặt Trời là công việc cần được quan tâm đặc biệt vì
nó ảnh hưởng trực tiếp đến điện năng do dàn Pin phát ra hàng ngày.
Như chúng ta đã biết, Trái Đất phải thực hiện cùng một lúc hai chuyển
động, một chuyển động quanh chính trục của nó và một chuyển động xung
quanh mặt trời. Vì vậy, từ Trái Đất ta có thể coi Mặt Trời “chuyển động”
hàng ngày trên bầu trời từ Đông sang Tây và lệch theo hướng Bắc – Nam so
với đường Xích Đạo theo một đường hình sin, đạt vị trí cực bắc ở vĩ độ 23,45
vào ngày Hạ Chí(21-6) và đạt vị trí cực nam ở vĩ độ -23,45 vào ngày Đông
Chí(21-12) hàng năm. Do vậy phương tới của Mặt Trời đối với một mặt cố
định nào đó đặt trên mặt đất biến thiên liên tục và phức tạp.