Đồ án HCMUTE: Giám sát hệ thống pin mặt trời và nâng cao hiệu suất qua ứng dụng điện thoại

• Tác giả: Nguyễn Đăng Minh
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Nhân Bổn
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Điện - Điện Tử
• Đề tài: Giám Sát Hệ Thống Pin Mặt Trời Qua Ứng Dụng Điện Thoại, Vệ Sinh Pin Mặt Trời Và Nâng Cao Hiệu Suất Pin Mặt Trời
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
• 1.1. Mục đích của đề tài
• 1.2. Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu
• 1.3. Phương pháp nghiên cứu
• 1.4. Ý nghĩa thực tiễn
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Giới thiệu về năng lượng mặt trời
• 2.2. Giới thiệu về pin năng lượng mặt trời
• 2.3. Nguyên lý hoạt động
• 2.4. Đặc tính làm việc của pin mặt trời
• 2.5. Các phương pháp ghép pin mặt trời
• 2.6. Hiện tượng điểm nóng
• 2.7. Hệ thống điện năng lượng mặt trời
• 2.8. Bộ lưu điện (Ắc quy) và bộ sạc bảo vệ Ắc quy
• 2.8.1. Khái niệm ắc quy
• 2.8.2. Phân loại và cấu tạo của Ắc quy
• 2.8.3. Bộ sạc bảo vệ Ắc quy
• 2.9. Bộ biến đổi DC/DC
• 2.9.1. Mạch Buck-Boost
• 2.10. Bộ biến đổi DC/AC
• 2.11. Bộ dò tìm công suất cực đại
• 2.11.1. Giới thiệu về MPPT (Maximum Power Point Tracker)
• 2.11.2. Nguyên lý dung hợp tải
• 2.11.3. Thuật toán xác định điểm làm việc có công suất lớn nhất MPPT
• 2.11.4. Các phương pháp phổ biến dò tìm điểm công suất cực đại pin mặt trời
• 2.11.4.1. Phương pháp điện áp hằng số
• 2.11.4.2. Phương pháp P&O (Perturb and Observe)
• 2.11.4.3. Phương pháp INC (Incremental Conductance)
• 2.11.5. Phướng pháp điều hướng xoay pin mặt trời đến hướng ánh sáng cực đại
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
• 3.1. Hệ thống điều hướng tấm pin mặt trời
• 3.1.1. Yêu cầu của hệ thống
• 3.2. Bộ khung nâng đỡ tấm panel mặt trời
• 3.3. Mạch xoay động cơ theo hướng sáng
• 3.3.1. Động cơ và cơ cấu truyền động
• 3.4. Pin Mặt trời
• 3.5. Hệ thống dò tìm điểm công suất cực đại
• 3.6. Mạch điều khiển Arduino
• 3.7. Module ESP8266 WIFI
• 3.8. Mạch cấp nguồn cho Arduino
• 3.9. Cảm biến DHT11
• 3.10. Cảm biến dòng ACS712
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ PHẦN MỀM
• 4.1. Lưu đồ giải thuật trên Node MCU
• 4.2. Lưu đồ giải thuật điều hướng pin mặt trời
• 4.3. Thiết kế App Mobile giám sát số liệu từ tấm pin
• 4.3.1. Giới thiệu về Android Studio
• 4.3.2. Giao diện App
• 4.3.3. Giới thiệu về database: Firebase
• 4.3.4. Thiết lập Firebase
• 4.3.5. Kết nối App với Firebase
• 5. CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ MÁY VỆ SINH TẤM PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
• 5.1. Lí do và yêu cầu thiết kế
• 5.1.1. Lý do thiết kế
• 5.1.2. Yêu cầu thiết kế
• 5.2. Thiết kế máy vệ sinh tấm pin năng lượng mặt trời
• 5.2.1. Thiết kế phần cứng
• 5.2.2. Thiết kế phần điều khiển
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 6.1. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về giám sát pin mặt trời

Giám sát pin mặt trời là một phần quan trọng trong việc quản lý và tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống năng lượng mặt trời. Việc giám sát pin mặt trời giúp người dùng theo dõi các thông số hoạt động của hệ thống, từ đó đưa ra các biện pháp điều chỉnh kịp thời nhằm nâng cao hiệu suất pin mặt trời. Các ứng dụng điện thoại hiện nay cho phép người dùng dễ dàng theo dõi sản lượng điện, tình trạng hoạt động của pin và các thông số khác như nhiệt độ, điện áp, và dòng điện. Điều này không chỉ giúp người dùng tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng. Theo một nghiên cứu, việc sử dụng ứng dụng giám sát có thể tăng cường hiệu suất năng lượng lên đến 20% so với các hệ thống không được giám sát.

1.1. Tầm quan trọng của giám sát

Giám sát hệ thống pin mặt trời không chỉ giúp phát hiện các sự cố mà còn cung cấp thông tin cần thiết để tối ưu hóa hoạt động của hệ thống. Việc theo dõi liên tục các thông số như năng lượng sản xuất, năng lượng tiêu thụ, và hiệu suất cho phép người dùng có cái nhìn tổng quan về hiệu quả hoạt động của hệ thống. Hệ thống giám sát cũng có thể cảnh báo người dùng khi có sự cố xảy ra, từ đó giúp giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động và chi phí bảo trì. Theo dõi năng lượng cũng giúp người dùng hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của hệ thống, từ đó có thể đưa ra các quyết định hợp lý về việc bảo trì và nâng cấp thiết bị.

II. Công nghệ pin mặt trời và ứng dụng điện thoại

Công nghệ pin mặt trời đã phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây, với nhiều cải tiến về hiệu suất và độ bền. Các loại pin mặt trời hiện nay như pin đơn tinh thể, pin đa tinh thể và pin màng mỏng đều có những ưu điểm riêng. Việc sử dụng ứng dụng điện thoại pin mặt trời giúp người dùng dễ dàng quản lý và tối ưu hóa hiệu suất của các loại pin này. Ứng dụng có thể cung cấp thông tin chi tiết về hiệu suất của từng tấm pin, từ đó giúp người dùng điều chỉnh vị trí hoặc hướng của pin để đạt được hiệu suất tối ưu nhất. Ngoài ra, các ứng dụng này còn cho phép người dùng theo dõi tình trạng của pin, từ đó có thể thực hiện bảo trì kịp thời.

2.1. Các loại pin mặt trời

Pin mặt trời được chia thành nhiều loại khác nhau, mỗi loại có những đặc điểm và ứng dụng riêng. Pin đơn tinh thể thường có hiệu suất cao nhất nhưng cũng có giá thành cao. Pin đa tinh thể có giá thành thấp hơn nhưng hiệu suất cũng thấp hơn một chút. Pin màng mỏng là lựa chọn tiết kiệm chi phí nhưng hiệu suất lại không cao. Việc lựa chọn loại pin phù hợp với nhu cầu sử dụng và điều kiện môi trường là rất quan trọng. Các ứng dụng điện thoại có thể giúp người dùng so sánh và lựa chọn loại pin phù hợp nhất cho hệ thống của mình.

III. Quản lý năng lượng và tối ưu hóa hiệu suất

Quản lý năng lượng là một yếu tố quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất của hệ thống pin mặt trời. Việc quản lý năng lượng hiệu quả không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng. Các ứng dụng điện thoại hiện nay cho phép người dùng theo dõi và phân tích dữ liệu năng lượng một cách chi tiết. Người dùng có thể dễ dàng theo dõi năng lượng tiêu thụ, năng lượng sản xuất, và hiệu suất của hệ thống. Từ đó, người dùng có thể đưa ra các quyết định hợp lý về việc sử dụng năng lượng, như điều chỉnh thời gian sử dụng thiết bị điện hoặc lưu trữ năng lượng cho những thời điểm cần thiết.

3.1. Tối ưu hóa hiệu suất

Để tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống pin mặt trời, người dùng cần thực hiện một số biện pháp như điều chỉnh hướng của tấm pin, vệ sinh định kỳ và theo dõi các thông số hoạt động. Việc sử dụng các giải pháp như MPPT (Maximum Power Point Tracking) giúp tối ưu hóa việc thu thập năng lượng từ ánh sáng mặt trời. Các ứng dụng điện thoại có thể cung cấp thông tin về điểm công suất cực đại, từ đó giúp người dùng điều chỉnh hệ thống một cách hiệu quả. Theo một nghiên cứu, việc áp dụng các biện pháp tối ưu hóa có thể tăng hiệu suất năng lượng lên đến 30%.