Chương 1: TỔNG QUAN GVHD: Nguyễn Văn Trung 1.5 Mục tiêu đạt được Hệ thống có thể hoạt động chính xác, đáp ứng linh hoạt và nhanh chóng đối với các thay đổi của vị trí của mặt trời. Thuật toán cần phải được thiết kế sao cho có khả năng dự đoán và điều chỉnh góc nghiêng của tấm pin mặt trời một cách chính xác và hiệu quả. Khi thực nghiệm hệ thống có thể giảm thiểu tổn hao năng lượng do ánh sáng mặt trời không chiếu thẳng vào tấm pin, giúp tăng hiệu suất thu năng lượng so với hệ thống cố định. 4 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT GVHD: Nguyễn Văn Trung Chương 2: Cơ sở lý thuyết 2.1 Hệ thống điện mặt trời cố định Hệ thống điện mặt trời cố định, hay còn gọi là hệ thống điện mặt trời tĩnh, là một loại hệ thống điện mặt trời mà các tấm pin năng lượng mặt trời được cố định trên một vị trí nhất định, không thể điều chỉnh hoặc di chuyển theo chuyển động của mặt trời.1: Hệ thống điện mặt trời cố định Hệ thống điện mặt trời cố định thường có chi phí lắp đặt thấp và không có khả năng theo dõi vị trí mặt trời vì không có thiết bị điều chỉnh hướng.
Điều này khiến chúng trở thành một lựa chọn thu hút cho các dự án có ngân sách hạn chế. Vì không có bộ phận cơ khí để điều chỉnh hướng, hệ thống cố định thường ít gặp sự cố hơn và yêu cầu ít bảo trì hơn so với các hệ thống có khả năng điều hướng pin mặt trời. Điều này làm giảm chi phí bảo trì, tăng tính ổn định của hệ thống. Hệ thống cố định không phụ thuộc vào cơ khí hoạt động để điều chỉnh hướng, do đó chúng thường ổn định hơn trong môi trường gió mạnh hoặc thời tiết khắc nghiệt.
Điều này làm cho chúng trở thành một lựa chọn phù hợp cho các khu vực có điều kiện thời tiết khắc nghiệt. Tại những khu vực có ánh sáng mặt trời ổn định, hệ thống cố định có thể là lựa chọn 5 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT GVHD: Nguyễn Văn Trung tối ưu vì không cần phải điều hướng pin năng lượng mặt trời. Điều này làm giảm chi phí cũng như đơn giản hóa quy trình lắp đặt và bảo trì. Mặc dù chi phí thấp và dễ bảo trì, hệ thống cố định thường có hiệu suất sản xuất điện thấp hơn so với hệ thống tracking vì không thể điều chỉnh hướng theo di chuyển của mặt trời.
Hiệu suất của hệ thống phụ thuộc vào hướng mà bảng điện mặt trời được cài đặt. Nếu hướng này không phù hợp, hiệu suất có thể giảm đi đáng kể. Điều này có thể gây ra tổn thất hiệu suất lớn trong những vị trí mà ánh sáng mặt trời không đủ mạnh hoặc không ổn định. Khả năng tối ưu hiệu suất sản xuất điện thấp hơn so với các hệ thống solar tracking.
Trong những khu vực có nhiều bóng cây hoặc cấu trúc, hệ thống cố định có thể bị che phủ mặt trời và gây giảm hiệu suất sản xuất điện. Điều này làm giảm tính khả thi, hiệu quả của hệ thống trong các môi trường này. Hệ thống điện mặt trời cố định có nhiều ứng dụng. Chúng được sử dụng trong công nghiệp, thương mại để cung cấp điện.
Ở mức gia đình, hệ thống này làm giảm chi phí điện, tạo ra nguồn năng lượng sạch. Trong nông nghiệp, sử dụng cho hệ thống tưới tiêu và nhà kính. Hệ thống điện mặt trời cố định cũng có thể là nguồn điện dự phòng và được tích hợp vào các dự án có quy mô lớn như trang trại mặt trời và cụm công nghiệp điện mặt trời.2 Phương pháp tracking Phương pháp điều hướng pin năng lượng mặt trời, là kỹ thuật sử dụng để tối ưu hóa việc thu thập năng lượng mặt trời từ các tấm pin quang điện. Hệ thống solar tracking bao gồm các tấm pin được gắn trên các khung di động có thể được điều chỉnh được góc nghiêng và hướng của chúng theo chuyển động của mặt trời trong suốt cả ngày.
Các hệ thống solar tracking thường được chia thành hai loại chính: một máy trục và hai máy trục. Hệ thống này chỉ điều khiển pin mặt trời từ đông sang tây, trong khi hệ thống máy tính có khả năng điều chỉnh cả góc nghiêng theo chiều dọc, giúp tối ưu hóa việc thu năng lượng trong suốt cả ngày và theo mùa. Việc sử dụng phương pháp điều hướng pin năng lượng mặt trời làm tăng hiệu suất của các tấm pin mặt trời lên tới 25-35% so với các hệ thống cố định, nhờ vào việc tối ưu lượng ánh sáng mặt trời tiếp xúc với bề mặt pin. Tuy nhiên, hệ thống này cũng 6 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT GVHD: Nguyễn Văn Trung đi kèm với chi phí lắp đặt, bảo trì cao hơn, đòi hỏi phải cân nhắc kỹ lưỡng giữa lợi ích mang lại và chi phí đầu tư 2.1 Phương pháp tracking 1 trục Tracking một trục (Single-axis tracking) là phương pháp điều hướng pin năng lượng mặt trời chỉ có một trục.
Các tấm năng lượng mặt trời được lắp đặt trên một trục duy nhất, cho phép chúng xoay từ hướng Đông sang Tây hoặc Nam sang Bắc tùy theo cấu trúc và cách vận hành của từng hệ thống.2: Mô phỏng hệ tracking 2 trục Hệ thống một trục có chi phí đầu tư thấp hơn so với hệ thống hai trục, do cần ít cơ cấu cơ khí hơn. Vì có ít cơ cấu di chuyển hơn, hệ thống một trục thường dễ bảo trì hơn và ít đòi hỏi chi phí bảo dưỡng. Mặc dù không thể điều hướng pin mặt trời ở mọi góc độ như hệ thống hai trục, nhưng hệ thống một trục vẫn cải thiện hiệu suất so với các hệ thống tĩnh bằng cách điều chỉnh góc độ của các bảng mặt trời. So với hệ thống hai trục, hệ thống một trục không thể điều chỉnh hướng của bảng mặt trời theo cả hai trục x và y, do đó hiệu suất thu nhận năng lượng có thể hạn chế hơn, đặc biệt là vào các thời điểm và góc độ khác nhau trong ngày.
Hệ thống một trục chỉ có thể điều hướng pin mặt trời theo một trục duy nhất, do đó có thể bỏ lỡ một phần của năng lượng mặt trời do thay đổi độ nghiêng và hướng của ánh sáng. Tuy ít phức tạp hơn hệ thống hai trục, nhưng hệ thống một trục đối mặt với những vấn đề liên quan tới thời tiết, đặc biệt trong môi trường khắc nghiệt như gió mạnh hay tuyết. 7 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT GVHD: Nguyễn Văn Trung So sánh với hệ thống cố định, hệ thống Solar Tracking trục đơn có nhiều ưu điểm vượt trội về hiệu quả, khả năng tạo ra năng lượng. Tuy nhiên, hệ thống Solar Tracking hai trục mang lại hiệu quả cao hơn, nhưng đi kèm với chi phí đầu tư cao hơn.
Do vậy, việc lựa chọn loại hệ thống nào phụ thuộc vào nhu cầu, ngân sách và điều kiện cụ thể của mỗi dự án.2 Phương pháp tracking 2 trục Tracking hai trục (Dual-axis tracking) là phương pháp điều hướng pin NLMT có 2 trục, cho phép tấm năng lượng mặt trời xoay cả hai chiều đồng thời. Phương pháp này cho phép các tấm năng lượng mặt trời xoay không chỉ theo hành trình của mặt trời qua ngày mà còn theo góc nghiêng tối ưu hóa việc thu năng lượng mặt trời tất cả thời gian trong ngày và trong mùa.3: Mô phỏng hệ tracking 2 trục Hệ thống Solar Tracking 2 trục được cấu tạo: Cơ cấu điều khiển trục ngang (trục x) là cơ cấu cho phép bảng mặt trời xoay theo hướng Đông - Tây. Cơ cấu này bao gồm động cơ và bánh răng, hoặc các hệ thống động cơ servo, được kết nối với bảng mặt trời và được điều khiển bởi các cảm biến hoặc hệ thống solar. Cơ cấu điều khiển trục dọc (trục y) là cơ cấu cho phép bảng mặt trời nghiêng theo hướng Nam - Bắc.
Cơ cấu này bao gồm các bộ phận như thanh trượt, ổ trục, hoặc các cơ cấu khác để điều chỉnh độ nghiêng của bảng mặt trời. Hệ thống Solar Tracking 2 trục được xây dựng từ vật liệu kim loại kiên cố như thép và nhôm, đảm bảo khả năng chịu tải trọng cao và chống chọi thời tiết khắc nghiệt. 8 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT GVHD: Nguyễn Văn Trung Cấu trúc giá đỡ có thể dạng cố định hoặc di động, tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng và điều kiện địa hình. Hệ thống gồm các bộ phận như động cơ, bộ truyền động và hệ thống điều khiển.
Động cơ cung cấp lực cần thiết để xoay tấm pin theo hai trục, trong khi bộ truyền động truyền tải lực từ động cơ đến các trục xoay. Hệ thống điều khiển, gồm bộ điều khiển trung tâm, bộ cảm biến và phần mềm điều khiển. Có chức năng điều chỉnh góc nghiêng và hướng của tấm pin mặt trời theo thời gian, tối ưu lượng ánh sáng thu được. Tấm pin mặt trời, loại monocrystalline hoặc polycrystalline, được lắp đặt trên giá đỡ và có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng.
Số lượng và công suất của tấm pin phụ thuộc vào nhu cầu sử dụng, khả năng tài chính của người dùng. Ngoài ra, hệ thống Solar Tracking 2 trục có thể bao gồm thêm các thành phần như hệ thống làm mát để giảm nhiệt độ cho tấm pin mặt trời, hệ thống chống sét để bảo vệ hệ thống khỏi các hiện tượng sét đánh, và hệ thống giám sát để theo dõi và cảnh báo khi có sự cố xảy ra. Hệ thống 2 trục có khả năng điều chỉnh góc nghiêng của tấm pin mặt trời không chỉ theo hướng Đông-Tây (trục x) mà còn theo hướng Nam-Bắc (trục y), nên có thể nhận được ánh sáng mặt trời từ nhiều góc độ khác nhau trong suốt ngày. Tối ưu hóa việc thu nhận ánh sáng mặt trời và tăng hiệu suất năng lượng so với hệ thống chỉ điều hướng một trục.Tăng hiệu quả trong các điều kiện khác nhau, hệ thống 2 trục hoạt động tốt hơn trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt như sương mù, mây mù, hoặc ánh sáng yếu, so với hệ thống chỉ điều hướng một trục.
Tuy nhiên, với nhiều cấu tạo chuyển động hệ thống tracking solar 2 trục có chi phí đầu tư cao hơn hơn và vật liệu xây dựng cao cấp hơn. Đòi hỏi bảo trì định kỳ và chi phí bảo dưỡng cao hơn, đặc biệt trong môi trường thời tiết khắc nghiệt. Do có nhiều cơ cấu di chuyển và phức tạp hóa hơn, hệ thống 2 trục có thể phản ứng chậm hơn trong việc điều hướng của pin mặt trời so với hệ thống chỉ điều hướng một trục. Hệ thống tracking solar 2 trục thường được ứng dụng cho các dự án lớn, các công trình có công suất và chi phí đầu tư lớn.