Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt và là nguyên nhân trực tiếp gây ra ô nhiễm môi trường cùng hiện tượng biến đổi khí hậu toàn cầu. Việc nghiên cứu, khai thác các nguồn năng lượng tái tạo sạch, vô tận như năng lượng mặt trời là giải pháp bền vững nhằm giải quyết bài toán thiếu hụt năng lượng. Tại Việt Nam, một quốc gia nông nghiệp với khoảng 70% dân số lao động trong lĩnh vực này, đóng góp xấp xỉ 24% GDP và gần 30% giá trị hàng hóa xuất khẩu, nhu cầu năng lượng phục vụ sản xuất và tưới tiêu là rất lớn. Tuy nhiên, việc ứng dụng điện mặt trời trong thực tế vẫn gặp các rào cản kỹ thuật: bức xạ mặt trời thay đổi liên tục theo chu kỳ quay của trái đất, hiệu suất chuyển đổi quang - điện của các tấm pin còn thấp (chỉ dao động trong khoảng 5% đến 15%), trong khi giá thành đầu tư tấm pin còn ở mức cao.
Để giải quyết các vấn đề trên, đề tài "Mô hình điều hướng pin mặt trời và mạch sạc MPPT cho ắc quy" được thực hiện nhằm tối ưu hóa khả năng thu nhận năng lượng và nâng cao hiệu suất sử dụng của hệ thống quang điện ứng dụng trong nông nghiệp.
Nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể của đề tài bao gồm 8 nội dung chính:
- Thu thập và nghiên cứu tài liệu kỹ thuật liên quan đến hệ thống năng lượng mặt trời, mạch biến đổi công suất và giải thuật điều khiển.
- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động, xây dựng mô hình toán học và khảo sát đường đặc tuyến làm việc của pin mặt trời.
- Xây dựng thuật toán, lưu đồ giải thuật và lập trình hệ thống điều hướng 2 trục tự động xoay tấm pin bám theo hướng bức xạ mặt trời.
- Nghiên cứu nguyên lý dung hợp trở kháng và các giải thuật dò điểm công suất cực đại (MPPT - Maximum Power Point Tracking).
- Tính toán, thiết kế và thi công mạch sạc ắc quy MPPT sử dụng cấu trúc bộ biến đổi Buck kết hợp IC lái cổng IR2104 và cảm biến dòng ACS712.
- Thiết kế mạch tăng áp (Boost Converter) nâng điện áp lên 24V DC nhằm khuếch đại công suất điều khiển động cơ bơm tưới tiêu.
- Thiết kế hệ thống đo lường, giám sát trạng thái hoạt động trên màn hình LCD 20x4 và cơ chế tự động ngắt sạc bảo vệ ắc quy.
- Chế tạo mô hình khung cơ khí thực tế cho tấm pin 40W, tích hợp toàn bộ phần cứng - phần mềm, chạy thực nghiệm và đánh giá kết quả.
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là tấm pin năng lượng mặt trời 40W, hệ thống điều hướng quang học 2 trục, bộ biến đổi DC/DC (Buck MPPT và Boost) và bình ắc quy lưu trữ 12V. Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong việc tính toán, thiết kế, chế tạo mô hình thực nghiệm quy mô phòng thí nghiệm ứng dụng tưới tiêu nông nghiệp, thực hiện trong thời gian 15 tuần (từ ngày 04/03/2019 đến tháng 07/2019) tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khung lý thuyết của đề tài dựa trên mô hình tương đương một diode của pin quang điện (PV cell). Tấm pin mặt trời được mô hình hóa bằng nguồn dòng quang điện ($I_{PH}$) song song với một diode tiếp giáp p-n, một điện trở rò song song ($R_{SH}$) và một điện trở tiếp xúc nối tiếp ($R_S$). Phương trình đặc tuyến $I-V$ tổng quát của mô-đun gồm $N_P$ nhánh song song và $N_S$ cell nối tiếp được xác định theo công thức:
$$I = N_P I_{PH} - N_P I_S \left[ \exp\left( \frac{q (V + I R_S)}{N_S k T_C A} \right) - 1 \right] - \frac{V + I R_S}{R_{SH}}$$
Trong đó:
- $I_{PH}$: Dòng quang điện phụ thuộc vào cường độ bức xạ $\lambda$ ($kW/m^2$) và nhiệt độ làm việc $T_C$ ($K$).
- $I_S$: Dòng điện bão hòa ngược của chất bán dẫn phụ thuộc nhiệt độ.
- $q = 1{,}6 \times 10^{-19},C$: Điện tích nguyên tố.
- $k = 1{,}38 \times 10^{-23},J/K$: Hằng số Boltzmann.
- $A$: Hệ số lý tưởng của diode (đối với công nghệ Si-mono, $A \approx 1{,}3$).
Về nguyên lý MPPT, đề tài áp dụng lý thuyết phối hợp trở kháng tải (Impedance Matching). Điện trở tải tối ưu tại điểm công suất cực đại là $R_{opt} = V_{MPP} / I_{MPP}$. Khi sử dụng bộ biến đổi DC/DC, trở kháng vào nhìn từ phía nguồn PV được điều chỉnh qua chu kỳ nhiệm vụ xung $D$ theo biểu thức $R_{IN} = (1 - D)^2 R_0$ (đối với bộ biến đổi Boost) hoặc thông qua tỷ số biến đổi của mạch Buck. Giải thuật MPPT được lựa chọn là thuật toán Nhiễu loạn và Quan sát (P&O - Perturb and Observe), hoạt động theo nguyên tắc liên tục thay đổi chu kỳ xung điều khiển $D$, đo đạc biến thiên công suất $\Delta P$ và điện áp $\Delta V$ để hiệu chỉnh điểm làm việc dịch chuyển về phía điểm cực đại $P_{MAX}$.
Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa tính toán lý thuyết giải tích, thiết kế mô phỏng mạch nguyên lý và mạch in (PCB) bằng phần mềm Altium Designer, lập trình thuật toán điều khiển nhúng trên môi trường Arduino IDE (ngôn ngữ C/C++), và chế tạo thực nghiệm mô hình cơ - điện hoàn chỉnh.
Thiết kế và triển khai mô hình kỹ thuật
Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc module hóa phân định rõ ràng giữa kết cấu cơ khí, mạch điều khiển trung tâm, mạch công suất và cụm cảm biến đo đạc.
1. Kết cấu cơ khí và cơ cấu truyền động
- Khung đỡ: Sử dụng thép hộp $30 \times 90,\text{mm}$ làm phần chân đế chịu lực. Hệ thống trục xoay gồm ống thép $\varnothing 40,\text{mm}$ và thép đặc $\varnothing 25,\text{mm}$, kết hợp ổ bi (bạc đạn) đặt tại hai đầu trục để giảm ma sát khi xoay.
- Cơ cấu truyền động: Sử dụng 02 động cơ giảm tốc DC 12V (model 25GA-370, tốc độ sau hộp số 280 rpm, moment xoắn $2{,}2,\text{kg}\cdot\text{m}$, dòng không tải 50mA) để kéo hai trục (trục đứng xoay góc phương vị và trục ngang xoay góc tà). Lực kéo từ động cơ được truyền tới trục quay của tấm pin thông qua bộ truyền động nhông xích nhằm gia tăng moment và khóa vị trí vững chắc.
2. Cảm biến và phương pháp điều hướng
- Cảm biến quang học: Sử dụng 4 cảm biến quang trở LDR của hãng SUNROM (điện trở $400,\Omega$ tại 1000 Lux, $9,\text{k}\Omega$ tại 10 Lux) ghép thành mạch cầu phân áp với điện trở $10,\text{k}\Omega$, xuất tín hiệu điện áp analog ($0 - 5,\text{V}$) về các chân A0–A5 của Arduino.
- Bố trí cảm biến: 4 LDR được xếp theo hình chữ V và ngăn cách bởi vách chắn vuông góc. 2 cảm biến phụ trách trục dọc và 2 cảm biến phụ trách trục ngang. Khi tấm pin lệch khỏi hướng vuông góc với mặt trời, sự chênh lệch ánh sáng tạo ra sai lệch điện áp giữa hai cảm biến; bộ vi điều khiển sẽ kích hoạt động cơ quay theo chiều tương ứng cho đến khi giá trị điện áp cân bằng (sai lệch nằm trong ngưỡng setpoint).
- Bảo vệ hành trình và định thời: Hệ thống sử dụng 4 công tắc hành trình (CTHT1, CTHT2 giới hạn hành trình Đông - Tây; CTHT3, CTHT4 giới hạn góc quay trục dọc tối đa $360^\circ$). Khi hết nắng vào buổi chiều, tấm pin chạm CTHT1 ở hướng Tây sẽ tự động kích hoạt quay ngược về hướng Đông chạm CTHT2 để đón nắng sáng hôm sau. Việc đọc dữ liệu LDR được gán vào trình phục vụ ngắt Timer1 chu kỳ $100,\text{ms}$.
3. Mạch sạc MPPT Buck Converter và Mạch Boost DC/DC
- Mạch sạc Buck MPPT: Sử dụng vi điều khiển phát xung PWM điều khiển khóa bán dẫn qua IC lái cổng chuyên dụng IR2104. Dòng điện nạp được giám sát thời gian thực bởi cảm biến dòng Hall ACS712-5A. Mạch tự động ngắt sạc khi điện áp ắc quy đạt ngưỡng no ($13{,}8,\text{V} - 14{,}0,\text{V}$) để chống sôi bình, đồng thời ngăn dòng chảy ngược từ ắc quy lên tấm pin vào ban đêm.
- Mạch Boost Converter: Biến đổi điện áp từ ắc quy/pin mặt trời lên mức 24V DC ổn định để cung cấp nguồn cho máy bơm màng áp lực cao (model AJK-B4006 DC 12V/24V, lưu lượng $> 2{,}5,\text{L/phút}$) phục vụ tưới tiêu.
- Mạch điều khiển động cơ xoay: Sử dụng module mạch cầu H tích hợp IC Driver L298N (dòng định mức 2A/cầu, công suất tiêu tán 25W tại $75^\circ\text{C}$) nhận tín hiệu số và xung PWM từ Arduino.
- Hiển thị & Nguồn phụ trợ: Màn hình LCD 20x4 (kích thước 5.1 inch, hiển thị 4 dòng x 20 ký tự qua giao tiếp 4-bit) hiển thị thông số điện áp, dòng điện và trạng thái hệ thống; mạch hạ áp xung LM2596 (hiệu suất 92%, dòng ra định mức 2A) hạ áp nguồn cấp 5V ổn định cho vi điều khiển và cảm biến.
| Thông số linh kiện / Thiết bị | Giá trị định mức / Đặc tính kỹ thuật |
|---|---|
| Tấm pin quang điện (PV) | Công suất cực đại $40,\text{W}$, $V_{OC} = 21{,}6,\text{V}$, $V_{MAX} = 17{,}46,\text{V}$, $I_{MAX} = 2{,}2,\text{A}$ |
| Bộ vi điều khiển trung tâm | Arduino UNO R3 (ATmega328P 8-bit, 16 MHz, Flash 32KB, 14 Digital I/O, 6 Analog Input) |
| Driver công suất điều hướng | Module L298N (2 mạch cầu H, dải áp $5 - 50,\text{V}$, dòng đỉnh 2A/cầu) |
| Cảm biến đo dòng sạc | Module Hall ACS712-5A (độ nhạy $185,\text{mV/A}$, dải đo $\pm 5,\text{A}$) |
| IC lái cổng Mosfet (Buck MPPT) | IR2104 (điều khiển High/Low side Mosfet) |
| Ắc quy lưu trữ | Pinaco Đồng Nai PTX5L (chì - axit 12V - 3.5Ah, kích thước $113 \times 70 \times 85,\text{mm}$) |
| Động cơ giảm tốc điều hướng | DC 25GA-370 12V (280 rpm, moment $2{,}2,\text{kg}\cdot\text{m}$, dòng $50,\text{mA}$) |
| Máy bơm tưới tiêu | Bơm màng AJK-B4006 DC 12V (áp lực cao, lưu lượng $> 2{,}5,\text{L/phút}$) |
| Mạch Buck Converter MPPT | $f_S = 1{,}25,\text{kHz}$, chu kỳ $T = 0{,}8,\text{ms}$, điện áp ra đặt $V_0 = 18,\text{V}$, dòng ra $I_0 = 2{,}5,\text{A}$ |
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan
Chương 1 trình bày bối cảnh cạn kiệt nguồn năng lượng hóa thạch và nhu cầu năng lượng sạch trong sản xuất nông nghiệp Việt Nam. Tác giả phân tích các hạn chế cố hữu của tấm pin mặt trời (hiệu suất thấp 5–15%, phụ thuộc góc chiếu bức xạ) và đề xuất 3 giải pháp tích hợp: điều hướng 2 trục, sạc MPPT và mạch Boost điều khiển tải tưới tiêu. Chương này xác định rõ mục tiêu, nhiệm vụ, đối tượng (tấm pin 40W, ắc quy 12V) và kế hoạch thực hiện trong 15 tuần.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 2 tổng hợp lý thuyết vật lý bán dẫn về hiệu ứng quang điện trong lớp chuyển tiếp p-n, thiết lập sơ đồ mạch tương đương và hệ phương trình toán học $I-V$, $P-V$ của pin mặt trời. Tác giả khảo sát các ứng dụng thực tiễn của năng lượng mặt trời (xe điện năng lượng mặt trời tại giải The World Solar Challenge ở Úc, đèn giao thông, hệ thống tưới nhỏ giọt NaanDan Jain). Đồng thời, chương này phân tích cấu tạo, nguyên lý và thông số kỹ thuật chi tiết của các phần tử phần cứng: IC Driver L298, bo mạch Arduino UNO (vi điều khiển ATmega328P), động cơ giảm tốc DC 25GA 370 12V 280rpm, máy bơm màng AJK-B4006, màn hình LCD 20x4, ắc quy xe máy Đồng Nai PTX5L (12V - 3.5Ah), mạch giảm áp LM2596 (hiệu suất 92%), cùng quy trình thiết kế trên hai công cụ phần mềm: Arduino IDE và Altium Designer.
| Chân IN1 | Chân IN2 | Chân ENB | Trạng thái hoạt động của Motor (Cầu A L298) |
|---|---|---|---|
| x | x | 0 | Dừng động cơ |
| 1 | 0 | 1 | Quay thuận |
| 0 | 1 | 1 | Quay nghịch |
| 0 | 0 | x | Dừng động cơ |
| 1 | 1 | x | Dừng động cơ |
Chương 3: Tính toán thiết kế điều hướng pin mặt trời
Chương 3 đi sâu vào thiết kế hệ thống điều hướng 2 trục. Về cơ khí, tác giả tính toán kết cấu khung thép đỡ ($30 \times 90,\text{mm}$), trục quay ($\varnothing 40,\text{mm}$ và $\varnothing 25,\text{mm}$) và cơ cấu truyền động nhông xích giảm tốc kết hợp động cơ DC 12V. Về phần điện, chương trình bày nguyên lý mạch cầu phân áp quang trở LDR SUNROM xuất điện áp $0 - 5,\text{V}$ và cách bố trí 4 cảm biến chữ V để nhận biết góc lệch bức xạ. Tác giả xây dựng chi tiết lưu đồ thuật toán chương trình chính, chương trình con điều khiển quay thuận/nghịch theo ngưỡng sai lệch (setpoint), chương trình con ngắt Timer1 định thời $100,\text{ms}$ để quét cảm biến và giải thuật xử lý ngắt 4 công tắc hành trình (tự động hồi vị về hướng Đông khi hết hành trình phía Tây).
Chương 4: Thiết kế mạch sạc MPPT và bộ chuyển đổi DC/DC điều khiển động cơ
Chương 4 tập trung vào phần điện tử công suất. Tác giả so sánh nguyên lý nạp PWM truyền thống và nạp MPPT, chỉ rõ phương pháp PWM gây lãng phí khoảng 20% công suất tấm pin khi ép áp PV xuống áp bình ắc quy. Thuật toán MPPT P&O (Perturb and Observe) được phân tích dựa trên nguyên lý dung hợp trở kháng và đồ thị leo đồi $P-V$. Tác giả tính toán các thông số cho mạch sạc Buck MPPT: điện áp hở mạch $V_{OC} = 21{,}6,\text{V}$, điện áp cực đại $V_{MAX} = 17{,}46,\text{V}$, dòng $I_{MAX} = 2{,}2,\text{A}$, tần số đóng cắt $f_S = 1{,}25,\text{kHz}$, chu kỳ $T = 0{,}8,\text{ms}$, tích hợp IC lái IR2104 và cảm biến dòng ACS712-5A. Mạch Boost Converter cũng được thiết kế nâng áp lên 24V DC điều khiển động cơ. Toàn bộ sơ đồ nguyên lý (Schematic) và sơ đồ mạch in (PCB Layout) được hoàn thiện bằng Altium Designer.
Chương 5: Kết quả thi công mô hình
Chương 5 trình bày hình ảnh thực tế của mô hình sau khi hoàn thiện: phần khung cơ khí chịu lực gắn tấm pin 40W, cụm cảm biến LDR chữ V, hộp tủ điện chứa bo mạch điều khiển Arduino UNO, module công suất L298N, module sạc Buck MPPT, module Boost Converter, ắc quy PTX5L và màn hình giám sát LCD 20x4. Tác giả thực hiện đo đạc thực nghiệm các thông số điện áp và công suất đầu ra của tấm pin mặt trời trong các điều kiện làm việc thực tế để kiểm chứng khả năng bám điểm cực đại và tính ổn định của hệ thống truyền động.
Kết quả và đóng góp
- Kết quả kỹ thuật:
- Chế tạo hoàn chỉnh mô hình phần cứng điều hướng pin mặt trời 2 trục (góc phương vị và góc tà) sử dụng động cơ giảm tốc DC 12V và bộ truyền xích, khung cơ khí vững chắc bằng thép hộp $30 \times 90,\text{mm}$ và trục $\varnothing 40/\varnothing 25,\text{mm}$.
- Thuật toán điều hướng xử lý tín hiệu analog từ 4 LDR qua ngắt Timer1 ($100,\text{ms}$) bám sát hướng bức xạ mặt trời; tích hợp ngắt công tắc hành trình tự động quay về hướng Đông khi hết nắng.
- Thiết kế, thi công thành công mạch sạc MPPT Buck Converter sử dụng thuật toán P&O, IC lái IR2104 và cảm biến ACS712-5A, khắc phục mức hao phí 20% công suất của phương pháp sạc PWM truyền thống; tích hợp bảo vệ ngắt sạc khi ắc quy đạt ngưỡng đầy ($13{,}8,\text{V} - 14{,}0,\text{V}$) và chống dòng xả ngược ban đêm.
- Thi công mạch Boost Converter nâng áp 24V DC vận hành máy bơm màng AJK-B4006 phục vụ tưới tiêu nông nghiệp.
- Đánh giá học thuật từ hội đồng phản biện: Theo phiếu nhận xét của TS. Nguyễn Phan Thanh, giải pháp đưa ra không có tính mới về mặt phát minh khoa học, tuy nhiên nội dung đồ án đầy đủ ở mức Khá, phương pháp nghiên cứu phù hợp, sản phẩm có tính ứng dụng thực tiễn Cao, tài liệu tham khảo đầy đủ và đồ án đạt yêu cầu bảo vệ (mức Trung bình).
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế:
- Giải thuật MPPT P&O có nhược điểm cố hữu là điểm làm việc luôn dao động quanh điểm cực đại MPP ở trạng thái xác lập, gây hao hụt một phần công suất; thuật toán phản ứng chậm và dễ mất dấu khi điều kiện bức xạ thời tiết thay đổi đột ngột.
- Khung cơ khí và động cơ DC điều hướng hoạt động theo phương pháp kích ngắt ngắn hạn chưa tối ưu độ êm ái so với động cơ bước hoặc động cơ servo chuyên dụng.
- Quy mô thử nghiệm chỉ dừng lại ở tấm pin công suất nhỏ 40W và bình ắc quy 3.5Ah.
- Hướng phát triển:
- Nghiên cứu, ứng dụng các thuật toán MPPT nâng cao (như GMPPT - Global MPPT, giải thuật thông minh mờ/PSO) để tăng độ chính xác khi mây che khuất cục bộ.
- Tích hợp thuật toán tính toán thiên văn (Astronomical Algorithm) kết hợp cảm biến quang để hệ thống tự động bám góc mặt trời ngay cả trong điều kiện thời tiết âm u kéo dài.
- Nâng cấp công suất phần cứng để áp dụng cho các dàn pin mặt trời quy mô lớn trong trang trại nông nghiệp công nghệ cao.
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích cho sinh viên, giảng viên và kỹ sư thuộc các chuyên ngành:
- Công nghệ Kỹ thuật Điện - Điện tử: Tham khảo phương pháp tính toán, thiết kế mạch nguồn xung DC/DC (Buck, Boost Converter), cách sử dụng IC lái cổng IR2104, cảm biến dòng ACS712 và kỹ thuật thiết kế PCB công suất trên Altium Designer.
- Kỹ thuật Điều khiển & Tự động hóa / Cơ điện tử: Tham khảo thuật toán điều hướng quang học 2 trục, kỹ thuật xử lý ngắt vi điều khiển (Timer interrupt, External interrupt công tắc hành trình) và lập trình điều khiển động cơ với cầu H L298N trên vi điều khiển AVR/Arduino.
- Năng lượng tái tạo: Tham khảo mô hình toán học giải tích đặc tuyến pin quang điện và giải thuật dò điểm công suất cực đại P&O ứng dụng thực tế.
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao hệ thống điều hướng lại bố trí 4 cảm biến LDR theo hình chữ V và có vách chắn ở giữa?
Bố trí hình chữ V kết hợp vách chắn vuông góc nhằm tạo ra sự khác biệt rõ rệt về cường độ bức xạ chiếu tới hai cảm biến đối diện khi góc tới của ánh sáng bị lệch. Khi tấm pin không vuông góc với mặt trời, vách chắn sẽ tạo bóng râm lên một trong hai LDR làm điện trở của nó tăng lên (điện áp cầu phân áp thay đổi), giúp vi điều khiển nhận biết chính xác hướng lệch để ra lệnh cho động cơ quay về phía có cường độ sáng cao hơn cho đến khi hai bên cân bằng.
2. Sự khác biệt cốt lõi giữa mạch sạc MPPT và mạch sạc PWM trong đồ án là gì?
Mạch sạc PWM hoạt động bằng cách đóng cắt liên tục để hạ áp tấm pin xuống bằng điện áp ắc quy (khoảng 13,6V), làm lãng phí khoảng 20% công suất tiềm năng của tấm pin (vốn có điện áp làm việc cực đại $V_{MAX} \approx 17{,}46,\text{V}$). Ngược lại, mạch sạc MPPT sử dụng bộ biến đổi Buck kết hợp thuật toán P&O để liên tục điều chỉnh trở kháng vào $R_{IN}$, ép tấm pin luôn phát công suất cực đại ($P_{MAX}$) bất kể điện áp ắc quy, giúp tận dụng tối đa năng lượng thu được.
3. Cơ chế ngắt Timer1 chu kỳ 100ms trong chương trình điều khiển có vai trò gì?
Trình phục vụ ngắt Timer1 được cấu hình để cứ sau mỗi khoảng thời gian 100ms, vi điều khiển tự động ngắt chương trình chính để thực hiện quét đọc tín hiệu analog từ các cảm biến quang trở LDR. Việc định thời bằng ngắt phần cứng giúp việc cập nhật dữ liệu cảm biến diễn ra đều đặn, chính xác, tăng tốc độ đáp ứng của hệ thống mà không bị ảnh hưởng bởi các đoạn lệnh trễ (delay) trong vòng lặp chính.
4. Hệ thống bảo vệ ắc quy và bảo vệ tấm pin quang điện bằng các cơ chế nào?
Mạch sạc tự động giám sát điện áp bình ắc quy; khi điện áp đạt từ 13,8V đến 14,0V (ngưỡng bình đầy của ắc quy chì - axit 12V), mạch sẽ ngắt dòng nạp để chống sôi dung dịch điện phân. Vào ban đêm khi không có bức xạ mặt trời (điện áp PV bằng 0V), mạch sạc tự động cách ly hoàn toàn giữa ắc quy và tấm pin để ngăn dòng điện chạy ngược từ bình lên làm nóng và hỏng tấm pin.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Lê Trung Hiếu đã giải quyết trọn vẹn bài toán tích hợp hệ thống quang điện nâng cao hiệu suất phục vụ nông nghiệp thông qua việc kết hợp cơ cấu điều hướng cơ - quang 2 trục và mạch sạc thông minh MPPT Buck Converter. Hệ thống phần cứng và thuật toán điều khiển nhúng trên nền tảng Arduino UNO hoạt động ổn định, đáp ứng tốt các yêu cầu về bám hướng bức xạ, bảo vệ bình ắc quy và cung cấp nguồn động lực 24V DC cho bơm tưới tiêu. Đây là một công trình mang tính ứng dụng thực hành cao, thể hiện rõ quy trình tính toán, thiết kế và chế tạo thực nghiệm một hệ thống Cơ điện tử - Năng lượng tái tạo hoàn chỉnh.