Luận văn Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mô hình máy phát ðiện gió kết hợp năng lượng mặt trời công suất nhỏ (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mô hình máy phát ðiện gió kết hợp năng lượng mặt trời công suất nhỏ (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 VÕ MINH HOÀNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY PHÁT ÐIỆN GIÓ KẾT HỢP NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CÔNG SUẤT NHỎ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 6052013 S K C0 0 4 9 8 4 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 09/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ VÕ MINH HOÀNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ KẾT HỢP NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CÔNG SUẤT NHỎ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 6052013 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 9/2016
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ VÕ MINH HOÀNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ KẾT HỢP NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CÔNG SUẤT NHỎ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 6052013 Hướng dẫn khoa học: TS. PHẠM HUY TUÂN ThS. HOÀNG TRÍ Tp. Hồ Chí Minh, tháng 9/2016
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Võ Minh Hoàng Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 21/03/1979 Nơi sinh: Bình Thuận Quê quán: Bình Thuận Dân tộc: Kinh Địa chỉ liên lạc: Số 28/7 Nguyễn Du - Lạc Đạo - TP, Phan Thiết - Bình Thuận Điện thoại cơ quan: (062) 3835084 Điện thoại di động: 01233172179 Fax: E-mail: vmhoang@dnbt.edu.vn II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 1997 đến 2002 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp, Hồ Chí Minh Ngành học: Thiết kế máy Tên đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy phân loại hạt cà phê theo màu sắc của hạt Ngày & nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: Khoa kỹ thuật cơ sở - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp, Hồ Chí Minh. Người hướng dẫn: Giảng viên: ThS. Chế Văn Hưng. 2. Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 10/2014 đến 10/2016 Nơi học (trường, thành phố):Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp, Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ thuật Cơ khí Tên luận văn: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mô hình máy phát điện gió kết hợp năng lượng mặt trời công suất nhỏ Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 29/10/2016 = Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp, Hồ Chí Minh. Người hướng dẫn: TS. Phạm Huy Tuân; ThS. Hoàng Trí III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2003 - Công ty TNHH PNP Việt Nam - Nhân viên kỹ thuật 2005 2006 - Trường Trung cấp KT-KT Tôn - Chuyên viên phòng Đào tạo 2008 Đức Thắng - Phụ trách phòng quản trị thiết bị 2009 đến Trường Cao đẳng nghề Bình dạy học. nay Thuận - Phó trưởng phòng TC-HC-QT. i
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 Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 9 năm 2016 Học viên (Ký tên và ghi rõ họ tên) Võ Minh Hoàng ii
6. CẢM TẠ Qua quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, học trò kính gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến quý thầy:  TS. Phạm Huy Tuân, ThS. Hoàng Trí đã tận tình chỉ dạy, tạo điều kiện và động viên học trò trong suốt quá trình thực hiện.  Quý thầy, cô giáo đã tham gia công tác giảng dạy, hướng dẫn học trò và các thành viên trong lớp, trong toàn bộ khoá học.  Quý thầy, cô giảng dạy tại khoa Cơ khí Chế tạo máy, phòng Đào tạo - bộ phận sau đại học - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh đã giúp đỡ người thực hiện trong thời gian học tập và nghiên cứu tại trường.  Kính gửi lời cảm tạ tới BGH Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho cho các học viên tại trường được học tập và nghiên cứu.  Xin chân thành cảm ơn gia đình và Ban giám hiệu, tập thể cán bộ quản lý, giáo viên Trường Cao đẳng nghề Bình Thuận đã hỗ trợ, động viên, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập. Kính chúc quý thầy, cô thật nhiều sức khỏe. Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 9 năm 2016 Học viên Võ Minh Hoàng iii
7. TÓM TẮT Năng lượng là mối quan tâm hàng đầu của các nước trên thế giới, nhất là trong bối cảnh nguồn năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt. Vì vậy việc áp dụng khoa học kỹ thuật khai thác, sử dụng nguồn năng lượng sạch thay thế cho nguồn năng lượng hóa thạch truyền thống chính là mối quan tâm hàng đầu của nhân loại. Mô hình lai (hybrid) là một phương pháp hữu hiệu sản xuất ra điện năng trên toàn thế giới. Nhiều công trình nghiên cứu đã được thực hiện và tiếp tục những tiến bộ mới cho hệ thống này. Đề tải này đề xuất một hệ thống tuabin sử dụng năng lượng gió và kết hợp năng lượng mặt trời sinh ra điện năng lưu trữ vào ắc quy dự phòng. Hệ thống được thiết kế, tích hợp như một nguồn năng lượng điện quy mô nhỏ đáp ứng một phần nguồn điện sinh hoạt cho những nơi không có điện lưới quốc gia hoặc vùng xa xôi hải đảo. Với đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mô hình máy phát điện gió kết hợp năng lượng mặt trời công suất nhỏ” nhằm nghiên cứu, tính toán và chế tạo được một hệ thống lai sử dụng hai nguồn năng lượng sạch từ gió và mặt trời có thể áp dụng vào thực tế cuộc sống; đặc biệt cho các địa phương có tiềm năng dồi dào hai nguồn năng lượng xanh này. iv
8. ABSTRACT Energy security has been a major concern throughout the human history, especially when fossil fuels are becoming depleted, The demand of finding and developing alternative energy resources is more crucial then ever, Some of the very essential sources are the renewable energy which solar energy and wind energy are the two most abundant sources that human can rely on. Combined system to harvest several types of green energy is an effective way to take the advantage of each source. Hybrid model for solar and wind energies has been widely studied recently. This thesis investigates a hybrid energy system combining solar photovoltaic and wind turbine with backup storage batteries. The hybrid system was designed, integrated and optimized to provide electrical energy on the household scale to rural and remote areas where electric grid is not available. The thesis “Research, design and fabricate small scale hybrid power system for solar and wind energy” aimed to make a hybrid model to create electricity from solar and wind energy, This research is very practical for central coastal provinces such as Binh Thuan where wind and solar enegy are extremely abundant. v
9. MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii CẢM TẠ iii TÓM TẮT iv ABSTRACT v MỤC LỤC vi DANH MỤC HÌNH VẼ xii DANH MỤC BẢNG BIỂU xvi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xvii Chương 1 MỞ ĐẦU 1 1.1. Đặt vấn đề 1 1.2. Tính cấp thiết của đề tài 2 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2 1.3.1. Ý nghĩa khoa học 2 1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn 2 1.4. Mục tiêu nghiên cứu đề tài 3 1.5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 3 1.5.1. Đối tượng nghiên cứu 3 1.5.2. Phạm vi nghiên cứu đề tài 3 1.6. Phương pháp nghiên cứu 3 1.6.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: 4 1.6.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: 4 1.7. Các nghiên cứu trong và ngoài nước 4 1.7.1. Các nghiên cứu trong nước 4 1.7.2. Các nghiên cứu ngoài nước 5 1.8. Định hướng nghiên cứu 5 1.9. Nội dung luận văn 6 Chương 2 TỔNG QUAN 7 vi
10. 2.1. Tổng quan năng lượng gió 7 2.1.1. Tiềm năng gió Việt Nam 7 2.1.2. Tiềm năng gió tỉnh Bình Thuận 9 2.2. Tổng quan về máy phát điện gió 10 2.2.1. Các loại máy phát điện gió công suất nhỏ 10 2.2.1.1. Tuabin gió trục ngang (HAWT) 10 2.2.1.2. Tuabin gió trục đứng (VAWT) 11 2.2.2. So sánh HAWT và VAWT 11 2.3. Tổng quan năng lượng măṭ trời tại Việt Nam, tỉnh Bình Thuận 12 2.3.1. Tiềm năng năng lượng bức xạ mặt trời tại Việt Nam 12 2.3.2. Tiềm năng năng lượng bức xạ mặt trời tại Bình Thuận 13 2.4. Tổng quan về pin quang điện 15 2.4.1. Pin quang điện 15 2.4.1.1. Giới thiệu 15 2.4.1.2. Cấu tạo 15 2.4.1.3. Nguyên lý hoạt động 16 2.4.1.4. Phân loại pin quang điện 18 2.4.2. Ưu nhược điểm pin quang điện 20 2.5. Hệ thống phát điện hỗn hợp năng lượng gió - mặt trời 20 2.5.1. Các thành phần của hệ thống 20 2.5.2. Ưu nhược điểm 21 Chương 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 22 3.1. Tuabin gió 22 3.1.1. Định luật Bezt 22 3.1.2. Hệ số công suất Cp 23 3.1.3. Tỉ số tốc độ gió đầu cánh TSR 25 3.1.4. Số cánh quạt 26 3.1.5. Đường cong công suất lý tưởng của tuabin gió 26 3.1.6. Lực tác dụng lên rotor 27 vii
11. 3.1.7. Ảnh hưởng của chiều cao tháp tuabin gió 29 3.1.8. Công suất gió trung bình tính theo hàm mật độ xác suất Rayleigh 30 3.2. Hệ thống pin quang điện 30 3.2.1. Các đặc trưng điện của pin quang điện 30 3.2.1.1. Sơ đồ tương đương 30 3.2.1.2. Phương trình tương đương của pin quang điện 31 3.2.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến pin quang điện 31 3.2.1.4. Phương trình tương đương của bộ pin quang điện 32 3.2.2. Góc nghiêng của dàn pin quang điện 34 3.2.3. Xác định tổng năng lượng hàng ngày của hệ pin quang điện 35 3.2.4. Tính công suất của hệ pin quang điện (Watt Peak) 35 3.2.5. Số lượng tấm pin quang điện 35 3.2.6. Tính số mô đun pin quang điện mắc song song và nối tiếp 35 3.3. Tính, lựa chọn cụm điều khiển và lưu trữ điện năng 36 3.3.1. Dung lượng của ắc quy axit – chi 36 3.3.2. Công suất của bộ nghịch lưu DC-AC (Inverter) 37 3.3.3. Bộ điều khiển sạc 37 Chương 4 PHÂN TÍCH YÊU CẦU VÀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 39 4.1. Phân tích yêu cầu 39 4.1.1. Tải tiêu thụ 39 4.1.2. Vị trí địa lý, khí hậu tại vị trí lắp đặt 39 4.1.3. Chọn tỉ lệ công suất định mức phát của hệ pin quang điện và tuabin gió 40 4.2. Phương án thiết kế tuabin gió 40 4.2.1. Yêu cầu thiết kế 40 4.2.2. Các phương án thiết kế 40 4.2.3. Lựa chọn phương án thiết kế 41 4.3. Phương án thiết kế hệ pin quang điện bám theo mặt trời 42 4.3.1. Yêu cầu thiết kế 42 4.3.2. Các phương án thiết kế 42 viii
12. 4.3.3. Lựa chọn phương án thiết kế 42 Chương 5 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN HỖN HỢP GIÓ – MẶT TRỜI 44 5.1. Tính toán, thiết kế tuabin gió 44 5.1.1. Xác định diện tích quét 44 5.1.2. Năng lượng điện nhận được hàng ngày từ hệ thống điện gió 44 5.1.3. Chọn góc đặt cánh β, số lượng và kích thước - biên dạng cánh 45 5.1.4. Số vòng quay của tuabin 47 5.1.5. Lựa chọn máy phát điện (Dynamo) và xác định tỉ số truyền 47 5.1.6. Bộ truyền đai 49 5.1.6.1. Tính toán bộ truyền đai 49 5.1.6.2. Lực tác dụng lên trục 51 5.1.7. Chọn vật liệu trục 52 5.1.8. Thiết kế máy phát điện gió 52 5.2. Tính toán, thiết kế của hệ pin quang điện tự xoay một trục 54 5.2.1. Giới thiệu 54 5.2.2. Sơ đồ khối 54 5.2.3. Tính toán lựa chọn hệ pin quang điện 55 5.2.4. Thiết kế kết cấu hệ thống cơ khí 56 5.2.4.1. Thiết kế hệ thống khung gá hệ pin quang điện 57 5.2.4.2. Cơ cấu dẫn động tịnh tiến 57 5.2.4.3. Lắp ráp hoàn chỉnh hệ thống cơ khí pin quang điện xoay quanh một trục 58 5.2.5. Thiết kế bộ cảm biến ánh sáng 59 5.2.6. Hệ thống điều khiển trung tâm 60 5.2.7 Giải thuật và chương trình điều khiển 63 5.2.7.1 Giải thuật chương trình 63 5.2.7.2. Chương trình điều khiển 64 5.3. Hệ thống điều phối năng lương và ắc quy lưu trữ điện năng 64 ix
13. 5.3.1. Bộ điều khiển sạc hybrid 64 5.3.2. Bộ nghịch lưu DC-AC (Inverter) 66 5.3.3. Đồng hồ hiển thị công suất DC 66 5.3.4. Dung lượng ắc quy hệ thống Hybrid 67 5.3.5. Tủ điều phối năng lượng và bộ lưu trữ điện năng 68 5.3.6. Lắp đặt mô hình máy phát điện năng lượng gió kết hợp năng lượng mặt trời công suất nhỏ 70 Chương 6 KIỂM NGHIỆM - ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 71 6.1. Kiểm nghiệm hiệu suất tấm pin quang điện tự xoay một trục so với tấm pin quang điện đặt cố định 71 6.1.1. Bố trí thí nghiệm 71 6.1.2. Các thông số đo tấm pin quang điện gắn trên hệ thống tự xoay một trục và tấm pin quang điện đặt cố định  = 210 71 6.1.2.1. Bố trí đo điện thế, dòng điện, công suất của tấm pin quang điện 72 6.1.2.2. Bố trí đo bức xạ mặt trời và góc xoay của tấm pin quang điện đặt trên hệ thống tự xoay một trục 72 6.1.2.3. Các giá trị đo điện áp, cường độ dòng điện, công suất, góc xoay, bức xạ mặt trời 74 6.1.2.4. Công suất giữa tấm pin quang điện gắn trên hệ thống tự xoay một trục so với tấm pin quang điện đặt cố định  = 210 và bức xạ nhận được của pin quang điện gắn trên hệ thống tự xoay một trục 75 6.1.2.5. Sự biến động góc xoay tấm pin quang điện trên hệ thống tự xoay một trục trong mỗi giờ 76 6.1.2.6. Đánh giá 77 6.2. Kiểm nghiệm máy phát điện tuabin gió 77 6.2.1. Bố trí đo vận tốc vòng trục tuabin, vận tốc vòng trục Dynamo, công suất phát điện Dynamo tương ứng với các chỉ số vận tốc gió 77 6.2.2. Mối liên hệ giữa tốc độ gió và công suất phát Dynamo 78 6.2.3. Mối liên hệ giữa vận tốc vòng Dynamo và công suất phát 78 x
14. 6.2.4. Mối liên hệ giữa vận tốc vòng Dynamo và tốc độ gió nhận được của tuabin 79 6.2.5. Mối liên hệ giữa vận tốc vòng Dynamo và công suất phát - tốc độ gió 80 6.2.6. Đánh giá 80 Chương 7 KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ 81 7.1. Kết luận 81 7.2. Đề nghị 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 PHỤ LỤC 85 xi
15. DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Dự án phong điện 1 (Bình Thuận) 1 Hình 1.2: Dự án điện - gió kết hợp máy phát điện diesel (Phú Quý - Bình Thuận) 1 Hình 1.3: Trạm phát điện hỗn hợp năng lượng gió và mặt trời 5 Hình 2.1: Bản đồ gió tại độ cao 65 m [20] 7 Hình 2.2: Bản đồ gió tại độ cao 30 m [20] 8 Hình 2.3: Tuabin đón gió từ phía sau [9] 10 Hình 2.4: Tuabin đón gió từ phía trước [9] 10 Hình 2.5: Các loại tuabin gió trục đứng 11 Hình 2.6: Cấu tạo cơ bản tuabin trục đứng và trục ngang [11] 11 Hình 2.7: Cấu tạo tế bào pin quang điện 16 Hình 2.8: Cấu tạo tấm pin quang điện [17] 16 Hình 2.9: Nguyên lý hoạt động của pin quang điện [11] 17 Hình 2.10: Một số tế bào pin quang điện ghép thành một mô đun, 17 một số mô đun ghép thành một hệ pin quang điện [17] 17 Hình 2.11: Các phương pháp lắp đặt pin quang điện [17] 18 Hình 2.12: Cấu trúc gấp của một pin quang điện vô định hình Si [10] 18 Hình 2.13: Cấu trúc điển hình của một pin quang điện màng mỏng hệ CuInSe2 [10] 19 Hình 2.14: Sơ đồ cấu trúc của một pin quang điện hệ vật liệu CdTe [10] 19 Hình 2.15: Cấu trúc hệ thống phát điện hỗn hợp năng lượng gió - mặt trời 21 Hình 2.16: Trạm phát điện hỗn hợp năng lượng mặt trời và gió với công suất 8,6 kW 21 tại Trường Đại học Bách khoa, Đà Nẵng 21 Hình 2.17: Trạm phát điện hỗn hợp năng lượng mặt trời và gió với công suất 9 kW 21 tại Ga Nha Trang, Khánh Hòa 21 Hình 3.1: Ống động lực học Bezt trong điều kiện lý tưởng [3] 23 xii
16. Hình 3.2: Đường cong công suất lý tưởng của tuabin gió [11] 27 Hình 3.3: Lực tác dụng lên cánh [3] 27 Hình 3.4: Giá trị cản gió của một số hình dạng hình học [3] 29 Hình 3.5: Mạch điện tương đương của pin quang điện [11] 30 Hình 3.6: Mô hình pin quang điện một đi ốt lý tưởng [11]. 32 Hình 3.7: Mô đun pin quang điện [11] 33 Hình 3.8: Đặc tuyến I-V với các bức xạ khác nhau [11] 34 Hình 3.9: Đặc tuyến P-V với các bức xạ khác nhau [11] 34 Hình 4.1: Mô hình tuabin gió trục đứng cánh tròn [3] 40 Hình 4.2: Mô hình tuabin gió trục đứng cánh NACA 41 Hình 4.3: Mô hình hệ pin quang điện bám theo mặt trời một trục [18] 42 Hình 4.4: Mô hình hệ pin quang điện bám theo mặt trời hai trục [26]. 42 Hình 5.1: Kích thước và biên dạng cánh 45 Hình 5.2: Bản vẽ thiết kế góc đặt cánh của đĩa gắn cánh quạt 46 Hình 5.3: Đĩa gắn cánh quạt 47 Hình 5.4: Dynamo Bpe-mg 100 W, 12 VAC, 3 Pha 48 Hình 5.5: Biểu đồ giữa tôc độ vòng và công suất của Dynamo Bpe-mg 100 W, 48 12 VAC, 3 Pha theo đánh giá của nhà sản xuất [33] 48 Hình 5.6: Đai răng ký hiệu bước XL 49 Hình 5.7: Kết quả tính toán puli răng và đai răng (Pulley Centre Calculation) 50 Hình 5.8: Bộ truyền đai răng hoàn chỉnh 50 Hình 5.9: Trục tuabin gió Þ 42, dài 1,150 mm 52 Hình 5.10: Thiết kế kết cấu máy phát điện gió trục đứng công suất nhỏ 52 Hình 5.11: Sơ đồ phân tích lực tác động lên trục rotor và ổ đỡ 53 Hình 5.12: Máy phát điện gió trục đứng cánh tròn công suất nhỏ hoàn chỉnh 54 Hình 5.13: Sơ đồ khối của hệ pin quang điện tự xoay một trục [18] 55 Hình 5.14.a: Tấm pin quang điện SN 100Wp 56 Hình 5.14.b: 56 Nhãn thông số kỹ thuật 56 xiii
17. Hình 5.15: Thiết kế kết cấu hệ thống khung gá pin quang điện xoay quanh một trục 57 Hình 5.16: Thiết kế cơ cấu dẫn động tịnh tiến chiều dài hành trình 210 mm 57 Hình 5.17: Cơ cấu dẫn động tịnh tiến lắp ráp hoàn chỉnh 58 Hình 5.18: Mô hình hoàn chỉnh hệ thống cơ khí 58 pin quang điện xoay quanh một trục 58 Hình 5.19a: Quang trở LDR 59 Hình 5.19b: Mô đun quang trở 59 Hình 5.20: Cơ chế làm việc của LDR hướng Tây và LDR hướng Đông 59 Hình 5.21: Hộp đựng bộ cảm bỉến LDR 60 Hình 5.22: Vị trí lắp đặt bộ cảm biến LDR 60 Hình 5.23: Sơ đồ mạch điều khiển trung tâm 61 Hình 5.24: Hệ thống điều khiển trung tâm hoàn chỉnh 62 Hình 5.25: Lưu đồ giải thuật điều khiển động cơ DC 63 Hình 5.26: Bộ điều khiển sạc - Controller Wind & Soalr Hybrid 65 Hình 5.27: Bộ Inverter 500W 66 Hình 2.28: Đồng hồ hiển thị công suất DC 0 – 60V, 0 – 100A 67 Hình 5.29: Hệ thống bình ắc quy 68 Hình 5.30: Các thiết bị của tủ điều phối năng lượng và bộ lưu trữ điện năng 69 Hình 5.31: Tủ điều phối năng lượng và bộ lưu trữ điện năng lắp đặt hoàn chỉnh 69 Hình 5.32: Sơ đồ lắp ráp mô hình máy phát điện năng lượng gió kết hợp năng lượng mặt trời công suất nhỏ. 70 Hình 6.1: Bố trí đặt hai tấm pin quang điện 71 Hình 6.2: Sơ đồ đo công suất tấm pin quang điện 72 Hình 6.3: Đo công suất hai tấm pin quang điện 72 Hình 6.4: Dụng cụ đo gắn trên hệ thống tự xoay một trục 73 Hình 6.5: Vị trí góc xoay tối đa của tấm pin quang điện 73 xiv
18. Hình 6.6: Biểu đồ công suất giữa tấm pin quang điện gắn trên hệ thống tự xoay một trục so với tấm pin quang điện đặt cố định  = 210 và bức xạ nhận được của pin quang điện gắn trên hệ thống tự xoay một trục. 75 Hình 6.7: Biểu đồ sự biến động góc xoay tấm pin quang điện trên 76 hệ thống tự xoay một trục trong mỗi giờ 76 Nhận xét: Theo hình 6.7 ta thấy mỗi giờ tấm pin quang điện xoay được một góc có giá trị trung bình 12,980 xung quanh trục mà tốc độ quay của trái đất 150 mỗi giờ, vậy đường trục của bộ thu pin quang điện bám theo mặt trời một trục tương đối luôn hướng thẳng góc với mặt trời. 76 Hình 6.8: Bố trí thí nghiệm máy phát điện gió 77 Hình 6.9: Biểu đồ quan hệ tốc độ gió và công suất phát Dynamo 78 Hình 6.10: Biểu đồ quan hệ giữa vận tốc vòng Dynamo và công suất phát 78 Hình 6.11: Biểu đồ quan hệ vận tốc vòng Dynamo và tốc độ gió nhận được của tuabin 79 Hình 6.12: Biểu đồ quan hệ giữa vận tốc vòng Dynamo 80 và công suất phát - tốc độ gió 80 xv
19. DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Tiềm năng gió của Việt Nam ở độ cao 65m so với mặt đất [6] 8 Bảng 2.2 Tốc độ gió trung bình tỉnh Bình Thuận 9 Bảng 2.3 Năng lượng trung bình của gió tại các trạm Phan Thiết, Phú Quý 9 Bảng 2.4 So sánh ưu nhược điểm HAWT và VAWT 12 Bảng 2.5: Phân bố năng lương̣ măṭ trời taị các vùng trên lanh̃ thổ Viêṭ Nam [21]. . 13 Bảng 2.6: Ngày Mặt trời qua thiên đỉnh - Hiện tượng tròn bóng lúc giữa trưa [2]. . 13 Bảng 2.7: Thời gian Mặt trời chiếu sáng vào ngày 15 hàng tháng [2]. 14 Bảng 2.8: Lượng bức xạ tổng cộng thực tế [2]. 14 Bảng 2.9: Tổng số giờ nắng trung bình tháng và năm [2]. 15 Bảng 2.10: Ưu nhược điểm pin Mặt trời tinh thể silic và pin Mặt trời màng mỏng [21]. 20 Bảng 3.1: Các giá trị khác nhau của hệ số ma sát α [1]. 30 Bảng 4.1: Các thiết bị sử dụng điện thiết yếu trong hộ gia đình 39 Bảng 4.2: Tiêu chí so sánh pin Mặt trời bám theo Mặt trời một trục và hai trục 43 Bảng 4.3: Tiêu chí so sánh tuabin gíó trục đứng cánh tròn và cánh NACA 41 Bảng 5.1: Kết quả tính toán hệ pin Mặt trời độc lập 56 Bảng 5.2: Thông số kỹ thuật pin Mặt trời SN 100Wp 56 Bảng 5.3: Thông số của Dynamo Bpe-mg 100 W 48 Bảng 6.1: Vị trí góc xoay của tấm pin Mặt trời 73 Bảng 6.2: Các giá trị đo tấm pin Mặt trời gắn trên hệ thống tự xoay một trục và tấm pin Mặt trời đặt cố định  = 210 74 Bảng 6.3: Mỗi giờ tâm pin Mặt trời xoay được một góc 75 xvi
20. DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT MIS Metal Isolation Semiconductor NOCT Normal Operating Cell Temperature PV PhotoVoltaic TSR Tip Speed Ratio HAWT Horizontal Axis Wind Turbines VAWT Vertical Axis Wind Turbines xvii
21. Chương 1 MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Việt Nam là nước được các tổ chức phi chính phủ thế giới khảo sát, đánh giá có tiềm dồi dào, phong phú nguồn năng lượng tái tạo. Nếu được đầu tư và nghiên cứu công nghệ đúng hướng để chuyển đổi các nguồn năng lượng tái tạo thành điện năng đáp ứng được nhu cầu sinh hoạt, sản xuất tại vùng sâu vùng xa, hải đảo không có lưới điện quốc gia nói riêng hoặc đấu nối, hòa vào mạng lưới điện quốc gia nói chung góp phần thúc đẩy sự phát triển bền vững kinh tế xã hội, nâng cao năng lưc cạnh tranh cấp độ quốc gia trong bối cảnh Việt Nam hội nhập nền kinh tế toàn cầu. Hình 1.1: Dự án phong điện 1 (Bình Thuận) Hình 1.2: Dự án điện - gió kết hợp máy phát điện diesel (Phú Quý - Bình Thuận) Trang 1
22. S K L 0 0 2 1 5 4