Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật và nền kinh tế toàn cầu kéo theo nhu cầu tiêu thụ năng lượng ngày càng gia tăng. Nguồn năng lượng sơ cấp hiện nay chủ yếu vẫn dựa vào nhiên liệu hóa thạch truyền thống như than đá, dầu khí và năng lượng hạt nhân—những nguồn tài nguyên đang dần cạn kiệt và gây suy thoái môi trường nghiêm trọng. Trong cơ cấu năng lượng tái tạo, điện mặt trời ghi nhận tốc độ tăng trưởng bình quân hàng năm đạt 60% đối với hệ thống quang điện (PV) và 43% đối với các nhà máy nhiệt mặt trời tập trung (CSP), vượt trội so với năng lượng gió (25%) và nhiên liệu sinh học (17%).

Tại Việt Nam, nghiên cứu ứng dụng quang điện đã được triển khai từ năm 1990 với các đơn vị tiêu biểu như Phòng thí nghiệm SolarLab (thuộc Viện Khoa học Việt Nam), Viện Năng lượng Việt Nam (Bộ Công thương) và Trung tâm Năng lượng tái tạo (Đại học Bách khoa Hà Nội). Tuy nhiên, việc khai thác điện mặt trời tại nước ta vẫn đối mặt với rào cản chi phí đầu tư ban đầu cao và hiệu suất chuyển đổi quang năng của các tấm pin còn thấp, đồng thời phụ thuộc chặt chẽ vào cường độ bức xạ thay đổi liên tục theo thời gian trong ngày. Để tối ưu hóa hiệu suất thu nhận năng lượng và nâng cao tính chủ động trong quản lý, việc kết hợp cơ cấu cơ khí tự động hướng sáng, giải thuật tối ưu hóa điểm làm việc và hệ thống giám sát, điều khiển từ xa qua mạng viễn thông trở thành một yêu cầu kỹ thuật cấp thiết.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể như sau:

  1. Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống pin năng lượng mặt trời có khả năng tự động xoay hướng theo vị trí có cường độ ánh sáng cực đại.
  2. Nghiên cứu và tích hợp giải thuật dò tìm điểm công suất cực đại (Maximum Power Point Tracker - MPPT) nhằm tối ưu hóa công suất phát của tấm pin.
  3. Thiết kế hệ thống thu thập thông số hoạt động (điện áp, dòng điện) và xây dựng cơ chế giám sát, điều khiển hoạt động của mô hình thông qua mạng Internet (giao diện Web) và mạng di động (module GSM/GPRS).
  4. Chế tạo hoàn chỉnh sản phẩm phần cứng mô hình thực nghiệm và kiểm thử độ ổn định trong môi trường thực tế.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu phần cứng: Tấm pin năng lượng mặt trời, bộ vi điều khiển nhúng Intel Galileo, cảm biến quang trở (LDR), cảm biến dòng điện Hall ACS712, động cơ servo, màn hình LCD 16x2 giao tiếp I2C, module sạc TP4056, cell pin Li-ion 18650, khóa bán dẫn MOSFET và module truyền thông GSM/GPS SIM908.
  • Đối tượng nghiên cứu phần mềm: Giải thuật dò điểm công suất cực đại Nhiễu loạn và Quan sát (Perturbation and Observation - P&O), giải thuật định hướng bám sáng, phần mềm lập trình Arduino nhúng, nền tảng máy chủ Node.js và ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản HTML.
  • Phạm vi nghiên cứu: Thực nghiệm giới hạn trong khuôn khổ mô hình phần cứng công suất thấp phục vụ nghiên cứu và thử nghiệm tính năng tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh; thời gian thực hiện đề tài từ ngày 22/02/2016 đến ngày 23/07/2016.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết chuyên ngành

Cấu tạo và phân loại pin năng lượng mặt trời: Pin quang điện hoạt động dựa trên hiệu ứng quang điện trong chất bán dẫn p-n. Khi photon ánh sáng có năng lượng lớn hơn vùng cấm va chạm vào tinh thể bán dẫn silic, các cặp electron - lỗ trống được giải phóng tạo thành dòng điện. Pin mặt trời silic gồm ba loại chính:

  • Pin đơn tinh thể (Monocrystalline): Sản xuất theo quy trình Czochralski, hiệu suất chuyển đổi đạt khoảng 16%, giá thành chế tạo cao.
  • Pin đa tinh thể (Polycrystalline): Làm từ silic nung chảy làm nguội chậm, hiệu suất thấp hơn đơn tinh thể nhưng quy trình chế tạo đơn giản và giá thành thấp hơn.
  • Pin màng mỏng silic (Thin-film): Chế tạo từ màng mỏng silic có độ dày khoảng 300 μm, hiệu suất thấp nhất nhưng giá thành rẻ nhất.

Kỹ thuật hướng sáng quang học: Sử dụng hai cảm biến quang trở LDR (Light-Dependent Resistor) bằng vật liệu bán dẫn Cadmi Sunfua (CdS) hoặc Cadmi Selenua (CdSe) đặt đối xứng. Khi ánh sáng chiếu vuông góc, điện trở của hai quang trở cân bằng. Khi có góc lệch quang sai, sự chênh lệch điện áp ngõ ra giữa hai cảm biến được vi điều khiển tiếp nhận để xuất xung điều chế độ rộng PWM (tần số 50 Hz, chu kỳ 20 ms, độ rộng xung 2.7%–12%) điều khiển động cơ servo xoay tấm pin từ 0° đến 180° về hướng có cường độ bức xạ mạnh nhất.

Kỹ thuật dò tìm điểm công suất cực đại (MPPT): Do đường đặc tính dòng điện - điện áp (I-V) và công suất - điện áp (P-V) của pin mặt trời có tính chất phi tuyến, điểm làm việc tối ưu $P_{max}$ thay đổi theo độ rọi và nhiệt độ. Đề tài ứng dụng giải thuật Nhiễu loạn và Quan sát (Perturbation & Observation - P&O / Hill Climbing). Bằng cách chủ động thay đổi điện áp hoạt động của pin thông qua điều khiển chu kỳ đóng ngắt khóa bán dẫn MOSFET và đo dòng điện bằng cảm biến hiệu ứng Hall ACS712-05B (độ nhạy 185 mV/A, thời gian đáp ứng 5 μs), hệ thống quan sát tỷ số biến thiên $\Delta P / \Delta V$. Nếu $\Delta P / \Delta V > 0$, hệ thống tiếp tục tăng điện áp; nếu $\Delta P / \Delta V < 0$, hệ thống giảm điện áp để duy trì điểm công suất cực đại.

Hệ thống lưu trữ và quản lý nguồn: Sử dụng pin sạc Li-ion 18650 (điện áp danh định 3.7V, khả năng nạp xả 300–1000 chu kỳ, ngưỡng điện áp sạc tối đa 4.2V và ngưỡng xả giới hạn 2.75V–3V) kết hợp module IC sạc TP4056 tích hợp chân cảm biến nhiệt độ NTC để tự động ngắt khi nhiệt độ vượt ngưỡng an toàn.

Nền tảng nhúng và truyền thông: Kit Intel Galileo sử dụng bộ xử lý Intel Quark SoC X1000 (32-bit Pentium 400 MHz, 256 MB DDR3 RAM, 512 KB SRAM, 8 MB SPI Flash) tích hợp bộ chuyển đổi ADC 12-bit AD7298. Hệ thống giao tiếp với LCD hiển thị qua giao thức I2C (chân SDA, SCL) và kết nối với module SIM908 qua chuẩn giao tiếp nối tiếp UART sử dụng tập lệnh AT tiêu chuẩn (AT, AT+CMGF, AT+CMGS, ATD). Máy chủ giám sát Web được xây dựng trên nền tảng Node.js (V8 Engine) xử lý các luồng HTTP request/response qua cổng 8888.

Phương pháp nghiên cứu

  1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Khảo sát nguyên lý bán dẫn quang điện, các giải thuật MPPT và lý thuyết điều khiển tự động vòng kín.
  2. Phương pháp mô phỏng số: Ứng dụng phần mềm MATLAB để mô phỏng và khảo sát đường đặc tuyến I-V và P-V của tấm pin mặt trời trong các điều kiện chiếu sáng khác nhau.
  3. Phương pháp thiết kế và thực nghiệm kỹ thuật: Thiết kế mạch nguyên lý, lắp ráp phần cứng cơ điện, lập trình nhúng C++ trên Intel Galileo, triển khai Web Server trên Linux nhúng và thử nghiệm thu thập dữ liệu vận hành ngoài trời.

Nguồn dữ liệu: Toàn bộ số liệu thực nghiệm được đo lường trực tiếp từ cảm biến dòng điện ACS712, phân áp cảm biến quang trở, điện áp pin và nhật ký phản hồi lệnh điều khiển từ hệ thống.

Thiết kế và triển khai hệ thống

Kiến trúc phần cứng

Hệ thống phần cứng được phân chia thành các khối chức năng liên kết chặt chẽ với khối xử lý trung tâm:

Khối chức năng Linh kiện / Thiết bị chính Chức năng kỹ thuật
Khối nguồn quang điện Tấm pin năng lượng mặt trời Chuyển đổi quang năng thành điện năng
Khối cảm biến ánh sáng 2 cảm biến quang trở LDR (CdS) Xác định mức độ chênh lệch cường độ sáng hai bên tấm pin
Khối điều khiển hướng xoay Động cơ Servo 180° Xoay cơ cấu đỡ tấm pin theo góc từ 0° đến 180° bằng tín hiệu PWM
Khối MPPT Cảm biến dòng ACS712-05B, MOSFET Đo dòng điện phụ tải và điều chỉnh điểm làm việc của tấm pin
Khối sạc và lưu trữ IC TP4056, Pin Li-ion 18650 (3.7V) Điều tiết dòng/áp sạc an toàn và lưu trữ điện năng
Khối hiển thị tại chỗ LCD 16x2, Module chuyển đổi I2C Hiển thị điện áp, dòng điện và góc xoay qua 2 dây tín hiệu SDA/SCL
Khối xử lý trung tâm Kit Intel Galileo (SoC Quark X1000) Thu thập tín hiệu ADC, thực thi thuật toán, lưu trữ và xử lý truyền thông
Khối chuyển mạch tín hiệu IC chuyển mạch tương tự MC14053B Đa hợp và chuyển mạch tín hiệu điều khiển giữa các chế độ
Khối truyền thông kép Cổng Ethernet RJ45, Module GSM SIM908 Kết nối Web Server qua Router và truyền nhận tin nhắn SMS qua mạng di động

Thiết kế phần mềm và thuật toán điều khiển

Phần mềm điều khiển hệ thống gồm các module thuật toán chính:

  • Thuật toán bám sáng tự động: Đọc giá trị điện áp tương tự từ hai quang trở qua bộ chuyển đổi ADC. Vi điều khiển tính toán sai số điện áp; nếu sai số vượt ngưỡng dung sai định trước, vi điều khiển xuất xung PWM tương ứng để điều khiển động cơ servo dịch chuyển góc xoay từng bước cho đến khi cường độ chiếu sáng hai bên đạt trạng thái cân bằng.
  • Thuật toán MPPT P&O: Lấy mẫu dòng điện $I(k)$ từ cảm biến ACS712 và điện áp $V(k)$ của pin để tính công suất $P(k) = V(k) \times I(k)$. So sánh với công suất của chu kỳ trước $P(k-1)$:
    • Nếu $\Delta P > 0$ và $\Delta V > 0$: Tiếp tục tăng điện áp điều khiển khóa MOSFET.
    • Nếu $\Delta P > 0$ và $\Delta V < 0$: Tiếp tục giảm điện áp điều khiển khóa MOSFET.
    • Nếu $\Delta P < 0$ và $\Delta V > 0$: Đảo chiều, giảm điện áp điều khiển.
    • Nếu $\Delta P < 0$ và $\Delta V < 0$: Đảo chiều, tăng điện áp điều khiển.
  • Hệ thống Web Server nhúng: Được khởi tạo trên nền tảng Node.js lắng nghe tại cổng mạng 8888. Máy chủ xử lý các yêu cầu HTTP GET/POST, hiển thị giao diện đăng nhập bảo mật phân quyền Quản trị viên (Admin) và Người dùng (User). Giao diện chứa thanh trượt (slider) có 6 mức giá trị tương ứng với các góc xoay từ 30° đến 150° (mỗi bước cách nhau 20°). Để cho phép truy cập từ mạng Internet bên ngoài, router mạng được thiết lập cấu hình Port Forwarding (NAT) trỏ về địa chỉ IP tĩnh của bo mạch Galileo.
  • Điều khiển và phản hồi qua mạng GSM: Module SIM908 được cấu hình chế độ tin nhắn văn bản thông qua lệnh AT+CMGF=1. Khi người dùng gửi cú pháp tin nhắn yêu cầu điều khiển góc xoay hoặc kiểm tra trạng thái, bộ vi điều khiển phân tích chuỗi ký tự nhận được qua cổng UART, điều khiển góc quay tương ứng và gửi tin nhắn SMS phản hồi thông số điện áp, dòng điện thực tế về số điện thoại người dùng thông qua lệnh AT+CMGS.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày tổng quan về tình hình khai thác năng lượng trên thế giới và tại Việt Nam, phân tích tính cấp thiết của việc nghiên cứu nâng cao hiệu suất điện mặt trời. Tác giả khảo sát các công trình quốc tế tiêu biểu như Nhà máy điện mặt trời PS20 tại Tây Ban Nha (gồm 1.255 tấm kính định nhật diện tích 155.000 $m^2$, tháp nhiệt cao 162 m, công suất 48.000 MWh/năm cung cấp cho 10.000 hộ dân, giảm 12.000 tấn $CO_2$/năm). Tại Việt Nam, tác giả tổng kết các công trình ứng dụng pin mặt trời của SolarLab trên xe cứu thương, tàu thủy và hệ thống nối lưới SIPV, đồng thời điểm qua các đề tài của Nguyễn Nhân Bổn (2012) và Nguyễn Tường Tinh (2014) tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh để rút ra cơ sở phát triển cho đề tài.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương này đi sâu vào cấu trúc phần cứng của kit Intel Galileo (vi xử lý Quark SoC X1000 400 MHz, bộ nhớ DRAM 256 MB, SRAM 512 KB, SPI Flash 8 MB, 14 chân Digital I/O, 6 chân Analog qua chip AD7298 độ phân giải 12-bit, chuẩn kết nối mini-PCI Express, Ethernet 100 Mbps, UART, I2C). Tiếp đó, chương phân tích cấu tạo và nguyên lý quang bán dẫn của pin mặt trời silic, nguyên lý hoạt động của cảm biến quang trở CdS, động cơ servo, giải thuật MPPT P&O, cảm biến dòng Hall ACS712-05B và khóa chuyển mạch MOSFET. Ngoài ra, chương thuyết minh chi tiết cấu trúc truyền thông I2C cho màn hình LCD 16x2, đặc tính nạp xả của pin Li-ion 18650, IC quản lý sạc TP4056, cấu trúc thẻ và biểu mẫu trong HTML, kiến trúc hướng sự kiện bất đồng bộ của Node.js cùng tập lệnh AT điều khiển module GSM/GPS SIM908.

Chương 3: Thiết kế và xây dựng hệ thống

Chương 3 thuyết minh toàn diện sơ đồ khối và quy trình thiết kế chế tạo hệ thống. Tác giả trình bày sơ đồ nguyên lý từng khối phần cứng, gồm mạch ghép nối cảm biến ánh sáng LDR, mạch lái động cơ servo, mạch điều hòa công suất MPPT sử dụng cảm biến ACS712 và MOSFET, mạch sạc pin TP4056 tích hợp cảm biến nhiệt NTC, mạch hiển thị LCD 16x2 giao tiếp I2C qua 2 chân SDA/SCL, mạch trung tâm Intel Galileo kết hợp IC chuyển mạch MC14053B và mạch truyền thông SIM908 qua UART. Về phần mềm, chương mô tả chi tiết lưu đồ thuật toán đọc cảm biến, thuật toán quét góc quay servo, thuật toán MPPT P&O, mã nguồn thiết lập máy chủ Node.js cổng 8888, cấu hình Port Forwarding trên Router và thiết kế giao diện trang web điều khiển với thanh trượt góc xoay từ 1 đến 6.

Chương 4: Kết quả thực hiện

Chương 4 công bố các kết quả thực nghiệm hoàn chỉnh của mô hình. Về phần cứng, hệ thống hoàn thiện đạt độ thẩm mỹ và hoạt động đồng bộ giữa các khối, hiển thị đầy đủ thông số điện áp và dòng điện trên màn hình LCD. Về phần mềm, hệ thống vận hành thành công giao diện Web Server trên mạng cục bộ và mạng Internet diện rộng (WAN), cho phép phân quyền người dùng và điều khiển góc xoay chính xác ở các mốc 30°, 50°, 70°, 90°, 110°, 130°, 150°. Đồng thời, module SIM908 thực hiện chính xác việc nhận lệnh điều khiển bằng SMS và gửi phản hồi trạng thái hoạt động về máy điện thoại người dùng.

Chương 5: Kết luận và phạm vi ứng dụng

Chương 5 tổng kết toàn bộ các mục tiêu đã hoàn thành của đề tài, đánh giá ưu điểm và hạn chế của mô hình, đồng thời đề xuất phạm vi ứng dụng thực tế trong chiếu sáng công cộng, hệ thống điện gia đình độc lập và trạm viễn thông vùng sâu vùng xa.

Kết quả và đóng góp

Kết quả thực nghiệm

Hệ thống đã được chế tạo hoàn chỉnh và kiểm thử thành công trong điều kiện thử nghiệm thực tế ngoài trời, ghi nhận khả năng đáp ứng ổn định ở cả 3 chế độ vận hành:

Phương pháp điều khiển Ưu điểm Nhược điểm Phạm vi ứng dụng
Tự động (Automatic) Tự động bám theo nguồn sáng mạnh nhất mà không cần con người can thiệp; tối ưu hóa thu nhận năng lượng. Dễ bị ảnh hưởng nếu cảm biến bám bụi hoặc điều kiện ánh sáng khuếch tán không đều. Ứng dụng độc lập tại các khu vực cố định, hải đảo, vùng sâu vùng xa.
Qua giao diện Web Giao diện trực quan, dễ thao tác, có phân quyền quản trị, hỗ trợ điều khiển chính xác các góc từ 30° đến 150°. Yêu cầu hạ tầng mạng Internet ổn định và địa chỉ WAN/Port Forwarding thông suốt. Hệ thống điện mặt trời thông minh trong tòa nhà, trang trại có hạ tầng mạng IP.
Qua mạng di động (SMS) Phạm vi điều khiển không giới hạn nhờ sóng di động GSM, độ tin cậy cao, tính cơ động tốt. Tốc độ đáp ứng phụ thuộc vào mạng viễn thông; phát sinh chi phí cước viễn thông SMS. Giám sát và điều khiển dự phòng khi mất kết nối Internet hoặc các trạm quan trắc xa xôi.

Đóng góp kỹ thuật của đề tài

  1. Ứng dụng thành công vi điều khiển kiến trúc SoC Intel Quark X1000 (Intel Galileo) thay thế cho các dòng vi điều khiển 8-bit truyền thống, cung cấp năng lực tính toán mạnh mẽ cho việc xử lý đồng thời giải thuật MPPT và quản lý truyền thông mạng.
  2. Triển khai máy chủ Web Server nhúng hoàn chỉnh bằng Node.js trực tiếp trên bo mạch điều khiển trung tâm, loại bỏ sự phụ thuộc vào máy chủ trung gian cồng kềnh.
  3. Tích hợp giải pháp truyền thông kênh kép (Internet qua Ethernet/Router và mạng di động qua GSM SIM908), đảm bảo tính liên tục của hệ thống giám sát ngay cả khi xảy ra sự cố mất kết nối Internet.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

  • Hệ thống mới dừng lại ở quy mô mô hình thực nghiệm công suất nhỏ, chưa thử nghiệm trên các dàn pin mặt trời công nghiệp công suất lớn.
  • Tính năng bảo mật trên giao diện máy chủ Web còn ở mức cơ bản, chưa tích hợp mã hóa SSL/HTTPS và các cơ chế chống tấn công mạng chuyên sâu.
  • Khả năng đáp ứng thời gian thực của giao diện điều khiển và tin nhắn SMS vẫn chịu độ trễ nhất định do hạ tầng mạng viễn thông.
  • Giải thuật P&O vẫn tồn tại hiện tượng dao động công suất nhỏ quanh điểm cực đại ở trạng thái xác lập.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Mở rộng quy mô công suất phần cứng để ứng dụng trực tiếp vào các hệ thống điện mặt trời thực tế tại hộ gia đình hoặc trạm viễn thông.
  • Nâng cấp thuật toán MPPT lên các phương pháp tiên tiến như Độ dẫn gia tăng (Incremental Conductance) hoặc Logic mờ (Fuzzy Logic) nhằm giảm thiểu tổn thất dao động.
  • Nâng cấp bảo mật máy chủ Web và phát triển ứng dụng di động chuyên biệt (Mobile App) hỗ trợ thông báo đẩy thời gian thực.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích cho:

  • Sinh viên và giảng viên các ngành Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Kỹ thuật Điện, Hệ thống Nhúng và Năng lượng tái tạo.
  • Các nhóm nghiên cứu phát triển thiết bị IoT và hệ thống giám sát năng lượng sạch từ xa.

Nội dung có giá trị tham khảo chuyên sâu nhất trong đồ án bao gồm:

  • Thiết kế tích hợp đa khối phần cứng trên nền tảng vi điều khiển Intel Galileo kết hợp IC chuyển mạch MC14053B, cảm biến ACS712 và module sạc TP4056.
  • Quy trình xây dựng máy chủ Web Server nhúng bằng Node.js và cấu hình Port Forwarding trên Router mạng.
  • Kỹ thuật điều khiển thiết bị thông qua tập lệnh AT trên module GSM/GPS SIM908.

Câu hỏi thường gặp

1. Bo mạch xử lý trung tâm được sử dụng trong hệ thống là loại nào và có cấu hình ra sao?
Hệ thống sử dụng kit Intel Galileo trang bị bộ xử lý Intel Quark SoC X1000 kiến trúc 32-bit Pentium tốc độ 400 MHz, 256 MB RAM DDR3, 512 KB SRAM tích hợp, 8 MB SPI Flash, 14 chân Digital I/O (6 chân PWM), 6 kênh ngõ vào tương tự qua ADC 12-bit AD7298, tích hợp cổng Ethernet 100 Mbps, cổng USB Host/Client và khe cắm thẻ nhớ microSD.

2. Giải thuật MPPT nào được ứng dụng trong đồ án và hoạt động theo nguyên lý gì?
Đề tài ứng dụng giải thuật Nhiễu loạn và Quan sát (P&O). Thuật toán định kỳ làm thay đổi điện áp làm việc của tấm pin thông qua khóa bán dẫn MOSFET, sau đó đo lường biến thiên công suất $\Delta P$ và biến thiên điện áp $\Delta V$ thông qua cảm biến dòng Hall ACS712 và phân áp. Nếu $\Delta P / \Delta V > 0$, hệ thống tiếp tục biến thiên điện áp theo chiều cũ; nếu $\Delta P / \Delta V < 0$, hệ thống đổi chiều điều khiển để đưa điểm làm việc về vị trí có công suất cực đại.

3. Cơ cấu hướng sáng của tấm pin được thiết kế và điều khiển như thế nào?
Cơ cấu hướng sáng sử dụng hai cảm biến quang trở LDR đặt đối xứng hai bên tấm pin. Khi có sự chênh lệch ánh sáng, độ sụt áp khác nhau giữa hai quang trở được đưa về chân tương tự của vi điều khiển. Hệ thống phân tích sai lệch và xuất xung PWM tần số 50 Hz điều khiển động cơ servo xoay tấm pin theo góc từ 0° đến 180° hướng thẳng về phía có nguồn sáng mạnh nhất.

4. Cơ chế giám sát và điều khiển từ xa qua mạng Internet được thiết lập ra sao?
Nhóm tác giả xây dựng một Web Server bằng Node.js chạy trực tiếp trên hệ điều hành nhúng của bo mạch Intel Galileo, lắng nghe tại cổng 8888. Người quản trị cấu hình Port Forwarding trên router mạng để ánh xạ cổng kết nối từ IP nội bộ ra địa chỉ IP WAN. Người dùng đăng nhập giao diện web HTML để xem dữ liệu điện áp, dòng điện và điều chỉnh góc quay tấm pin qua thanh trượt 6 mức (từ 30° đến 150°).

5. Khối lưu trữ năng lượng sử dụng loại pin nào và có yêu cầu kỹ thuật gì đặc biệt?
Khối lưu trữ sử dụng cell pin Li-ion 18650 có điện thế danh định 3.7V kết hợp module sạc IC TP4056. Quá trình sạc yêu cầu kiểm soát điện áp nghiêm ngặt không vượt quá 4.2V, dòng sạc khuyến nghị ở mức 0.8A (tối đa 1A đối với dung lượng 1000 mAh) và điện áp khi xả không được để sụt dưới ngưỡng 2.75V–3V nhằm tránh hiện tượng chai pin và nguy cơ cháy nổ. Chân TEMP của IC TP4056 được nối với điện trở nhiệt NTC để tự động ngắt sạc khi nhiệt độ pin bất thường.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Giám sát và điều khiển mô hình hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời qua mạng" của sinh viên Phan Hoàng Ân và Trần Công Hiếu đã hoàn thành trọn vẹn các mục tiêu thiết kế phần cứng và lập trình phần mềm điều khiển. Hệ thống tích hợp thành công cơ cấu tự động bám sáng, giải thuật tối ưu hóa điểm công suất cực đại MPPT P&O cùng hai kênh giám sát điều khiển từ xa thông qua máy chủ Web nhúng Node.js và mạng di động GSM SIM908. Công trình cung cấp giải pháp kỹ thuật hoàn chỉnh và có tính ứng dụng thực tiễn cao trong lĩnh vực tự động hóa và khai thác năng lượng tái tạo thông minh.