Luận văn Hệ tracking năng lượng mặt trời tự động (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Hệ tracking năng lượng mặt trời tự động (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN PHAN ANH QUỐC HỆ TRACKING NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TỰ ĐỘNG = THE TRACKING SYSTEM FOR SOLAR CAR NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 605270 S K C0 0 3 0 9 9 Tp. Hồ Chí Minh, năm 2011
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN PHAN ANH QUỐC HỆ TRACKING NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TỰ ĐỘNG = THE TRACKING SYSTEM FOR SOLAR CAR NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 605270 Hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN VĂN HIẾU Tp. Hồ Chí Minh, năm 2011
3. LÝ LỊCH CÁ NHÂN I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: NGUYỄN PHAN ANH QUỐC Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 18/08/1979. Nơi sinh: Ninh Thuận Quê quán: Phan Rang – Ninh Thuận. Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 04 Mai Xuân Thưởng – KP4 – phường Tấn Tài – Tp. Phan Rang – Tháp Chàm – Ninh Thuận Điện thoại: 0975595972 E-mail: anhquoctcn@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Cao đẳng: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 9/1998 đến 9/2001 Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM. Ngành học: Kỹ thuật Điện - Điện tử. 2. Đại học: Hệ đào tạo: chính quy. Thời gian đào tạo từ 2002 đến 2004 Thời gian đào tạo: từ năm 2001 đến năm 2004. Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM. Ngành học: Kỹ thuật Điện - Điện tử. Tên luận văn tốt nghiệp: ĐIỀU KHIỂN GIAO THÔNG ĐƯỜNG THỦY. Nơi bảo vệ : Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM. Người hướng dẫn: TS. Trần Thu Hà i
4. III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công tác đảm nhiệm Từ tháng Trường Trung cấp nghề + Phó trưởng khoa KHCB 9/2004 đến nay Ninh Thuận + Giáo viên giảng dạy điện tử ii
5. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15tháng05 năm 2011. Nguyễn Phan Anh Quốc iii
6. LỜI CẢM ƠN Đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Văn Hiếu, Trưởng Bộ môn Vật lý Điện tử (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên-ĐHKHTN), người trực tiếp hướng dẫn, đôn đốc và tận tình hỗ trợ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Tôi đã học được nhiều điều từ thầy như tinh thần hăng say làm việc, những đam mê nghiên cứu khoa học và kỹ năng quản lý. Cảm ơn quý thầy,cô của Bộ môn Vật lý điện tử, nơi tôi đã thực hành và đo các kết quả của mô hình. Tôi cũng chân thành cảm ơn quý thầy,cô đã giảng dạy cho tôi trong chương trình cao học. Xin trân trọng cảm ơn BGH Trường và giáo viên Khoa Điện – Điện tử, Khoa Khoa học cơ bản của Trường Trung cấp nghề Tỉnh Ninh Thuận đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi đi học. Tôi cảm ơn đến ông Diệp Bảo Cánh, TGĐ Công ty REDSUN, ông Nguyễn Thanh Hùng, GĐ công ty Điện tử Hai Sao đã giúp đỡ tôi trong việc tìm hiểu về quy trình sản xuất tấm pin mặt trời, hỗ trợ các trang thiết bị cho tôi hoàn thành đề tài. Xin cảm ơn anh,chị học viên lớp Kỹ thuật Điện tử khóa 2009 – 2011 đã chia sẽ, cung cấp tài liệu, góp ý quý báu trong suốt quá trình học và hoàn thành luận văn thạc sỹ. Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, những người đã giúp đỡ tôi cả về tinh thần và vật chất trong thời gian học tập. Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn! Học viên cao học Nguyễn Phan Anh Quốc iv
7. TÓM TẮT LUẬN VĂN  Luận văn này thực hiện các nội dung nghiên cứu cho việc thiết kế hệ thống Solar Tracking hướng tới các ứng dụng cho những tấm pano pin năng lượng mặt trời cố định hoặc các xe tự hành có hệ tracking năng lượng mặt trời. Hệ thống solar tracking là hệ thống điều khiển tấm pin mặt trời xoay theo hướng ánh sáng, nhằm giảm thiểu góc tới giữa tia nắng và pháp tuyến của tấm pin. Điều này làm tăng khả năng chuyển đổi quang – điện so với tấm pin đặt cố định. Một hệ tracking 2 trục được thực hiện bởi 2 động cơ bước kiểu lưỡng cực thông qua cơ cấu truyền lực trục vít, bánh răng. Linh kiện IC L297 và L298 được sử dụng điều khiển động cơ. Tín hiệu điều khiển được thực hiện bởi vi điều khiển PIC 18F4550 nhằm xử lý các dữ liệu điện áp được gửi từ các cảm biến ánh sáng (LDR) và từ tấm pin. Trong đề tài này, chúng tôi thực hiện hệ tracking được ứng dụng trong hai trường hợp, đặt cố định và di động. Với ứng dụng tracking động, hệ tracking cần phải gắn trên một xe để có thể di chuyển đến nơi có nắng to. Đề tài này đã được thực hiện tại Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh và Bộ môn Vật lý điện tử, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Tp.HCM trong suốt thời gian 6 tháng. Chúng tôi đã hoàn thành thiết kế, chế tạo và khảo sát thực nghiệm. Các kết quả cho thấy khả năng nạp điện cho accu của tấm pin có tracking cao hơn tấp pin cố định. Chúng tôi cũng so sánh với các hệ tracking đã công bố để khẳng định tính khả thi của kết quả nghiên cứu. Tác giả Nguyễn Phan Anh Quốc v
8. ABSTRACT  This master thesis were studied about the research topic on the design of solar tracking system toward the application of solar panels and solar cars with tracking solar panel. Tracking solar equipment is an Electro Mechanic System that drives the solar panel to be directed toward the sun. It can be reduced the minimum of angle between the light ray and the normal of solar panel. Consequently, the effective of photo-electric transformation of tracking solar system will be higher that static solar panel. The two-axes solar tracking system was operated by the two bipolar step motor with the mechanism of transfer force of screws and begel gears. The electronic devices of IC L297 and L298 were applied to drive the motors. The control signals were done by the micro processor of PIC 18F4550 to process the voltage levels which obtained from light dependent resistors (LDR) and solar cell panels. In this work, we studied and made the tracking solar equipment with the both applications of static and dynamic solar devices. For the dynamic solar tracking device, a toy car or remote car must be used to move to the sunlight. This work was done in some laboratories of Faculty of Electric and Electronic Engineering, Ho Chi Minh City University of Technical Education and department of physics and Electronic Engineering, University of Science in during 6-months. We already finished in the research, design, manufacture and measurement for our solar tracking system. The measurement data demonstrated the capacity of charge for accu from solar tracking panel was better than the normal solar panel. The comparison with other solar tracking system was done to affirm the feasible of our studies in this solar tracking work. Author Nguyen Phan Anh Quoc vi
9. MỤC LỤC Trang tựa Trang Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan iii Lời cảm ơn iv Tóm tắt v Abtract vi Mục lục viii Danh sách các hình xi Danh sách các bảng xv CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Các nghiên cứu và ứng dụng năng lượng mặt trời hiện nay 1 1.2. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài 4 1.3. Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài. 7 1.3.1. Nhiệm vụ của đề tài. 7 1.3.2. Giới hạn đề tài 7 1.4. Phương pháp nghiên cứu. 7 1.5. Dự kiến kết quả đạt được 8 1.6. Kế hoạch thực hiện đề tài. 8 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Các thông số năng lượng mặt trời tại Việt Nam 9 2.2. Cấu tạo, nguyên lý, tính chất của pin mặt trời. 13 vii
10. 2.2.1. Cấu tạo của pin mặt trời: 13 2.2.2. Nguyên lý hoạt động pin năng lượng mặt trời: 15 2.3. Nguyên lý tracking và điều khiển. 16 2.4. Các hệ solar tracking đã công bố. 17 2.5. Nguyên lý nạp điện accu 17 2.5.1. Nguyên lý nạp điện cho accu từ tấm pin mặt trời 18 2.5.2. Phương pháp nạp accu 19 2.5.3. Tốc độ nạp 20 2.6. Solar car và các ứng dụng 20 CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG SOLAR TRACKING 3.1.Giới thiệu và sơ đồ khối 26 3.2. Hệ thống cơ khí 27 3.3. Hệ solar tracking 29 3.3.1. Thiết kế bộ cảm biến ánh sáng. 29 3.3.2. Điều khiển động cơ 31 3.3.3. Mạch điều khiển trung tâm 32 3.4. Giải thuật và chương trình điều khiển 33 3.4.1. Giải thuật chương trình chính 35 3.4.2. Giải thuật chương manual 36 3.4.3. Giải thuật chương trình quét phím 37 3.4.4. Giải thuật chương trình dò vị trí ban đầu 38 3.4.5. Giải thuật chương trình check sensor 39 3.4.6. Chương trình điều khiển 40 viii
11. 3.5. Mô hình xe chở hệ tracking 40 3.5.1. Phần khung xe 41 3.5.2. Bộ thu phát RF 41 CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 4.1. Khảo sát chuyển động và hoạt động tracking 42 4.1.1. Chế độ hoạt động bằng tay (manual) 42 4.1.2. Đo điện áp tấm pin với vị trí khác nhau 42 4.1.3. Chế độ tự động (automatic) 46 4.2. Nạp điện từ solar cell 51 4.2.1. Nạp điện từ tấm pin cố định (chưa tracking) 51 4.2.2. Nạp điện từ tấm pin có tracking 57 4.2.3. Phân tích kết quả 61 4.3. So sánh với các hệ tracking khác 62 CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ PHÁT TRIỂN 5.1. Kết luận về hệ tracking 64 5.1.1. Những công việc đã thực hiện 64 5.1.2. Những tồn đọng 65 5.2. Hướng phát triển 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 PHỤ LỤC 68 ix
12. DANH SÁCH CÁC HÌNH TRONG LUẬN VĂN HÌNH TRANG Hình 1.1. Sơ đồ khối Hệ thống điện mặt trời 5 Hình 1.2. Góc đặt tấm pin mặt trời 6 Hình 2.1. Cấu tạo của pin mặt trời. 14 Hình 2.2. Nguyên lý của pin mặt trời 16 Hình 2.3. Mạch tương đương quá trình nạp 18 Hình 2.4. Xe năng lượng mặt trời 20 Hình 2.5. Xe chạy trong sân golf. 23 Hình 2.6. Xe scooter chạy bằng điện nạp từ năng lượng mặt trời. 24 Hình 2.7. Xe điện mặt trời hybrid Astrolab. 25 Hình 3.1. Sơ đồ khối Hệ pin mặt trời tự xoay (solar tracking system). 27 Hình 3.2. Động cơ 1 27 Hình 3.3. Động cơ 2 28 Hình 3.4. Hệ thống cơ khí hoàn chỉnh 28 Hình 3.5. Quang trở. 29 Hình 3.6. Vị trí cảm biến khi hướng ánh sáng thay đổi 29 Hình 3.7. Mạch quang trở dùng transistor ổn dòng 30 Hình 3.8. Bộ cảm biến hoàn chỉnh 30 Hình 3.9. Động cơ lưỡng cực. 31 Hình 3.10. Mạch cầu H với transistor. 31 Hình 3.11. Sơ đồ chân IC L298. 32 x
13. Hình 3.12. Mạch hệ tracking hoàn chỉnh. 33 Hình 3.13. Động cơ 1 điều khiển hai bánh sau. 40 Hình 3.14. Hộp số. 41 Hình 3.15. Mô hình xe – hệ tracking hoàn thiện. 41 Hình 4.1. Bộ nút nhấn. 42 Hình 4.2. Mạch đo điện áp pin. 43 Hình 4.3. Đồ thị dòng điện, điện áp khi xoay trục 1 44 Hình 4.4. Đồ thị dòng điện, điện áp khi xoay trục 1 45 Hình 4.5. Hiệu chỉnh điện áp cảm biến. 46 Hình 4.6. Chọn chế độ tự động. 46 Hình 4.7. Bốn cảm biến. 47 Hình 4.8. Đo điện áp pin, accu. 47 Hình 4.9. Kết nối máy tính qua cổng COM. 48 Hình 4.10. Đọc dữ liệu bằng CodeVisionAVR. 48 Hình 4.11. Vị trí tấm pin lúc 9h00. 49 Hình 4.12. Vị trí tấm pin lúc 11h50. 49 Hình 4.13. Vị trí tấm pin lúc 14h00. 50 Hình 4.14. Các vị trí tấm pin khi xe di chuyển. 50 Hình 4.15. Mạch nạp cho accu từ solar cell. 51 Hình 4.16. Đo dòng điện, điện áp. 52 Hình 4.17. Điện thế nạp từ tấm pin mặt trời theo các thời điểm từ 07:00 đến 14:20 tại Quận 2 Tp.HCM 54 Hình 4.18. Cường độ dòng điện nạp từ tấm pin mặt trời theo các thời điểm từ 07:00 đến 14:20 tại Quận 2 Tp.HCM. 54 xi
14. Hình 4.19. Điện thế nạp từ tấm pin mặt trời theo các thời điểm từ 08:05 đến 15:35 tại Quận 2 Tp.HCM. 56 Hình 4. 20. Cường độ dòng điện nạp từ tấm pin mặt trời theo các thời điểm từ 08:05 đến 15:35 tại Quận 2 Tp.HCM. 56 Hình 4.21. Điện thế nạp từ tấm pin mặt trời theo các thời điểm từ 09:15 đến 15:15 tại Quận 2 Tp.HCM 58 Hình 4.22. Cường độ dòng điện nạp từ tấm pin mặt trời theo các thời điểm từ 09:15 đến 15:15 tại Quận 2 Tp.HCM. 58 Hình 4.23. Điện thế nạp từ tấm pin mặt trời theo các thời điểm từ 08:25 đến 15:15 tại Quận 2 Tp.HCM. 60 Hình 4.24. Cường độ dòng điện nạp từ tấm pin mặt trời theo các thời điểm từ 08:25 đến 15:15 tại Quận 2 Tp.HCM. 60 Hình 4.25. Cường độ dòng điện nạp từ tấm pin mặt trời so sánh khi có tracking và không có tracking 61 Hình 4.26. Điện thế nạp từ tấm pin mặt trời so sánh khi có tracking và không có tracking. 62 Hình 4.27. Phương pháp so sánh hai cảm biến. 63 xii
15. DANH SÁCH CÁC BẢNG TRONG LUẬN VĂN BẢNG TRANG Bảng 1.1. Giá trị điện áp, dòng điện phụ thuộc góc lệch 7 Bảng 2.1. Giờ tại địa phương ứng với giờ mặt trời là 12 giờ. 10 Bảng 2.2. Bức xạ mặt trời (W/m2) lên bề mặt Trái đất ứng với giờ mặt trời là 12 giờ. 11 Bảng 2.3. Bức xạ mặt trời lên dàn pin mặt trời ứng với giờ mặt trời là 12 giờ. 12 Bảng 4.1. Dòng điện, điện áp khi xoay trục 1. 43 Bảng 4.2. Dòng điện, điện áp khi xoay trục 2. 44 Bảng 4.3. Độ nhạy của tấm pin 45 Bảng 4.4. Cường độ dòng và điện thế nạp vào accu từ tấm pin khi đo ngày 31/03/2011. 52 Bảng 4.5. Cường độ dòng và điện thế nạp vào accu từ tấm pin khi đo ngày 05/04/2011. 55 Bảng 4.6. Cường độ dòng và điện thế nạp vào accu từ tấm pin khi đo ngày 06/04/2011. 57 Bảng 4.7. Cường độ dòng và điện thế nạp vào accu từ tấm pin khi đo ngày 07/04/2011. 59 xiii
16. Luận văn Thạc sỹ Solar tracking system Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Các nghiên cứu và ứng dụng năng lượng mặt trời hiện nay Trong thời đại khoa học phát triển, nhu cầu về năng lượng ngày càng tăng. Trong khi các nguồn nhiên liệu hóa thạch như than đá, dầu mỏ, khí thiên và ngay cả thủy điện cũng có hạn khiến nhân loại đứng trước nguy cơ thiếu hụt năng lượng trong tương lai không xa. Do đó, vấn đề tìm kiếm và khai thác các nguồn năng lượng mới như năng lượng hạt nhân, năng lượng địa nhiệt, năng lượng gió và năng lượng mặt trời là một trong những hướng quan trọng trong kế hoạch phát triển năng lượng. Năng lượng mặt trời (Solar Energy) là nguồn năng lượng sạch và tiềm tàng nhất, đang được loài người thật sự quan tâm. Do đó việc nghiên cứu và nâng cao hiệu quả các thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời và triển khai ứng dụng chúng vào thực tế là vấn đề mang tính thời sự.Các ứng dụng năng lượng mặt trời phổ biến hiện nay bao gồm 2 lĩnh vực chủ yếu. Thứ nhất là năng lượng mặt trời được sử dụng ở dạng nhiệt năng, người ta dùng các thiết bị thu bức xạ nhiệt mặt trời và tích trữ nó dưới dạng nhiệt năng dùng vào các mục đích khác nhau như: Nhà máy nhiệt điện, thiết bị xấy khô, bếp nấu, thiết bị chưng cất nước, động cơ Stirling, thiết bị đun nước nóng, thiết bị làm lạnh và điều hòa không khí. Thứ hai, năng lượng mặt trời được biến đổi thành điện năng nhờ các tế bào quang điện bán dẫn, còn gọi là Pin mặt trời (Soalr Cell), các Pin mặt trời sản xuất điện năng một cách liên tục khi có bức xạ mặt trời chiếu tới. Pin mặt trời có ưu điểm là gon nhẹ, có thể lắp bất kỳ nơi đâu có ánh sáng mặt trời, đặc biệt trong lĩnh vực tàu vũ trụ. Ứng dụng năng lượng mặt trời dưới dạng này được phát triển rất nhanh, nhất là ở các nước phát triển. Ngày nay con người đã ứng dụng pin mặt trời trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, giao thông (Solar Car) và trong sinh hoạt nhằm Chương 1 Trang 1
17. Luận văn Thạc sỹ Solar tracking system thay thế dần nguồn năng lượng truyền thống. Thế giới sử dụng năng lượng mặt trời: Khi mà các quốc gia trên thế giới quan tâm đến việc bảo vệ môi trường và ngăn chặn hiệu ứng nhà kính và hiện tượng nóng dần lên của vỏ Trái đất thì các quốc gia bắt dầu nghiên cứu các phương pháp khác nhau để ngăn chặn hiện tượng trên và năng lượng chính là ngành được quan tâm và phát triển. Trong đó phải kể đến ngành năng lượng mặt trời, bởi năng lượng mặt trời là khá lớn và không gây ra hiệu ứng nhà kính nên đang được đầu tư và phát triển. Do đó, ngành công nghiệp pin mặt trời rất được quan tâm phát triển ở nhiều nước trên thế giới, trong đó có thể kể đến Nhật Bản, Đức, Mỹ, Tây Ban Nha, Hàn Quốc, Trung Quốc là những nước đứng đầu về sản lượng cells và modules. Pin mặt trời được phát triển trong khá nhiều lĩnh vực: máy tính (thiết bị sạc đa năng sử dụng năng lượng mặt trời có thể dùng để sạc pin cho nhiều loại di động và máy tính khác nhau), đồng hồ (PRW-1500 của Casio ), đồ dùng cá nhân (túi, ba lô có gắn pin mặt trời, điện thoại di động tích hợp bộ sạc pin năng lượng mặt trời ), đồ dung hàng ngày (LCD cảm ứng tích hợp các tấm pin mặt trời trên bề mặt, thiết bị chiếu sáng sử dụng pin mặt trời ). Pin mặt trời còn được dùng trong một số hệ thống khác ví dụ để chạy ô tô thay thế dần nguồn năng lượng truyền thống, dùng thắp sáng đèn đường, làm nguồn năng lượng cho cá vệ tinh hoạt động, [1] Trong công nghiệp, người ta cũng bắt đầu lắp đặt các hệ thống điện dùng pin mặt trời với công suất lớn, hiện tại các hệ thống này đang cung cấp 0,5% nhu cầu điện của thế giới và sẽ tăng lên 2,5% vào năm 2025, sau đó tăng vọt lên 16% vào năm 2040. Nhật Bản là quốc gia đứng đầu về sản lượng cell và modules pin mặt trời. Tính đến năm 2010, Nhật Bản đã sản xuất được 4,82G W điện mặt trời, chiếm 50% thị phần quốc tế. Đức, một trong các nước đi tiên phong trong lĩnh vực phát triển nguồn năng lượng sạch, đã theo đuổi mục tiêu cắt giảm mạnh lượng khí thải CO2 nhằm thực Chương 1 Trang 2
18. Luận văn Thạc sỹ Solar tracking system hiện chiến lược bảo vệ khí hậu toàn cầu. Kể từ năm 1997, ngành công nghiệp quang điện ở Đức đã giảm 50% chi phí cho các nhà máy điện mặt trời, năm 2006 đã có 2000 GW được lắp đặt so với chỉ 76 GW trong năm 2001. Dự tính đến năm 2050 các nhà máy điện mặt trời có thể cung cấp 15% tổng nhu cầu điện năng của châu Âu. Mỹ là quốc gia đứng thứ ba thế giới về sản lượng cells và modules, với tốc độ phát triển cells khá lớn, tăng khoảng 25% mỗi năm. Theo dự tính đến năm 2020, điện năng lượng mặt trời ở Mỹ sẽ đảm bảo 15% trên tổng nhu cầu điện quốc gia. Tây Ban Nha là nước sản xuất năng lượng mặt trời lớn thứ tư thế giới và xuất khẩu 80% điện năng này sang Đức. Tây Ban Nha có nhà máy năng lượng mặt trời lớn nhất thế giới, với 1255 chiếc gương phẳng, đạt công suất 20 MW. Dự tính đến năm 2013 sẽ có nhiều ngọn tháp mặt trời được xây dựng và sẽ tạo ra một “trang trại năng lượng mặt trời” với sản lượng 300 MW, đủ điện cung cấp cho 180 nghìn hộ gia đình, hoặc tương đương với toàn bộ dân số quanh vùng Seville. Ở Trung Quốc, có tòa nhà sử dụng năng lượng mặt trời lớn nhất thế giới tọa lạc ở Đức Châu, tỉnh Sơn Đông, Trung Quốc, tòa nhà có tổng diện tích là 75 nghìn m2, được dùng cho các buổi triển lãm, khách sạn, họp báo, văn phòng, nghiên cứu khoa học, Ở Đài Loan (Trung Quốc), sân vận động sử dụng năng lượng mặt trời để sản xuất điện đầu tiên trên thế giới đã ra đời, sân vận động với 8844 tấm pin mặt trời sẽ sản xuất 1,14 triệu kWh điện mỗi năm, đủ để thắp sáng 3300 bóng đèn và hai màn hình tivi khổng lồ trong sân vận động, giảm 660 tấn khí thải CO2 mỗi năm. Tình hình sử dụng pin mặt trời ở Việt Nam: Đi theo xu hướng phát triển của thế giới thì Việt Nam cũng đã đầu tư và phát triển ngành công nghiệp mặt trời này. Đi đầu trong việc phát triển ứng dụng này là ngành bưu chính viễn thông: các trạm pin mặt trời làm nguồn cấp điện cho các thiết bị thu phát sóng, trạm thu phát truyền hình thông qua vệ tinh. Ở ngành hàng hải trạm pin mặt trời sử dụng làm nguồn cấp điện cho các thiết bị chiếu sáng, cột hải đăng, đèn báo sông. Trong ngành công nghiệp, các trạm pin mặt trời phát điện sử dụng làm nguồn cấp điện dự phòng cho các thiết bị điều Chương 1 Trang 3
19. Luận văn Thạc sỹ Solar tracking system khiển trạm biến áp 500 kV, thiết bị máy tính và sử dụng làm nguồn cấp điện nối với điện lưới quốc gia. Ở khu vực phía Nam, các dàn pin mặt trời được đưa vào phục vụ thắp sáng và sinh hoạt văn hóa tại một số vùng nông thôn xa lưới điện: có công suất từ 500÷1000W được lắp đặt ở trung tâm xã, nạp điện vào acquy cho các hộ gia đình sử dụng. Các dàn pin mặt trời có công suất từ 250 – 500 W phục vụ thắp sáng cho các bệnh viện, trạm xá và các cụm văn hoá xã Pin mặt trời cũng được dùng trong việc thắp sáng đèn đường tại tỉnh Tiền Giang, hệ thống đèn có khả năng tự phát sáng vào ban đêm với thời lượng trung bình 12 giờ, đèn có tuổi thọ đến 50.000 giờ, không cần bảo trì hoặc sửa chữa trong vòng 10 năm. Khu vực miền Trung có bức xạ mặt trời khá tốt và số giờ nắng cao, rất thích hợp cho việc ứng dụng pin mặt trời. Có nhiều dàn pin mặt trời đã được lắp đặt thí điểm ở một số tỉnh như: Gia Lai, Bình Định, Quảng Ngãi và Khánh Hòa, Ninh Thuận, với công suất 40 – 50 W ở các hộ gia đình và 200 – 800 W ở tại các trung tâm cụm xã và các trạm y tế. Ở khu vực phía Bắc, việc ứng dụng các dàn pin mặt trời phát triển với tốc độ khá nhanh, phục vụ các hộ gia đình ở các vùng núi cao, hải đảo và cho các trạm biên phòng. Công suất của dàn pin tại các hộ gia đình từ 40 – 75 W, tại các trạm biên phòng, nơi hải đảo có công suất từ 165 – 300 W và tại các trạm xá và các cụm văn hoá thôn, xã là 165 – 525 W. Một số công trình khác sử dụng pin mặt trời như: trung tâm Hội nghị Quốc gia có hệ thống pin mặt trời công suất 154 kW, trạm pin mặt trời nối lưới Viện Năng lượng công suất 1,08 kW bao gồm 8 môđun, trạm pin mặt trời nối lưới lắp đặt trên mái nhà làm việc Bộ Công Thương - Hà Nội có công suất lắp đặt 2,7k W, hai cột đèn năng lượng mặt trời kết hợp năng lượng gió được lắp đặt tại Ban quản lý dự án Công nghệ cao Hòa Lạc, trị giá 8.000 USD, có thể sử dụng trong 10h mỗi ngày, có thể thắp sáng 4 ngày liền trong điều kiện không có nắng và gió. 1.2 Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài Một hệ thống điện năng lượng mặt trời cần phải có: pin mặt trời, thiết bị tích Chương 1 Trang 4
20. Luận văn Thạc sỹ Solar tracking system trữ (accu), thiết bị điều phối, tải tiêu thụ, Sơ đồ khối hệ thống điện mặt trời: Hình 1.1: Sơ đồ khối Hệ thống điện mặt trời Để thiết kế, tính toán một hệ thống điện mặt trời, trước hết cần các thông số sau đây: - Yêu cầu và các đặc trưng của phụ tải: Hệ thống gồm bao nhiêu thiết bị, đặc trưng của mỗi thiết bị, thời gian hoạt động của các thiết bị trong ngày, trong tháng và trong năm. Thiết bị nào được ưu tiên, thiết bị nào được ngưng tạm thời, - Vị trí lắp đặt hệ thống: Bức xạ mặt trời phụ thuộc vào từng địa điểm trên trái đất và điều kiện tự nhiên của địa điểm đó. Để hệ thống điện mặt trời có thể cung cấp đủ cho phụ tải trong suốt một năm thì cần phải lấy giá trị tổng cường độ của tháng thấp nhất làm cơ sở. Tuy nhiên, những tháng mùa hè thì năng lượng lại dư thừa gây lãng phí. Do đó để giảm diện tích tấm pin (giảm giá thành) thì người ta kết hợp thêm máy phát dùng năng lượng gió gọi là công nghệ tổ hợp (hybrid system technology). [2] Vị trí lắp đặt hệ thống điện mặt trời còn dùng để xác định góc nghiên của dàn pin mặt trời sao cho khi đặt cố định thì tổng năng lượng của hệ thống là lớn nhất. Góc nghiên β so với phương nằm ngang, thông thường chọn: β = α ± 10º, với α là vĩ độ nơi lắp đặt. Nếu ở bán cầu Nam thì quay về hướng Bắc và ngược lại, ở bán cầu Bắc thì quay về hướng Nam. Chương 1 Trang 5
21. Luận văn Thạc sỹ Solar tracking system Hình 1.2 Góc đặt tấm pin mặt trời Như đã trình bày ở trên, để lắp đặt một tấm pin cố định tại một địa điểm nào đó, cần phải có các thông số để tính toán góc đặt như: các số liệu về tổng bức xạ mặt trời, khí hậu, thời tiết được ghi nhận qua hàng chục năm, thậm chí hàng trăm năm của địa điểm đó; giờ mặt trời, bức xạ mặt trời lên dàn pin. Từ đó sẽ tính được góc nghiên β tối ưu [1]. Tuy nhiên, năng lượng bức xạ mặt trời trong ngày thay đổi, đạt giá trị cực đại khi , khi đó tia nắng có hướng trực điện với tấm pin. Bảng 1.1 cho thấy sự phụ thuộc của điện áp (Voltage Received) , dòng điện (Current Received) đối với góc tới (Angle of Incidence) θz. Vì vậy, để điện áp, dòng điện luôn cực đại (công suất cực đại), tấm pin phải được thay đổi để luôn luôn vuông góc với hướng tia nắng. Hệ thống điều khiển như vậy gọi là Hệ tracking năng lượng mặt trời (Solar Tracking System). Chương 1 Trang 6
22. S K L 0 0 2 1 5 4