PHẦN MỞ ĐẦU 1.1: Mục đích và yêu cầu của đề tài Mục đích: Tự động điều chỉnh thiết bị thu năng lượng Mặt Trời quay theo hướng Mặt Trời gồm hai mục đích: - Làm cho thiết thiết bị thu năng lượng Mặt Trời luôn hướng về phía Mặt Trời, phát huy tối đa khả năng thu nhận năng lượng - Lấy số liệu và so sánh hiệu suất với trường hợp khi đặt thiết bị nầm cố định một hướng. Yêu cầu cảu đề tài: - Tìm hiểu các thiết bị thu nhận năng lượng Mặt Trời. - Thiết kế mạch điều khiển, mạch công suất, mạch điều khiển động cơ servo. - Viết chương trình điều khiển cho vi xử lí Arduino UNO R3.
- Khảo nghiệm, lấy số liệu và so sánh hiệu suất giữa hai trường hợp khi tấm pin được đặt cố định và khi sử dụng thiết bị tự động định hướng. - Đánh giá hoạt động của mô hình.2: Cấu tạo và nguyên lý Pin mặt trời. Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng mà con người biết sử dụng từ rất sớm, nhưng ứng dụng năng lượng mặt trời vào các công nghệ sản xuất và trên quy mô rộng thì mới chỉ thực sự vào cuối thế kỷ 18 và cũng chủ yếu ở những nước nhiều năng lượng mặt trời, những vùng sa mạc. Từ sau các cuộc khủng hoảng năng lượng thế giới năm 1968 và 1973, năng lượng mặt trời càng được đặc biệt quan tâm.
Các nước công nghiệp phát triển đã đi tiên phong trong việc nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời. Các ứng dụng năng lượng mặt trời phổ biến hiện nay bao gồm các lĩnh vực chủ yếu sau: Pin mặt trời, Pin mặt trời là phương pháp sản xuất điện trực tiếp từ năng lượng mặt trời qua thiết bị biến đổi quang điện. Pin mặt trời có ưu điểm là gọn nhẹ có thể lắp bất kỳ ở đâu có ánh sáng mặt trời, đặc biệt là trong lĩnh vực tàu vũ trụ. ứng dụng năng lượng mặt trời dưới dạng này được phát triển với tốc độ rất nhanh, nhất là ở các nước phát triển.
Ngày nay con người đã ứng dụng pin năng lượng mặt trời để chạy xe thay thế dần nguồn năng lượng truyền thống. Tuy nhiên giá thành thiết bị pin mặt trời còn khá cao, trung bình hiện nay khoảng 5USD/WP, nên ở những nước đang phát triển pin mặt trời hiện mới chỉ có khả năng duy nhất là cung cấp năng lượng điện sử dụng cho các vùng sâu, xa nơi mà đường điện quốc gia chưa có. ở Việt Nam, với sự hỗ trợ của một số tổ chức quốc tế đã thực hiện thành công việc xây dựng các trạm pin mặt trời có 1 công suất khác nhau phục vụ nhu cầu sinh hoạt và văn hoá của các địa phương vùng sâu, vùng xa, nhất là đồng bằng sông Cửu Long và Tây Nguyên. Tuy nhiên hiện nay pin mặt trời vẫn đang còn là món hàng xa xỉ đối với các nước nghèo như chúng ta 1.1: Cấu tạo Pin mặt trời( Pin quang điện) là thiết bị bán dẫn silic tinh khiết chứa lượng lớn các diod p-n, là thiết bị biến đổi trực tiếp năng lượng mặt trời thành điện năng.
1: Cấu tạo PIN mặt trời Bộ điều khiển sạc: Là thiết bị thực hiện chức năng điều tiết sạc cho ắc quy, bảo vệ cho ắc quy chống nạp quá tải và xả quá sâu nhắm nâng cao tuổi thọ cho bình ắc quy và giúp hệ thống pin mặt trời sử dụng hiệu quả và lâu dài. Bộ điều khiển còn cho biết tình trạng nạp điện của pin mặt trời vào ắc quy giúp cho người sử dụng kiểm soát được các phụ tải. Bộ điều khiển còn thực hiện việc bảo vệ nạp quá điện thế (>13,8 V) hoặc điện thế thấp (<10,5V).Mạch bảo vệ của bộ điều khiển sẽ thực hiện việc ngắt mạch khi bộ điều khiển xác định được ắc quy đã nạp đầy hoặc điện áp bình quá thấp. AC-DC INVERTER: Là bộ biến điện nghịch lưu.
Inverter chuyển đổi dòng điện từ 12V DC từ ắc quy thành dòng điện AC (110VAC,220VAC). Được thiết kế với nhiều cấp công suất từ 0,3kVA-10kVA. Inverter có nhiều loại và cách phân biệt chúng bằng dạng sóng của điện áp đầu ra: dạng sóng hình sin, giả sin , sóng vuông , sóng bậc thang… BATTERY( Ắc Quy): 2 Là thiết bị lưu trữ điện để sử dụng vào ban đêm hoặc lúc trời không co ánh nắng. Ắc quy có nhiều loại , kích thước và dung lượng khác nhau tùy thuộc vào công suất và đặc điểm của hệ thống pin mặt trời.
Hệ thống có công suất càng lớn thì cần sử dụng ắc quy có dung lượng lớn hoặc dùng nhiều bình ắc quy kết nối lại với nhau. Khung Gá và Dây Cáp: Để đảm bảo cho hệ thống pin mặt trời đặt đúng vị trí tốt nhất ( nắng nhiều nhất và lâu nhất) và hiệu quả của hệ thống luôn được ổn định và lâu dài, chúng ta cần dùng bộ khung gá và dây cáp chuyên dụng. Để tối đa hóa hiệu suất của hệ thống , các tấm pin cần được lắp đặt theo 1 góc nghiêng và 1 hướng nhất định ( tùy thuộc vào vị trí lắp đặt cụ thể). Lưu ý khi lắp đặt tránh các vùng có khả năng bi che , khuất nắng nên lựa chọn những vị trí có thể hứng nắng tốt nhất cả ngày.
Các phụ kiện đồng bộ kèm theo: ống , công tắc , bảng điện , vaseline, domino, ổ cắm…để lắp hoàn chỉnh hệ thống điện mặt trời.2: Nguyên lý hoạt động của Pin mặt trời. Ánh sáng mặt trời đem photon đến pin mặt trời, khi một photon chạm vào 1 mảnh silic, một trong hai điều sau sẽ xảy ra: Photon truyền trực xuyên qua mảnh siclic. Đó là khi năng lượng của photon nhỏ hơn năng lượng đủ để đưa các hạt electron lên mức năng lượng cao hơn. Năng lượng của photon được hấp thụ bởi silic.
Đó là khi năng lượng của photon lớn hơn năng lượng để đưa các hạt electron lên mức năng lượng cao hơn. Khi photon được hấp thụ, năng lượng của nó được truyền đến các hạt electron trong 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 1 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 cứ như vậy tạo thành luồng điện. Hầu hết năng lượng mặt trời đều có tác dụng nhiệt nhiều hơn là năng lượng điện sử dụng được.
2: Nguyên lý hoạt động của Pin mặt trời Hệ thống sản xuất điện từ năng lượng mặt trời thành điện 220V AC/50Hz bổ sung vào điện lưới. Hệ thống lưu trữ biến đổi điện năng từ năng lượng mặt trời thành điện 220V AC/50Hz. Tuy nhiên , chúng ta có thể sử dụng từng hệ thống một cách độc lập theo nhu cầu của người dùng. Khi khởi động Batterry bank luôn được ưu tiên nạp điện cho đến khi đầy.
Khi Battery bank xạc đầy bộ Inverter sẽ ngưng xạc và biến đổi điện DC từ pin mặt trời thành điện AC 220V có điện áp tần số -pha trùng với điện lưới thông qua đồng hồ W1 để chạy các phụ tải như tivi , tủ lạnh , quạt… Khi mất điện lưới , Inverter solar charger sẽ lấy điện DC từ Battery bank và solar để biến đổi thành điện AC 220v cung cấp cho tải ưu tiên. Ưu điểm và Khó khăn của hệ thống pin mặt trời. Ưu điểm: - Giúp bạn tiết kiệm tiền. - Sau khi đầu tư ban đầu đã được thu hồi, năng lượng từ mặt trời là thiết thực miễn phí.
- Nếu hệ thống pin mặt trời sản xuất năng lượng nhiều hơn bạn sử dụng, chính phủ của bạn có thể mua điện từ bạn. - Nó sẽ giúp bạn tiết kiệm tiền trên hóa đơn điện của bạn hàng tháng. - Pin năng lượng mặt trời sạch, tái tạo (không giống như dầu, khí đốt và than đá) và bền vững, góp phần bảo vệ môi trường của chúng ta. 4 - Nó không gây ô nhiễm không khí do khí carbon dioxide phát hành, oxit nitơ, khí lưu huỳnh hoặc thủy ngân vào khí quyển giống như nhiều hình thức truyền thống của các thế hệ điện không.
- Tiết kiệm được ngay lập tức và trong nhiều năm tới. - Nó tích cực góp phần vào việc giảm phát thải khí nhà kính có hại. - Không đóng góp cho sự nóng lên toàn cầu, mưa axit hoặc sương mù. - Năng lượng mặt trời hỗ trợ việc làm địa phương và tạo ra sự giàu có, thúc đẩy nền kinh tế địa phương.
- Các hệ thống năng lượng mặt trời hầu như bảo dưỡng miễn phí và sẽ kéo dài trong nhiều thập kỷ. - Sau khi cài đặt, không có chi phí định kỳ. Khó khăn: - Các chi phí ban đầu là bất lợi chính của việc cài đặt một hệ thống năng lượng mặt trời, phần lớn là vì chi phí cao của các vật liệu bán dẫn được sử dụng trong việc xây dựng - Tấm pin năng lượng mặt trời đòi hỏi khá một vùng rộng lớn để cài đặt để đạt được một mức độ tốt hiệu quả. - Hiệu quả của hệ thống cũng phụ thuộc vào vị trí của mặt trời, mặc dù vấn đề này có thể được khắc phục với việc cài đặt các thành phần nhất định.
- Việc sản xuất năng lượng mặt trời bị ảnh hưởng bởi sự hiện diện của các đám mây, gây ô nhiễm trong không khí. - không có năng lượng mặt trời sẽ được sản xuất vào ban đêm mặc dù một hệ thống pin dự phòng hoặc độ net sẽ giải quyết vấn đề này.3: Biện pháp sử dụng hiệu quả năng lượng mặt trời Giảm tiêu thụ điện của toàn bộ ngôi nhà: Trước tiên bạn nên loại bỏ các thiết bị và thiết bị sử dụng quá nhiều điện năng trong căn hộ của bạn. Chúng bao gồm các thiết bị dự phòng, bóng đèn sợi đốt, máy nước nóng lạnh, máy điều hòa, đèn chờ và các thiết bị ít sử dụng. Tiêu thụ tổng thể của bạn càng thấp, thì phần lớn bạn sẽ có thể sử dụng điện từ năng lượng mặt trời.
Cài đặt đèn Led thay vì đèn sợi đốt: Để sử dụng được các thiết bị và hệ thống năng lượng hoạt động bạn cần có ánh sáng. Những bóng đèn quá cũ chỉ sử dụng khoảng 10% điện năng để tạo ra ánh sáng và 90% bị mất do nhiệt tỏa ra. Chúng tạo ra nhiệt hơn là ánh sáng, bởi vì chúng được dựa trên một sợi dây phát sáng làm bằng volfram.