Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI Dòng qua diode: q.T Trong đó: Id: dòng qua diode [A/m2]; Is: dòng bão hòa của diode [A/m2]; q: điện tích electron, q=1,602. 10-19 [C]; k: hằng số Boltzmann, k = 1,381. 10-23 [J/K]; T: nhiệt độ lớp tiếp xúc [0K]; n: hệ số lý tưởng của diode phụ thuộc vào các mức độ hoàn thiện công nghệ chế tạo pin Mặt Trời. Gần đúng có thể lấy n = 1.I I = I ph − I d − I sh = I ph − I s [ exp − 1] − (1.T Rsh Trong đó: Rs: nội điện trở của pin mặt trời [Ω] Rsh: điện trở shunt [Ω] 1.
Dòng ngắn mạch Isc Hình 1. Sơ đồ tương đương đơn giản của pin mặt trời gồm một nguồn dòng mắc song song với một diode lý tưởng Luận văn Cao học ngành Ô tô – Máy kéo 2012 Trang 13 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI Dòng ngắn mạch ISC là dòng điện trong mạch của pin mặt trời khi làm ngắn mạch ngoài (chập các cực ra của pin). Lúc đó hiệu điện thế mạch ngoài của pin bằng V = 0. Đặt giá trị V = 0 vào phương trình (1.I I = I ph − I d − I sh = I ph − I s [ exp − 1] − s sc (1.T Rsh Ở các điều kiện chiếu sáng bình thường (không có hội tụ) thì hiệu ứng điện trở nối tiếp RS có thể bỏ qua và Id = 0 và do đó có thể suy ra: Isc=Iph=α.4) Trong đó: E: cường độ sáng; α: hệ số tỷ lệ.
Ở điều kiện bình thường dòng ngắn mạch của pin mặt trời tỉ lệ thuận với cường độ bức xạ chiếu sáng. Luận văn Cao học ngành Ô tô – Máy kéo 2012 Trang 14 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI 1. Điện áp hở mạch VOC Áp hở mạch VOC là hiệu điện thế được đo khi mạch ngoài của pin mặt trời hở (R=∞). Khi đó dòng mạch ngoài I = 0.
Đặt giá trị đó của dòng mạch ngoài vào (1.2) và giả thiết Rsh rất lớn ta được biểu thức xác định VOC như sau: n.T ⎛ I ph ⎞ VOC = ln ⎜ + 1⎟ (1. Đặc tính làm việc của pin mặt trời Đặc tính làm việc của pin mặt trời thể hiện qua hai thông số là điện áp hở mạch lớn nhất VOC lúc dòng ra bằng 0 và Dòng điện ngắn mạch ISC khi điện áp ra bằng 0. Công suất của pin được tính theo công thức: P=U.I U OC 0 Tại điểm làm việc U = = 0 và U = = I SC , Công suất làm việc của I I pin cũng có giá trị bằng 0. Luận văn Cao học ngành Ô tô – Máy kéo 2012 Trang 15 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI Hình 1.
Đường đặc tính làm việc U – I của pin mặt trời Từ phương trình (1.2) ta thấy: - Dòng ngắn mạch Isc tỉ lệ thuận với cường độ bức xạ chiếu sáng. Nên đường đặc tính V – I của pin mặt trời cũng phụ thuộc vào cường độ bức xạ chiếu sáng. Ở mỗi tầng bức xạ chỉ thu được duy nhất một điểm làm việc V = VMPP có công suất lớn nhất thể hiện trên hình vẽ 1. Điểm làm việc có công suất lớn nhất được thể hiện là điểm chấm đen to trên hình vẽ (đỉnh của đường cong đặc tính).
Luận văn Cao học ngành Ô tô – Máy kéo 2012 Trang 16 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI Hình 1. Sự phụ thuộc của đặc trưng VA của pin mặt trời vào cường độ bức xạ mặt trời. Luận văn Cao học ngành Ô tô – Máy kéo 2012 Trang 17 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI - Điện áp hở mạch Voc phụ thuộc trực tiếp vào nhiệt độ nên đường đặc tính V-A của pin mặt trời cũng phụ thuộc vào nhiệt độ của pin (hình 1. Sự phụ thuộc của đường đặc tính của pin mặt trời vào nhiệt độ của pin Luận văn Cao học ngành Ô tô – Máy kéo 2012 Trang 18 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI - Để toàn bộ hệ PV có thể hoạt động được một cách hiệu quả thì đường đặc tính của tải cũng phải phù hợp với điểm MPP.
Đường đặc tính tải và đặc tính của pin mặt trời Trên hình vẽ 1.9 đường OA và OB là những đường đặc tính tải. Nếu tải được mắc trực tiếp với dãy pin mặt trời thì tải có đường đặc tính là OA. Khi đó, pin làm việc ở điểm A1 và phát công suất P1. Công suất lớn nhất do phơi nắng thu được là P2.
Để có thể thu được công suất P2, cần có một bộ điều chỉnh công suất để liên kết giữa dãy pin mặt trời và tải. Luận văn Cao học ngành Ô tô – Máy kéo 2012 Trang 19 Chương 2 PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ CHUNG MẪU XE NLMT Chương 2 PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ CHUNG MẪU XE NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 2. Chọn mẫu xe sử dụng năng lượng mặt trời 2. Mục tiêu thiết kế Với mục đích thiết kế ra một sản phẩm có thể đưa vào sử dụng, một mẫu xe điện gọn nhẹ sử dụng năng lượng mặt trời làm nguồn cung cấp năng lượng điện góp phần giảm ô nhiễm môi trường thông qua việc sử dụng một nguồn năng lượng mới thay thế cho nhiên liệu truyền thống, siêu sạch, vô tận và miễn phí.
Do đó, mẫu xe cần có những yêu cầu sau: 2. Yêu cầu về động lực học: - Khả năng di chuyển nhẹ nhàng, êm dịu và ổn định. - Điều khiển dễ dàng. Có thể tới, lui, quay vòng ở tốc độ cho phép.
- Với các ưu điểm của động cơ DC là êm, ít ồn, không gây ô nhiễm môi trường, điều khiển nhẹ và dễ dàng. Và đặc biệt là động cơ DC có moment ở tốc độ thấp lớn nên thoả mãn nhu cầu đi lại và dừng thường xuyên. Ta chọn dùng động cơ điện DC. - Có nhiều mức tốc độ để vừa di chuyển trong khu viên nhỏ (trường học, công viên, khu công nghiệp, …) vừa có thể tham gia lưu thông.
- Tốc độ khi đi trên đường đạt đến 25 km/h. - Quãng đường đi được 30 km. - Có khả năng leo dốc hơn 10%. Yêu cầu về tính linh hoạt của xe: - Kích thước nhỏ gọn để di chuyển trong khuôn viên trường học, công sở, linh hoạt trên đường.
Luận văn Cao học ngành Ô tô – Máy kéo 2012 Trang 20 Chương 2 PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ CHUNG MẪU XE NLMT - Trong điều kiện thời tiết không đủ nắng thời gian dài phải có hệ thống sạc bằng điện lưới 220V hoặc có hệ thống bình ắc quy dự phòng. - Khi hết bình ắc quy, phải có hệ thống báo sắp hết nguồn ắc quy. Yêu cầu khác: - Có hệ thống đèn, còi. Có khả năng che mưa, nắng.
- Cung cấp sự tiện nghi tốt nhất có thể cho người điều khiển. - Kết cấu đơn giản, bền, ít đòi hỏi bảo dưỡng sửa chữa. - Kiểu dáng đẹp, thanh nhã. - Giá thành thấp.
Yêu cầu kỹ thuật Xe được dùng chủ yếu trong các khu du lịch giải trí và hoạt động trong các khu công nghệ, di chuyển trên những đoạn đường bằng phẳng, ít gồ ghề với quãng đường ngắn…. Trên phương diện an toàn, xe phải thỏa những tính chất sau: - Xe có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo phù hợp với trình độ công nghệ chế tạo ở Việt Nam hiện nay. - Giá thành chế tạo xe thấp để có thể đưa vào sử dụng rộng rãi. - Xe có tuổi thọ cao.
- Trọng lượng nhẹ để đạt vận tốc cao. - Gia tốc luôn phải ở mức thấp. - Xe vừa chạy vừa có thể vừa nạp năng lượng. - Động cơ tương thích tối ưu với chủng loại panel.
- Thiết kế hệ thống cảm ứng xoay tấm panel theo hướng vuông góc để hấp thu tối đa nguồn năng lượng mặt trời. - Trọng tâm xe không quá cao để đảm bảo ổn định. - Hệ thống lái phải chính xác vì nếu khó lái sẽ dễ mất đà. - Hệ thống phanh đảm bảo an toàn cho người sử dụng xe.
Luận văn Cao học ngành Ô tô – Máy kéo 2012 Trang 21 Chương 2 PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ CHUNG MẪU XE NLMT - Các yếu tố cơ khí động lực phải hài hòa: giảm tối đa lực cản, lực ma sát. - Phải có các tín hiệu báo sự an toàn (đèn phanh, còi, năng lượng, …). - Nguồn năng lượng dự trữ lớn để đảm bảo cho xe điện chạy lâu dài, ít tốn năng lượng, nâng cao tuổi thọ cho động cơ, bình ắc quy do đó xe điện phải có tự trọng nhỏ. - Bán kính quay vòng của xe càng nhỏ càng tốt.
Phương án xe năng lượng mặt trời 2. Phân tích các phương án 2. Phương án 1: Xe không có mái che, tấm năng lượng được bố trí thấp (xem hình 2. Mô hình xe năng lượng mặt trời không có mái che Ưu điểm: - Độ ổn định xe cao do phân bố trọng tâm thấp.
Nhược điểm: - Không có khả năng che mưa nắng cho người ngồi trên xe. Luận văn Cao học ngành Ô tô – Máy kéo 2012 Trang 22 Chương 2 PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ CHUNG MẪU XE NLMT - Khoang hành khách chất hẹp do giới hạn bởi kích thước tấm pin. Phương án 2: Xe 4 bánh có mái che, tấm năng lượng bố trí trên trần xe (xem hình 2. Mẫu xe năng lượng mặt trời có mái che Ưu điểm: - Có khả năng che mưa, nắng cho người ngồi trên xe.
- Khoang hành khách rộng do tấm pin được bố trí bên trên. Nhược điểm: - Tăng lực cản do nhiều bánh xe. - Tổn hao công suất truyền lực. - Độ ổn định thấp hơn xe có tấm pin bố trí thấp.
Luận văn Cao học ngành Ô tô – Máy kéo 2012 Trang 23 Chương 2 PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ CHUNG MẪU XE NLMT 2. Phương án 3: Xe 3 bánh đơn giản có mái che, với hai bánh trước dẫn hướng và một bánh sau chủ động, tấm năng lượng được bố trí trên trần xe (xem hình 2. Mẫu xe ba bánh (3x1) Ưu điểm: - Có kết cấu đơn giản. - Dễ bố trí tấm năng lượng mặt trời.
- Giảm lực cản. Nhược điểm: - Kết cấu hệ thống lái phức tạp. - Độ ổn định thấp hơn xe có tấm pin bố trí thấp (phương án 1) 2. Phương án 4: Xe 3 bánh đơn giản có mái che, với một bánh trước dẫn hướng và hai bánh sau chủ động, tấm năng lượng được bố trí trên trần xe (xem hình 2.
Luận văn Cao học ngành Ô tô – Máy kéo 2012 Trang 24 Chương 2 PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ CHUNG MẪU XE NLMT Hình 2. Mẫu xe ba bánh (3x2) Ưu điểm: - Có kết cấu đơn giản.