Giới thiệu dự án

Nhu cầu năng lượng tái tạo đang tăng trưởng mạnh mẽ trong bối cảnh nguồn nhiên liệu hóa thạch dần cạn kiệt. Tại Việt Nam, tiềm năng bức xạ mặt trời rất lớn với cường độ trung bình đạt khoảng $4 - 5\text{ kWh/m}^2/\text{ngày}$ (khu vực miền Trung và miền Nam có số giờ nắng trung bình từ $5.48$ đến $8\text{ giờ/ngày}$). Tuy nhiên, rào cản lớn nhất của hệ thống quang điện (Photovoltaic - PV) độc lập là tính bất định của thời tiết: điện áp đầu ra từ tấm pin dao động liên tục theo cường độ bức xạ và nhiệt độ môi trường, không thể cấp trực tiếp cho bình ắc quy lưu trữ nếu không qua bộ điều hòa công suất.

Các hệ thống lưu trữ sử dụng hệ ắc quy $24\text{V}$ (gồm hai bình ắc quy axit-chì $12\text{V}$ mắc nối tiếp) đòi hỏi điện áp nạp danh định từ $27.0\text{V}$ đến $28.8\text{V}$. Trong khi đó, các tấm pin mặt trời phổ thông loại $36\text{ cells}$ chỉ cung cấp điện áp làm việc tối ưu ($V_{mp}$) xấp xỉ $18.2\text{V}$ và điện áp hở mạch ($V_{oc}$) khoảng $22.1\text{V}$. Nếu không sử dụng mạch tăng áp, việc sạc cho bình ắc quy $24\text{V}$ từ nguồn PV $18.2\text{V}$ là bất khả thi.

+---------------------+       +----------------------+       +--------------------+
|  Tấm Pin Mặt Trời   | ----> | Mạch Biến Đổi DC/DC  | ----> | Hệ Bình Ắc Quy     |
| (PV: 18.2V, 50W x2) |       | Boost Converter 20kHz|       | 24V (2x 12V-1.2Ah) |
+---------------------+       +----------------------+       +--------------------+
                                         ^
                                         | Xung PWM (+15V / -15V)
                              +----------------------+
                              | Mạch Driver TLP250   |
                              +----------------------+
                                         ^
                                         | Xung PWM 5V (D = 2% - 98%)
                              +----------------------+
                              | Vi Điều Khiển        | <--- Hồi Tiếp Điện Áp (ADC)
                              | Arduino Uno R3       |
                              +----------------------+

Mục tiêu dự án

  1. Thiết kế và chế tạo phần cứng bộ biến đổi DC/DC Boost: Nâng dải điện áp đầu vào từ $15\text{V} - 20\text{V}$ lên dải điện áp sạc đầu ra $24\text{V} - 29.8\text{V}$ với tần số đóng cắt cao ($f_s = 20\text{ kHz}$).
  2. Thiết kế mạch kích Driver cách ly chuyên dụng: Sử dụng Optocoupler TLP250 kết hợp nguồn cách ly MORSUN QA01 tạo xung phân cực kép $+15\text{V} / -15\text{V}$, đảm bảo đóng/ngắt an toàn cho van công suất IGBT FGA25N120ANTD.
  3. Phát triển thuật toán điều khiển PWM đa tầng: Lập trình vi điều khiển Arduino Uno R3 (ATmega328P) phát xung PWM tần số $20\text{ kHz}$, điều chỉnh Duty Cycle linh hoạt ($D = 2% - 98%$) với sai số dưới $0.75%$.
  4. Ứng dụng quy trình sạc kết hợp Dòng - Áp (CC/CV): Thực hiện giai đoạn nạp dòng ổn định khi ắc quy kiệt điện và tự động chuyển sang giai đoạn nạp điện áp không đổi (sạc no/float charge) khi điện áp bình đạt ngưỡng đầy ($V_b \ge 27\text{V}$) trong $7200\text{ giây}$.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Giải pháp Ưu điểm Nhược điểm Đánh giá tính khả thi
Mạch hạ áp (Buck Converter) truyền thống Cấu trúc mạch đơn giản, hiệu suất cao khi $V_{in} > V_{out}$. Bắt buộc phải ghép nối tiếp nhiều tấm pin để đạt $V_{in} > 30\text{V}$, dễ mất điện áp khi bóng râm che khuất 1 phần. Không tối ưu cho hệ thống quy mô nhỏ ($1 - 2$ tấm pin $18\text{V}$).
Mạch tuyến tính (Linear Charger LM317/78xx) Chi phí rất thấp, thiết kế nhanh, không gây nhiễu điện từ (EMI). Hiệu suất rất thấp ($< 40%$), tỏa nhiệt lượng lớn, không thể tăng áp ($V_{out} < V_{in}$). Không khả thi cho năng lượng mặt trời.
Mạch tăng áp DC/DC Boost (Đề tài ứng dụng) Tận dụng được nguồn pin điện áp thấp ($18.2\text{V}$) để sạc hệ ắc quy $24\text{V}$, linh hoạt điều khiển Duty Cycle. Đòi hỏi tính toán cuộn cảm chính xác để tránh rơi vào chế độ dòng gián đoạn (DCM); mạch kích IGBT phức tạp. Tối ưu nhất cho hệ thống PV quy mô phân tán và pin độc lập.

Yêu cầu hệ thống theo mô hình MoSCoW

  • Must have: Tần số đóng cắt $20\text{ kHz}$; dải tăng áp $18\text{V} \to 28.5\text{V}$; bảo vệ cách ly quang giữa mạch điều khiển và mạch công suất; chế độ tự ngắt hoặc giảm dòng khi đầy bình.
  • Should have: Chế độ dòng dẫn liên tục (Continuous Conduction Mode - CCM) qua cuộn cảm; biên độ kích cổng IGBT $\pm 15\text{V}$.
  • Could have: Cảm biến dòng sạc chuyên dụng Hall Effect; thuật toán dò điểm công suất cực đại (MPPT P&O).
  • Won't have (lần này): Giao tiếp không dây giám sát từ xa qua IoT; nghịch lưu DC/AC hòa lưới.

Thiết kế hệ thống

1. Stack công nghệ và linh kiện phần cứng

  • Bộ điều khiển trung tâm: Vi điều khiển 8-bit ATmega328P (Arduino Uno R3), xung nhịp $16\text{ MHz}$, sử dụng Timer1 cấu hình Fast PWM tần số $20\text{ kHz}$.
  • Van công suất chính: IGBT FGA25N120ANTD ($V_{CES} = 1200\text{V}$, $I_C = 40\text{A}$ tại $25^\circ\text{C}$, $V_{GE} = \pm 20\text{V}$).
  • Diode công suất: Diode phục hồi nhanh DSEI60-06A ($V_R = 600\text{V}$, $I_F = 60\text{A}$, thời gian phục hồi ngược $t_{rr} = 50\text{ ns}$).
  • Mạch kích và cách ly: IC Optocoupler TLP250 kết hợp mô-đun nguồn DC/DC cách ly MORSUN QA01 ($12\text{V} \to \pm 15\text{V}$).
  • Mạch hạ áp nuôi mạch điều khiển: IC ổn áp LM7805CV ($5\text{V}/1.5\text{A}$) và LM7812CV ($12\text{V}/1.5\text{A}$).

2. Tính toán thông số mạch lực DC/DC Boost

  • Điện trở nội của hệ ắc quy ($24\text{V} - 1.2\text{Ah} \times 2$): $$r = \frac{U_o - U_{min}}{I_{dm}} = \frac{24\text{V} - 22\text{V}}{5} = 0.4,\Omega$$
  • Điện áp đầu ra cực đại của bộ biến đổi: $$U_{out,max} = U_o + I_{nap} \cdot r = 24 + (0.91 \times 0.4) \approx 24.36\text{V}$$
  • Giá trị điện cảm tối thiểu để duy trì chế độ dòng liên tục (CCM) ở tần số $f_s = 20\text{ kHz}$: $$L_{min} = \frac{V_{in} \cdot (V_{out} - V_{in})}{2 \cdot I_{out,min} \cdot f_s \cdot V_{out}} \approx 0.8\text{ mH}$$ Lựa chọn thiết kế: Chọn cuộn cảm lõi ferrite có độ tự cảm thực tế $L = 1.5\text{ mH}$ ($> L_{min}$) chịu dòng đỉnh $5\text{A}$, đảm bảo độ nhấp nhô dòng điện nhỏ.
  • Tụ lọc đầu ra: Chọn tụ hóa $C = 2200,\mu\text{F} / 50\text{V}$ kết hợp tụ gốm $104$ ($100\text{nF}$) dập xung cao tần.

3. Mạch phân áp hồi tiếp (Voltage Divider)

Tỷ số phân áp đưa về chân Analog (ADC 10-bit) của Arduino: $$\text{Tỷ số } k = \frac{R_{10} + R_{11}}{R_8 + R_9 + R_{10} + R_{11}} = \frac{33\text{k}\Omega + 12\text{k}\Omega}{150\text{k}\Omega + 120\text{k}\Omega + 33\text{k}\Omega + 12\text{k}\Omega} = \frac{45\text{k}\Omega}{315\text{k}\Omega} = \frac{1}{7} \approx 0.1428$$ Mức điện áp tối đa $30\text{V}$ tại mạch lực tương ứng $4.28\text{V}$ tại chân ADC Arduino, đảm bảo an toàn trong dải đo $0 - 5\text{V}$.

Implementation và kết quả

Quá trình phát triển phần mềm

Chương trình điều khiển được viết trên nền tảng Arduino C/C++, can thiệp trực tiếp vào thanh ghi điều khiển Timer1 để tạo xung PWM tần số chính xác $20\text{ kHz}$ thay vì tần số mặc định $490\text{ Hz}$ hay $980\text{ Hz}$.

#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>

const int PIN_PWM = 9;         // Chân OC1A xuất xung PWM
const int PIN_ADC_VIN = A0;    // Đo điện áp PV
const int PIN_ADC_VOUT = A1;   // Đo điện áp ngõ ra ắc quy

volatile unsigned long chargingTime = 0;
bool isFloatCharge = false;

void setupTimer1_20kHz() {
    TCCR1A = 0;
    TCCR1B = 0;
    TCNT1  = 0;
    // Cấu hình Fast PWM mode 14 (TOP = ICR1)
    TCCR1A |= (1 << COM1A1) | (1 << WGM11);
    TCCR1B |= (1 << WGM13) | (1 << WGM12) | (1 << CS10); // Không chia tần (Prescaler = 1)
    ICR1 = 799; // f_PWM = 16MHz / (1 * (1 + 799)) = 20kHz
    OCR1A = 160; // Duty cycle khởi tạo = 20%
    pinMode(PIN_PWM, OUTPUT);
}

void updateDutyCycle(float duty) {
    if (duty > 0.95) duty = 0.95;
    if (duty < 0.02) duty = 0.02;
    OCR1A = (uint16_t)(duty * 799.0);
}

void loop() {
    float vIn = analogRead(PIN_ADC_VIN) * (5.0 / 1023.0) * 7.0;
    float vBat = analogRead(PIN_ADC_VOUT) * (5.0 / 1023.0) * 7.0;

    if (vIn > 15.0 && vBat < 27.0 && !isFloatCharge) {
        // Giai đoạn 1: Nạp dòng ổn định / Tăng áp duy trì sạc
        float targetDuty = (vBat - vIn) / vBat;
        updateDutyCycle(targetDuty);
    } else if (vBat >= 27.0 && !isFloatCharge) {
        // Giai đoạn 2: Bắt đầu chuyển sang sạc no (Float charge) trong 2 giờ
        isFloatCharge = true;
        chargingTime = millis();
    }

    if (isFloatCharge) {
        updateDutyCycle(0.10); // Giảm duty để hạ dòng nạp bảo vệ bình
        if (millis() - chargingTime >= 7200000UL) { // Hoàn tất 2 tiếng sạc no
            updateDutyCycle(0.0); // Ngắt nạp hoàn toàn
        }
    }
}

Kết quả đo kiểm thực nghiệm

Hệ thống được kiểm thử thực tế trên máy hiện sóng Tektronix TDS2014B với nguồn cấp từ 2 tấm pin mặt trời $50\text{W}$ mắc song song.

Dạng sóng xung kích thực tế tại cổng G-E của IGBT (Máy hiện sóng Tektronix):
+15V |       +-------------+             +-------------+
     |       |             |             |             |
 0V  |-------+             +-------------+             +-------
-15V |                     +-------------+             +-------
     |<--- TON --->|<-------- TOFF -------->|
     |<------------- T = 50 us (20 kHz) ---->|

1. Đánh giá khả năng điều chế xung kích và mạch Driver

Cường độ sáng (%) Duty Cycle đặt ($D_{set}$) Duty Cycle thực tế ($D_{meas}$) Điện áp đỉnh dương ($U^+$) Điện áp đỉnh âm ($U^-$) Sai số Duty Cycle (%)
$100%$ $0.20$ $0.201$ $+15.0\text{V}$ $-14.8\text{V}$ $+0.50%$
$75%$ $0.40$ $0.402$ $+14.9\text{V}$ $-14.8\text{V}$ $+0.50%$
$50%$ $0.50$ $0.496$ $+14.7\text{V}$ $-14.6\text{V}$ $-0.80%$
$100%$ $0.98$ $0.973$ $+15.0\text{V}$ $-14.8\text{V}$ $-0.71%$

Nhận xét: Mạch kích duy trì ổn định biên độ $+15\text{V}$ (mở bão hòa IGBT) và $-15\text{V}$ (khóa chắc chắn IGBT, chống kích nhầm do điện dung Miller $C_{gc}$) trên toàn dải điều chỉnh $D = 2% - 98%$.

2. Đánh giá khả năng tăng áp của mạch DC/DC Boost

  • Tại $D = 20%$: $V_{in} = 19.0\text{V} \implies V_{out} = 23.2\text{V}$.
    • Tính toán lý thuyết có tính sụt áp trên diode ($V_d = 0.7\text{V}$) và IGBT ($V_{ce} = 1.5\text{V}$): $$V_{out} = \frac{V_{in} - V_d - D(V_d - V_{ce})}{1 - D} = \frac{19 - 0.7 - 0.2(0.7 - 1.5)}{1 - 0.2} = 23.07\text{V} \quad (\text{Sai lệch } < 0.6%)$$
  • Tại $D = 40%$: $V_{in} = 18.4\text{V} \implies V_{out} = 29.8\text{V}$.

3. Quá trình sạc hệ bình ắc quy $24\text{V}$ ($2\times 12\text{V}-1.2\text{Ah}$)

Trạng thái dung lượng bình (%) Điện áp đo trên hệ bình ($V_b$) Dòng sạc ghi nhận ($I_{nap}$) Trạng thái nạp
$60%$ $24.48\text{V}$ $0.85\text{A}$ Nạp dòng ổn định (CC)
$70%$ $24.96\text{V}$ $0.78\text{A}$ Nạp dòng ổn định (CC)
$80%$ $25.44\text{V}$ $0.65\text{A}$ Nạp dòng ổn định (CC)
$90%$ $25.92\text{V}$ $0.42\text{A}$ Chuẩn bị chuyển đổi trạng thái
Bắt đầu sạc no (Float) $27.00\text{V}$ $0.155\text{A}$ Sạc duy trì ổn áp (CV)
Sau $43\text{ phút}$ $27.10\text{V}$ $0.138\text{A}$ Sạc duy trì ổn áp (CV)
Sau $1\text{h } 28\text{p}$ $27.15\text{V}$ $0.107\text{A}$ Dòng nạp giảm dần tự nhiên
Sau $2\text{h } 55\text{p}$ $27.20\text{V}$ $0.070\text{A}$ Hấp thụ điện hóa hoàn tất
Sau $4\text{h } 20\text{p}$ $27.20\text{V}$ $0.053\text{A}$ Bình đầy $100%$, kết thúc nạp

Đổi mới và đóng góp

  1. Thiết kế mạch Driver điện áp âm chuyên biệt cho van IGBT: Khác với các giải pháp giá rẻ dùng transistor kích trực tiếp $0 - 12\text{V}$, đồ án ứng dụng bộ biến đổi cách ly MORSUN QA01 tạo nguồn đối xứng $\pm 15\text{V}$ qua Optocoupler TLP250. Xung $-15\text{V}$ giúp xả nhanh điện tích cực cổng, triệt tiêu hoàn toàn hiện tượng dẫn chéo do điện áp ký sinh $dv/dt$.
  2. Tối ưu hóa tham số mạch từ ở tần số $20\text{ kHz}$: Sử dụng cuộn cảm $1.5\text{ mH}$ giúp duy trì dòng điện liên tục (CCM) qua cuộn dây ngay cả khi tải giảm thấp, hạn chế hiện tượng xung dòng đỉnh gây chai bản cực chì-axit.
  3. Thuật toán sạc 2 giai đoạn (CC/CV) bảo vệ tuổi thọ ắc quy: Tự động giám sát điểm chuyển tiếp $27\text{V}$ và kích hoạt bộ đếm thời gian sạc no $7200\text{ giây}$, giúp giảm dòng rò xuống dưới $0.053\text{A}$, ngăn ngừa hiện tượng sôi dung dịch điện phân và phồng bình.
So sánh hiệu suất và đặc tính kỹ thuật giữa các cấu hình sạc:
+-------------------------------+------------------+------------------+------------------+
| Tiêu chí                      | Shunt PWM 12V    | Buck MPPT 24V    | Đồ án Boost CCM  |
+-------------------------------+------------------+------------------+------------------+
| Dải điện áp đầu vào (PV)      | Cố định > 28V    | Rất cao (> 35V)  | Thấp (15V - 20V) |
| Khả năng tăng áp              | Không            | Không            | Có (lên tới 30V) |
| Bảo vệ cổng kích IGBT         | Kém (0-12V)      | Khá (0-15V)      | Tối ưu (+/-15V)  |
| Chi phí phần cứng             | Rất thấp         | Rất cao          | Trung bình/Thấp  |
| Bảo vệ quá nạp 2 giai đoạn    | Cơ bản           | Nâng cao         | Nâng cao (Timer) |
+-------------------------------+------------------+------------------+------------------+

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản ứng dụng

  • Hệ thống đèn chiếu sáng năng lượng mặt trời công cộng: Tích hợp bộ chuyển đổi nhỏ gọn bên trong cột đèn, sử dụng tấm pin $50\text{W} - 18\text{V}$ sạc cho hệ acquy dự phòng $24\text{V}$ cấp nguồn cho đèn LED công suất cao $40\text{W} - 60\text{W}$.
  • Trạm quan trắc môi trường và IoT nông nghiệp vùng sâu vùng xa: Cung cấp nguồn liên tục cho các cảm biến $24\text{V}$ chuẩn công nghiệp mà không cần kéo đường dây lưới điện quốc gia.
  • Hệ thống viễn thông trạm BTS: Bộ sạc dự phòng cho khối acquy viễn thông khi lưới điện gặp sự cố.

Bóc tách chi phí linh kiện (Bill of Materials)

Linh kiện / Thiết bị Mã hiệu / Quy cách Số lượng Chi phí ước tính (VNĐ)
Vi điều khiển Arduino Uno R3 (ATmega328P) 01 120.000
Khóa công suất IGBT FGA25N120ANTD (1200V/40A) 02 70.000
Diode xung công suất DSEI60-06A (600V/60A, 50ns) 01 45.000
IC Driver cách ly Optocoupler TLP250 02 30.000
Mô-đun nguồn cách ly MORSUN QA01 ($12\text{V} \to \pm 15\text{V}$) 01 65.000
Cuộn cảm công suất Lõi xuyến Ferrite $1.5\text{ mH} - 5\text{A}$ 01 40.000
Tụ điện, điện trở, IC 7805/7812 Linh kiện thụ động + PCB 01 bộ 80.000
Tổng chi phí phần cứng (Chưa bao gồm tấm pin & ắc quy) ~450.000 VNĐ

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật hiện tại

  • Hiệu suất khi bức xạ yếu: Khi cường độ sáng xuống dưới $50%$, sai số xung kích tăng lên $-5.2%$ và hiệu suất biến đổi giảm do tổn hao đóng cắt của IGBT chiếm tỷ trọng lớn hơn công suất truyền tải.
  • Chưa nhúng thuật toán MPPT thích nghi: Hệ thống mới điều chỉnh Duty Cycle theo điện áp ngưỡng cố định, chưa có thuật toán P&O (Perturb and Observe) hoặc Incremental Conductance để bám sát điểm công suất cực đại khi nhiệt độ tấm pin thay đổi liên tục.
  • Tổn hao tĩnh trên IC ổn áp tuyến tính: Khối nguồn sử dụng LM7805 và LM7812 tỏa nhiệt đáng kể khi điện áp tấm pin tăng cao ($> 20\text{V}$).

Hướng phát triển nâng cao

  1. Thay thế van IGBT bằng MOSFET công nghệ SiC (Silicon Carbide) hoặc GaN để nâng tần số đóng cắt lên $100\text{ kHz}$, giúp giảm kích thước cuộn cảm $L$ xuống $4$ lần.
  2. Tích hợp cảm biến dòng điện Hall ACS712 để lập trình giải thuật MPPT số hóa toàn phần trên vi điều khiển STM32 hoặc ESP32.
  3. Bổ sung mạch chỉnh lưu đồng bộ (Synchronous Rectification) thay thế diode DSEI60-06A bằng MOSFET để giảm sụt áp dẫn từ $0.7\text{V}$ xuống dưới $0.1\text{V}$, nâng hiệu suất tổng thể lên trên $94%$.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện - Điện tử, Tự động hóa: Tài liệu tham khảo chuẩn mực về cách tính toán mạch lực DC/DC Boost ở chế độ CCM, thiết kế mạch phân cực âm $\pm 15\text{V}$ cho IGBT và lập trình thanh ghi Timer vi điều khiển AVR.
  • Kỹ sư nhúng và thiết kế phần cứng (Hardware Engineers): Cung cấp layout nguyên lý chuẩn cho mạch điều khiển cách ly quang chống nhiễu công nghiệp và giải thuật sạc an toàn 2 pha (CC/CV).
  • Các doanh nghiệp sản xuất thiết bị Solar vừa và nhỏ: Thiết kế có BOM giá thành thấp (dưới $500.000\text{ VNĐ}$), linh kiện dễ tìm kiếm trên thị trường, dễ dàng công nghiệp hóa thành sản phẩm thương mại.

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật tối thiểu để triển khai mạch sạc này là gì?

Hệ thống yêu cầu nguồn cấp PV có điện áp hở mạch $V_{oc} \ge 18\text{V}$, công suất pin tối thiểu $50\text{W}$, tải acquy $24\text{V}$ (dung lượng từ $1.2\text{Ah}$ đến $10\text{Ah}$). Nguồn cấp cho khối driver cần tối thiểu $12\text{V}$ lấy trực tiếp từ pin mặt trời qua IC LM7812.

2. Vì sao phải sử dụng nguồn kích $\pm 15\text{V}$ thay vì kích trực tiếp $0 - 5\text{V}$ từ Arduino?

IGBT FGA25N120ANTD có điện áp ngưỡng $V_{GE(th)}$ từ $3.5\text{V} - 7.5\text{V}$. Xung $5\text{V}$ từ Arduino không thể kích mở bão hòa IGBT, làm tăng nội trở $R_{CE}$ dẫn đến nổ van do quá nhiệt. Điện áp $+15\text{V}$ đảm bảo van mở hoàn toàn với tổn hao thấp nhất, trong khi điện áp $-15\text{V}$ giúp khóa van dứt khoát, triệt tiêu điện dung ký sinh cực cổng.

3. Hệ thống có tự động ngắt khi ắc quy đầy không?

Có. Khi điện áp bình đạt $27.0\text{V}$, thuật toán kích hoạt cờ isFloatCharge, chuyển sang giai đoạn sạc no ổn áp với dòng giảm dần từ $0.155\text{A} \to 0.053\text{A}$ trong $7200\text{ giây}$ ($2\text{ giờ}$), sau đó ngắt hẳn xung PWM về $0%$ để bảo vệ bình.

4. Có thể dùng mạch này để sạc bình $12\text{V}$ được không?

Không nên dùng trực tiếp. Đây là mạch Boost (tăng áp), điện áp đầu ra luôn lớn hơn điện áp đầu vào ($V_{out} > V_{in}$). Với tấm pin $18.2\text{V}$, mạch chỉ phù hợp sạc cho hệ bình có điện áp cao hơn như $24\text{V}$ hoặc $36\text{V}$. Để sạc bình $12\text{V}$, cần chuyển sang cấu trúc Buck hoặc Buck-Boost.

5. Chi phí và thời gian thu hồi vốn (ROI) của hệ thống?

Chi phí bo mạch điều khiển khoảng $450.000\text{ VNĐ}$. Kết hợp $2$ tấm pin $50\text{W}$ và $2$ bình acquy $12\text{V}-1.2\text{Ah}$, tổng vốn đầu tư khoảng $1.800.000\text{ VNĐ}$. Hệ thống vận hành không tiêu tốn điện lưới, ước tính thời gian hoàn vốn từ $1.5 - 2\text{ năm}$ trong các ứng dụng chiếu sáng độc lập.

Kết luận

Đề tài tốt nghiệp "Mạch sạc bình ắc quy sử dụng nguồn pin năng lượng mặt trời" của sinh viên Âu Hồng Lộc (GVHD: TS. Quách Thanh Hải - Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM) đã giải quyết trọn vẹn bài toán phối hợp điện áp giữa tấm pin quang điện điện áp thấp ($18.2\text{V}$) và hệ ắc quy lưu trữ $24\text{V}$.

Bằng việc kết hợp thành công mạch lực Boost Converter $20\text{ kHz}$ chế độ dòng liên tục (CCM), mạch kích driver cách ly quang phân cực kép $\pm 15\text{V}$ (TLP250 + MORSUN QA01), cùng giải thuật sạc kết hợp dòng - áp (CC/CV) trên Arduino Uno R3, hệ thống đã chứng minh độ ổn định cao, sai số điều khiển độ rộng xung $< 0.75%$, kiểm soát dòng nạp tự động giảm từ $0.85\text{A}$ về $0.053\text{A}$ khi no điện. Đây là giải pháp kỹ thuật có tính ứng dụng thực tiễn cao, chi phí tối ưu, sẵn sàng chuyển giao cho các hệ thống năng lượng mặt trời độc lập quy mô nhỏ và chiếu sáng công cộng.