Đồ án Thiết kế, chế tạo hệ thống định hướng pin mặt trời (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết kế, chế tạo hệ thống định hướng pin mặt trời (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ÐIỆN – ÐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐỊNH HƯỚNG PIN MẶT TRỜI GVHD: TS. VÕ MINH HUÂN SVTH: PHẠM HOÀNG NAM SVTH: PHAN TRƯỜNG THÀNH SKL003094 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2014
2. Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS.Võ Minh Huân Lời cảm ơn Để hoàn thành đề tài luận văn này,em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ và động viên chân thành từ thầy cô, gia đình và bạn bè. Lời đầu tiên chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Võ Minh Huân, giáo viên hướng dẫn trực tiếp của chúng em.Trong suốt qua trình làm luận văn, thầy luôn theo sát chỉ bảo và gíúp đỡ em rất nhiều .Điều này đã giúp em thêm tự tin để có thể hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trường Đại học SPKT TPHCM, các thầy cô khoa Điện-Điện tử đã tận tình giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho chúng em trong suốt thời gian qua. Sau nữa, chúng em xin cảm ơn gia đình, bạn bè luôn sẵn lòng giúp đỡ và động viên em. Mặc dù đã cố gắng rất nhiều nhưng do còn hạn chế về kiến thức, thời gian thực hiện nên không tránh khỏi những thiếu sót, chưa đạt được trong luận văn của mình, em rất mong nhận được những lời chỉ bảo, những góp ý của thầy cô và các bạn. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 7 năm 2014 Sinh viên thực hiện Phạm Hoàng Nam Phan Trường Thành i
3. Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS.Võ Minh Huân Tóm tắt luận văn Luận văn này gồm 3 phần chính đó là kiến trúc phần cứng, sơ đồ giải thuật phần mềm và đánh giá kết quả đề tài. Được trình bày trong 5 chương. Chương 1 : Tổng quan Sẽ trình bày lý do chọn đề tài, ý nghĩa thực tiễn, yêu cầu của đề tài, so sánh với một số đề tài tương tự trước đây. Qua chương này, người đọc sẽ hiểu thêm về nhiệm vụ của đề tài, giới hạn mà nhóm làm cũng như phương pháp thực hiện và tiếp cận về kiến thức và kỹ thuật hiện nay. Chương cũng giới thiệu sơ lược về hệ thống pin mặt trời là thế nào các thành phần và chức năng từng loại của nó. Chương 2 : Cơ sở lý thuyết Phần 1: Cấu tạo, nguyên lý làm việc và đặc tính của pin mặt trời Phần 2: Nguyên lý làm việc của động cơ bước Phần 3: Cấu tạo, hoạt động và giao tiếp UART của Pic 16F887 Nội dung chủ yếu của Chương 2 là nói về các kiến thức cơ bản, cở sở lý thuyết của đề tài. Nó giúp ta hiểu rõ hơn cấu tạo của pin mặt trời cũng như các bộ phận cấu tạo nên hệ thống pin mặt trời (động cơ bước và mạch điều khiển-nòng cốt là Pic 16F887). Chức năng cụ thể, các loại hiện có trên thị trường và ứng dụng từng loại. Chương 3 : Thiết kế và chế tạo hệ thống Cơ khí-Điện tử Phần 1 : Nhiệm vụ, yêu cầu, thiết kế và kết quả của thiết kế cơ khí Phần 2 : Chọn động cơ bước và thiết kế mạch điều khiển Cấu tạo, nguyên lý, các thành phần của hệ thống pin mặt trời của nhóm sẽ được nói rõ. Từ ý tưởng bắt đầu về phần cứng phần mềm tới khi hoàn thành mô hình. Chương 4 : Phần mềm điều khiển lập trình ii
4. Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS.Võ Minh Huân Phần 1 : Nhiệm vụ-Lưu đồ Phần 2 : Giới thiệu phần mềm Mathlab và xử lý ảnh Phần 3 : Giao diện điều khiển Phần 4 : Các chế độ điều khiển Mô hình hoàn thành nhưng chỉ hoạt động bằng tay, muốn nó hoạt động tự động phải dùng chương trình, viết nội dung điều khiển để vi điều khiển hiểu và làm theo đúng yêu cầu của mình. Chương này sẽ nói về chương trình lập trình và thuật toán. Chương 5: Kết quả nghiên cứu, kết luận và hướng phát triển Phần 1 : Kết quả nghiên cứu. Phần 2 : Kết luận . Phần 3 : Hướng phát triển Kết quả của quá trình nhóm làm việc, phần cứng, phần mềm. iii
5. Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS.Võ Minh Huân Mục Lục Lời cảm ơn i Tóm tắt luận văn ii Mục Lục iv Liệt kê hình vẽ vi Liệt kê bảng viii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1 1.1 Đặt vấn đề 1 1.2 Lý do chọn đề tài 1 1.3 Đối tượng nghiên cứu 2 1.4 Giới hạn đề tài 3 1.5 Tình hình nghiên cứu 3 1.6 Ý nghĩa thực tiển 5 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6 2.1. Pin mặt trời 6 2.1.1. Cấu tạo 7 2.1.2. Nguyên lý làm việc 7 2.1.3. Đặc tính làm việc của pin mặt trời 9 2.2 Động cơ bước 14 2.3 Mạch điều khiển động cơ bước 16 2.3.1 Vi điều khiển là gì? 16 2.3.2 Các loại vi điều khiển phổ biến : 17 2.3.3 Vi điều khiển PIC16F887. 21 2.3.4 Ngắt của PIC 16F887: 25 2.3.5 Điều khiển thu phát dữ liệu (UART) 25 2.3.6 Phần ADC của PIC 16F887: 29 2.3.7 Hiển thi LCD 31 CHƯƠNG 3: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH 34 3.1 Nguyên lý hoạt động 34 3.2 Thiết kế và chế tạo kết cấu cơ khí 35 iv
6. Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS.Võ Minh Huân 3.2.1 Nhiệm vụ, yêu cầu của thiết kế cơ khí. 35 3.1.2 Các chi tiết cơ khí 37 3.2.3 Thông số kỹ thuật các chi tiết chính 37 3.2.4 Các chi tiết sau khi gia công và lắp ráp 38 3.3 Thiết kế mạch điều khiển và công suất 41 3.3.1 Tổng quan phần cứng 41 3.3.2 Mạch điều khiển 43 3.3.3 Mạch công suất 44 CHƯƠNG 4 :THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN 47 4.1. Yêu cầu đặt ra 47 4.2 Thuật toán điều khiển trên MATLAB. 47 4.2.1 Giới thiệu phần mềm. 47 4.2.2 Quá trình xử lý ảnh trên Matlab của hệ thống. 52 4.3 Thuật toán điều khiển trên vi điều khiển. 56 4.4 Giao diện điều khiển 58 4.4 Các chế độ điều khiển 60 4.4.1 Chế độ tự động 60 4.4.2 Chế độ điều khiển bằng tay 60 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU- KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 62 5.1 Kết quả nghiên cứu 62 5.2 Kết luận 62 5.3 Hướng phát triển 62 Phần sơ đồ nguyên lý 64 Phần code điều khiển pic 68 Phần code trên Matlab 75 Tài liệu tham khảo 84 Thông tin liên hệ: 84 v
7. Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS.Võ Minh Huân Liệt kê hình vẽ Hình 1.1 Trục xoay ứng dụng ngoài thực tế Hình 1.2 Hệ thống trong đề tài của nhóm Hình 1.3 Hệ thống định hướng hai trục Hình 1.4 Năng lượng mặt trời thu được sau hiệu chỉnh (đường xanh lá) so với trước hiệu chỉnh (đường xanh dương) Hình 2.1 Tồn tại điện trường giữa hai lớp tiếp giáp P-N Hình 2.2 Cấu tạo tổng thể pin mặt trời Hình 2.3 Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời Hình 2.4 Hệ thống 2 mức năng lượng E1 < E2 Hình 2.5 Nguyên lý hoạt động pin mặt trời Hình 2.6 Dãy pin mặt trời Hình 2.7 Đường đặc tính làm việc U – I của pin mặt trời Hình 2.8 Sơ đồ tương đương của pin mặt trời Hình 2.9 Sự phụ thuộc VA của pin mặt trời vào cường độ bức xạ mặt trời Hình 2.10 Sự phụ thuộc của pin mặt trời vào nhiệt độ 250C Hình 2.11 Sự phụ thuộc của pin mặt trời vào nhiệt độ 500C Hình 2.12 Cách xác định điểm có công suất cực đại (MPP) Hình 2.13 Ghép 2 tấm pin song song với nhau và đặc tuyến U-I Hình 2.14 Ghép 2 tấm pin nối tiếp với nhau, và đặc tuyến U-I Hình 2.15 Cấu tạo động cơ bước đơn cực. Hình 2.16 Sơ đồ khối của vi điều khiển. Hình 2.17 Cấu trúc Vi điều khiển Pic 8bit của MicroChip Hình 2.18 Vi điều khiển PIC16F887 thực tế. vi
8. Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS.Võ Minh Huân Hình 2.19 Sơ đồ chân vi điều khiển PIC16F887. Hình 2.20 Sơ đồ chân cổng nối tiếp Hình 2.21 Các bit trong truyền UART Hình 2.22 Sơ đồ khối bộ truyền UART Hình 2.23 Thanh ghi quy định chế độ truyền Hình 2.24 Sơ đồ khối ADC PIC16F887 Hình 2.25 Thanh ghi ADCON0 Hình 2.26 Thanh ghi ADCON1 Hình 2.27 Kết quả 10 bit, canh lề phải ADFM=1 Hình 2.28 Kết quả 10 bit, canh lề trái ADHM=0 Hình 2.29 Sơ đồ chân của LCD Hình 3.1 Sơ đồ hoạt động các khối Hình 3.2 Chuyển động quay của 2 trục tọa độ Hình 3.3 Hai trục chính của mô hình sau khi gia công Hình 3.4 Bánh răng truyền động Hình 3.5 Các thành phần trước hàn và lắp ráp Hình 3.6 Mô hình sau khi lắp ráp Hình 3.7 Mô hình hoàn chỉnh Hình 3.8 Giới thiệu chung về phần cứng Hình 3.9 Mạch nguyên lý Hình 3.10 Mạch điều khiển sau khi hoàn thành Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lí phần công suất Hình 3.12 Sơ đồ phần công suất thực tế Hình 4.1 Điểm ảnh Hình 4.2 Tọa độ ảnh trong xử lí Hình 4.3 Ảnh chụp và xử lí trước khi hệ thống hoạt động vii
9. Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS.Võ Minh Huân Hình 4.4 Ảnh chụp và xử lí sau khi Pin được định hướng Hình 4.5 Lưu đồ xử lý ảnh trên matlab Hình 4.6 Lưu đồ giải thuật trên vi điều khiển Hình 4.7 Giao diện điều khiển trên matlab Hình 4.8 Khu vực hiển thị ảnh xử lý Hình 4.9 Chọn cổng com cho truyền UART và hiển thị điện áp Pin mặt trời Hình 4.10 Chế độ chính: chế độ tự động Hình 4.11 Chế độ điều khiển bằng tay Liệt kê bảng Bảng 2.1 Cách điều khiển các cực của động cơ bước chế độ bước đủ (Full-Step) Bảng 2.2 Cách điều khiển các cực của động cơ bước chế độ nửa bước (Half-Step) Bảng 2.3 Chức năng các chân của LCD Bảng 3.1 Các thông số của bánh răng hai trục viii
10. Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS.Võ Minh Huân CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Năng lượng tái tạo, trong đó có năng lượng mặt trời đã và đang được cả thế giới quan tâm nghiên cứu và sử dụng. Trên thế giới, các nước phát triển đã có rất nhiều ứng dụng trong đời sống và trong công nghiệp để thu được các nguồn năng lượng này. Với ưu điểm là sẵn có, dồi dào, là nguồn năng lượng sạch, thân thiện với môi trường, năng lượng mặt trời đang là giải pháp thay thế cho các nguồn năng lượng khác đang ngày cạn kiệt trên Trái Đất. Tại các nước đang phát triển, trong đó có Việt Nam việc sử dụng năng lượng mặt trời đã được quan tâm và khích lệ, tuy nhiên những ứng dụng còn rất hạn chế. Với mong muốn đưa những ứng dụng sử dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam được phổ biến và phát triển hơn nữa, đem những kiến thức đã học được áp dụng vào thực tế sản xuất, vì vậy nhóm sinh viên chúng em đã thực hiện đề tài: “Thiết kế, chế tạo hệ thống định hướng pin mặt trời”. 1.2 Lý do chọn đề tài Nhu cầu về năng lượng của con người trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển ngày càng tăng. Trong khi đó các nguồn nhiên liệu dự trữ như than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và thủy điện đều có hạn, khiến cho nhân loại đứng trước nguy cơ thiếu hụt năng lượng. Con người cần tìm ra các nguồn năng lượng mới. Cùng với năng lượng gió, thủy triều, năng lượng mặt trời là hướng phát triển năng lượng quan trọng trong tương lai. Hiện nay hệ thống pin mặt trời thường được lắp cố định, do đó pin chỉ đạt hiệu suất lớn nhất khi ánh sáng mặt trời vuông góc với mặt phẳng của tấm pin. Các vùng khác, hiệu suất của tấm pin mặt trời sẽ giảm. Để nâng cao hiệu suất của pin mặt trời, cần một hệ thống cảm biến xác định hướng chiếu của ánh sáng mặt trời, từ đó điều khiển cho mặt phẳng của tấm pin hướng vuông góc với ánh sáng mặt trời. 1
11. Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS.Võ Minh Huân Về mặt khách quan: hiệu năng của tấm pin mặt trời là khác nhau tùy vào:  Mùa vụ.  Phụ thuộc vào sự thay đổi của cường độ sáng. Về mặt chủ quan: hiệu năng đó phụ thuộc vào:  Chất liệu bán dẫn cấu tạo nên  Vị trí đặt pin mặt trời  Góc nghiêng khi đặt tấm pin  Thời gian chiếu sáng trong ngày: sáng, trưa, chiều. Mục đích của đề tài này là tự động hóa quá trình điều khiển định hướng hệ thống pin mặt trời đạt hiệu suất cao nhất, thu được nhiều năng lượng sạch từ mặt trời. Có nhiều phương pháp định hướng pin mặt trời: sử dụng quang điện trở, MPPT (tìm điểm có công suất cực đại), định hướng theo thời gian thực, xử lý ảnh Trong các phương pháp này, chúng em chọn phương pháp xử lý ảnh với những ưu điểm:  Độ chính xác cao.  Đáp ứng nhanh.  Hệ thống được điều khiển dễ dàng qua giao diện trên máy tính  Mang tính tự động hóa cao. 1.3 Đối tượng nghiên cứu Sản phẩm làm ra là sự kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và triển khai thực tế trên cơ sở làm việc theo nhóm. Đề tài là sự kết hợp giữa cơ khí- điện tử- tin học, thiết kế kết cấu cơ khí, chọn động cơ và thiết kế chế tạo mạch điều khiển, xây dựng phần mềm điều khiển và lập trình. Với mục tiêu thiết kế và chế tạo hệ định hướng pin mặt trời nhưng do điều kiện thời gian, kinh phí có hạn đề tài chỉ giới hạn trong phạm vi sau:  Mô hình hóa hệ thống định hướng pin mặt trời dùng cho học tập và nghiên cứu  Động cơ dẫn động cơ khí là động cơ bước.  Sử dụng phần mềm Matlab để xử lý ảnh, phần mềm điều khiển trên máy tính.  Độ rọi của nguồn sáng xử lý giới hạn. 2
12. Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS.Võ Minh Huân 1.4 Giới hạn đề tài  Nâng cao hiệu suất chuyển đổi của tấm pin thông qua việc điều khiển vị trí tấm pin  Luôn vuông góc với tia sáng mặt trời chiếu tới.  Nâng cao độ chính xác của hệ thống với phần mềm Matlab và xử lý ảnh chụp của mặt trời thông qua Webcam.  Thiết kế, chế tạo, mô phỏng hoàn chỉnh hệ thống điều khiển định hướng pin mặt trời. 1.5 Tình hình nghiên cứu Thực tế thế giới hiện nay, đã có nhiều nơi, nhiều công ty đã nguyên cứu và lắp đặt thành công vấn đề này. Nhưng giá thành còn cao và rất khó ứng dụng rộng rãi trong dân dụng. Hình 1.1 Trục xoay ứng dụng ngoài thực tế Đề tài này đã được nhóm nghiên cứu và thi công lắp đặt thành công với giá thành rẻ hơn các linh kiện điện tử đơn giản, rẻ tiền. Qua đó, nhóm đã làm chủ công nghệ cách thức chế tạo và điều khiển được hệ thống. 3
13. Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS.Võ Minh Huân Hình 1.2 Hệ thống trong đề tài của nhóm 4
14. Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS.Võ Minh Huân 1.6 Ý nghĩa thực tiển Hình 1.3 Hệ thống định hướng hai trục  Định hướng theo 4 hướng Bắc,Nam, Đông,Tây.  Hiệu suất tăng 37%. Hình 1.4 Năng lượng mặt trời thu được sau hiệu chỉnh (đường xanh lá) so với trước hiệu chỉnh (đường xanh dương) 5
15. Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS.Võ Minh Huân CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Pin mặt trời Pin mặt trời còn gọi là pin quang điện là thiết bị được cấu tạo từ vật liệu bán dẫn có khả năng chuyển đổi trực tiếp năng lượng ánh sáng thành điện năng. 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. Pin quang điện không phải cái gì khác chính là một điốt bán dẫn có diện tích bề mặt rộng và có lớp N cực mỏng để ánh sáng có thể truyền qua. Khi chiếu ánh sáng vào pin quang điện một phần sẽ bị phản xạ (do đó trên bề mặt pin quang điện có một lớp chống phản xạ ) và một phần bị hấp thụ khi truyền qua lớp N. Một phần may mắn hơn đến được lớp chuyển tiếp, nơi có các cặp e và lỗ trống nằm trong điện trường của bề mặt giới hạn p-n. Với các bước sóng thích hợp sẽ truyền cho e một năng lượng đủ lớn để bật khỏi liên kết. Sẽ không thể có chuyện gì nếu không có điện trường nhỏ tạo bởi lớp chuyển tiếp. Đó là lí do giải thích vì sao nếu ta chiếu ánh sáng vào một vật bán dẫn thì không thể sinh ra dòng điện. Hình 2.1 Tồn tại điện trường giữa hai lớp tiếp giáp P-N A. Bán dẫn loại n B. Bán dẫn loại p Nhưng cặp e và lỗ trống này nằm trong tác dụng của điện trường do đó e sẽ bị kéo về phía bán dẫn loại n còn lỗ trống bị kéo về phía bán dẫn loại p. Kết quả là nếu ta nối hai cực vào hai phần bán dẫn loại n và p sẽ đo được một hiệu điện thế. Giá trị hiệu điện thế này phụ thuộc vào bản chất của chất làm bán dẫn và tạp chấp được hấp phụ . Với Si ( B;P) thì giá trị này ở khoảng 0,6V. 6
16. Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS.Võ Minh Huân 2.1.1. Cấu tạo Hình 2.2 Cấu tạo tổng thể pin mặt trời Một tấm pin mặt trời điển hình có những thành phần chính sau đây: A: lớp bảo vệ B: điện cực C: lớp chống phản quang D: lớp n E: lớp p F: lớp đế bảo vệ 2.1.2. Nguyên lý làm việc Hình 2.3 Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời 7
17. Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS.Võ Minh Huân Hình 2.4 Hệ thống 2 mức năng lượng E1 < E2 Bình thường điện tử chiếm mức năng lượng thấp E1. Khi được năng lượng mặt trời chiếu sáng, các lượng tử ánh sáng mang năng lượng (photon) bị điện tử hấp thụ và chuyển lên mức năng lượng E2. Phương trình cân bằng. hv = E2 - E1 Trong đó: h: hằng số plank v: vận tốc ánh sáng Nguyên lí hoạt động của pin mặt trời chính là hiện tượng quang điện xảy ra trên lớp tiếp xúc p-n. Hình 2.5 Nguyên lý hoạt động pin mặt trời Khi một photon chạm vào mảnh silic, một trong hai điều sẽ xảy ra: Photon truyền trực tiếp xuyên qua mảnh silic. Điều này thường xảy ra khi năng lượng của photon thấp hơn năng lượng cần thiết để đưa các hạt electron lên mức năng lượng cao hơn. Năng lượng của photon được hấp thụ bởi silic. Điều này thường xảy ra khi năng lượng của photon lớn hơn năng lượng để đưa electron lên mức năng lượng cao hơn. Khi photon được hấp thụ, năng lượng của nó được truyền đến các hạt electron trong 8
18. Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS.Võ Minh Huân màng tinh thể. Thông thường các electron này lớp ngoài cùng, và thường được kết dính với các nguyên tử lân cận vì thế không thể di chuyển xa. Khi electron được kích thích, trở thành dẫn điện, các electron này có thể tự do di chuyển trong bán dẫn. Khi đó nguyên tử sẽ thiếu một electron và đó gọi là lỗ trống. Lỗ trống này tạo điều kiện cho các electron của nguyên tử bên cạnh di chuyển đến điền vào lỗ trống, và điều này tạo ra lỗ trống cho nguyên tử lân cận có "lỗ trống". Cứ tiếp tục như vậy lỗ trống di chuyển xuyên suốt mạch bán dẫn. Một photon chỉ cần năng lượng lớn hơn năng lượng đủ để kích thích electron lớp ngoài cùng dẫn điện. Tuy nhiên, tần số của mặt trời thường tương đương 6000oK vì thế phần lớn năng lượng mặt trời được hấp thụ bởi Silic. Nhưng hầu hết năng lượng mặt trời chuyển đổi thành lượng nhiệt nhiều hơn là chuyển đổi thành lượng điện để sử dụng. Hình 2.6 Dãy pin mặt trời 2.1.3. Đặc tính làm việc của pin mặt trời Đặc tính làm việc của pin mặt trời thể hiện qua hai thông số là điện áp hở mạch lớn nhất VOC lúc dòng ra bằng 0 và dòng điện ngắn mạch ISC khi điện áp ra bằng 0. Công suất của pin được tính theo công thức: P = I.U Tại điểm làm việc U = UOC/I = 0 và U = 0/I = ISC, công suất làm việc của pin cũng có giá trị bằng 0. 9
19. Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS.Võ Minh Huân Hình 2.7 Đường đặc tính làm việc U – I của pin mặt trời Hình 2.8 Sơ đồ tương đương của pin mặt trời Từ sơ đồ tương đương, ta có phương trình đặc trưng von – ampe của pin mặt trời: q.(v IRs ) (V IR ) I I I e kT 1 s sc 01 Rs h Trong đó: 2 ISC là dòng quang điện (dòng ngắn mạch khi không có Rs và Rsh) (A/m ) 2 I01 là dòng bão hòa (A/m ) q là điện tích của điện tử (C) = 1,6.10-19 k là hệ số Boltzman = 1,38.10-23 (J/K) T là nhiệt độ (K) I, V, Rs, Rsh lần lượt là dòng điện ra, điện áp ra, điện trở Rs và Rsh của pin trong mạch 10
20. Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS.Võ Minh Huân Nhận xét: Dòng ngắn mạch Isc tỉ lệ thuận với cường độ bức xạ chiếu sáng. Nên đường đặc tính V – I của pin mặt trời cũng phụ thuộc vào cường độ bức xạ chiếu sáng. Ở mỗi tấm bức xạ chỉ thu được duy nhất một điểm làm việc V = VMPP có công suất lớn nhất thể hiện trên hình vẽ sau. Điểm làm việc có công suất lớn nhất được thể hiện là điểm chấm đen to trên hình vẽ. H 2.9. Ngoài ra giá trị U, I của pin cũng phụ thuộc vào nhiệt độ của pin khi hoạt động H2.10. Hình 2.9 Sự phụ thuộc VA của pin mặt trời vào cường độ bức xạ mặt trời Hình 2.10 Sự phụ thuộc của pin mặt trời vào nhiệt độ 250C 11
21. Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS.Võ Minh Huân Hình 2.11 Sự phụ thuộc của pin mặt trời vào nhiệt độ 500C Để toàn bộ hệ PV có thể hoạt động được một cách hiệu quả thì đường đặc tính của tải cũng phải phù hợp với điểm MPP. Hình 2.12 Cách xác định điểm có công suất cực đại (MPP) Tấm pin mặt trời được thiết kế những dạng tấm pin nhỏ do đó công suất nhỏ, để nâng công suất phát phù hợp với công suất tải thì ta chỉ cần kết nối những tấm pin lại với nhau theo kiểu song song, nối tiếp hoặc kết hợp cả song song và nối tiếp để có được công suất như mong muốn. Nhưng cũng cần phải tính toán hợp lý giữa tải và công suất phát của pin, vì pin mặt trời hoạt động hiệu quả nhất khi điểm phát cực đại của pin gần với điểm 12
22. S K L 0 0 2 1 5 4