Lời cảm ơn
LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian thực hiện đề tài mạch sạc cho acquy từ nguồn điện DC trong hệ thống
điện năng lượng mặt trời tôi đã có những trải nghiệm thú vị và học hỏi được rất nhiều điều từ
thầy hướng dẫn, bạn bè .
Trước hết con xin cám ơn Ba Mẹ và gia đình là nguồn động viên rất lớn và là chỗ dựa
vững chắc của con trong suốt quá trình học tập.
Em xin chân thành cảm ơn tất cả thầy trong khoa Điện – Điện Tử đặc biệt là bộ môn
Thiết Bị Điện đã truyền đạt cho em nhiều kiến thức quan trọng và quý giá trong thời gian học tập
vừa qua.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Mai Bá Lộc, thầy đã tận tình giúp đỡ em,
luôn tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn này. Thầy đã cung cấp cho em nhiều
kiến thức mới mẻ và quý báu góp phần quan trọng trong việc hoàn thành luận văn.
Cuối cung xin cảm ơn các bạn bè trong phòng thí nghiệm GPL đã động viên và giúp đỡ
tôi trong quá trình thực hiện luận văn này.
Một lần nữa xin cảm ơn tất cả.

TP. Hồ Chí Minh, tháng 12/2016
Sinh viên.
PHẠM VĂN HÙNG

1


(THEO XU THẾ CÙNG VỚI SỰ IẾN ĐỔI KHÍ HẬU NLTT NGÀY DK CHÚ
TRỌNG NLMT NGÀY CANG DK VUNG SAU VUNG XA NLMT THIET THUC KHI K
CO DIEN LUOI QUOC GIA)Năng lượng mặt trời nói riêng và năng lượng tái tạo nói chung
đang được nhà nước và tư nhân chú trọng đầu tư. Hiện nay các hệ thống năng lượng mặt trời
độc lập ngày càng phát triển Với nhu cầu đang dần tăng lên về việc sử dụng năng lượng mặt
trời và mong muốn luôn được sử dụng tối ưu nguồn năng lượng này thì thiết bị tích trữ năng
lượng(acquy) là một phần không thể thiếu . Trong điều kiện thời tiết hay dung lượng tải thay

iv


v


v


v


Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI VÀ ACQUY

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI VÀ ACQUY

1.1 NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI.
Ánh sáng nói riêng, hay bức xạ điện từ nói chung, từ bề mặt của Mặt Trời được xem là nguồn
năng lượng chính cho Trái Đất. Hằng số năng lượng Mặt Trời được tính bằng công suất của
lượng bức xạ trực tiếp chiếu trên một đơn vị điện tích bề mặt Trái Đất, bằng khoảng 1370 W/m2.
Ánh sáng Mặt Trời bị hấp thụ Một phần trên bầu khí quyển Trái Đất, nên một phần nhỏ hơn tới
được bề mặt Trái Đất, gần 1000 W/m2 năng lượng Mặt Trời tới được Trái Đất trong điều kiện
quang đãng. Ánh sáng là nguồn năng lượng vô hạn . Vì vậy cần nghiên cứu và phát minh ra để
tận dụng hết nguồn năng lượng này.

Hình 1.1: Tấm pin mặt trời

7



• Pin mặt trời: là thiết bị chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng điện năng .
• Bộ MPPT là thiết bị để tìm điểm công suất cực đại tấm pin cung cấp để đảm bảo hiệu suất
chuyển đổi là cao nhất .Khi hoạt động điện áp và dòng điện sẽ thay đổi tùy theo thời tiết như :
cường độ ánh sáng chiếu vào tấm pin , mây che…hay do các tải tiêu thụ củng sẽ làm điện áp và
dòng điện .Vì vậy nó có nhiệm vụ dò tìm điểm công suất cực đại để cung cấp cho tải.

10


Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI VÀ ACQUY

Hình 1.4 : Đặc tuyến I-V và đặc tuyến P-V của pin mặt trời.
Giải thuật tìm điểm công suất cực đại có rất nhiều như phương pháp PO hay INC . Mỗi phương
pháp sẽ đem lại hiệu quả khác nhau .

•

Inverter là thiết bị có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp DC sang điện áp AC đê cung cấp cho

các tai AC như tivi , máy giặt …….hoạt động.
• Acquy là bộ phận dung để tích trữ năng lượng để cung cấp cho tải DC hay inventer hoạt động
. Nó có chế độ nạp xả thích hợp để tích trữ được lâu . Khi hệ thống hoạt động sẽ cung cấp
một mức dòng áp khác nhau nên ta cần phải thiết kế bộ sạc cho acquy nhằm đảm bảo tuổi thọ
của acquy . Hiện nay trên thị trường có rất nhiều sản phẩm mạch sạc năng lượng mặt trời với
giá thành tương đối cao :

11


Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI VÀ ACQUY

Nhưng trong hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập thì aquy chì axit vẫn được sử dụng phổ
biến nhất do nó có giá thành rẻ và có dung lượng lớn , dễ sử dụng .
1.3.1 . Các thông số cơ bản của acquy.

• Dung lượng.
Là điện lượng của acquy đã được nạp đầy, rồi đem cho phóng điện liên tục với dòng điện phóng
1A tới khi điện áp của acquy giảm xuống đến trị số giới hạn quy định ở nhiệt độ quy định. Dung
lượng của acquy được tính bằng ampe-giờ (Ah).

• Điện áp.
Tuỳ thuộc vào nồng độ chất điện phân và nguồn nạp cho acquy mà điện áp ở mỗi ngăn của acquy
khi nó được nạp đầy sẽ đạt 2,6V đến 2,7V (để hở mạch), và khi ăc quy đã phóng điện hoàn toàn
là 1,7V đến 1,8V.

• Điện trở trong.
Là trị số điện trở bên trong của acquy, bao gồm điện trở các bản cực, điện trở dung dịch điện
phân có xét đến sự ngăn cách của các tấm ngăn giữa các bản cực. Thường thì trị số điện trở trong
của ắcquy khi đã nạp đầy điện là (0,001-0,0015)Ω và khi acquy đã phóng điện hoàn toàn là
(0,020,025)Ω

1.3.2. Cấu tạo của một bình acquy
Acquy là nguồn điện hoá, sức điện động của acquy phụ thuộc vào vật liệu cấu tạo bản cực và
chất điện phân. Với acquy chì axít sức điện động của một acquy đơn là 2,1V. Muốn tăng khả
năng dự trữ năng lượng của acquy người ta phải tăng số lượng các cặp bản cực dương và âm
trong mỗi acquy đơn. Để tăng giá trị sức điện động của nguồn người ta ghép nối nhiều acquy đơn
thành một bình acquy
.

14


tích điện của acquy. Trong quá trình nạp nội trở của acquy tăng dần, trong quá trình xả thì nội trở
của acquy giảm dần

1.3.3 . Acquy chì _ axit
Acquy axit gồm các bản cực bằng chì và oxit chì ngâm trong dung dịch axit sulfuaric. Các bản
cực này thường có cấu trúc phẳng, dẹp, dạng khung lưới , làm bằng hợp kim chì antimon, có nhồi

16


Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI VÀ ACQUY
các hạt hóa chất tích cực. Các hóa chất này khi được nạp đầy là dioxit chì ở cực dương và chì
nguyên chất ở cực âm.
Chất lỏng dùng trong bình acquy là dung dich axit sulfuaric. Nồng độ của dung dịch biểu trưng
bằng tỷ trọng đo được, tùy thuộc vào loại acquy và tình trạng phóng nạp của bình.
Trị số tỷ trọng của bình acquy khi được nạp đầy được quy ra ở 25ο C được cho ở bảng sau :
Bảng 1.1. Tỷ trọng chất điện phân của bình acquy
Loại bình acquy

Tỷ trọng chất điện phân

Bình acquy làm việc ở chế độ tải nặng : ví dụ các xe tải 1.275
điện công nghiệp lớn.
Bình acquy dùng cho xe ôtô, phi cơ.

1.260

Bình acquy dùng cho tải không nặng lắm: ví dụ chiếu
sáng tàu điện, khởi động các động cơ...


Khi acquy đã được lắp ráp xong, ta đổ dung dịch axit sunfuric vào các ngăn bình thì trên các bản
cực sẽ sinh ra lớp mỏng chì sunfat (PbSO4). Vì chì tác dụng với axit theo phản ứng:
PbO + H2SO4 = PbSO4 + H2O
Đem nối nguồn điện một chiều vào hai đầu cực của ăc quy thì dòng điện một chiều được khép
kín qua mạch acquy và dòng điện đi theo chiều: Cực dương của nguồn một chiều → Dung dịch
điện phân → Đầu cực 2 của acquy → Cực âm của nguồn một chiều.
Dòng điện một chiều sẽ làm cho dung dịch điện phân phân ly :
H2SO4 → 2H+ + SO2-4
Cation H+ theo dòng điện đi về phía bản cực nối với âm nguồn điện và tạo thành phản ứng

tại

đó :
2H+ + PbSO4 → H2SO4 + Pb
Các anion SO2-4 chạy về phía chùm bản cực nối với dương nguồn điện và cũng tạo thành phản
ứng tại đó :
PbSO4 + H2O + SO2-4 → PbO2 + 2H2SO4
Từ các phản ứng hóa học trên ta thấy quá trình nạp điện đã tạo ra lượng axit sunfuric bổ sung
vào dung dịch điện phân, đồng thời trong quá trình nạp điện dòng điện còn phân tích ra trong
dung dịch điện phân khí hydro (H2) và oxy (O2), lượng khí này sủi lên như bọt nước và bay đi, do
đó nồng độ của dung dịch điện phân trong quá trình nạp điện được tăng lên.

19


Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI VÀ ACQUY
Acquy được coi là đã nạp đầy khi quan sát thấy dung dịch sủi bọt đều (gọi đó là hiện tượng sôi).
Lúc đó ta có thể ngắt nguồn nạp và xem như quá trình nạp điện cho ăc quy đã hoàn thành.
* Quá trình phóng điện của ăc quy:
Nối hai bản cực của acquy đã được nạp điện với một phụ tải, ví dụ như một bong đèn thì năng

E = U +I.raq
trong đó : E : là sức điện động của acquy phóng điện
U : là điện áp đo trên các cực của acquy khi phóng điện
IP : là dòng điện phóng
raq : là điện trở trong của acquy khi phóng điện.

Trong quá trình nạp điện sức điện động E của acquy được tính như sau:
En = Un – In. raq
trong đó : En : sức điện động của acquy nạp điện
In : dòng điện nạp
Un : điện áp đo trên các cực của acquy khi nạp điện
raq : điện trở trong của acquy khi nạp điện.

• Dung lượng phóng của acquy.
Dung lượng phóng của acquy là đại lượng đánh giá khả năng cung cấp năng lượng của acquy
cho phụ tải, được tính theo công thức:
CP = IP. tP
trong đó : CP : dung lượng thu được trong quá trình phóng điện, tính bằng Ah
IP : dòng điện phóng ổn định trong thời gian phóng điện tP

• Dung lượng nạp của acquy.
Dung lượng nạp của acquy là đại lượng đánh giá khả năng tích trữ năng lượng của acquy, được
tính theo công thức:
Cn = In. tn
trong đó: Cn - dung lượng thu được trong quá trình nạp điện, tính bằng Ah
21


Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI VÀ ACQUY
In - dòng điện nạp ổn định trong thời gian nạp điện tn

Thời gian(h)
Hình 1.11.Sơ đồ đặc tính nạp
Từ đồ thị đặc tính nạp ta có nhận xét:
- Trong khoảng thời gian nạp từ 0 đến t = ts , sức điện động, điện áp, nồng độ dung dịch điện
phân tăng dần.

23


Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI VÀ ACQUY
- Tới thời điểm ts trên bề mặt các bản cực âm xuất hiện các bọt khí (còn gọi là hiện tượng
sôi) lúc này hiệu điện thế giữa các cực của acquy đơn tăng tới giá trị 2,4V. Nếu vẫn tiếp tục nạp,
giá trị này nhanh chóng tăng tới 2,7 V và giữ nguyên. Thời gian này gọi là thời gian nạp no, có
tác dụng làm cho phần các chất tác dụng ở sâu trong lòng các bản cực được biến đổi hoàn toàn,
nhờ đó sẽ làm tăng thêm dung lượng phóng điện của acquy.
Trong sử dụng thời gian nạp no cho acquy kéo dài từ ( 2 ÷ 3 ) h, trong suốt thời gian đó
hiệu điện thế trên các cực của acquy và nồng độ dung dịch điện phân không thay đổi. Như vậy
dung lượng thu được khi acquy phóng điện luôn nhỏ hơn dung lượng cần thiết để nạp no acquy.
Sau khi ngắt mạch nạp, điện áp, sức điện động của acquy, nồng độ dung dịch điện phân giảm
xuống và ổn định. Thời gian này cũng gọi là khoảng nghỉ của acquy sau khi nạp. Trị số dòng điện
nạp ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng và tuổi thọ của acquy.

24


Chương 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP NẠP ACQUY

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP NẠP ACQUY

Nạp acquy là một quá trình rất quan trọng vì vậy phải cần nhắc khi áp dụng các phương pháp sạc